Bygg fire-kanals SSM2019 Phantom Powered Mic Preamp: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Som du kanskje har lagt merke til fra noen av mine andre instrukser, har jeg en lidenskap for lyd. Jeg er også en DIY -fyr som går helt tilbake. Da jeg trengte ytterligere fire kanaler med mikrofonforforsterkere for å utvide USB -lydgrensesnittet mitt, visste jeg at det var et DIY -prosjekt.

For flere år siden kjøpte jeg et Focusrite USB -lydgrensesnitt. Den har fire mikrofonforsterkere og fire-linjers innganger sammen med noen digitale innganger. Det er et flott stykke maskinvare og dekket mine behov. Det var til jeg bygde en haug med mikrofoner. Så jeg bestemte meg for å løse denne uoverensstemmelsen. Dermed ble SSM2019 Four Channel Mic Preamp født!

Jeg hadde noen designmål for dette prosjektet.

Det ville være så enkelt som mulig og bruke et minimum av komponenter

Det ville ha fantomkraft å tillate meg å bruke alle Pimped Alice -mikrofonene jeg har bygget

Det ville ha en høy impedans (Hi-Z) inngang på hver kanal for piezo-transdusere, et fremtidig prosjekt for meg. Dette ville være et enkelt tillegg hvis saken og strømforsyningen allerede var en del av hovedprosjektet

Den ville ha pro lydspesifikasjoner: ren, lav forvrengning og lav støy. Så bra eller bedre enn de eksisterende forforsterkerne i Focusrite -grensesnittet mitt

Trinn 1: Designet

Jeg begynte å studere det som allerede var der ute. Jeg er veldig kjent med analog design og hadde øye med SSM2019, etter å ha brukt sin eldre fetter, den nå foreldede SSM2017. SSM2019 er tilgjengelig i en 8 -pinners DIP -pakke, noe som betyr at den lett kan brødbrettes. Jeg kom over fantastisk informasjon om mikrofonforforsterkerdesign fra That Corp. (Se referanseseksjonen) Dessverre er alle deres spesifikke forforsterkerchips små overflatemonterte pakker. Og spesifikasjonene er bare marginalt bedre enn SSM2019. Jeg applauderer dem for deres kunnskapsdeling og designinformasjon. Spesifikasjonene på SSM2019 er fantastiske, og som de fleste lydoperative forsterkere i disse dager vil de overstige resten av signalkjeden for ytelse. Jeg brukte to faste forsterkningstrinn med et potensiometer som tillot justering av signalet mellom dem. Dette holder designet enkelt og eliminerer behovet for utfordrende å finne deler; som antilogpotensiometre og multikontaktbrytere med unike motstandsverdier. Det holder også THD + -støy godt under.01%

Under designprosessen min hadde jeg en åpenbaring om fantomkraft. De fleste tenker på 48 volt som "standarden". Dette går langt tilbake og var viktig da fantomspenningen ble brukt til å forspille kapselen for kondensatormikrofoner. For tiden bruker de fleste kondensatormikrofoner fantomstrøm for å lage en stabil lavere spenningskilde. De bruker en Zener internt for å generere 6-12VDC. Denne spenningen brukes til å drive den interne elektronikken og til å generere en høyere spenning for å polarisere kapselen. Dette er faktisk den beste måten å gjøre dette på. Du får en fin stabil kapselspenning som kan være høyere enn 48V om nødvendig. Phantom power spec for mikrofoner kaller ut 48V, 24V og 12V. Hver bruker forskjellige verdier av koblingsmotstander. 48V bruker 6,81K, 24V med 1,2K og 12V bruker 680 Ohm. I hovedsak er det nødvendig med fantomkraft for å få en viss mengde strøm til mikrofonen. Min epiphany var denne: Spenningen må være høy nok til at den interne 12V Zener kan fungere. Hvis jeg brukte +15V tilgjengelig i prosjektet mitt og riktig koblingsmotstandsverdi, burde det fungere helt fint. Dette løser faktisk to andre problemer. Først trenger du ikke en separat strømforsyning bare for fantomstrøm. For det andre, og viktigere for designet mitt, er enkelhet. Ved å holde fantomspenningen på eller mindre enn forsyningsspenningen for SSM2019, eliminerer vi mange ekstra kretser som er nødvendige for beskyttelse. Gutta i That Corp presenterte to artikler på AES med tittelen "The Phantom Menace" og "The 48V Phantom Menace Returns". Disse omhandler utfordringene med å ha en 47-100uF kondensator ladet til 48V i en krets. Å kortere det ved et uhell kan forårsake mange problemer. Energi lagret i kondensatoren er funksjon av spenning i kvadrat, så bare ved å gå fra 48V til 15V senker vi den lagrede energien med en faktor 10. Vi forhindrer også en spenning over forsyningsspenningen på noen av signalinngangsstiftene på SSM2019. Les That Corps designguide for eksempler på hva som trengs for å lage et preamp -skuddsikkert.

