Byg den firekanalsede SSM2019 Phantom Powered Mic Preamp: 9 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Som du måske har bemærket fra nogle af mine andre Instructables, har jeg en passion for lyd. Jeg er også en DIY -fyr, der går helt tilbage. Da jeg havde brug for fire flere kanaler med mikrofonforforstærkere til at udvide mit USB -lydinterface, vidste jeg, at det var et DIY -projekt.

For flere år siden købte jeg en Focusrite USB -lydgrænseflade. Det har fire mikrofonforforstærkere og fire-line niveauindgange sammen med nogle digitale indgange. Det er et godt stykke hardware og opfyldte mine behov. Det var indtil jeg byggede en flok mikrofoner. Så jeg satte mig for at løse denne uoverensstemmelse. Således blev SSM2019 Four Channel Mic Preamp født!

Jeg havde et par designmål for dette projekt.

Det ville være så enkelt som muligt og bruge et minimum af komponenter

Det ville have fantomkraft at tillade mig at bruge alle de Pimped Alice -mikrofoner, jeg har bygget

Det ville have en høj impedans (Hi-Z) input på hver kanal til piezo-transducere, et fremtidigt projekt for mig. Dette ville være en let tilføjelse, hvis sagen og strømforsyningen allerede var en del af hovedprojektet

Det ville have pro -lydspecifikationer: ren, lav forvrængning og lav støj. Så godt eller bedre end de eksisterende forforstærkere i min Focusrite -grænseflade

Trin 1: Designet

Jeg begyndte at studere, hvad der allerede var derude. Jeg er meget fortrolig med analogt design og havde øje med SSM2019, da jeg tidligere havde brugt sin ældre fætter, den nu forældede SSM2017. SSM2019 fås i en 8 -pin DIP -pakke, hvilket betyder, at den let kan brødbrættes. Jeg stødte på nogle fantastiske oplysninger om mikrofonforforstærkerdesign fra That Corp. (Se referenceafsnittet) Desværre er alle deres specifikke forforstærkerchips små overflademonterede pakker. Og specifikationerne er kun marginalt bedre end SSM2019. Jeg bifalder dem for deres videndeling og designinformation. Specifikationerne på SSM2019 er fantastiske og vil som de fleste lydforstærkere i disse dage overstige resten af signalkæden for ydelse. Jeg brugte to faste forstærkningsfaser med et potentiometer, der tillod justering af signalet mellem dem. Dette holder designet enkelt og eliminerer behovet for udfordrende at finde dele; såsom antilogpotentiometre og multikontaktafbrydere med unikke modstandsværdier. Det holder også THD + -støj et godt stykke under.01%

Under min designproces havde jeg en epifani om fantomkraft. De fleste mennesker tænker på 48 volt som "standarden". Dette går helt tilbage og var vigtigt, da fantomspændingen blev brugt til at forspænde kapslen til kondensatormikrofoner. I øjeblikket bruger de fleste kondensatormikrofoner fantomstrøm til at lave en stabil lavere spændingskilde. De bruger en Zener internt til at generere 6-12VDC. Denne spænding bruges til at køre den interne elektronik og til at generere en højere spænding for at polarisere kapslen. Dette er faktisk den bedste måde at gøre dette på. Du får en dejlig stabil kapselspænding, som kan være højere end 48V, hvis det er nødvendigt. Phantom power spec for mikrofoner kalder 48V, 24V og 12V. Hver bruger forskellige værdier af koblingsmodstande. 48V bruger 6.81K, 24V med 1.2K og 12V bruger 680 Ohm. I det væsentlige er fantomkraft nødvendig for at få en vis mængde strøm til mikrofonen. Min epifani var denne: Spændingen skal være høj nok til, at den interne 12V Zener fungerer. Hvis jeg brugte +15V til rådighed i mit projekt og den relevante koblingsmodstandsværdi, burde det fungere fint. Dette løser faktisk to andre problemer. For det første er det ikke nødvendigt med en separat strømforsyning kun til fantomstrøm. For det andet og vigtigere for mit design er enkelhed. Ved at holde fantomspændingen på eller mindre end forsyningsspændingen til SSM2019 eliminerer vi en masse ekstra kredsløb, der er nødvendige for beskyttelse. Fyrene i That Corp præsenterede to artikler på AES med titlen "The Phantom Menace" og "The 48V Phantom Menace Returns". Disse omhandler specifikt udfordringerne ved at have en 47-100uF kondensator ladet til 48V i et kredsløb. At kortslutte det ved et uheld kan forårsage mange problemer. Energi lagret i kondensatoren er funktion af spænding i kvadrat, så bare ved at gå fra 48V til 15V sænker vi den lagrede energi med en faktor 10. Vi forhindrer også en spænding over forsyningsspændingen på nogen af signalindgangsstifterne på SSM2019. Læs That Corps designguide for eksempler på, hvad der er nødvendigt for at lave en preamp -skudsikker.

