Tasakaalustatud kõrvaklappide võimendi kuulmispuudega inimestele: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

Minu vajadused

Mõni kuu tagasi paigaldati mulle kuuldeaparaadid, et kompenseerida tundlikkust kõrgete sageduste suhtes, põhjustades helide summutamist ja raskusi sübilantide (nt "S" ja "F") eristamisel. Kuid abivahendid ei anna kõrvaklappide kasutamisel mingit kasu, kuna mikrofonid asuvad kõrva taga. Pärast katsetamist induktsioonkaelaga ja otsest sisendit kuuldeaparaatidele (kumbki ei andnud rahuldavaid tulemusi) tuli mul idee kõrvaklappide võimendist, millel on reguleeritav sagedusreaktsioon, mis sobiks minu kuuldeaparaatidega.

Kui teil on mõni muu nõue võrdsustamiseks, saab seda projekti hõlpsasti kohandada. See suurendab (või vähendab, tühise modifikatsiooniga) 3 kesksagedusel. Seda võiks aga laiendada ka rohkematele sagedusaladele.

Tulemus

Lõppkokkuvõttes oli mul kena väike 6 cm ruudukarp, millel oli 3,5 mm pistik ja Bluetooth -sisendid ning 3,5 mm pistikupesa. Leidsin, et muusika kuulamiskogemuse paranemine on suurejooneline ja kõne on suurepärane.

Mida see juhend annab teile

Lubage mul kohe öelda, et see pole algajate projekt. Teil on vaja mõistlikku jootmisoskust ja kui soovite seda muuta (nagu võib juhtuda), peate õppima plaadi paigutuse jaoks Eagle'i ja 3D-prinditud kasti jaoks TinkerCADi. Mõlemal kulus mul natuke aega, et õppida, kuid kumbki polnud raske. Ma ootan, et inimesed õpiksid minu juhistest midagi (kui te ei tea juba rohkem kui mina), mitte lihtsalt pimesi juhiseid järgima.

Kui te pole kunagi pinnapealseid komponente jootnud, ärge heitke meelt - see pole nii raske, kui arvate. Tutvuge selle juhendiga.

Sellest projektist saate järgmist:

• Eagle'i disainifailid (skemaatiline ja tahvli paigutus)
• Kujundusvõrrandeid sisaldav Exceli arvutustabel, mis võimaldab teil kohandada tasandamist vastavalt teie vajadustele
• TinkerCADi disain 3D -prinditud kasti jaoks.

Kuna kohandatud trükkplaadi minimaalne tellimus oli 5 tükki, on mul varuks 3 tühja plaati (üks müüdud). Need on nüüd eBays müügil - vt

1. etapp: projekteerimisprotsess: nõuded ja strateegia

Kui ma sellele projektile mõtlema hakkasin, tekkis mul üks esimesi küsimusi, kas kasutada analoog- või digitaalfiltreid. Keith Walker hoiatas mind All Circuits'i foorumi teemas väga odava (analoog) graafilise ekvalaiseri kohta Kaug -Idast (eespool illustreeritud), mida ta oli kasutanud sama probleemi lahendamiseks. Nii tellisin ühe kontseptsiooni tõestuseks.

See töötas hästi, kuid oli kaasaskantavaks kasutamiseks liiga mahukas ning vajas nii positiivseid kui ka negatiivseid toitepiireid, lisamugavust. Kuid see kinnitas lähenemisviisi ja kasutatavate filtriahelate tüüpi.

Täpsustasin oma nõudeid järgmiselt:

• See peab olema kompaktne, kaasaskantav ja toiteallikaks laetav aku.
• See peaks vastu võtma sisendi kas 3,5 mm pistikupesast või Bluetoothist.
• Sellel peab olema eraldi vasak ja parem stereokanal.

