image

Ana içeriğe git
Konu: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı (1446 Kez okunmuş)

XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Elimdeki Sony UWP-D11 kablosuz mikrofon için bir preamp yapmak istiyorum. Alıcının çıkış seviyesi ortalama olarak -40 dBm ve bu seviye, ses kartı için yeterince yüksek bir seviye değil. Bunu şöyle 0 dBm gibi bir seviyeye çıkaracak bir preamp lazım.

Aslında alıcının menülerinden çıkışa ilave olarak 12 dB bir kazanç verilebiliyor. Ses kartında da ilave bir 4 dB kazanç verilebiliyor, ama hem alıcıyı, hem de ses kartını sınırda kullanmış oluyorum, bu da ideal değil. Buradan gelecek 16 dB kazanç da gene ses kartı için yeterli olmuyor.

Preamp için şu kriterler gerekiyor:

1) Tek giriş ve tek çıkış olacak (mono). Giriş dişi XLR, çıkış erkek XLR olacak.

2) Besleme olarak ilk aşamada simetrik iki tane 9V pil kullanılacak.

3) Sonraki aşamada, preamp'i bilgisayar'dan beslemek istiyorum. Bu da ya boş bir USB porttan gelen 5V ile, veya bilgisayar güc kaynağından gelen 12V ile olacak. Simetrik besleme gerekeceği için bu 5V'un veya 12V'un sanal şaseleme (virtual grounding) ile ikiye bölünüp simetrik +2.5V/-2.5V veya +6V/-6V elde edilmesi gerekecek. Bilgisayardan gelen voltajlar gürültüsü bol olacak, sanal şase de beslemenin kalitesini etkileyecek, ama belki de sonuç gene tatmin edici düzeyde olacak.

Distorsiyon seviyesinin düşük olması istenen birşey olsa de çok önemli değil. Ama arka plan gürültüsünün kesinlikle duyulamayacak kadar düşük olması lazım. Yani ortamda gürültü yoksa, mikrofona da konuşulmıyorsa, preamp çıkışı tamamen sessiz olması lazım.
Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #1
Alıcının çıkışına bağlanan kısa kablo var. Kablonun bir tarafı 3.5 mm fiş, diğer tarafı standart erkek XLR fiş. Bu fiş preamp girişine takılacak. Preamp çıkışına da, ses kartının girişleri olan breakout kablosu takılacak (standart dişi XLR fiş).

Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #2
Devre için elimde hazırda bulunan AD8692 opamp'ini kullanmayı tercih edeceğim. Ama NE5532 veya OPA serisi bir opamp de olabilir gerekirse.

Devreyi olabildiğince basit bir şekilde yapıp, gereken performansı sağlamadığı noktalarda iyileştirmeler yapalım diye düşünüyorum. Böylece her çıkan sorun için kafa yorup çözüm geliştirme konusunda güzel tartışma olur.

En basit şekliyle devrenin şu üç bloktan oluşması gerekir diye düşünüyorum (tartışalım :) )

1) Girişteki balanslı sinyali balanssız sinyale dönüştüren blok
2) 40 dB kazanç sağlayan blok
3) yükseltilmiş sinyali tekrar balanslıya dönüştüren blok.
Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #3
Hocam istekleriniz başım üzerine. Ancak bazı kriterler uyuşmamaktadır.
Uygun kazanç için boşta gürültü istenmiyorsa öncelikli kriter besleme devresidir.
Daha sonra GROUNDING teknikleri gelmektedir ki elimden geleni ardıma koymam :D
Bir PC güç kaynağı ile iyi bir analog devre asla anlaşamazlar. Daima aralarında sürtüşme olacaktır.
Bu sebeple benim önerim bağımsız bir güç kaynağı olup, son yapmış olduğumservo güç kaynağını önermekteyim.
Şöyle bişii .
X
Balanced input uygulaması son derece kolay olup tek bir opamp ile yapılabilir. Ancak yine balanced output biraz bizi zorlayacak.
Balanced output için özel op-amplar olsa da şu an aklımda olan bir ürün yok. Ancak balanced output için en ideal ekipman ilkel bir ürün olan transformatörlerdir.
Transformatörlerin yeri hala doldurulamamıştır. Bu sebeple hem girişte hem de çıkışta transformatör kullanımı devreyi hem gürültü açısından hem de karakteristik açısından en iyi hale getirmektedir. Ancak bu tür transformatörlerin temini oldukça zor ve pahalıdır.
En azından çıkış için transformatör kullanılmasının iyi olacağı düşüncesindeyim.
Ara kazanç devresi oldukça basit olup, en ucuz entegreden en pahalı entegreye kadar kullanılabilir çeşit çoktur.
Bunun için en üst nokta LT1115 entegresidir.
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/lt1115fa.pdf
2 milyon Vg kapasitesi ile ilk bakışta ABOO dedirtmektedir. Temini mümkün ise bu entegre 600ohm çıkış empedansları için de uygundur.
Basit ama çok kaliteli bir uygulama .
X



Ya da yüksek kaliteli iyi bir mik pre amplifier.
X
Görüldüğü üzere transformatör kullanılmıştır.