Bare for å være gjennomsiktig, begynte jeg på dette prosjektet og tenkte at jeg skulle bruke 24VDC fantomstrøm, og da jeg var i ferd med å feilsøke strømforsyningen, kom jeg på ideen om å bruke +15 som allerede er tilgjengelig. I utgangspunktet satte jeg strømforsyningen inne i forforsterkerhuset. Dette forårsaket flere brummer og summende problemer. Jeg endte opp med hoveddelen av strømforsyningen i et eksternt etui med bare spenningsregulatorene i saken. Sluttresultatet er en veldig stille forforsterker som er på høyde med om ikke bedre enn de interne i Focusrite -grensesnittet mitt. Designmål nr. 4 oppnådd!

La oss se på kretsen og se hva som skjer. SSM2019 -blokken i det blå rektangelet er hovedkretsen. De to 820 Ohm -motstandene kobler i fantomstrømmen fra det lysegrønne området der vippebryteren bruker +15 til 47uF -kondensatoren via en 47 Ohm -motstand. Begge 820 Ohm -motstandene er på "+" - siden av 47uF -koblingskondensatorer som sender inn mikrofonsignalet. På den andre siden av koblingskondensatorene er to 2,2K motstander som binder den andre siden av kondensatorene til jord og holder inngangene til SSM2019 på et likestilt jordingspotensial. Dataarket viser 10K, men nevner at de skal være så lave som mulig for å minimere støy. Jeg valgte 2.2K for å være lavere, men ikke påvirke inngangsimpedansen til hele kretsen i stor grad. 330 Ohm -motstanden setter gevinsten for SSM2019 til +30db. Jeg valgte denne verdien da den gir den minimale gevinsten jeg trenger. Med denne forsterkningen og +/- 15V forsyningsskinner skal ikke klipping være et problem. 200pf kondensatoren over inngangspinnene er for EMI/RF -beskyttelse for SSM2019. Dette er rett utenfor databladet for RF -beskyttelse. Det er også to 470pf kondensatorer ved XLR -kontakten for RF -beskyttelse. På signalinngangssiden har vi en DPDT -vippebryter som fungerer som vår fasevelgerbryter. Jeg ønsket å kunne bruke en piezokontakt pickup på en gitar (eller andre akustiske instrumenter) samtidig som jeg brukte en mikrofon. Dette tillater fasevending av mikrofonen om nødvendig. Hvis det ikke var for det, hadde jeg eliminert det, ettersom de fleste innspillingsprogrammer lar deg invertere faseopptak. Utgangen fra SSM2019 går til et 10K potensiometer for nivåjustering til neste trinn.