Bare for at være gennemsigtig startede jeg dette projekt og tænkte, at jeg skulle bruge 24VDC fantomstrøm, og derefter i gang med fejlfinding af strømforsyningen kom jeg på ideen om at bruge den +15, der allerede er tilgængelig. Oprindeligt satte jeg strømforsyningen inde i forforstærkeren. Dette forårsagede flere summen og summende problemer. Jeg endte med hovedparten af strømforsyningen i en ekstern sag med bare spændingsregulatorerne i sagen. Slutresultatet er en meget stille forforstærker, der er på niveau, hvis ikke bedre end de interne i min Focusrite -grænseflade. Designmål nr. 4 opnået!

Lad os se på kredsløbet og se, hvad der sker. SSM2019 -blokken i det blå rektangel er hovedkredsløb. De to 820 Ohm modstande kobler i fantomstrømmen fra det lysegrønne område, hvor vippekontakten anvender +15 til 47uF kondensatoren via en 47 Ohm modstand. Begge 820 Ohm modstande er på “+” siden af 47uF koblingskondensatorer, der bringer mikrofonsignalet ind. På den anden side af koblingskondensatorerne er to 2,2K modstande, der binder den anden side af kondensatorerne til jord og holder inputene til SSM2019 på et jævnstrømspotentiale. Databladet viser 10K, men nævner, at de skal være så lave som muligt for at minimere støj. Jeg valgte 2.2K til at være lavere, men ikke påvirke inputimpedansen for hele kredsløbet i høj grad. 330 Ohm modstanden sætter forstærkningen for SSM2019 til +30db. Jeg valgte denne værdi, da den giver den mindste gevinst, jeg ville få brug for. Med denne forstærkning og +/- 15V forsyningsskinner bør klipning ikke være et problem. 200pf kondensatoren på tværs af inputstifterne er til EMI/RF -beskyttelse til SSM2019. Dette er lige ud af databladet for RF -beskyttelse. Der er også to 470pf kondensatorer ved XLR -stikket til RF -beskyttelse. På signalindgangssiden har vi en DPDT -vippekontakt, der fungerer som vores fasevælgerkontakt. Jeg ville være i stand til at bruge en piezo -kontakt pickup på en guitar (eller andre akustiske instrumenter) samtidig med at jeg brugte en mikrofon. Dette giver mulighed for fasevending af mikrofonen, hvis det er nødvendigt. Hvis det ikke var for det, havde jeg elimineret det, da de fleste optagelsesprogrammer giver dig mulighed for at vende fase efter optagelse. Outputtet fra SSM2019 går til et 10K potentiometer for niveaujustering til det næste trin.

