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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Passiver Bandpassfilter, Bauteilauslegung?


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von Ghost R. (ghostrider1911)


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Hallo miteinander,

ich würde gerne einen Bandpassfilter bauen.
Dieser hätte folgenden Nutzen:

Klopfsensor -> Bandpassfilter -> Kopfhörerverstärker -> Kopfhörer / 
Laptop Aufnahme

Die Klopffrequenz des Motors beträgt 6,75 kHz (Bohrung 84,4)

Nun möchte ich einen möglichst einfachen Bandpassfilter der genau diese 
Frequenz durchlässt. Deswegen kommt denke ich nur ein passiver RC Filter 
in Frage.

Vielleicht schlägt aber auch jemand etwas anderes vor?
Die Schaltung sollte aber nach Möglichkeit passiv bleiben, also keine 
Stromversorgung benötigen.

Der Filter sollte das Ausgangssignal möglichst wenig abschwächen, dieses 
ist ohnehin schon relativ leise, deswegen auch der nachgeschaltete 
Kopfhörerverstärker.

Nun Frage ich mich wie ich die Bauteile dimensionieren soll ?

Vielleicht hat hier jemand der etwas tiefer in der Materie steckt gute 
Tipps für mich.

Schönen Gruß und bleibt Gesund ;)

: Bearbeitet durch User
von Egon D. (egon_d)


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Ghost R. schrieb:

> Vielleicht schlägt aber auch jemand etwas anderes vor?

Filter weglassen; bei Bedarf digital im Laptop filtern.


Begründung:
- Passive RC-Filter sind zwar klein und kommen ohne
  Stromversorgung aus, sie haben aber beschissene
  Filterwirkung (dämpfen das Signal relativ stark,
  dämpfen die Störung aber relativ wenig.)
- Aktive RC-Filter sind gut bis sehr gut, brauchen
  aber Strom.
- Passive LC-Filter sind bei richtiger Auslegung auch
  gut, aber relativ riesig und etwas kompliziert.

Wahl zwischen Pest, Cholera und Corona.

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Nun, dann würde das ganze wohl ein passiver LC Filter werden.

Wie gesagt, aktive Filter will ich vermeiden.

Das Signal am Laptop filtern, ja prinzipiell kein Problem, jedoch will 
ich das Signal Live und ohne Laptop auch hören können.

Vielleicht mag mir hier jemand so einen LC Filter berechnen ?

So riesig kann der Filter doch nicht sein in dem Leistungsbereich.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Passiv und als RC hoechstens sowas hier:
https://www.elektroniktutor.de/analogtechnik/wien.html

Ist aber nicht der Knueller was Flankensteilheit und Durchlassdaempfung 
angeht.
Passive LC Filter werden da besser sein, werden aber in Sachen 
Bauteilgroessen und Abschlusswiderstaende auch nur Aerger machen.

Ein Bandpass mit der Mittenfrequenz waer' schon ein Kandidat fuer Aktiv.

Gruss
WK

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Zwar schon etwas old-fashioned, digital einstellbare Analogfilter von 
Linear Technology:
https://www.analog.com/en/parametricsearch/11512#/p5449=|Bandpass|Universal

z.B. LTC6602
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/6602fc.pdf

Für passive LC-Filter immer noch gut:
http://www.ke5fx.com/aadeflt.htm

6,75kHz ist aber für die Ohren schon recht hoch, wäre es besser, das auf 
tiefere Frequenzen herunterzumischen, wie man es mit Fledermaustönen 
macht?

Für das Spectrum-Lab gibt es einen Fledermausumsetzer, soweit ich weiß, 
das ginge dann komplett auf dem PC.
https://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html unten "Bat Converter"

: Bearbeitet durch User
von Ghost R. (ghostrider1911)


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Ich denke die einfachste und effizienteste Möglichkeit währe das Wien 
Glied.

Vielleicht mag mir jemand die Bauteile entsprechend passend 
dimensionieren ?

Kondensatoren und Widerstände hab ich da, könnte man also einfach mal 
probieren und wenns nicht anständig funktioniert ist auch nichts kaputt.

Digital einstellbare Filter etc... da wirds dann schon ziemlich 
kompliziert.

Wie gesagt, es soll sich um eine möglichst einfache Lösung halten.

