Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Einfache Audio Verstärkerschaltung so in Ordnung?


von Sven C. (fewking)


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Moin moin.

Ich bin gerade dabei, mit AVR Controllern ein Lasertag-Spiel umzusetzen. 
Dazu hätte ich auch gerne eine einfache Audio-Ausgabe.
Ich bin leider in Sachen Analogtechnik und Audio (bisher) überhaupt 
nicht bewandert und wollte euch deshalb darum bitten, einmal über meine 
Audio-Schaltung zu schauen, ob so alles okay ist. Wie gesagt, das soll 
qualitativ nicht unbedingt hochwertig sein. Das Audio ist 8-bit bei 8 
KHz (mehr ist kaum drin, da der AVR noch viele andere Sachen rechnen 
muss).

Zur Schaltung: Den Tiefpass habe ich so aus einer AVR AppNote für einen 
Audio Recoder übernommen. Die Verstärkung erfolgt dann über einen LM386.
Das Netz SOUND/1.3C geht direkt an den ausgebenden AVR-Pin (per PWM 
generiertes Audio-Signal).

Stimmt soweit alles? Brauch ich zwischen dem AVR-Pin und dem Tiefpass 
auch noch eine Entkopplung?

Vielen Dank für die Hilfe,
Few.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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> Stimmt soweit alles?
Nein. Diese Filteranordnung ist für Dual-Supply vorgesehen. Wenn du sie 
unipolar einsetzen willst, dann musst du für den korrekten Offset 
sorgen.

Zudem ist der OpAmp ungünstig, nimm einen TLC272.

> Wie gesagt, das soll qualitativ nicht unbedingt hochwertig sein.
Warum dann eigentlich ein Filter 5. Ordnung?
Tut dat Not? Muss das sein?

Ein Tipp: nimm (für den Anfang) 2 RC-Glieder mit je einem OpAmp 
hintereinander, das reicht aus.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

eigentlich auch schon zuviel. 1-2x RC-Tiefpass vor den LM386, der Pegel 
vom AVR ist sowieso zu hoch.
Den Rest erledigt der LM und der Lautsprecher.

Gruß aus Berlin
Michael

von Sven C. (fewking)


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Ach, diese OpAmps mit ihrer symmetrischen Spannungsversorgung. Daran hab 
ich überhaupt nicht gedacht. In der AVR AppNote klappt das deshalb, weil 
da bereits beim aufnehmen in der Mikrofon-Verstärkung der nötigen Offset 
erzeugt wird.

Gut, dann werd ichs einfach mal mit Michaels Tipp probieren und eine 
einfachst-Schaltung mit nem RC-Glied aufbauen. Dann mach ich das ganze 
zusammen mit dem Verstärker auf eine extra Platine, dann kann ich später 
einfach noch umdesignen, falls mir das Ergebnis überhaupt nicht gefällt.

Nun hab ich aber nach erneutem Studium der AppNotes und einiger Websites 
noch zwei Fragen:

1. Ist es in Ordnung, wenn die PWM Grundfrequenz der Audio Frequenz 
entspricht (d.h. ein PWM-Timer-Durchlauf entspricht einem Audio-Sample)? 
Oder muss die PWM-Grundfrequenz deutlich höher sein (z.B. dann
alle 4 PWM-Timerläufe das neue Audio-Sample)?

2. Sollte die Grenzfrequenz des RC-Tiefpasses der Sampling-Frequenz des 
Audios (bei mir 8KHz) entsprechen? Dann würde ich zum Beispiel C = 100n 
und R = 200 Ohm wählen.

Vielen Dank nochmal,
Sven.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Sven Casimir schrieb:
> 1. Ist es in Ordnung, wenn die PWM Grundfrequenz der Audio Frequenz
> entspricht (d.h. ein PWM-Timer-Durchlauf entspricht einem Audio-Sample)?
> Oder muss die PWM-Grundfrequenz deutlich höher sein (z.B. dann
> alle 4 PWM-Timerläufe das neue Audio-Sample)?
Für diesen Zweck sollte es kein Problem sein.
Viel höher macht nur das Filter etwas einfacher, weil natürlich ein 
einfacher Tiefpass keine sonderliche Flankensteilheit hat.
Bei 8kHz Samplerate darf die maximale Audiofrequenz sowieso nur kleiner 
als 4kHz sein, das Filter sollte die 8kHz völlig und die 4kHz garnicht 
daämpfen. Theoretisch...
Leg die Filterfrequenz irgendwo zwischen 3,5 und 4kHz und probiere es 
aus.
>
> 2. Sollte die Grenzfrequenz des RC-Tiefpasses der Sampling-Frequenz des
> Audios (bei mir 8KHz) entsprechen? Dann würde ich zum Beispiel C = 100n
> und R = 200 Ohm wählen.
Nicht Samplefrequenz sonder höchste Audiofrequenz.
Deine Werte sind sehr theorertisch...
Der Eingangswiderstand des LM386 ist hoch, ein Einstellregler mit 47k 
als Lautstärkepoti würde ich ohnehin einplanen, dann dazu passend die 
Werte des Tiefpass. 47k und passender C dazu oder 2x 22k und 2 
Kondensatoren.
Das kann man zwar alles geanu ausrechnen, ganz praktisch soll es aber 
irgendwie "klingen" und da würde ich die letzte Entscheicdung mit dem 
abzuspielenden Signal ausprobieren...