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #4
Özel NOT:
Konu ile ilgili olarak araştırma yaparken çıkış transformatörüne de baktım.
@taydin  hocam beni dövmezseniz sonuç ortada :D
https://www.amazon.com/Avalon-JT-1-performance-Jensen-transformer/dp/B00NVSVQ3I
Sadece 182 dalır'cıkmış :D
Ne yazık ki bu gibi ürünler vazgeçilemez ürünlerdendir.
Ancak 20.000 GAUSS veya üzeri sac bulabilirseniz sizin de saramamanız için hiçbir neden yok.
Eski cihazlarda bu tip transformatörler bulunabilmektedir.
Daha küçük ebatlıları da elbette uygundur.

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #5
Aslında hem transformatörsüz, hem de transformatörlü olarak yapıp aradaki performans farklarını karşılaştırmak lazım. Trafonun üreticisinin sitesinde fiyatlar biraz daha uygun (100 dolar  :D )

Jensen mic input transformers
Jensen line output transformers

Ama öncelikle transformatörsüzünü yapıp sorunları görelim, çözmek için biraz sürünelim.
Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #6
Bir de şu devre var:



Burada ilk iki opamp bir fark yükselteci (differential amplifier) görevi yapıyor, sağdaki ikinci opamp de balanssız hale gelen sinyali yükseltiyor. Bunun çıkışına da balanssızı balanslıya dönüştüren iki oampli bir devre kondu mu oluyor.

Bunun tek opamp'li giriş katına göre üstünlüğü, giriş empedansının ayarlanabiliyor olması.

URX-P03 alıcı devresinin çıkış empedansını ölçtüm 368 Ohm gibi. Eğer yeterince yüksek empedanslı ise, aslında tek opamp'li devrenin de iyi iş görmesi lazım. Bunu öncelikle denemek lazım.
Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #7
P-03 ün çıkışı transformatörlü ise zaten full yalıtılmış demektir.
Transformatörlü bir devre ile transformatörsüz asla karşılaştırılamaz.
Transformatörsüz input state, yarı iletken gürültüleri ile mücadele edilemez.
Ben bir ara transformatörsüz low-noise input için transistör çiftleri kullanmaya kalkmıştım.
Zaten bir adet transistör çifti 19$ falandı :D
Sizin devre de kullanılabilir. Gerekirse sizin devreye ilave iki adet tr. pair konularak giriş gürültüsü azaltılabilir.
Tabii ki düşük empedans için.
X
Çıkış için ne yazık ki şu an aklıma trafodan başka birşey gelmiyor.
Boşta iken herhangi bir gürültü istemediğinize göre, 40db kazanç faktörü için devremizin en az -65db gürültü seviyesi olmalıdır.

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #8
Alıcının çıkışı transformatörlü değildir, öyle olsa çok daha düşük bir çıkış empedansı olurdu.

Bu arada ses kartının da giriş empedansını ölçtüm, 2.4 KOhm gibi. Kartın üreticisi 10 KOhm olduğunu iddia ediyor. Bu ölçümü yapmak için seri direnç gerekiyor, ben de kabloları katletmemek için ölçümü kablonun kendi direncine göre yaptım  :D Hata payı yüksek olabilir. Ama 5 kat da değildir. Neyse, her halukarda bir sorun olmaması lazım. Seri dirençli bir kablo hazırlayıp tekrar ölçeceğim bunu.

Çıkışı tekrar balanslıya çevirmek kolay YAMYAM abi. İki opamp lazım, birisi eviren diğer evirmeyen, o kadar.