Olen paljudes varasemates projektides kasutanud tavapäraseid aukudega komponente ja 0,3-tolliseid DIL-i ribaplaate, kuid see oleks teinud selle liiga mahukaks. Seega otsustasin, et pean disainima kohandatud trükkplaadi (minu jaoks uus kogemus), kasutades pinda paigaldada komponente (millest mul on mõningaid tagasihoidlikke kogemusi). Peaksin kujundama ka 3D-prinditud kasti (minu 3D-disainikogemus oli väga piiratud).

Bluetooth -funktsiooni oleks lihtne lisada mis tahes odavate Bluetooth -moodulite abil.

Vaatasin 2 või 3 spetsiaalset graafilise ekvalaiseri IC -d, kuid odavate quad -opampide kasutamine tundus lõpuks lihtsam ja nõudis ainult sama palju väliseid komponente.

2. samm: üksikasjalik disain

Põhilist vooluahela elementi, mida ma kasutasin, nimetatakse güraatoriks. See kasutab operatsioonivõimendit, et muuta capcitor virtuaalseks induktoriks. See ja veel üks kondensaator tekitab häälestatud ringkäigu, pakkudes teatud sagedusvahemikus kas kärpimist või suurendamist. Väga paljud graafilised ekvalaiseri kujundused kasutavad praktiliselt identset disaini ja sellest pole mõtet kõrvale kalduda. Need on näiteks Electronics Today Internationali septembris 1977 lk 27. See artikkel selgitab väga selgelt, kuidas vooluring töötab.

Muutsin seda ainult nelja opampi abil, mis töötavad ühest 5 V toiteallikast, ja lisasin kõrvaklappide võimendi IC, et tagada kõrvaklappide piisav juhtimine. Samuti asendasin iga potentsiomeetri potentsiomeetri ja takistiga, et anda ainult hoogu ja peenemat kontrolli, kuna ma ei vajanud lõikamist.

Skeem ja plaadi paigutus (mõlemad loodud Eagle'i abil) on näidatud ülal.

Eagle'i suurepärane omadus on see, et see sisaldab Spice circuit simulatsioonipaketti, mis võimaldab disaini valideerida ja sagedusreaktsiooni ennustada enne PCB tootmist.

Plaadil on 2 sisendit, 3,5 mm pistikupesa ja jootmispadjad Bluetooth -vastuvõtja mooduli ühendamiseks. Need on tõhusalt paralleelsed. Toiteallikaks võib olla kas mini-USB-pistikupesa või jootmispadjad. Ma kasutasin pigem mini-kui USB-d, kuna mikro-USB-pistikupesa oleks käsitsi jootmine üsna raske ja see on ka vähem vastupidav.

Samm: kotka paigaldamine ja seadistamine

Kui soovite plaadi kujunduse tootmiseks saata, muutke paigutust või lihtsalt muutke vastusekõverat, peate installima Eagle'i. Kui (nagu mina seda projekti alustades) pole te sellega tuttav, on SparkFuni veebisaidil mitmeid kasulikke õpetusi aadressil

Esimene asi, mida vaadata, on Eagle'i installimine ja seadistamine.

See hõlmab SparkFuni raamatukogude installimist. Allalaaditud zip-fail sisaldab kausta SparkFun-Eagle-Libraries-master, mille peaksite kopeerima EAGLE / teekidesse

Samuti peate importima minu Eagle'i skemaatilised ja tahvli paigutusfailid ning minu Spice'i mudelid. (Spice on vooluahela simulatsioonitarkvara, mis võimaldab meil võimendi sagedusreaktsiooni simuleerida.)

Kõik need sisalduvad ZIP -failis, mille saate alla laadida

github.com/p-leriche/EqualisedHeadphoneAmp

Avage ZIP -fail ja lohistage projektid ja vürtsikaustad oma kausta EAGLE. (See sisaldab juba tühja projektide kausta.)

Nüüd peaksite olema valmis Eagle'i käivitamiseks.

Avage vasakpoolsel paanil Projektid, seejärel projektid ja seejärel Tasandatud kõrvaklappide võimendi.

