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Echo-Schaltung DE 100

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Aus ELVjournal 04/2006     2 Kommentare
Echo-Schaltung DE 100
Bausatzinformationen
ungefähr Bauzeit(Std.)Verwendung von SMD-Bauteilen.
10,5OK4/2006

Inhalt des Fachbeitrags

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Technische Daten

Spannungsversorgung9-V-Blockbatterie
Stromaufnahme25 mA
Anschlüsse:
EingangMikrofon 3,5-mm- Klinke
AusgangLine/Cinch
Verzögerungszeit40 ms bis 400 ms
SonstigesAutomatische Lautstärkeregelung (ALC)
Abmessungen (Gehäuse)115 x 64 x 28 mm

Wohl kein Toneffekt ist in der Audiotechnik so beliebt wie der Echo-Effekt. Durch Einsatz eines digitalen Audio-Prozessors können heute Echo-Effekte in sehr hoher Qualität und mit relativ geringem Aufwand erzeugt werden. Unsere batteriebetriebene Echo-Schaltung arbeitet mit einem solchen Audio-Prozessor und besitzt dazu einen Mikrofoneingang mit einer automatischen Verstärkungsregelung (ALC), die eine optimale Aussteuerung erlaubt bzw. ein Übersteuern verhindert.

Echo für alle Fälle

Kein Fahrgeschäft auf der Kirmeswiese ohne Echo-Effekt in der Soundanlage, keine Diskothek, kein Studio kommt ohne aus, und die beliebten Karaoke-Partys schon gar nicht. Und selbst so manches Spielzeug verfügt über eine Echo-Schaltung … Während noch vor wenigen Jahren einiger Aufwand getrieben werden musste, um diesen Effekt in guter Qualität elektronisch zu erzeugen (ältere Leser werden sich noch an die legendäre Echo-Technik mittels spezieller Mehrkopf-Tonbandmaschinen erinnern), erledigen dies heute schon sehr preiswerte, kleine Audio-Prozessoren, die Preis und Herstellungsaufwand deutlich sen ken und ein solches Effektgerät auch im Selbstbau für jedermann zugänglich machen. Der in unserer Echo-Schaltung eingesetzte Audio-Prozessor PT 2399 sticht durch die sehr guten technischen Daten, vor allem den sehr guten Signal-Rausch-Abstand von 90 dB, hervor, und mit ihm kann preisgünstig mit relativ geringem Schaltungsaufwand eine qualitativ hochwertige Echo-Schaltung realisiert werden.

