Construiți preamplificatorul cu microfon alimentat cu patru canale SSM2019 Phantom: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

După cum probabil ați observat din unele dintre celelalte instructabile ale mele, am o pasiune pentru sunet. Sunt, de asemenea, un tip DIY care merge mult înapoi. Când aveam nevoie de încă patru canale de preamplificatoare de microfon pentru a-mi extinde interfața audio USB, știam că este un proiect DIY.

Acum câțiva ani, am cumpărat o interfață audio USB Focusrite. Are patru preamplificatoare de microfon și intrări de nivel pe patru linii, împreună cu unele intrări digitale. Este o piesă grozavă de hardware și mi-a satisfăcut nevoile. Asta până când am construit o grămadă de microfoane. Deci, mi-am propus să rezolv această discrepanță. Astfel, s-a născut SSM2019 Four Channel Mic Preamp!

Am avut câteva obiective de proiectare pentru acest proiect.

Ar fi cât se poate de simplu și ar folosi un minim de componente

Ar avea putere fantomă să-mi permită să folosesc toate microfoanele Pimped Alice pe care le-am construit

Ar avea o intrare de înaltă impedanță (Hi-Z) pe fiecare canal pentru traductoare piezo, un viitor proiect al meu. Aceasta ar fi o adăugare ușoară dacă carcasa și sursa de alimentare ar fi deja parte a proiectului principal

Ar avea specificații audio pro: curat, distorsiune redusă și zgomot redus. La fel de bun sau mai bun decât preamplificatoarele existente în interfața mea Focusrite

Pasul 1: Proiectarea

Am început să studiez ceea ce era deja acolo. Sunt foarte familiarizat cu designul analogic și am pus ochii pe SSM2019, folosind anterior vărul său mai vechi, acum SSM2017 învechit. SSM2019 este disponibil într-un pachet DIP cu 8 pini, ceea ce înseamnă că poate fi ușor îmbarcat. Am dat peste niște informații fantastice despre proiectarea preamplificatorului de microfon de la That Corp. (Vezi secțiunea de referință) Din păcate, toate cipurile lor specifice de preamplificator sunt pachete mici de montare pe suprafață. Și specificațiile sunt doar marginal mai bune decât SSM2019. Îi aplaud pentru schimbul de cunoștințe și informații de proiectare. Specificațiile de pe SSM2019 sunt fantastice și, la fel ca majoritatea amplificatoarelor operaționale audio din aceste zile, vor depăși restul lanțului de semnal pentru performanță. Am folosit două trepte de câștig fix cu un potențiometru care permite reglarea semnalului între ele. Acest lucru menține designul simplu și elimină necesitatea de a găsi piese provocatoare; cum ar fi potențiometrele antilog și comutatoarele multi contact cu valori unice ale rezistenței. De asemenea, menține zgomotul THD + mult sub 0,01%

În timpul procesului meu de proiectare, am avut o epifanie asupra puterii fantomă. Majoritatea oamenilor cred că 48 de volți sunt „standardul”. Acest lucru se întoarce cu mult înapoi și a fost important atunci când tensiunea de alimentare fantomă a fost utilizată pentru a influența capsula pentru microfoanele cu condensator. În prezent, majoritatea microfoanelor cu condensator utilizează puterea fantomă pentru a crea o sursă stabilă de tensiune mai mică. Folosesc un Zener intern pentru a genera 6-12VDC. Această tensiune este utilizată pentru a rula electronica internă și pentru a genera o tensiune mai mare pentru a polariza capsula. Acesta este de fapt cel mai bun mod de a face acest lucru. Veți obține o tensiune stabilă a capsulei, care poate fi mai mare de 48V, dacă este necesar. Specificațiile de alimentare fantomă pentru microfoane apelează 48V, 24V și 12V. Fiecare folosește valori diferite ale rezistențelor de cuplare. 48V utilizează 6,81K, 24V cu 1,2K și 12V utilizează 680 Ohm. În esență, este necesară alimentarea fantomă pentru a obține o anumită cantitate de energie la microfon. Epifania mea a fost aceasta: tensiunea trebuie să fie suficient de mare pentru ca Zenerul intern de 12V să funcționeze. Dacă am folosit + 15V disponibil în proiectul meu și valoarea corespunzătoare a rezistenței de cuplare, ar trebui să funcționeze foarte bine. Aceasta rezolvă de fapt alte două probleme. În primul rând nu este nevoie de o sursă de alimentare separată doar pentru alimentarea fantomă. În al doilea rând, și mai important pentru designul meu este simplitatea. Păstrând tensiunea de alimentare fantomă la sau mai mică decât tensiunea de alimentare pentru SSM2019, eliminăm o mulțime de circuite suplimentare necesare pentru protecție. Băieții de la That Corp au prezentat două lucrări la AES intitulate „The Phantom Menace” și „The 48V Phantom Menace Returns”. Acestea se ocupă în mod special de provocările de a avea un condensator 47-100uF încărcat la 48V într-un circuit. Scurtcircuitul accidental poate cauza o mulțime de probleme. Energia stocată în condensator este funcția tensiunii pătrate, astfel încât doar trecând de la 48V la 15V, reducem energia stocată cu un factor 10. De asemenea, prevenim o tensiune peste tensiunea de alimentare pe oricare dintre pinii de intrare a semnalului SSM2019. Citiți ghidul de proiectare That Corps pentru exemple despre ceea ce este necesar pentru a face o dovadă de glonț a preamplificatorului.