Topeltklõpsake faile Headphone_Amp.brd ja Headphone_Amp.sch. Need avanevad eraldi akendena, millest esimene näitab tahvli paigutust ja teine skemaatiliselt.

Leidke skemaatiliselt nupp Simuleeri ja klõpsake seda.

See avab simulatsiooni seadistuse. Klõpsake raadionuppu AC Sweep, määrake tüübiks Dec (vaikimisi) ja Start and End Freq vastavalt 100 ja 10000. Klõpsake paremas alanurgas nuppu Simuleeri. Pärast pausi peaks ilmuma sagedusreaktsiooni graafik, nagu on näidatud järgmises etapis.

4. samm: reageerimiskõvera muutmine

Tõenäoliselt erinevad teie kõrvad minu omadest, nii et kõigepealt vajate oma audiogrammi koopiat. Teie audioloog peaks seda teile pakkuma, kuid kui teil on hea paar kõrvaklappe, saate need ise teha, minnes aadressile

See peaks andma teile hea ettekujutuse sellest, kui palju hoogu vajate erinevatel sagedustel. Minu puhul suureneb kuulmislangus kiiresti üle 3 kHz, mistõttu on võimatu seda palju kõrgemal kompenseerida. Igatahes osutasid mõned eksperimendid, mis analüüsisid Audacityga erinevate allikate spektrit, et tõenäoliselt ei olnud sellest palju rohkem kui minu jaoks puudu.

Praegusel kujul võimaldab projekt reguleerida sagedusreaktsiooni 3 kesksagedusel 1,5, 2,3 ja 3,3 kHz, sõltumatult vasaku ja parema kanali vahel. Saate nende sagedustega kinni pidada või neid muuta (vt järgmist sammu).

Kaustast EAGLE / spice leiate mudelid kolmele trimpotile POT_VR111.mdl, POT_VR121.mdl ja POT_VR131.mdl. Need juhivad reaktsiooni 3 sagedusel. Kui avate mõne neist tekstiredaktoriga (nt Notepad), kuvatakse järgmine rida:

.param VAR = 50

Muutke number vahemikku 0 kuni 100, et näidata vastava trimpoti asukohta ja seega ka selle sageduse suurendamist nullist maksimaalseks.

Käivitage nüüd simulatsioon uuesti (klõpsake enne suvandi Simuleeri klõpsamist käsku Värskenda võrgunimekirja), et näha, kuidas sagedusvastus nüüd välja näeb.

Samm: muutke kesksagedusi

Kausta Eagle Project lisasin Exceli arvutustabeli Calc.xlsx. Avage see Exceli abil (või kui teil pole Exceli, LibreOffice Calc, mis on tasuta). See arvutustabel sisaldab ainult ühe kolmest filtrisektsioonist kujundusarvutusi.

Esimene kast võimaldab teil arvutada keskväärtuse ja Q -teguri antud väärtuste R1, R2, C1 ja C2 jaoks. (Q või kvaliteeditegur määrab riba laiuse. Suurem väärtus annab kitsama riba ja suurendab hoogu. Tundub, et väärtused umbes 4 töötavad hästi, kui iga sagedus on eelmisest ligikaudu 50% suurem.)

Tegelikult soovite tõenäolisemalt valida sagedused ja arvutada komponentide väärtused. Arvestades soovitud sagedust ja kolme neljast komponendi väärtusest, võimaldab teine kast arvutada neljanda komponendi väärtuse.

Komponentidel on eelistatud väärtus (näiteks E12 -seeria), nii et saate valida arvutatud väärtusele lähima eelistatud väärtuse ja sisestada selle tagasi esimesse kasti, et näha, milline on tegelik sagedus.

Seejärel peate ühendama oma väärtused Eagle'i skeemiga ja korrata simulatsiooni.