Nå til siden med høy impedans. I det røde rektangelet har vi en klassisk ikke-inverterende buffer basert på en del av en OPA2134 dual op amp. Dette er min favoritt op -forsterker for lyd. Veldig lav støy og forvrengning. I likhet med SSM2019 vil det ikke være det svakeste leddet i signalkjeden..01uF -kondensatoren kobler signalet inn fra ¼”-inngangen. 1M -motstanden ga en bakkereferanse. Interessant nok kan støyen fra 1M -motstanden høres ved å skru nivået til den høye Z -inngangen helt opp. Når en Piezo -pickup er tilkoblet, danner imidlertid kapasitansen til piezo -pickuppen et RC -filter med 1M -motstanden. Det slår støyen nedover (og det er ikke ille i utgangspunktet.) Fra utgang fra forsterkeren går vi til et 10K potensiometer for sluttnivåjustering.

Den siste delen av kretsen er den endelige forsterkningstrinns summeringsforsterker bygget rundt den andre delen av OPA2134 op -forsterkeren. Se det grønne rektangelet i illustrasjonene. Dette er et omvendt trinn med forsterkningen satt av forholdet mellom 22K -motstanden og 2,2K -motstanden (e) som gir oss en gevinst på 10 eller +20dB. 47pf kondensatoren over 22K motstanden er for stabilitet og RF -beskyttelse. 10K potensiometrene er lineære. Hvilket betyr at når viskeren beveger seg over rotasjonsområdet, varierer motstanden fra utgangspunktet lineært med endring i rotasjon. I midten får du 5K til hver ende. Vi hører imidlertid annerledes. Vi hører logaritmisk. Derfor brukes desibel (dB) for å måle lydnivåer. Ved å bruke et 10K lineært potensiometer som mater en 2.2K motstand, oppnår vi en nivåendring som høres mye mer naturlig ut. Op -forsterkeren holder den inverterende inngangen på et virtuelt underlag. For AC -signaler er 2,2K -motstanden knyttet til den virtuelle bakken. Halvveis rotasjonspunkt er omtrent -12dB demping med den siste åttende av rotasjonen bare 1,2db forskjell. Dette føles mye jevnere enn mange andre forforsterkere der potten endrer forsterkningen på forforsterkeren. Det fungerer bedre enn forhåndsforsterkere som har et forsterkningsjusteringspotensiometer. Vanligvis forårsaker den siste økningen en rask støt i den endelige forsterkningen og litt merkbar støy. Focusrite reagerer på denne måten. Min gjør det ikke. Signalet kobles ut av forsterkeren via en 47 Ohm motstand. Dette beskytter forsterkeren og holder den stabil når du kjører en lang kabelføring hvis du trenger det. En siste ting for de to IC -brikkene. Dette er begge enheter med høy forsterkning med høy båndbredde. De må ha god strømforsyning som omgår med.1uF -kondensatorer montert nær forsyningspinnene. Dette forhindrer rare ting i å skje og holder dem fine og stabile.

For å oppsummere det hele, er det to stadier med fast forsterkning, en 30dB og 20dB for en total gevinst på 50dB. Nivåjusteringen gjøres ved å variere signalnivået mellom de to forsterkningstrinnene. Det er også en høy impedansinngang tilgjengelig på hver kanal som er perfekt for piezo -pickuper og andre instrumenter (gitar og bass) som trenger litt nivåjustering før innspilling. Alle med veldig lav forvrengning og støy. Phantom power er 15VDC som skal fungere med de fleste moderne kondensatormikrofoner. Et bemerkelsesverdig unntak er Neumann U87 Ai. Den mikrofonen er min stolthet og glede. Internt har den en 33V Zener for en mellomliggende strømforsyning. For meg er det ikke så problematisk som Focusrite har 48V fantomkraft. Resten av meg fungerer helt fint.