Das Klopfen ist mit meiner jetzigen Schaltung ohne Filter auch schon zu 
hören, nur hätte ich eben gerne das man es besser hört. Und die 
Nebengeräusche einfach leiser werden.

Wie gesagt währe es echt klasse wenn mir jemand hier die Bauteile 
passend Dimensionieren könnte, damit ich einen Test wagen kann.

von Mike (Gast)


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Ein solches LC Filter ist keine Sache, aber damit es wunschgemäss 
funtioniert, sollte die Ausgangsimpedanz der Signalquelle und der 
Eingangswiderstand des Verstärkers bekannt sein,(zumindest ungefähr).

Aber: 6.75 kHz ist kein Klopfen, das ist ein nerviger, hoher Pfeifton!

von Carlo (Gast)


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von Ghost R. (ghostrider1911)


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Youtube-Video "Engine Knock"

Hier einmal als Beispiel wie sich Klopfen anhört.

Es ist dieser helle Knisternde Ton den man nur kurz hört.

Wo bekomme ich den die Impedanzen her?

Im Datenblatt des Klopfsensor steht folgendes:
Impedance > 1 MOhm
Mit dem Multimeter messe ich: 4,8 MOhm

Bei dem Kopfhörerverstärker kann ich nur mit dem Multimeter messen, es 
ist nichts angegeben.
( 
https://www.amazon.de/Proster-Kopfhörerverstärker-Verstärker-wiederaufladbares-Persönliche-Hi-fi/dp/B07R9ZMG3D/ref=sr_1_1_sspa?__mk_de_DE=ÅMÅŽÕÑ&dchild=1&keywords=kopfhörerverstärker&qid=1585237890&sr=8-1-spons&psc=1&spLa=ZW5jcnlwdGVkUXVhbGlmaWVyPUEzRTRGVEpPOU9OWVdCJmVuY3J5cHRlZElkPUEwMjUxODg1RzI2SzcyREZYRktUJmVuY3J5cHRlZEFkSWQ9QTEwMTg5MzcxTUUxQ0FUMElVWDY0JndpZGdldE5hbWU9c3BfYXRmJmFjdGlvbj1jbGlja1JlZGlyZWN0JmRvTm90TG9nQ2xpY2s9dHJ1ZQ== 
)

Da steht nur die Impedanz die die Kopfhörer haben sollten, diese bringt 
mich aber wohl nicht weiter...
Hier messe ich auf dem einen Kanal 46kOhm und auf dem anderen 48kOhm
Da ich beide Kanäle auf mein Eingangssignal Schalte (Mono Signal, Stereo 
Kopfhörer) gehe ich von einer Impedanz von 23,5 kOhm aus.


(Hier das Datenblatt: 
http://www.bosch-motorsport.de/content/downloads/Raceparts/Resources/pdf/Data%20Sheet_69010059_Knock_Sensor_KS4-P.pdf)

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Carlo, das ist ja ganz schön viel Lesestoff für mich ;)

Ich werd mir das ganze auf jedenfall mal durchlesen, trotzdem würde ich 
gern die einfache Lösung ausprobieren.

Lässt sich mit meinen gemessenen Impedanzen etwas anfangen ?

von Mike (Gast)


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>Wo bekomme ich den die Impedanzen her?
Kannst mal Info zum Sensor und die Schaltung vom Verstärker angeben?

>Impedance > 1 MOhm
>Mit dem Multimeter messe ich: 4,8 MOhm
Das ist sehr hoch, mit dem Ohmmeter misst Du natürlich den DC 
Widerstand, nicht den AC-Widerstand bei 6.75 kHz (Der Sensor könnte z.B. 
ein Kondensatormikrofon sein, da ist der DC-Widerstand so hoch!)

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Hallo Mike!

Der Sensor ist ein Piezo Element.
(Körperschallmikrofon)

Info zum Sensor, naja mehr als im Datenblatt steht habe ich leider auch 
nicht.
http://www.bosch-motorsport.de/content/downloads/Raceparts/Resources/pdf/Data%20Sheet_69010059_Knock_Sensor_KS4-P.pdf

Info zum Verstärker, ich denke für solch einen China Kopfhörerverstärker 
wird sich kein Schaltplan finden. Daher kann ich auch dazu leider nicht 
allzuviel sagen.