Avage skeem ja klõpsake vasakpoolsel paneelil komponendi väärtuse ikooni ja seejärel komponenti, mida soovite muuta. (Simulatsioon on seadistatud töötama ainult alumisel või vasakul kanalil.) Saate hoiatuse, milles öeldakse, et komponendil puudub kasutaja määratav väärtus. Kas soovite seda muuta? Muidugi teed! Sisestage uus väärtus ilmuvasse kasti.

Klõpsake nuppu Simuleeri, klõpsake käsku Värskenda võrgunimekirja ja seejärel Simuleeri.

6. samm: vajalikud komponendid

Loomulikult vajate trükkplaati. Kui te ei kasuta mõnda minu varuplaati, peate Eagle'i failid tootmiseks saatma. Enamik tootjaid nõuab disaini gerber -failide komplektina. Selle asemel, et siin juhiseid dubleerida, otsige Internetist Eagle export gerber või vaadake Sparkfuni õpetust.

Eraldi gerberifailid kirjeldavad vasekihte, jootmismaski, siiditrükki, puurimist ja plaadi kontuuri freesimist.

Failide veebis tootjale esitamisel kinnitab see need ja teavitab teid oluliste failide puudumisest. Kuid see ei hoiata teid, kui siiditrükifail on puudu, mis oli minu viga. See on seadme kontuuridest eraldi.

Tahvli täitmiseks vajate järgmisi komponente.

• TL084 SOIC -14 quad op võimendi - 2 välja
• LM4880M SOIC 250mW võimsusvõimendi - 1 väljas
• 0603 SMD takisti sortiment
• 0603 SMD keraamiliste kondensaatorite sortiment 100pF - 1μF
• 5K Trim Pot 3362P -502 - 6 off
• 10uF 16V SMD 0805 mitmekihiline keraamiline mitmekihiline kondensaator - 4 välja lülitatud
• 2917 (EIA7343) 100μF 16V tantaalkondensaator - 2 väljas
• 2917 (EIA7343) 470μF 10V tantaalkondensaator - 2 väljas
• Mini USB emane 5-pin SMD pesa
• 3,5 mm läbimõõduga PCB -kinnitusega stereohelipistik - 2 välja lülitatud
• 3 mm sinine LED (või teie valitud värv)

Täieliku Bluetooth-sisendiga patareitoitega seadme jaoks vajate lisaks:

• Bluetooth -vastuvõtja moodul, mis toetab A2DP -d
• LiPo aku: 503035 3,7 V 500 mAh
• TP4056 LiPo laadija, millel on mini-USB sisend (või soovi korral microUSB), nagu see
• 3V - 5V võimendusmuundur nagu see
• Mini SPDT liuglüliti

NB! LiPo laadija on tõenäoliselt seadistatud 1A laadimisvoolule, mis on 500 mAh aku jaoks liiga palju. Oluline on eemaldada laadimiskiiruse programmeerimistakisti (tavaliselt 1,2K, mis on ühendatud TP4056 kiibi tihvtiga 2) ja asendada see 3,3k -ga.

Kasutasin traadiga otsaga LiPo akut, kuid üks, millel on miniatuurne JST-pistik, võimaldaks selle ühendada alles pärast juhtmete ühendamist ja kõik muu topeltkontrolli, samuti hõlbustaks selle vahetamist.

Eelistatav on Bluetooth -moodul, mis töötab kas 3.3 V või 5 V toitel, kuna see saab toite otse akult võtta, vähendades 5 V toitekaabli põhimoodulplaadile digitaalset müra.

Kui valite Bluetooth -mooduli, mis toetab nii AVRCP -d kui ka A2DP -d, saate helitugevuse suurendamiseks/vähendamiseks ja järgmise/eelmise loo jaoks lisada nuppe.