Strømforsyningen:

Strømforsyningen er en klassisk design fra gammel skole. Den bruker en sentertappet transformator, en bro -likeretter og to store filterkondensatorer. Transformatoren er 24VAC -tappet. Det betyr at vi kan jorde senterkranen og få 12VAC fra hvert ben. Vent- bruker vi ikke +/- 15VDC? Hvordan virker dette? Det er to ting som skjer: Først er 12VAC en RMS -verdi. For en sinusbølge er toppspenningen 1,4X høyere (teknisk kvadratroten til to), så det gir en topp på 17 volt. For det andre er transformatoren vurdert til å levere 12VAC ved full belastning. Det betyr at vi ved en lav belastning (og denne kretsen ikke bruker mye strøm) har en enda høyere spenning. Alt dette resulterer i omtrent 18VDC tilgjengelig for spenningslikrikterne. Vi bruker 7815 og 7915 lineære spenningsregulatorer, og jeg valgte dem fra National Japan Radio som er i plast. Dette betyr at du ikke trenger en isolator mellom regulatoren og saken når du monterer dem. Opprinnelig bygde jeg strømforsyningen internt i mikrofonforsterkerhuset. Det fungerte ikke så godt ettersom jeg hadde litt nynning og summende, alt knyttet til hvor nær transformatoren min var til den interne mikrofonledningen. Det endte med at jeg la transformatoren, likeretteren og de store filterhettene i en egen boks. Jeg brukte en 4 -terminal XLR -kontakt jeg hadde i delebeholderen for å bringe den uregulerte likestrømmen inn i hovedhuset der regulatorene er montert nær hovedkortet. Som nevnt tidligere, i utgangspunktet skulle jeg bruke 24VDC for Phantom power og endte opp med å ikke gjøre det og dermed forenkle kretsen min og bli kvitt 24V regulatoren (og en høyere spenningstransformator!)

Trinn 2: Konstruksjon: saken

Saken:

Hvis du ikke har lagt merke til det ennå, er fargevalget og merkingen ganske funky. Barnet mitt holdt på med et skoleprosjekt, og vi hadde de tre fargene med spraymaling tilgjengelig, så på et innfall brukte jeg alle tre. Så fikk jeg ideen om å håndmalke etiketten med gul emalje og en liten pensel. Nesten den eneste i verden som ser slik ut! Jeg fikk saken min fra Tanner Electronics i Dallas, en butikk med overskudd. Jeg fant den online på Mouser og andre steder. Det er Hammond P/N 1456PL3. Det kan være lurt å merke den og male den annerledes, det er opp til deg!

Trinn 3: Konstruksjon: kretskort

PC -kort:

Jeg bygde kretsen på et prototypende brødbrett. Bygg først en kanal for å sikre at designet fungerte som forventet. Bygget deretter de tre andre kanalene. Se bilde 1 og 2 for oppsettet. OPA2134 -ene mine er fra Burr Brown, som ble kjøpt opp av TI i 2000. Jeg kjøpte 100 av dem på den tiden og har fremdeles noen få. Legg merke til.1uF -omløpshettene som er montert på undersiden av brettet. Disse er viktige for stabiliteten til IC -brikkene.

Trinn 4: Konstruksjon: Frontpanelkontakter og kontroller:

Frontpanelkontakter og kontroller:

Avhengig av valg av sak kan oppsettet ditt variere. Jeg brukte Switchcraft panelmonterte ¼”-kontakter som kobler frontpanelet til bakken. For å minimere jordsløyfer, koble bakken til XLR-kontakten (Pin-1) med kortest mulig lengde til frontpanelet. For oppsettet mitt koblet jeg dem til jordledningen til "Hi Z" -inngangene. Jeg tilkoblet fasevenderbryterne på forhånd ved å krysskoble de to ytre tilkoblingene til Double Pole Double Throw (DPDT) -bryteren. Deretter går mikrofoninngangen fra XLR til senterledningene og en av de ytre tilkoblingene til kretskortet. På denne måten reverseres fasen når bryterposisjonen endres. Før montering av XLR -kontaktene, loddes på de to 470pf -kondensatorene for RF/EMI -skjerming. Dette gjør det mye lettere senere! Monter potensiometrene på frontpanelet. Jeg brukte en liten skarpe eller annen markør for å merke ting på innsiden av panelet for å hjelpe til med tilkoblinger senere. Og for å minne meg om hvilken tapp av potensiometrene som skal kobles til bakken. Koble deretter alle jordforbindelsene for grytene sammen ved hjelp av en vanlig uisolert bar ledning. Senere vil forbindelsen gå til det felles grunnpunktet.