Nu til den høje impedans side. I det røde rektangel har vi en klassisk ikke-inverterende buffer baseret på en sektion af en OPA2134 dobbelt op-forstærker. Dette er min yndlings op -forstærker til lyd. Meget lav støj og forvrængning. I lighed med SSM2019 vil det ikke være det svageste led i signalkæden..01uF kondensatoren kobler signalet ind fra ¼”inputstikket. 1M -modstanden gav en jordreference. Interessant nok kan støj fra 1M -modstanden høres ved at dreje niveauet for den høje Z -indgang helt op. Når en Piezo -pick -up er tilsluttet, danner piezo -pickuppens kapacitans imidlertid et RC -filter med 1M -modstanden. Det slår støjniveauet ned (og det er ikke dårligt i første omgang.) Fra output fra op -forstærkeren går vi til et 10K potentiometer til endelig niveaujustering.

Den sidste sektion af kredsløbet er den endelige forstærkningstrinns summeringsforstærker bygget omkring den anden sektion af OPA2134 op -forstærkeren. Se det grønne rektangel i illustrationerne. Dette er et omvendt trin med forstærkningen angivet af forholdet mellem 22K modstanden og 2,2K modstand (erne), der giver os en forstærkning på 10 eller +20dB. 47pf kondensatoren på tværs af 22K modstanden er til stabilitet og RF -beskyttelse. 10K potentiometrene er lineære. Hvilket betyder, at når viskeren bevæger sig over rotationsområdet, varierer modstanden fra udgangspunktet lineært med ændring i rotation. I midten får du 5K til hver ende. Vi hører dog forskelligt. Vi hører logaritmisk. Derfor bruges decibel (dB) til at måle lydniveauer. Ved at bruge et 10K lineært potentiometer, der fodrer en 2,2K modstand, opnår vi en niveauændring, der lyder langt mere naturlig. Op -forstærkeren holder det inverterende input på en virtuel grund. For AC -signaler er 2.2K -modstanden bundet til den virtuelle jord. Halvvejs rotationspunkt er omkring -12dB dæmpning med den sidste ottende af rotation kun 1,2db forskel. Dette føles meget glattere end mange andre forforstærkere, hvor puljen ændrer forstærkerens forstærkning. Det fungerer bedre end præ-forstærkere, der har et forstærkningsjusteringspotentiometer. Normalt forårsager den sidste stigning en hurtig bump i den endelige forstærkning og en smule mærkbar støj. Focusrite reagerer på denne måde. Min gør det ikke. Signalet kobles ud af forstærkeren via en 47 Ohm modstand. Dette beskytter op -forstærkeren og holder den stabil, når du kører en lang kabelføring, hvis du skulle gøre det. En sidste ting for de to IC -chips. Disse er begge enheder med høj forstærkning med høj båndbredde. De skal have en god strømforsyning udenom.1uF kondensatorer monteret tæt på forsyningstappene. Dette forhindrer underlige ting i at ske og holder dem pæne og stabile.

For at opsummere det hele er der to faste forstærkningsfaser, en 30dB og 20dB for en samlet gevinst på 50dB. Niveaujusteringen foretages ved at variere signalniveauet mellem de to forstærkningstrin. Der er også en høj impedansindgang tilgængelig på hver kanal, der er perfekt til piezo -pickupper og andre instrumenter (guitar og bas), der har brug for en smule niveaujustering før optagelse. Alle med meget lav forvrængning og støj. Phantom power er 15VDC, som burde fungere med de fleste moderne kondensatormikrofoner. En bemærkelsesværdig undtagelse er Neumann U87 Ai. Den mikrofon er min stolthed og glæde. Internt har den en 33V Zener til en mellemliggende strømforsyning. For mig er det ikke lige så vigtigt, da min Focusrite har 48V fantomstrøm. Alle mine andre fungerer fint.