Wenn Du einen üblichen Kleinlautsprecher dran hängst, aknnst Du 
vermutlich den Koppel-C am Lautsprecher auf 47µ verringern. Von Tiefen 
hast Du bei der Anwendung sowieo nichts.

Die Samples in voller Auflösung, also 16Bit und 44,1kHz erstellen und 
mit einem guten Soundprogramm resamplen.

Gruß aus Berlin
Michael

von Sven C. (fewking)


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Also, ich melde mich nochmal wieder.

Ich habe die Vorschläge überdacht und beschlossen, das erstmal 
grundsätzlich mit einem einfachen RC-Tiefpass und dem Verstärker-IC 
aufzubauen.
Die RC-Werte werde ich dann wie von dir, Michael, empfohlen durch 
Ausprobieren ermitteln.

Da ich das ganze jedoch nicht völlig ungetestet aufbauen möchte, habe 
ich jetzt schonmal probeweise eine SD-Audio-Abspielschaltung aufgebaut. 
Habe an den AVR-Pin einen kleinen NPN Transi 2N3904 gehängt, ~400 Ohm 
Basiswiderstand dran. Der schaltet einen in Emitterschaltung 
angeschlossenen 3-Ohm-Lautsprecher in Serie mit einem 20 Ohm 
Vorwiderstand. Diese Art der Schaltung habe ich irgendwo hier im Forum 
als Testaufbau gefunden.

Soweit, so gut. Ton kommt schonmal raus, allerdings wird der begleitet 
von einem ständigen, hohen Pfeifton, ähnlich wie ein Tinitus im Ohr 
(ohne Filter und alles hab ich das auch irgendwie erwartet). Die Frage 
ist jetzt nur, woher genau kommt der und wie krieg ich den weg?

Entsteht der durch die PWM-Grundfrequenz und muss über einen Tiefpass 
rausgefiltert werden?
=> Habe !parallel zum Lautsprecher! verschiedene ELKOs geschaltet von 
0,1µ bis 300µ verschiedene Werte durch. Allerdings wird der Ton dadurch 
höchstens insgesamt leiser, das Pfeifen verschwindet aber nicht 
wirklich.
Wenn ich ELKOs parallel zur kompletten Schaltung (LS-Vorwiderstand und 
Transi) schalte, tut sich absolut gar nichts.
Reicht der einfache RC-Tiefpass vielleicht nicht aus? Oder mach ich 
irgendwas falsch?

Andere Theorie wäre vielleicht ein ungewünschter Gleichspannungsanteil, 
allerdings weiß ich nicht, ob sich das als Pfeifen bemerkbar machen 
würde.
Wenn ja, dann nehme ich an, dass ich die Schaltung etwas anders aufbauen 
müsste über NPN-PNP und mit Entkoppelkondensator (so wie in diesem 
Klingel-Projekt: Beitrag "Klingel mit 100 Melodien - last minute Weihnachtsgeschenk").

Da ich wie gesagt noch sehr wenig Erfahrungen mit solchen Schaltungen 
habe, bitte ich nochmal um eure Meinung zu meinen bisherigen Versuchen.

Vielen Dank,
Sven.

von Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite


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Versuche erstmal, die PWM-Frequenz zu erhöhen. Bei einem normalen AVR 
kommst Du bei 16MHz und 8Bit auf immerhin 62,5kHz und die hört man nicht 
mehr.

von Sven C. (fewking)


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Ha!

Gute Idee! Konnte zwar nur 32KHz PWM-Frequenz einstellen, da ich im 
Testaufbau nur den internen Quarz benutze, aber das reicht schon aus, um 
das Piepen zu entfernen. Ist jetzt nur noch ein leiseres 
Rauschen/Kratzen. Bei 64KHz auf dem entgültigen Aufbau sollte es dann 
(hoffentlich) sauber klingen. Mit Filtern kann ich dann ja falls nötig 
immer noch rumspielen.

Vielen vielen Dank für eure super Hilfe, wenn doch noch irgendwann was 
sein sollte, frag ich wieder. Echt klasse!

Viele Grüße,
Sven.

von Knut B. (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite


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Das Rauschen/Kratzen ist wahrscheinlich vom Ubersprechen digitaler 
Signale auf der Platine. Wenn Dein PWM sich nicht verändert, sollte im 
Idealfall nichts zu hören sein. Der Sound selbst ist bei 8Bit Auflösung 
aber schon noch etwas kratzig, zumindest wenn komplexe Signale wie 
Sprache oder Musik ausgegeben werden. Einfache Wellenformen wie Sinus 
und Dreieckspannungen kann man mit 8Bit schon sehr gut wiedergeben.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

acht unbedingt darauf, daß das Signal möglichst nur Frequenzen enthält, 
die wirklich unter der halben Samplerate liegen.

Alaisingeffekte klingen wirklich viel schlimmer als ein auf 3,8kHz 
begrenzter Frequenzgang bei 8kHz Samplerate...

Gruß aus Berlin
Michael

von andy (Gast)


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