Trinn 5: Konstruksjon: Intern ledninger

Interne tilkoblinger:

For mikrofonsignalledningene tvunnet jeg 22 gauge ledninger sammen og koblet inngang XLR -kontaktene til fasevelgerbryteren. Å vri dem sammen minimerer enhver villkommen EMI og RF. I teorien burde vi ikke ha noe internt i metallhuset, siden alt i dette prosjektet er ren analog krets. Ikke bekymre deg for fasen spesielt ennå. Vær konsekvent i hvordan alle kanalene er koblet til. Vi vil finne ut når vi tester hvilken posisjon på bryteren som vil være "normal" og hvilken som er omvendt.

For resten av lydledningen brukte jeg enkeltleder skjermet og koblet skjermen til jord bare i den ene enden. Dette holder signalene våre skjermet og forhindrer jordsløyfer. Jeg hadde en rulle med 26-gauge skjermet Type "E" -tråd som jeg fikk overskudd fra Skycraft i Orlando for lenge siden. Det er leverandører som selger det på nettet, eller du kan bruke en annen enkelt leder skjermet. For hver tilkobling forberedte jeg en lengde på den med skjoldet eksponert i den ene enden og den andre bare midtlederen. Jeg legger litt varmekrymping over skjoldet på den ikke-tilkoblede enden for å isolere det. Se bildene. Arbeid metodisk og koble til én ting om gangen. Jeg binder deretter hver gruppe på fire ledninger sammen for å holde tingene så ryddig som mulig.

Trinn 6: Konstruksjon: Strømforsyning

Strømforsyning:

Jeg bygde forsyningen min i en mindre prosjektboks. Det er EN ting du må gjøre for å gjøre dette trygt og oppfylle koden. Du må ha en sikring på primæren til transformatoren. Jeg brukte en innebygd sikringsholder med en ¼ amp sikring. Det vil blåse hvis transformatoren trekker mer enn 25W, noe den ikke burde. Hele saken bruker maksimalt 2W med fire mikrofoner tilkoblet.

Spenningsregulatorer:

Forbered spenningsregulatorene før montering på panelet ved å lodde på de to filterkondensatorene, 10uF for inngangen og.1uF på utgangen. Jeg festet også inngangskabler til dem for å forhindre forvirring senere. Husk: 7815 og 7915 er koblet annerledes. Se databladene for pin -nummerering og tilkoblinger. Etter at alt er montert, er det på tide å gjøre alle de interne tilkoblingene.

Strøm- og jordtilkoblinger:

Jeg brukte fargekodet ledning for å koble likestrømledningene til kretskortet. Alle jordforbindelsene går tilbake til ett tilkoblingspunkt i prosjektet. Dette er en typisk "Star" -jording. Fordi jeg allerede hadde bygget strømforsyningen internt. Jeg hadde fremdeles to store filterkondensatorer intern i saken. Jeg beholdt disse og brukte dem for den innkommende likestrømmen. Jeg hadde allerede en strømbryter i saken (DPDT), og jeg brukte den til å bytte +/- uregulert likestrøm til regulatorene. Jeg koblet jordledningen direkte.

Når alle tilkoblinger er fullført, ta en pause og kom tilbake senere for å sjekke alt! Dette er det mest kritiske trinnet.

Jeg anbefaler at du tester strømforsyningen og sørger for at polaritetene er riktige, og at du har +15VDC og -15VDC fra regulatorene før du kobler dem til kretskortet. Jeg monterte to lysdioder på panelet mitt for å vise at det var strøm. Du trenger ikke gjøre dette, men det er et fint tillegg. Du trenger en strømbegrensende motstand i serie med hver LED. En 680 Ohm til 1K vil fungere helt fint.