Pentru a fi transparent, am început acest proiect crezând că voi folosi puterea fantomă de 24VDC și apoi, în procesul de depanare a sursei de alimentare, am venit cu ideea de a folosi +15 deja disponibil. Inițial am introdus sursa de alimentare în carcasa preamplificatorului. Acest lucru a provocat multiple zumzeturi și probleme de bâzâit. Am ajuns cu cea mai mare parte a sursei de alimentare într-o carcasă externă, doar cu regulatoarele de tensiune din carcasă. Rezultatul final este un preamplificator foarte silențios, care este egal, dacă nu chiar mai bun decât cele interne din interfața mea Focusrite. Obiectivul de proiectare # 4 atins!

Să ne uităm la circuit și să vedem ce se întâmplă. Blocul SSM2019 din dreptunghiul albastru este circuitul principal. Cele două rezistențe de 820 Ohm se cuplează în puterea fantomă din zona verde deschis unde comutatorul de comutare se aplică +15 condensatorului 47uF printr-un rezistor de 47 Ohm. Ambele rezistențe de 820 Ohm sunt pe partea „+” a condensatorilor de cuplare 47uF care introduc semnalul microfonului. Pe cealaltă parte a condensatoarelor de cuplare sunt două rezistențe de 2,2K care leagă cealaltă parte a condensatoarelor la masă și păstrează intrările la SSM2019 la un potențial de masă continuă. Fișa tehnică arată 10K, dar menționează că acestea ar trebui să fie cât mai mici posibil pentru a minimiza zgomotul. Am ales 2.2K să fie mai mic, dar să nu afecteze foarte mult impedanța de intrare a întregului circuit. Rezistorul de 330 Ohm setează câștigul SSM2019 la + 30db. Am ales această valoare deoarece oferă câștigul minim de care aș avea nevoie. Cu acest câștig și tăierea șinelor de alimentare de +/- 15V nu ar trebui să fie o problemă. Condensatorul de 200 pf pe pinii de intrare este pentru protecție EMI / RF pentru SSM2019. Acest lucru este chiar pe foaia de date pentru protecție RF. Există, de asemenea, doi condensatori 470pf la mufa XLR pentru protecție RF. Pe partea de intrare a semnalului, avem un comutator DPDT care acționează ca comutatorul nostru de selectare a fazelor. Am vrut să pot folosi un pickup piezo-contact pe o chitară (sau alte instrumente acustice) în timp ce foloseam simultan un microfon. Acest lucru permite inversarea fazei microfonului dacă este necesar. Dacă nu ar fi fost așa, l-aș fi eliminat, deoarece majoritatea programelor de înregistrare vă permit să inversați faza după înregistrare. Ieșirea SSM2019 merge la un potențiometru de 10K pentru ajustarea nivelului la etapa următoare.