Strømforsyningen:

Strømforsyningen er et klassisk design fra gammel skole. Det bruger en center -tapet transformer, en bro ensretter og to store filter kondensatorer. Transformatoren er 24VAC center -tappet. Det betyder, at vi kan jorde midterhanen og få 12VAC fra hvert ben. Vent- bruger vi ikke +/- 15VDC? Hvordan virker det? Der sker to ting: Først er 12VAC en RMS -værdi. For en sinusbølge er spidsen 1,4X højere (teknisk set kvadratroden af to), så det giver en top på 17 volt. For det andet er transformatoren vurderet til at levere 12VAC ved fuld belastning. Hvilket betyder, at vi ved en let belastning (og dette kredsløb ikke bruger meget strøm) har en endnu højere spænding. Alt dette resulterer i omkring 18VDC til rådighed for spændingsretteren. Vi bruger 7815 og 7915 lineære spændingsregulatorer, og jeg valgte dem fra National Japan Radio, der er i plastik. Dette betyder, at du ikke har brug for en isolator mellem regulatoren og kabinettet, når du monterer dem. Oprindeligt byggede jeg strømforsyningen internt i mikrofonforstærkeren. Det fungerede ikke så godt, da jeg havde en summen og summende, alt sammen med hvor tæt min transformer var på den interne mikrofonledning. Jeg endte med at lægge transformeren, ensretteren og de store filterhætter i en separat boks. Jeg brugte et 4 -terminal XLR -stik, jeg havde i reservoiret til at bringe den uregulerede DC ind i hovedkassen, hvor regulatorerne er monteret tæt på hovedkortet. Som nævnt tidligere skulle jeg i første omgang bruge 24VDC til Phantom power og endte ikke med at gøre det og dermed forenkle mit kredsløb og slippe af med 24V regulatoren (og en transformator med højere spænding!)

Trin 2: Konstruktion: Sagen

Sagen:

Hvis du ikke har bemærket det endnu, er min maling og mærkning temmelig funky. Mit barn lavede et skoleprojekt, og vi havde de tre farver spraymaling til rådighed, så på et indfald brugte jeg alle tre. Så fik jeg ideen til bare at håndmærke etiketten med gul emalje og en lille pensel. Stort set den eneste i verden, der ser sådan ud! Jeg fik min sag fra Tanner Electronics i Dallas, en overskudsbutik. Jeg fandt den online på Mouser og andre steder. Det er Hammond P/N 1456PL3. Du vil måske mærke det og male det anderledes, det er op til dig!

Trin 3: Konstruktion: Printkort

PC -kort:

Jeg byggede kredsløbet på et prototypende brødbræt. Bygger først en kanal for at sikre, at designet fungerede som forventet. Byggede derefter de tre andre kanaler. Se foto 1 og 2 for layout. Mine OPA2134’er er fra Burr Brown, som blev erhvervet af TI i 2000. Jeg købte 100 af dem dengang og har stadig et par stykker. Bemærk.1uF bypass -hætterne, der alle er monteret på undersiden af brættet. Disse er vigtige for stabiliteten af IC -chipsene.

Trin 4: Konstruktion: Frontpanelstik og kontrolelementer:

Frontpanelstik og kontrolelementer:

Afhængigt af dit sagvalg kan dit layout variere. Jeg brugte Switchcraft panelmonterede ¼”stik, der forbinder frontpanelet med jorden. For at minimere jordsløjfer skal du slutte jorden til XLR-stikket (Pin-1) med den kortest mulige længde til frontpanelet. Til mit layout tilsluttede jeg dem til jordledningen til "Hi Z" -indgangsstikkene. Jeg forbandt faseomskifterne ved at forbinde de to ydre forbindelser på kontakten Double Pole Double Throw (DPDT). Derefter går mikrofonindgangen fra XLR til midterledningerne og en af de ydre forbindelser til printkortet. På denne måde, når kontakten ændres, vender fasen. Før montering af XLR -stik, loddes på de to 470pf -kondensatorer til RF/EMI -afskærmning. Dette gør det meget lettere senere! Monter potentiometrene på frontpanelet. Jeg brugte en lille skarpe eller anden markør til at mærke ting på indersiden til at hjælpe med forbindelser senere. Og for at minde mig om, hvilken klap af potentiometrene der skal sluttes til jorden. Tilslut derefter alle jordforbindelserne til gryderne sammen ved hjælp af en fælles uisoleret bar ledning. Senere vil forbindelsen køre til det fælles grundpunkt.