Paljudel Bluetooth -moodulitel on ühenduse olekut tähistav pinnale paigaldatav LED ning laadija TP4056 punased ja rohelised pinnakinnituse LED -id näitavad laadimisolekut. Selline kast nagu see, mille tegin, peidab need tõenäoliselt ära, nii et neid saab asendada (vt hiljem) järgmiselt:

• 3 mm sinine LED
• 3 mm punane/roheline ühine anood -LED.

Samm 7: Palja prototüübi kasutamine

Kui olete hankinud ühe minu varu prototüüpplaatide, peate teadma vaid mõnda väikest viga.

• Tahvli peal pole siiditrükki. Teil on abiks tahvli paigutuse prinditud koopia käestlaskmisel.
• Paar viat olid mõeldud ülemise ja alumise maa tasandi ühendamiseks, mis seda ei tee. Sellel pole tagajärgi.
• C3 oli algselt 100uF, 2917 pakendis. See väärtus oli liiga suur ja on nüüd 1uF 0603. Selle sobitamiseks peate pisut jootekindlust maapinnalt ära kraapima, nagu fotol näidatud.

Võimenduse määravad takistite R106 ja R206 väärtused. 22k annab ligikaudu ühtsuse. Kuna soovite võib-olla katsetada erinevate väärtustega, esitasin nii 0603 SMD takistuspadjad kui ka traadiga takistite jaoks augud 0,3 sammuga.

8. samm: selle poksimine

Kasutatava kasti 3D-prinditava kujunduse leiate aadressilt tinkercad.com. Vahed olid natuke liiga kitsad, nii et olen suurendanud kasti pikkust ja laiust 1 mm võrra.

Karbi põhjas on lahtrid akule, laadijale, 5V võimendusmuundurile ja Bluetooth -moodulile. Kõrvaklappide võimendiplaat sobib peal. Kaant hoiavad kinni kaks M2x5mm isekeermestavat kruvi.

Identsed laadijad ja 5 V võimendusmoodulid on laialdaselt saadaval, kuid Bluetooth -mooduleid on palju. Kui mõni neist erineb minust, peate karbi kujundust muutma.

Kui olete paigas, saate mooduleid kergelt kuumliimiliimiga kinni hoida.

Samm: ühendage see kokku

Testimiseks kinnitasin kõik moodulid blu-taci kasutades papitükile. Sellest leidsin, et maaühenduste marsruutimine oli kriitiline. Maapind Bluetooth -moodulist tuleb viia kõrvaklappide võimendisse koos let- ja paremkanalitega, kuid siis peab jaotusplaadilt saadud maaühendus minema Bluetooth -moodulile, mitte kõrvaklappide võimendile, vastasel juhul saate palju digitaalset müra väljundis olevast Bluetooth -moodulist.

Paigaldasin sisse/välja lüliti väikesele ribalauale, 6 riba laiuseks 5 pikkuseks ja 2x4 väljalülitusega lüliti jaoks. See toimib ka toitejaotusplaadina. Kui see oli täielikult ühendatud, liimisin lüliti epoksüliimi abil oma kohale (koos ribalauaga). Kui teeksin projekti uuesti, näeksin ette kõrvaklappide võimendiplaadi lüliti.

Selle ühendamiseks vajate üsna õhukest keerdtraati, nii et lõikasin vikerkaarelindi pikkuse kaabli pooleks, mis andis mulle üksikud eri värvi juhtmed. Tavaliselt juhiksite juhtmed läbi plaadis oleva augu ja jootaksite selle teisel küljel, kuid kui erinevad moodulid olid karbi põhjas paigas, pidin jootma plaadi samale küljele, kust traat sisenes, eemaldatud on veidi rohkem isolatsiooni kui muidu oleks vaja olnud. Ma pidin ribalaua vasest küljega ülespoole kinnitama ja sellega ühendused jootma.