Jedoch sollte doch hier meine gemessene Impedanz eher passen oder?

von A-Freak (Gast)


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Hinter den Sensor würde ich erst einmal einen Vorverstärker setzen der 
das Signal niederohmig weitergibt, da würde ein TL071 schon ganz gut 
passen. Dahinter dann so einen Sallen-Key-Filter oder mehrere 
umschaltbar.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Piezo-Tonabnehmer gab es auch für Plattenspieler, das war sogar die 
preiswerte Version, nur "bessere" hatten magnetische Tonabnehmer. Der 
Unterschied: Piezo liefert eine relativ hohe Spannung aber praktisch 
keinen Strom, magnetische wenig Spannung aber mehr Strom. Daher muss der 
Verstärker für magnetische Abnehmer höhere Spannungsverstärkung haben, 
aber einen niedrigeren Eingangswiderstand.
Beim Plattenspieler kommt noch das Entzerrerfilter nach RIAA-Kennlinie 
dazu, die braucht der Klopfsensor nicht. Aber die sonstige Schaltung für 
Piezo-Tonabnehmer wäre hier auch richtig, hoher Eingangswiderstand und 
relativ kleine Spannungsverstärkung.

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Vielleicht wäre es auch eine Lösung den (passiven) Filter nach dem 
Kopfhörerverstärker zu setzen ? Das Signal am Ausgang vom Verstärker 
hätte natürlich eine wesentlich geringere Impedanz als am Sensor.



Sollte es wirklich eine aktive Lösung werden MÜSSEN, nachdem das hier 
zahlreich vorgeschlagen wurde, wird das ganze leider sehr viel mehr 
Aufwändiger als ich eigentlich vorhatte.

Vielleicht lässt sich trotzdem Anhand meiner spärlichen Angaben eine 
Bauteildimensionierung für das Wien Glied durchführen?

von Mike (Gast)


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Ein passives LC Filter könnte so aussehen:

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Also ich seh' da in deiner Signalkette nirgendwo so gesicherte 
Impedanzverhaeltnisse, das ein passives Filter da eine Chance haette.
Ich hoer' auch in dem youtube Beispiel eher nix, von dem ich glaub', 
dass das nach einem 6.75 kHz Bandpass besser raus kaeme.
Hast du bei deinen Aufnahmen das schonmal probiert, die digital zu 
filtern und klingen die dann auch so, wie du dir das von einem solchen 
Bandpass erhoffst?

Gruss
WK

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Den Sensor an einen Laptop und dann mit einer FFT-Software sich ansehen, 
was überhaupt Sache ist.

Ein Piezo ist eher eine Stromquelle, denn klassische Spannungsquelle.

Es wird mit passiven Filter eine kleine Schachtel, mit aktivem 
Vorverstärker und dadurch viel besserem nachfolgenden Filter und 
zusätzlicher 9V Batterie auch eine kleine Schachtel! Warum muß es dann 
noch passiv sein?

Irgendwo sah ich auch mal ne DSP-Toolbox für PCs. Da könnte man live 
filtern, frequenzumsetzen usw. und es sich anhören.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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https://de.wikipedia.org/wiki/Tonabnehmer#Piezoelektrischer_Wandler
https://de.wikipedia.org/wiki/Tonabnehmer#Piezoelektrische_Tonabnehmer

Anscheinend werden für Gitarrentonabnehmer noch entsprechende 
Vorverstärker angeboten, während Plattenspieler mit Piezo ausgestorben 
sind.

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Hallo Mike, danke für deine Berechnung!

Hallo Dergute W,  anständige Aufnahmen zu erzeugen hat bisher leider 
nicht funktioniert, Warum habe ich noch nicht herausgefunden. Jedenfalls 
hört sich das Signal live viel anders an als das aufgenommene Signal.

Da muss ich wohl noch etwas an den Aufnahmeeinstellungen spielen. 
(Mikrofonverstärkung etc.. )

Die DSP Software wäre durchaus interessant, dann könnte ich das live 
testen bevor ich lange eine Schaltung baue und diese dann nicht 
funktioniert.

Bisher habe ich nur mit Audacity Versuche gemacht, leider kann diese 
Software eben nichts live.