Acum, pe partea de impedanță ridicată. În dreptunghiul roșu, avem un tampon clasic fără inversare bazat pe o secțiune a unui amplificator dual OPA2134. Acesta este amplificatorul meu preferat pentru audio. Zgomot și distorsiuni foarte reduse. Similar cu SSM2019, nu va fi cea mai slabă verigă din lanțul de semnal. Condensatorul.01uF cuplează semnalul de la mufa de intrare ¼”. Rezistorul 1M a furnizat o referință la sol. Interesant este că zgomotul rezistorului de 1M poate fi auzit prin întoarcerea nivelului de intrare Z ridicat până la capăt. Cu toate acestea, atunci când este conectat un pickup Piezo, capacitatea pickupului piezo formează un filtru RC cu rezistorul 1M. Asta reduce zgomotul (și nu este rău în primul rând.) Din ieșirea amplificatorului op, mergem la un potențiometru de 10K pentru ajustarea finală a nivelului.

Secțiunea finală a circuitului este amplificatorul final de însumare a etapei de câștig construit în jurul celei de-a doua secțiuni a amplificatorului OPA2134. Vedeți dreptunghiul verde din ilustrații. Aceasta este o etapă inversă, cu câștigul stabilit de raportul dintre rezistența 22K și rezistența (rezistența) 2.2K, oferindu-ne un câștig de 10 sau + 20dB. Condensatorul de 47pf pe rezistența de 22K este pentru stabilitate și protecție RF. Potențiometrele de 10K sunt liniare. Ceea ce înseamnă că atunci când ștergătorul se deplasează pe raza de rotație, rezistența de la punctul de plecare variază liniar cu schimbarea rotației. La mijloc, aveți 5K până la ambele capete. Cu toate acestea, auzim diferit. Auzim logaritmic. Motiv pentru care decibeli (dB) sunt folosiți pentru a măsura nivelurile sonore. Folosind un potențiometru liniar de 10K care alimentează un rezistor de 2,2K, obținem o schimbare de nivel care sună mult mai naturală. Amplificatorul operațional păstrează intrarea inversă la un teren virtual. Pentru semnalele de curent alternativ, rezistența de 2,2K este legată de solul virtual. Punctul de rotație la jumătatea distanței este de aproximativ -12dB, cu ultima optime de rotație doar 1,2db de diferență. Acest lucru se simte mult mai ușor decât o mulțime de alte preamplificatoare în care potul schimbă câștigul preamplificatorului. Funcționează mai bine decât pre-amplificatoarele care au un potențiometru de reglare a câștigului. De obicei, ultimul bit de creștere provoacă o creștere rapidă a câștigului final și un pic de zgomot vizibil. Focusrite răspunde în acest fel. Al meu nu. Semnalul este cuplat din amplificatorul op printr-un rezistor de 47 Ohm. Acest lucru protejează amplificatorul operațional și îl menține stabil atunci când conduceți un cablu lung, dacă trebuie să faceți acest lucru. Un ultim lucru pentru cele două jetoane IC. Acestea sunt ambele dispozitive cu câștig ridicat cu lățime de bandă mare. Trebuie să aibă o sursă de alimentare bună ocolind condensatorii.1uF montați aproape de pinii de alimentare. Acest lucru împiedică să se întâmple lucruri ciudate și le menține frumoase și stabile.

Pentru a rezuma totul, există două etape de câștig fix, 30dB și 20dB pentru un câștig total de 50dB. Reglarea nivelului se face prin variația nivelului semnalului între cele două etape de câștig. Există, de asemenea, o intrare cu impedanță ridicată disponibilă pe fiecare canal, care este perfectă pentru pickup-uri piezo și alte instrumente (chitară și bas) care au nevoie de un pic de reglare a nivelului înainte de înregistrare. Toate cu distorsiuni și zgomot foarte redus. Puterea fantomă este de 15VDC, care ar trebui să funcționeze cu majoritatea microfoanelor cu condensator moderne. O excepție notabilă este Neumann U87 Ai. Microfonul acela este mândria și bucuria mea. Intern are un Zener de 33V pentru o sursă de alimentare intermediară. Pentru mine, acest lucru nu este la fel de important, deoarece Focusrite are o putere fantomă de 48V. Tot restul meu funcționează foarte bine.