Trin 5: Konstruktion: Intern ledning

Interne forbindelser:

Til mikrofonsignaltrådene snoede jeg 22 gauge ledninger sammen og sluttede input XLR -stik til fasevælgerkontakterne. Ved at vride dem sammen minimeres enhver omstrejfende EMI og RF. I teorien burde vi ikke have noget internt i metalkassen, da alt i dette projekt er rent analogt kredsløb. Du skal ikke bekymre dig om fasen specifikt endnu. Vær konsekvent i, hvordan alle kanalerne er forbundet. Vi vil finde ud af at teste, hvilken position af kontakten der er "normal", og hvilken der er omvendt.

Til resten af lydledningen brugte jeg enkeltleder afskærmet og tilsluttede skærmen til jord kun i den ene ende. Dette holder vores signaler afskærmet og forhindrer jordsløjfer. Jeg havde en rulle med 26-gauge afskærmet Type "E" -tråd, som jeg fik overskud fra Skycraft i Orlando for længe siden. Der er leverandører, der sælger det online, eller du kan bruge en anden enkelt leder afskærmet. For hver forbindelse forberedte jeg en længde af det med skjoldet eksponeret i den ene ende og den anden bare midterlederen. Jeg satte noget varmekrymp over skjoldet på den ikke-tilsluttede ende for at isolere det. Se billederne. Arbejd metodisk og forbind en ting ad gangen. Jeg binder derefter hver gruppe på fire ledninger indpakket for at holde tingene så pæne som muligt.

Trin 6: Konstruktion: Strømforsyning

Strømforsyning:

Jeg byggede min forsyning i en mindre projektboks. Der er EN ting, du skal gøre for at gøre denne sikker og opfylde kode. Du skal have en sikring på transformatorens primære. Jeg brugte en in-line sikringsholder med en ¼ amp sikring. Det vil blæse, hvis transformatoren trækker mere end 25W, hvilket den ikke burde. Det hele bruger højst 2W med fire mikrofoner tilsluttet.

Spændingsregulatorer:

Forbered spændingsregulatorerne før montering på panelet ved lodning på de to filterkondensatorer, 10uF til indgangen og.1uF på udgangen. Jeg har også vedhæftet inputledninger til dem for at forhindre forvirring senere. Husk: 7815 og 7915 er kablet forskelligt. Se databladene for pin -nummerering og forbindelser. Når alt er monteret, er det tid til at lave alle de interne forbindelser.

Strøm- og jordforbindelser:

Jeg brugte farvekodet ledning til at forbinde jævnstrømsledningerne til printkortet. Alle jordforbindelser løber tilbage til et forbindelsespunkt i projektkassen. Dette er en typisk "Star" -jording. Fordi jeg allerede havde bygget strømforsyningen internt. Jeg havde stadig to store filterkondensatorer internt i sagen. Jeg beholdt disse og brugte dem til den indgående jævnstrøm. Jeg havde allerede en afbryder i kabinettet (DPDT), og jeg brugte den til at skifte +/- ureguleret jævnstrøm til regulatorerne. Jeg tilsluttede jordledningen direkte.

Når alle forbindelser er færdige, skal du tage en pause og vende tilbage senere for at kontrollere alt! Dette er det mest kritiske trin.

Jeg anbefaler, at du tester strømforsyningen og sikrer, at polariteterne er rigtige, og at du har +15VDC og -15VDC fra regulatorerne, før du slutter dem til printkortet. Jeg monterede to lysdioder på mit panel for at vise, at der var strøm. Du behøver ikke at gøre dette, men det er en god tilføjelse. Du skal bruge en strømbegrænsende modstand i serie med hver LED. En 680 Ohm til 1K fungerer fint.