Schaltung

Bild 1: Schaltbild der Echo-Schaltung
Bild 1: Schaltbild der Echo-Schaltung
Bild 2: Das Blockschaltbild des PT 2399
Bild 2: Das Blockschaltbild des PT 2399
Der Mittelpunkt der Schaltung (Abbildung 1) ist der bereits erwähnte Audio- Prozessor IC 2 vom Typ PT 2399, um den sich die Schaltungsteile zur Aufbereitung des Mikrofonsignals und für die Spannungsversorgung gruppieren. Das vom Mikrofon kommende Signal, das über die Klinkenbuchse BU 2 eingespeist wird, weist einen zu geringen Pegel auf, um es direkt auf den Eingang von IC 2 geben zu können, es muss daher verstärkt werden. Dies erfolgt mit dem Operationsverstärker IC 3 A. Der Verstärkungsfaktor wird durch das Verhältnis der beiden Widerstände R 3 und R 6 bestimmt. Die Eingangsbeschaltung der Buchse BU 2 ist so ausgelegt, dass sowohl „normale“ 2-polige Mikrofone als auch Mikrofone bzw. Mikrofonkapseln mit integriertem Impedanzwandler, die eine Spannungsversorgung benötigen, angeschlossen werden können. Die Versorgungsspannung für das Mikrofon gelangt über die beiden Widerstände R 1 und R 4 auf die Buchse BU 2. Die mit IC 3 B, T 1 und Außenbeschaltung realisierte ALC (Automatic Level Control, automatische Verstärkungsregelung) verhindert ein Übersteuern des Audio- Prozessors. Die Leerlaufverstärkung von IC 3 B wird mit den beiden Widerständen R 9 und R 10 festgelegt. Die Widerstände R 7 und R 2 bilden einen Spannungsteiler, der in den Signalweg eingefügt ist. Parallel zu R 2 liegt der FET T 1, mit dessen Hilfe das Spannungsteilerverhältnis geändert und somit das Signal abgeschwächt werden kann. Die Arbeitsweise dieses Schaltungsteils wollen wir einmal genauer betrachten. Vom Ausgang (Pin 7) des Operationsverstärkers IC 3 B gelangt die Signalspannung über den Koppelkondensator C 6 an die beiden Dioden D 2 und D 3. Mit den Dioden wird das Wechselspannungssignal gleichgerichtet, so dass über dem Kondensator C 3 eine Gleichspannung ansteht, deren Höhe abhängig von der Signalspannung ist. Mit der so gewonnenen Gleichspannung wird das Gate des Transistors T 1 angesteuert.
Bild 3: So entsteht das Echo
Bild 3: So entsteht das Echo
Je nach Höhe der Steuerspannung verändert T 1 seinen Drain-Source-Widerstand, wodurch auch die Gesamtverstärkung verändert wird. Hierdurch ist ein geschlossener Regelkreis entstanden, der das Ausgangssignal von IC 3 B auf einem konstanten Pegel hält. Die Regelung setzt erst ab einem bestimmten Pegel ein, der von der Flussspannung der Dioden D 1 und D 2 bestimmt wird. Die Zeitkonstante R 5 und C 3 bestimmt das Regelverhalten der ALC. Ein plötzlicher Pegelanstieg lässt die Regelschaltung sofort ansprechen. Durch die Entladung von C 3 über R 5 steigt die Gesamtverstärkung anschließend nur langsam wieder an. Wollen wir nun die Funktionsweise des nachfolgenden Audio-Prozessors IC 2, dessen Blockschaltbild in Abbildung 2 dargestellt ist, betrachten: Das analoge NF-Signal vom Ausgang der ALC wird digitalisiert und anschließend in einem RAM-Speicher abgelegt (gespeichert). Ein A/D-Wandler wandelt das aus dem Speicher ausgelesene digitale Signal wieder in ein analoges Signal um. Der Trick dabei ist, dass durch die Zwischenspeicherung eine zeitliche Verzögerung zwischen Ein- und Ausgangssignal entsteht. Diese Verzögerung kann durch Verändern der Taktfrequenz des VCO (Voltage Controlled Oscillator, spannungsgesteuerter Oszillator) in einem Bereich von 40 bis 400 ms eingestellt werden. Die Einstellung erfolgt mit dem Trimmer R 21. Die Samplingfrequenz und damit die Taktfrequenz des VCO liegt je nach Einstellung zwischen 1 und 22 MHz.
Ein Echo entsteht dann, wenn das verzögerte Signal wieder mit dem Eingangssignal gemischt wird (siehe Abbildung 3). Die „Stärke“ des Echos lässt sich mit dem Poti „Echo-Pegel“ (R 22) einstellen. Die Rückkopplung zum Eingang kann mit dem Schalter S 2 (Echo Ein/Aus) komplett unterbrochen werden, ohne dabei die Stellung von R 22 verändern zu müssen. Die weitere Außenbeschaltung (Widerstände und Kondensatoren) von IC 2 sind externe Komponenten der integrierten Operationsverstärker von IC 2, mit denen z. B. auch die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters (LPF-OUT) festgelegt wird. Dieses Tiefpassfilter am Ausgang des A/D-Wandlers ist notwendig, um Anteile der Taktfrequenz des VCO zu unterdrücken. Über R 14 und C 13 gelangt das NFSignal schließlich zur Ausgangsbuchse BU 1. Für die Spannungsversorgung der Schaltung kommt eine 9-V-Batterie zum Einsatz, die über ST 2 (+) und ST 1 (–) angeschlossen wird. Der Spannungsregler IC 1 erzeugt eine für IC 2 notwendige stabile Spannung von 5 V.