Sursa de alimentare:

Sursa de alimentare este un design clasic old school. Folosește un transformator cu filet central, un redresor de punte și doi condensatori de filtru mari. Transformatorul este conectat la centru 24VAC. Adică putem împământa robinetul central și putem obține 12VAC din fiecare picior. Așteptați - nu folosim +/- 15VDC? Cum funcționează asta? Se întâmplă două lucruri: În primul rând, 12VAC este o valoare RMS. Pentru o undă sinusoidală, tensiunea de vârf este cu 1,4X mai mare (din punct de vedere tehnic, rădăcina pătrată a două), astfel încât dă un vârf de 17 volți. În al doilea rând, transformatorul este prevăzut să furnizeze 12VAC la sarcină maximă. Ceea ce înseamnă că la sarcină ușoară (și acest circuit nu folosește multă putere) avem o tensiune și mai mare. Toate acestea au ca rezultat aproximativ 18VDC la dispoziția redresoarelor de tensiune. Folosim regulatoare liniare de tensiune 7815 și 7915 și le-am ales pe cele de la National Japan Radio, care sunt cu carcasă din plastic. Aceasta înseamnă că nu aveți nevoie de un izolator între regulator și carcasă atunci când le montați. Inițial am construit sursa de alimentare internă în carcasa de pre-amplificare a microfonului. Acest lucru nu a funcționat prea bine, deoarece am avut ceva zumzet și zgomot, toate legate de cât de aproape a fost transformatorul meu de cablarea internă a microfonului. Am ajuns să pun transformatorul, redresorul și capacele mari ale filtrului într-o cutie separată. Am folosit un conector XLR cu 4 terminale pe care îl aveam în coșul de piese pentru a aduce DC-ul nereglementat în carcasa principală în care regulatoarele sunt montate aproape de placa principală. După cum sa menționat mai devreme, inițial aveam să folosesc 24VDC pentru alimentarea fantomă și am ajuns să nu fac asta, simplificându-mă astfel circuitul și scăpând de regulatorul de 24V (și de un transformator de tensiune mai mare!)

Pasul 2: Construcție: Cazul

Cazul:

Dacă nu ați observat încă, schema și etichetarea mea de vopsea sunt destul de funky. Copilul meu făcea un proiect școlar și aveam disponibile cele trei culori de vopsea spray, așa că, din moft, le-am folosit pe toate trei. Apoi mi-a venit ideea să pictez manual eticheta cu smalț galben și o perie mică. Aproape singurul din lume care arată așa! Mi-am luat cazul de la Tanner Electronics din Dallas, un magazin de surplus. L-am găsit online la Mouser și în alte locuri. Este Hammond P / N 1456PL3. Poate doriți să o etichetați și să o pictați diferit, asta depinde de dvs.!

Pasul 3: Construcție: placă de circuit

Placă PC:

Am construit circuitul pe o placă de tip prototip. Mai întâi construirea unui canal pentru a se asigura că proiectarea a funcționat așa cum era de așteptat. Apoi a construit celelalte trei canale. Vezi fotografia 1 și 2 pentru aspect. OPA2134-urile mele provin de la Burr Brown, care a fost achiziționată de TI în 2000. Am cumpărat 100 dintre acestea în acea zi și încă mai am câteva. Observați capacele de bypass.1uF, toate montate pe partea inferioară a plăcii. Acestea sunt importante pentru stabilitatea cipurilor IC.

Pasul 4: Construcție: cricuri și comenzi ale panoului frontal:

Mufe și comenzi ale panoului frontal:

În funcție de alegerea cazului dvs., aspectul dvs. poate varia. Am folosit mufe Switchcraft cu montare pe panou ¼”care vor conecta panoul frontal la masă. Pentru a minimiza buclele la sol, conectați solul mufei XLR (Pin-1) cu cea mai mică lungime posibilă la panoul frontal. Pentru aspectul meu, le-am conectat la cablul de masă al mufelor de intrare „Hi Z”. Am precablat comutatoarele de inversare a fazelor prin conectarea încrucișată a celor două conexiuni exterioare ale comutatorului Double Pole Double Throw (DPDT). Apoi, intrarea microfonului de la XLR va merge la cablurile centrale și una dintre conexiunile exterioare la placa de circuit. În acest fel, când se schimbă poziția comutatorului, faza se inversează. Înainte de a monta mufele XLR, lipiți pe cei doi condensatori 470pf pentru ecranare RF / EMI. Acest lucru îl face mult mai ușor mai târziu! Montați potențiometrele pe panoul frontal. Am folosit un mic sharpie sau alt marker pentru a eticheta lucrurile de pe panoul interior pentru a ajuta la conexiuni ulterior. Și pentru a-mi reaminti care ureche a potențiometrelor ar trebui să fie conectată la masă. Apoi conectați toate conexiunile la sol pentru oale folosind un fir comun neizolat. Mai târziu, acea conexiune va rula la punctul de masă comun.