Trin 7: Konstruktion: Patchkabler

Patchkabler:

Denne del kan være en separat instruerbar. For at gøre dette brugbart skal du slutte alle fire kanaler til linjeindgange i Focusrite -grænsefladen. Jeg planlægger at have dem lige ved siden af hinanden, så jeg havde brug for fire korte patchkabler. Jeg fandt et godt enkelt lederkabel, der var robust og ikke dyrt hos Redco. De har også gode ¼”stik. Kablet har et ydre kobberflettet skjold og et ledende indre skærm af plast. Det skal fjernes, når man laver patchkablerne. Se fotosekvensen for min kabelmonteringsmetode. Jeg kan godt lide at tage skjoldet og vikle det rundt om jordforbindelsen på ¼”-stikket og derefter lodde det. Dette gør kablet ret robust. Selvom du altid skal tage et patchkabel ud af stikket ved at holde stikket, sker der nogle gange uheld. Denne metode hjælper.

Trin 8: Test og brug

Test og brug:

Den første ting, vi skal gøre, er at bestemme fasekontakternes polaritet. For at gøre dette skal du bruge to identiske mikrofoner. Hvilket jeg går ud fra, at du har, eller du ikke har brug for en fire-kanals forforstærker! Tilslut den ene til en Focusrite mikrofon-forstærkerindgang og den anden til at kanalisere en af de fire kanals mikrofon-præ. Panorer begge til midten. Hold mikrofonerne tæt på hinanden, og tal syng eller nynn, mens du bevæger munden forbi de to mikrofoner. Hovedtelefoner hjælper virkelig med denne del. Du bør ikke høre en null eller et dyk i output, hvis mikrofonerne er i fase med hinanden. Skift mikrofonens fase og gentag. Hvis de er ude af fase, vil du høre et nul eller fald i niveauet. Du burde virkelig hurtigt kunne fortælle, hvilken position der er i fase og ud af fase.

Jeg lagde mærke til med niveaupotten cirka halvvejs, at jeg får nominel forstærkning for mine mikrofoner, og det svarer nogenlunde til, hvor jeg normalt indstiller Focusrite forstærker-forstærkningsknappen til cirka 1-2. Interessant nok er specifikationen på Focusrite op til 50dB gevinst. Når jeg har skruet det helt op (uden mikrofon tilsluttet) får jeg et lille sus. Det er bare lidt højere end min SSM2019 -baserede forforstærker. Jeg har ikke et detaljeret testudstyr til rådighed. Jeg har dog stor erfaring i både studiet og levende lyd, og denne forforstærker er en top -performer.

Til Hi-Z-input lodde jeg en Piezo Disc til et 1/4 jackstik og kontrollerede, at alt fungerer, og forstærkningsområdet er korrekt. Jeg planlægger at teste dette på en akustisk guitar i den nærmeste fremtid.

Jeg er begejstret for at have hele otte kanaler med mikrofonindgange til rådighed til optagelse. Jeg har et par MS -mikrofoner og 8 af mine Pimped Alice -mikrofoner. Dette vil lade mig eksperimentere med forskellige mikrofonplaceringer på samme tid. Det åbner også døren til et projekt, jeg længe har ønsket at prøve - en Ambisonic mikrofon. En med fire interne kapsler beregnet til at optage surroundlyd og multidirektional lyd.

Følg med for flere mikrofoninstruktioner!

Trin 9: Referencer

Disse er et væld af oplysninger til analog lyd, mikrofonforforstærkerdesign og korrekt jordforbindelse til lydkredsløb.

Referencer:

Datablad SSM2019

Datablad OPA2134

Phantom Power Wikipedia

Det korps "Phantom Trussel"

At Corp Analoge hemmeligheder din mor aldrig fortalte dig

At Corp Flere analoge hemmeligheder din mor aldrig fortalt dig

That Corp Designing Microphone Preamps

Whitlock Audio Grounding, Whitlock

Rane “note 151”: Jording og afskærmning