Trinn 7: Konstruksjon: Patch -kabler

Patch -kabler:

Denne delen kan være en egen Instructable. For å gjøre dette brukbart må du koble alle fire kanalene til linjeinngangene til Focusrite -grensesnittet. Jeg planlegger å ha dem rett ved siden av hverandre, så jeg trengte fire korte patchkabler. Jeg fant noen flotte enkeltlederkabler som var solide og ikke dyre hos Redco. De har også gode ¼”plugger. Kabelen har et ytre kobberflettet skjold og et ledende indre skjerm av plast. Det må fjernes når du lager patchkablene. Se bildesekvensen for min kabelmonteringsmetode. Jeg liker å ta skjoldet og vikle det rundt jordforbindelsen til ¼”-kontakten og deretter lodde det. Dette gjør kabelen ganske solid. Selv om du alltid bør koble fra en patchkabel ved å holde kontakten, skjer det noen ganger ulykker. Denne metoden hjelper.

Trinn 8: Testing og bruk

Testing og bruk:

Det første vi må gjøre er å bestemme polariteten til fasebryterne. For å gjøre dette trenger du to identiske mikrofoner. Som jeg antar at du har, eller du ikke trenger en firekanals forhåndsforsterker! Koble den ene til en Focusrite mikrofonforsterkerinngang og den andre til å kanalisere en av de fire kanals mikrofonene. Panorer begge til midten. Hold mikrofonene nær hverandre og snakk syng eller nynn mens du beveger munnen forbi de to mikrofonene. Hodetelefoner hjelper virkelig med denne delen. Du bør ikke høre en null eller dukkert i utgangen hvis mikrofonene er i fase med hverandre. Bytt fase av mikrofonen og gjenta. Hvis de er ute av fase, hører du et nullpunkt eller faller i nivå. Du bør raskt kunne fortelle hvilken posisjon som er i fase og ut av fase.

Jeg la merke til at med nivåpotten omtrent halvveis får jeg nominell forsterkning for mikrofonene mine, og det stemmer omtrent med der jeg normalt setter forsterkningsknappen på Focusrite pre-amp til omtrent 1-2. Interessant nok er spesifikasjonen på Focusrite opp til 50dB gevinst. Når jeg har skrudd den helt opp (uten mikrofon tilkoblet) får jeg et lite sus. Det er bare litt høyere enn min SSM2019 -baserte forforsterker. Jeg har ikke forseggjort testutstyr tilgjengelig. Imidlertid har jeg mye erfaring i både studio og live lyd, og denne forforsterkeren er en topp utøver.

For Hi-Z-inngangene loddet jeg en Piezo Disc til en 1/4 jack og bekreftet at alt fungerer og forsterkningsområdet er riktig. Jeg planlegger å teste dette på en akustisk gitar i nær fremtid.

Jeg er spent på å ha hele åtte kanaler med mikrofoninnganger tilgjengelig for opptak. Jeg har et par MS -mikrofoner og 8 av mine Pimped Alice -mikrofoner. Dette lar meg eksperimentere med forskjellige mikrofonplasseringer samtidig. Det åpner også døren for et prosjekt jeg har hatt lyst til å prøve lenge - en Ambisonic mikrofon. En med fire interne kapsler som er beregnet på å fange surroundlyd og multiretningslyd.

Følg med for flere mikrofoninstruksjoner!

Trinn 9: Referanser

Dette er et vell av informasjon for analog lyd, mikrofonforforsterkerdesign og riktig jording for lydkretser.

Referanser:

Dataark SSM2019

Datablad OPA2134

Phantom Power Wikipedia

That Corp "Phantom Menace"

At Corp analoge hemmeligheter moren din aldri fortalte deg

At Corp Flere analoge hemmeligheter din mor aldri fortalt deg

That Corp Designing Microphone Preamps

Whitlock Audio Grounding, Whitlock

Rane “note 151”: Jording og skjerming