Bugün şase tipi erkek ve dişi xlr konnektörlerin siparişini verdim. Elimdeki opamp'ler SMD, o yüzden herhalde bir PCB yaptırmak lazım. Yoksa havada ölü böcek usulü yaparsam biraz zor olacak. Bu konuda bir tavsiyesi olan var mı?
Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #9
Bu arada dediğin gibi lineer güç kaynakları çok daha gürültüsüz oluyorlar. Büyükçe bir kutu yapıp lineer güç kaynağı kullanarak çok daha kolay bir şekilde iyi sonuç alabiliriz. Ama işte kocaman kutu için bilgisayarın yanında yer lazım olacak. Halbuki bir USB porta takılacak kablo ile alırsak beslemeyi, bir boru şeklinde de yapabiliriz devreyi ve bilgisayarın yanında diğer kablolar gibi sarkıtabiliriz  :)

Aslında dikkatli ve profesyonelce tasarlandıktan sonra, bir SMPS ile bile üst seviye kaliteye sahip ses devreleri yapılabiliyor. Şu anda üzerinde çalıştığım üst seviye USB DAC'ın içinde yüksek akım kapasiteli bir SMPS var, ama cihaz son derece temiz bir çıkış veriyor. 1 KHz, 0 dBm de distorsiyon seviyesini %0.002 olarak ölçtüm  :o

Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #10
Çıkış empedansı ölçümü için ohmmetre kullanmışsanız, ters polaritede de aynı direnci ölçüyorsanız büyük ihtimalle transformatörlüdür.
Bu tip cihazlardaki çıkış transformatörleri oldukça minik olup, bakır kayıpları biraz fazlaca olabiliyor.
Bunu engellemek için audio devrelerinde 600 ohm- 1Kohm standardı bulunmaktadır. Yani mümkün olduğunca az sarımlı transformatör.
Bu konudan emin olabildikten sonra devrenin tasarımına geçebiliriz.
Devrenin tasarımı, esasen kullanılacak yarıiletkenlerden ziyade, kutulama ve genel montaj itibarı ile önem arzetmektedir.
İyi bir SHIELDING ve GROUNDING bu tür devrelerde saç baş yoldurabilecek derecede önemlidir.

İyi kalite SMPS devrelere diyeceğim yoktur. Sonuçta bir güç kaynağının gürültü seviyesi, çıkış gerilimlerindeki dalgalanmanın ne kadar yüksek olduğu ile ilgilidir. İyi kalite bir SMPS güç kaynağı ile iyi kalite lineer güç kaynağı, bu durumda maliyet açısından ayrılmaktadır.
Haliyle iyi kalite SMPS güç kaynakları daha aşırı pahalı olmaktadır.

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #11
Bugün şase tipi erkek ve dişi xlr konnektörlerin siparişini verdim. Elimdeki opamp'ler SMD, o yüzden herhalde bir PCB yaptırmak lazım. Yoksa havada ölü böcek usulü yaparsam biraz zor olacak. Bu konuda bir tavsiyesi olan var mı?
 
 

SMD opamp olması önemli değil. Ancak sökülüp takılması zor.
Test esnasında değiştirmek gerekirse yandık.
PCB çizimi zor değil. Siz entegrenin kılıf şeklini tanımlayın ben PCB çizerim. Muhtemelen SOIC 8 kılıfı olsa gerek.
Bir öneri daha.
Eğer bulunabilirse SOIC8 to DIP8 dönüştürücüler vardı. Böylece DIP8 herhangi bir op-amp ta kullanarak test edebiliriz.

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #12
Çıkış empedansının ölçüm metodu:

1 KHz test sinyali verirken, önce yüksüz çıkış seviyesi ölçülür (Vo). Sonra bir yük direnci (RL) bağlanarak çıkış seviyesi ölçülür (VL). Bu durumda:

Zo = RL * (Vo - VL) / VL

Ben ölçümleri elimdeki audio precision AP525 audio analizör ile yaptım ve yük olarak da cihazı 600 Ohm'a yapılandırdım, ama 1 KHz'de doğru RMS ölçüm yapabilen herhangi bir multimetre ile de yapılabilir. Bu durumda tabi bir yük direncinin çıkışa bağlanması gerekiyor.



SOIC'den DIP dönüştürücü süper fikir. O zaman delikli plakete yapılabilir. Bulursam hemen sipariş vereceğim.
Elektrik sayacı döndürücüsü ...

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #13
https://www.direnc.net/soic8-dip-convertor
Şunlar fikir verebilir.

NOT:
1KHz değil de DC to 100Hz ölçümünü yaparmısınız hocam.

Ynt: XLR giriş/çıkışlı mikrofon preamp tasarımı

Yanıt #14
SOIC'den DIP dönüştürücü süper fikir. O zaman delikli plakete yapılabilir. Bulursam hemen sipariş vereceğim.
Hocam karışmak gibi olmasın ama bir de entegre soketi alın. Böylece entegrenin değişimi gerekirse işiniz daha kolay olur. Ayrıca bakır plaket kullanmanız bu tip profesyonel işlerde benim düşünceme göre daha sağlıklı olacaktır.