Um welche Software würde es sich den handeln ?

von Mike (Gast)


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>Um welche Software würde es sich den handeln ?

Für vieles schon ganz nützlich: https://www.zeitnitz.eu/scope_en

von Udo K. (udok)


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Du brauchst erst mal keinen passiven LC FIlter.

Was du brauchst, ist ein Vorverstärker für Piezosensoren.

Dein Kopfhörer-Vorverstärker hat eine viel zu geringe Eingangsimpedanz,
du brauchst mindestens 1 Megohm Eingangsimpedanz, sonst dämpft
die Eingangsimpedanz dein Nutzsignal zu stark.

Wenn du willst, kannst du danach noch einen aktiven Bandpass 
nachschalten.
Der macht in dem Frequenzbereich viel mehr Sinn.

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Ich weiß nicht ob sich der Klopfsensor mit einem Tonabnehmer für 
Schalltplattenspieler vergleichen lässt. Ich habe mal die mp3 Datei 
angehängt.

Ich glaube das die Schwingungen die von einem Motor erzeugt werden 
einfach so viel stärker sind als die von einer rotierenden Schallplatte, 
sodass das Ausgangssignal auch entsprechend stärker ist.

Man hört wie das Signal die ganze Zeit übersteuert da die Verstärkung 
von der Soundkarte zu stark eingestellt war.

Mir scheint es nicht so das die Dämpfung zu hoch ist.

Auch wenn ich den Klopfsensor einfach so wie er ist an den 
Kopfhörerverstärker anschließe und die Kopfhörer an diesen, kann ich mit 
der Verstärkung des Kopfhörerverstärkers so hoch gehen bis es unangenehm 
wird in den Ohren. Also die Verstärkung ist mehr als ausreichend hoch.

Viele andere bauen das ähnlich auf:
https://uprev.com/documentation/Knock%20Listen%20Device.pdf

von Sven D. (sven_la)


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Ghost R. schrieb:
> Um welche Software würde es sich den handeln ?

Eine Software die ein Waserfalldiagramm aufzeichnet würde ich empfehlen, 
z.B. https://www.qsl.net/dl4yhf/spectra1.html , wobei diese etwas 
kompliziert zu Bedienen ist.

Dieses Programm 
https://www.roga-messtechnik.de/software/fft-analysator.html kenne ich 
nicht, sieht aber gut aus und hat Filter die auf Signal angewendet 
werden können.

Hier was simples zum nur gucken http://spek.cc/

von Rübezahl (Gast)


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Was haltet ihr denn von einem LC-Saugkreis der in Reihe zum Signalweg 
eingebaut wird? Der lässt nur diese eine gewünschte Frequenz durch.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Also mp3 ist fuer solche Sachen nicht unbedingt super geeignet. Lieber 
flac oder gleich unkomprimiert.

Wenn ich mir das Beispiel jetzt durch sox filtern lasse, dann klingt das 
so, wie ich mir's vorstelle - aber ob dir das weiterhilft?

So koennte ungefaehr ein simples Analog(wien)filter klingen - wuerde man 
es trotz widriger Impedanzverhaeltnisse irgendwie hinbringen:
sox 00002.mp3 bp1.mp3 bandpass 4773 9546

Und so ein sehr schmalbandiges Filter, ob man das Analog stabil schafft, 
da hab' ich meine Zweifel:
sox 00002.mp3 bp2.mp3 sinc 6700-6800 -n 32767

Gruss
WK

von Ghost R. (ghostrider1911)


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Also ich habe mir jetzt mal einige der Programme angeschaut, das 
brauchbarste und noch relativ einfach benutzbare wäre der Visual 
Analyer.

Ich kann mit dem brauchbare Aufnahmen machen, Filter drüber legen usw.

Alles was ich benötige.. Fast!

Was mir nicht gelingt:
Das Signal das dargestellt wird zeitgleich auch wieder auf den Ausgang 
zu legen.

(Damit ich es eben auch live hören kann )

Wenn ich bei Wave auf Wave Function PassThrough stelle, höre ich zwar 
das Signal, aber total abgehackt.
Was muss ich einstellen damit das funktioniert?

Vielleicht findet sich jemand der mehr Ahnung von Audiotechnik hat eher 
zu recht als ich.

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