Nachbau

Die Platine wird bereits mit SMD-Bauteilen bestückt geliefert, so dass nur die bedrahteten Bauteile bestückt werden müssen, so entfällt der mitunter mühsame Umgang mit den kleinen SMD-Bauteilen. Hier ist lediglich eine abschließende Kontrolle der bestückten Platine auf Bestückungsfehler, eventuelle Lötzinnbrücken, vergessene Lötstellen usw. notwendig. Die Bestückung der bedrahteten Bauteile erfolgt in gewohnter Weise anhand der Stückliste und des Bestückungsplans. Die Bauteilanschlüsse werden entsprechend dem jeweiligen Rastermaß abgewinkelt und durch die im Bestückungsdruck vorgegebenen Bohrungen geführt. Nach dem Verlöten der Anschlüsse auf der Platinenunterseite (Lötseite) werden überstehende Drahtenden mit einem Seitenschneider sauber abgeschnitten, ohne die Lötstelle selbst dabei zu beschädigen. Beim Einsetzen der Elkos ist unbedingt auf die richtige Einbaulage bzw. die richtige Polung zu achten, wobei in der Regel der Minus-Anschluss am Elko gekennzeichnet ist. Die Einbauhöhe der Leuchtdiode D 1 (gemessen zwischen LED-Oberkante und Platine) muss genau 18 mm betragen. Die Polung der LED ist durch den etwas längeren Anoden-Anschlussdraht (+/Anode) erkennbar.
Als nächstes werden die Buchsen, Schalter und die beiden Potis bestückt und verlötet. Die Potis werden mit Steckachsen versehen, auf die dann später bei geschlossenem Gehäuse die Drehknöpfe aufsteckt werden. Zum Schluss ist noch das Anschlusskabel für die Batterie anzulöten. Das Kabel wird, wie im Platinenfoto zu erkennen, durch die Bohrungen in der Platine gefädelt, wobei die rote Zuleitung mit dem Anschluss „+“ und die schwarze Leitung mit dem Anschluss „–“ verlötet wird. Nachdem die Platine so weit aufgebaut ist, erfolgt nach einer sorgfältigen Endkontrolle auf Bestückungs- und Lötfehler der Einbau in das Gehäuse. Hierzu wird die Platine zunächst mit vier Kunststoffschrauben 2,2 x 5 mm im Gehäuseunterteil befestigt. Nachdem man das Gehäuseoberteil mit dem Gehäuseunterteil verschraubt hat, sind die Drehknöpfe mit Pfeilscheibe und Kappe zu versehen, lagerichtig (Pfeil muss mit Skala korrespondieren) auf die Steckachsen aufzustecken und seitlich jeweils mit der zugehörigen Madenschraube zu fixieren. Damit die Batterie später spielfrei im Gehäuse liegt, wird in das Batteriefach ein Stück Schaumstoff geklebt.

Inbetriebnahme und Bedienung

Bild 4: Anschlussbelegung von 2- und 3-poligen Elektret-Mikrofonen
Bild 4: Anschlussbelegung von 2- und 3-poligen Elektret-Mikrofonen
Als Mikrofone eignen sich besonders Elektret-Mikrofone, als fertiges Mikrofon oder als preisgünstige Kapsel. Wie schon erwähnt, gibt es 2- und 3-polige Ausführungen, die eine externe Betriebsspannung benötigen. Wie man die verschiedenen Mikrofone anschließt, ist in Abbildung 4 dargestellt. Benötigt man keine Betriebsspannung, wie z. B. bei einfachen dynamischen Mikrofonen oder Mikrofonen, in denen bereits eine Batterie integriert ist, wird der mittlere Anschluss des Klinkensteckers nicht beschaltet. Der Ausgangspegel der Echo-Schaltung reicht aus, um jeden Line- Eingang z. B. eines Verstärkers zu treiben. Für die Bedienung stehen die beiden Einsteller „Verzögerung“ und „Echo-Pegel“ zur Verfügung. Die „Verzögerung“ ist in einem Bereich von 40 bis 400 ms veränderbar. Der Einsteller „Echo-Pegel“ bestimmt den Rückkopplungsfaktor und somit die „Stärke“ des Echos.



Ansicht der fertig bestückten Platine des DE 100 mit zugehörigem Bestückungsplan, die oben von der Bestückungsseite, unten von der Lötseite
Ansicht der fertig bestückten Platine des DE 100 mit zugehörigem Bestückungsplan, die oben von der Bestückungsseite, unten von der Lötseite

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Kommentare:

01.09.2014 schrieb Ulrich Jäggi:
„Möchte gerne diesen Beitrag lesen Echo-Schaltung DE 100 Danke”
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17.09.2014 schrieb Michael Sandhorst (Technik):
„Hallo Ulrich Jäggi, über den Button "Einzelabruf" können Sie den Artikel kostenpflichtig erwerben. Sie erhalten dann eine eMail mit dem Download-Link der PDF-Datei. Mit freundlichen Grüßen Michael Sandhorst (Technik)”
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