Pasul 5: Construcție: Cablare internă

Conexiuni interne:

Pentru firele de semnal ale microfonului, am răsucit firele de 22 gauge și am conectat mufele XLR de intrare la comutatoarele de selectare a fazelor. Răsucirea lor împreună minimizează orice EMI și RF rătăcite. În teorie, intern carcasei metalice nu ar trebui să le avem, deoarece totul în acest proiect este un circuit analogic pur. Nu vă faceți griji cu privire la faza specifică încă. Fii consecvent în modul în care sunt conectate toate canalele. Vom afla în testare care poziție a comutatorului va fi „normală” și care este inversă.

Pentru restul cablajului audio am folosit un singur conductor ecranat și am conectat ecranul la masă doar la un capăt. Acest lucru ne păstrează semnalele protejate și previne buclele la sol. Aveam o rolă de sârmă de tip „E” ecranată de calibru 26 pe care am obținut-o în exces de la Skycraft în Orlando cu mult timp în urmă. Există furnizori care îl vând online sau puteți utiliza un alt conductor ecranat. Pentru fiecare conexiune, am pregătit o lungime a acestuia cu scutul expus la un capăt și celălalt doar conductorul central. Am pus niște termocontractor peste scutul de pe capătul neconectat pentru al izola. Vedeți fotografiile. Lucrați metodic și conectați câte un lucru la rând. Apoi am legat fiecare grup de patru fire înfășurate pentru a menține lucrurile cât mai curate posibil.

Pasul 6: Construcție: sursă de alimentare

Alimentare electrică:

Mi-am construit rezerva într-o cutie de proiect mai mică. Trebuie să faceți UN singur lucru pentru a face acest lucru în condiții de siguranță și să îndepliniți codul. Trebuie să aveți o siguranță pe primarul transformatorului. Am folosit un suport de siguranțe în linie cu o siguranță de ¼ amp. Acest lucru va sufla dacă transformatorul atrage mai mult de 25W, ceea ce nu ar trebui. Întregul lucru folosește cel mult 2W cu patru microfoane conectate.

Regulatoare de tensiune:

Pregătiți regulatoarele de tensiune înainte de montare pe panou lipind pe cei doi condensatori de filtrare, 10uF pentru intrare și.1uF pe ieșire. De asemenea, le-am atașat fire de intrare pentru a preveni confuzia ulterior. Nu uitați: 7815 și 7915 sunt conectate diferit. Consultați fișele tehnice pentru numerotarea pinilor și conexiunile. După ce totul este montat, este timpul să faceți toate conexiunile interne.

Conexiuni de alimentare și împământare:

Am folosit sârmă colorată pentru a conecta cablurile de alimentare DC la placa de circuit. Toate conexiunile la masă rulează înapoi la un punct de conectare în cazul proiectului. Aceasta este o schemă tipică de împământare „Star”. Pentru că deja construisem intern sursa de alimentare. Încă mai aveam doi condensatori de filtru mari, interni carcasei. Le-am păstrat și le-am folosit pentru alimentarea cu curent continuu. Am avut deja un comutator de alimentare în carcasă (DPDT) și l-am folosit pentru a comuta puterea DC neregulată la regulatoare. Am conectat direct firul de masă.

Odată ce toate conexiunile sunt complete, faceți o pauză și reveniți mai târziu pentru a verifica totul! Acesta este cel mai critic pas.

Vă recomand să testați sursa de alimentare și să vă asigurați că polaritățile sunt corecte și aveți + 15VDC și -15VDC de la regulatoare înainte de a le conecta la placa de circuit. Am montat două LED-uri pe panoul meu pentru a arăta că există energie. Nu trebuie să faceți acest lucru, dar este un produs frumos. Veți avea nevoie de un rezistor de limitare a curentului în serie cu fiecare LED. Un 680 Ohm la 1K va funcționa foarte bine.