Tahtsin, et laadija LED-id ja Bluetooth-moodulid oleksid nähtavad, seega eemaldasin pardal olevad SMD-LED-id ja ühendasin padjad 3 mm LED-ide külge. Puurisin nende jaoks kasti augud, kuna ma polnud neid oma 3D -prinditud kasti lubanud. Ühendasin need joodetava emailitud traadiga moodulite jootepatjadega. See on kaetud isekihuva polüuretaaniga, mis sulab jootekolvi kuumuse all.

Laadimismooduli jaoks kasutasin punast/rohelist tavalist anoodi LED -i. Ühine anood tuleb ühendada mõne SMD LED -padjaga, mis on plaadi servale kõige lähemal (mida saate multimeetriga kinnitada). Kui teie Bluetooth -moodulil on SMD -LED, peate polaarsuse kindlaks määrama multimeetriga. Mõnel moodulil on ühendused välise LED -i jaoks.

Enne kõrvaklappide võimendi sisestamist teiste moodulite kohale kasti leidsin, et on vaja asetada väikesed tükid PVC-linti Bluetooth-mooduli kahe elektrolüütkondensaatori ülaosale ja mini-USB-laadimispesasse, et vältida lühiseid. kõrvaklappide võimendi all.

10. samm: täiustused

Kui ma sooviksin selle tooteks muuta, oleks kahtlemata asju, mida ma muudaksin, kuid olles teinud endale vidina, mis täidab minu eesmärki, jätkan teiste projektidega.

Ahel:

• Bipolaarne toiteallikas oleks võinud parem olla. Kuna opampide vool on väike, oleks mahtuvuslik pumba pingemuundur, näiteks MAX660, hõlpsasti negatiivse toite pakkunud.
• Bipolaarse toiteallika korral ei vajaks 5V võimendusmuundurit op -võimendid. LM4880 kõrvaklappide võimendi töötab LiPo aku toorväljundpingega, kuigi maksimaalset väljundvõimsust vähendatakse 250 mW kanalilt umbes 100 mW kanalile.

Juhatus:

• Tahvli suurus on just selline, nagu see paigutusprotsessist välja tuli, kuid selle täpseks suuruseks, näiteks 6x6 cm, purustamine oleks teinud karbi kujundamise veidi lihtsamaks.
• Samamoodi oleks olnud korralikum, kui sisend- ja väljund 3,5 mm pesad oleksid paigutatud ühele joonele ja täpselt kahe poole keskele. See hõlbustaks ka kasti kujundamist.
• LiPo laadija vooluahela pardale seadmine oleks olnud lihtne. 3–5 V võimendusmuundurit poleks vaja bipolaarse toiteallikaga, seega säästate 2 eraldi moodulit.
• Kasutades lihtsat TP4056 laadijat, saab akut üle laadida, kui proovite seda laadida sisselülitatud seadmega. Veidi keerukamad laadijad sisaldavad lihtsat kaitselülitust, mis oleks väärt kaasamist.
• Ülaltoodud muudatustega saaks lüliti plaadile paigaldada. Lüliti 3D -trükitud kasti paigaldamise meetod ei olnud ideaalne.
• Kahepooluseline kolmekäiguline lüliti võimaldab Bluetooth -moodulit toita ainult vajadusel.

Kast:

• Moodulite paigaldamine 2 kihti muutis kokkupanemise raskemaks, kui vaja, ja õhem, kuid suurem kast oleks tasku paremini sobitanud.
• Lüliti lülitub tahtmatult sisse. Selle vältimiseks oleks olnud lihtne lisada 3D -prindikujundusse ümbrised.

Muud rakendused:

Kui soovite võib -olla audiofiilina lihtsalt tasakaalustatud kõrvaklappide võimendit, mis nii võimendab kui ka lõikab erinevatel sagedustel, saate kasutada sisuliselt sama kujundust.

Nii suurendamiseks kui ka lõikamiseks kõrvaldage R113, R123, R133 ja R213, R223, R233 (või asendage 0Ω residentidega) ja asendage trimpots 10k (soovi korral liugpottidega).

Saate lisada nii palju güraatoriahela eksemplare kui vaja.