Lautsprecher+ Teil 1: Konzept und Elektronik

Wenn ich auf meine vergangenen abgeschlossenen Projekte schaue fällt auf, dass diese doch meist etwas mit Audio zutun haben – im Speziellen mit dem Bau eigener Lautsprecher. Dabei verbindet der Lautsprecherbau zwei meiner größten Begeisterungen: zum einen den mechanischen Aufbau und zum anderen den elektrotechinschen Aspekt. Nachdem ich mich in der Vergangenheit hauptsächlich mit dem Bau passiver Lautsprecher beschäftigt hatte, wurde es jetzt Zeit ein größeres Projekt mit erhöhtem Fokus auf Elektronik anzugehen: Ein aktiver Lautsprecher mit selbst designtem Verstärker sowie Kontroll Elektronik. Den Verstärker habe ich bereits in einem anderen Artikel beschrieben. Dieser Artikel legt den Fokus auf das Konzept des Systems, sowie die „Low-Level“ Elektronik, also alles vor dem Verstärker.

Konzept

Das Konzept und damit die Features wurden zunächst bewusst einfach gehalten. Ich halte nicht viel von den typischen „Boombox“ Feature-Sets mit viel zu vielen Einstellungen, von denen ja doch nur die Lautstärkeregelung und die Quellenwahl genutzt wird. Neben diesen beiden Features gibt es noch die Möglichkeit zwei oder mehr Boxen miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck kann der Modus zwischen Mono, für Standalone Betrieb, oder Stereo, für gemeinsamen Betrieb, gewählt werden.

 

Eingangsseitig können zwei analoge Quellen angeschlossen werden. Zwischen den Quellen kann mithilfe eines, aus JFETs aufgebauten, DPDT Schalter, der von einem Schalter an der Front betätigt wird, umgeschaltet werden. Der DPDT Umschalter ist, wie viele der folgenden Schaltungsblöcke, stark an die Schaltungen in Small Signal Audio Design von Douglas Self angelehnt [Self, S. 603]. Im folgenden wird dann immer nur auf diese Quelle verwiesen, in welcher sich ausführlichere Erklärungen finden lassen. Der Schalter am Frontpanel gibt die Steuerspannung für die Transistoren vor und ist damit nicht im Signalpfad. Die nachfolgende Lautstärkeregelung ist eine Baxandall Regelung (Self, S. 362). Sie ist so modifiziert, dass eine maximale Verstärkung von 0dB bei voll aufgedrehtem Poti erreicht werden kann. So kann eine Box im „Master“- und eine andere Box im „Slave“-Modus betrieben werden. Das Potentiometer der „Slave“-Box wird voll aufgedreht, sodass das Eingangssignal durchgeschleift wird und die Lautstärkeinstellung der „Master“-Box übernommen wird. Dieses Feature bedingt auch die Platzierung der Lautstärkeregelung im Signalpfad. Sie muss vor dem Ausgang und damit in Stereo Ausführung implementiert sein. Es folgt ein Mischer, welcher beide Kanäle auf Einen mischt. Die Moduswahl beeinflusst ausschließlich welches Signal an einen externen Lautsprecher ausgegeben wird: vor dem Mischer als Stereo Signal oder nach dem Mischer als zweifaches Mono Signal. Es stellt sich die Frage, ob eine Mono Ausgabe überhaupt Sinn ergibt, ist dieser Modus doch für einen Standalone Betrieb vorgesehen. Es könnte beispielsweise ein Lautsprecher angeschlossen werden, der sich nicht im gleichen Raum befindet aber trotzdem mit der gleichen Quelle gespeist wird oder aber die Unterstützung eines Subwoofer in Anspruch genommen werden soll. Das Signal wird nun verstärkt um den Einganspegel des Verstärkers zu bedienen. Außerdem ist eine aktive Frequenzweiche mit Pegelanpassung für Tief- und Hochtöner implementiert. Auf die Vorteile von BiAmping wurde an anderer Stelle schon zu genüge eingegangen.
Als anologes Eingangssignal kann entweder ein single-ended Signal (RCA) oder ein differentielles Signal (XLR) angeschlossen werden. Der Eingangsbuffer (Self, S. 508) bietet die Möglichkeit beide Signalformen an der gleichen Schaltung zu betreiben. Ein Bluetooth Empfänger ist vorgesehen, aber noch nicht implementiert. Der Ausgangsbuffer (Self, S. 544) ist rein differentiell gehalten, um hier weite Entfernungen in anspruchsvollen Umgebungen zu unterstützen.

Board

Das Haupt Board und die Eingangs- und Ausgangsbuffer sind auf seperaten Platinen aufbegaut. Das Layout ist möglichst einfach gehalten. Verbunden werden die Platinen mit einfachen Leiterplattenverbindern.
Aktuell unterliegt das gesamte System einem nicht zu ignorierenden hörbaren Rauschen. Mögliche, aber noch nicht geklärte, Ursachen hierfür könnten die langen Leitungen im Gehäuse zum Beispiel zum Potentiometer oder zwischen den Platinen sein. Um diesen Effekt zu minimieren werden geschirmte Leitungen die bisherigen einfachen Litzen ersetzen. Ein weiteres Problem könnte die Power Supply Rejection Ratio (PSRR) oder fehlerhaftes Routing des Haupt Boards sein. Als Netzteil wird ein Schaltnetzteil verwendet. Die Versorgungsspannung der Operationsverstärker und der FETs wird zwar noch noch von Linearreglern geglättet, könnten aber dennoch negativ beitragen.

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