Pasul 7: Construcție: Patch Cables

Cabluri de patch-uri:

Această parte ar putea fi un instructabil separat. Pentru a face acest lucru utilizabil, trebuie să conectați toate cele patru canale la intrările de linie ale interfeței Focusrite. Plănuiesc să le am unul lângă celălalt, așa că am nevoie de patru cabluri scurte. Am găsit un cablu grozav cu un singur conductor care a fost robust și nu scump la Redco. De asemenea, au mufe bune de ¼”. Cablul are un ecran exterior din împletitură de cupru și un ecran interior din plastic conductiv. Acest lucru trebuie eliminat la realizarea cablurilor de patch-uri. Vedeți secvența foto pentru metoda mea de asamblare a cablului. Îmi place să iau scutul și să-l înfășor în jurul conexiunii la sol a mufei ¼”, apoi să-l lipesc. Acest lucru face ca cablul să fie destul de robust. Deși ar trebui să deconectați întotdeauna un cablu patch ținând conectorul, accidentele se întâmplă uneori. Această metodă ajută.

Pasul 8: Testare și utilizare

Testare și utilizare:

Primul lucru pe care trebuie să-l facem este să determinăm polaritatea comutatoarelor de fază. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de două microfoane identice. Ce presupun că ai, sau nu ai avea nevoie de un pre-amplificator cu patru canale! Conectați unul la o intrare de preamplificare a microfonului Focusrite și cealaltă pentru a canaliza unul dintre cele patru canale de preamplificare a microfonului. Puneți ambele în centru. Țineți microfoanele aproape unul de celălalt și vorbiți cântând sau fredonați în timp ce vă mișcați gura pe lângă cele două microfoane. Căștile ajută cu adevărat la această parte. Nu ar trebui să auziți null sau să scufundați în ieșire dacă microfoanele sunt în fază una cu cealaltă. Comutați faza microfonului și repetați. Dacă sunt defazate, veți auzi un nivel nul sau scăderea nivelului. Ar trebui să puteți spune foarte repede ce poziție este în fază și în fază defazată.

Am observat cu potul de nivel aproximativ la jumătatea drumului obțin câștig nominal pentru microfoanele mele și care se potrivește aproximativ în cazul în care, în mod normal, stabilesc butonul de câștig al preamplificatorului Focusrite la aproximativ 1-2 O’clock. Interesant este că specificațiile de pe Focusrite au un câștig de până la 50 dB. Când o am întoarsă până la capăt (fără microfon conectat) primesc un șuierat ușor. Este puțin mai tare decât preamplificatorul meu bazat pe SSM2019. Nu am disponibile echipamente de testare elaborate. Cu toate acestea, am multă experiență atât în studio, cât și în sunet live, iar acest preamplificator este un interpret de top.

Pentru intrările Hi-Z, am lipit un disc Piezo pe o mufă de 1/4 și am verificat că totul funcționează și că gama de câștiguri este corectă. Plănuiesc să testez acest lucru pe o chitară acustică în viitorul apropiat.

Sunt încântat de faptul că am opt canale complete de intrări pentru microfon disponibile pentru înregistrare. Am câteva microfoane MS și 8 microfoane Pimped Alice. Acest lucru mă va permite să experimentez cu diferite destinații de plasare a microfonelor în același timp. De asemenea, deschide ușa unui proiect pe care am vrut să-l încerc de mult timp - un microfon Ambisonic. Una cu patru capsule interne destinate captării sunetului surround și a sunetului multidirecțional.

Rămâneți la curent cu alte câteva microfoane instructabile!

Pasul 9: Referințe

Acestea sunt o mulțime de informații pentru audio analogic, proiectarea preamplificatorului de microfon și împământarea adecvată pentru circuitele audio.

Referințe:

Fișă tehnică SSM2019

Fișă tehnică OPA2134

Phantom Power Wikipedia

Corpul „Amenințare fantomă”

Analogul acel corp secretează mama ta nu ți-a spus niciodată

Acest corp mai multe secrete analogice pe care mama ta nu ți le-a spus niciodată

Corpul respectiv care proiectează preamplificatoare de microfon

Whitlock Audio Grounding, Whitlock

Rane „nota 151”: împământare și ecranare