Hallo, ich bin mittlerweile am Verzweifeln. Ich benötige für eine Audioschaltung einen AntiAliasing Filter. Daraufhin habe ich schon mit LTSpice, AktiveFilter und diversen anderen Programmen versucht einen zu entwerfen. Eigentlich müsste der recht Steilflankig sein. Grenzfrequenz 3.5kHz. Jedoch bin ich mittlerweile schon zufrieden wenn alles über 8kHz unter 40db kommt. Leider muss es ein MFB-Filter sein mit maximal 4. Ordnung. Egal, mein Hauptproblem ist das die Simulationen immer ganz ordentlich aussehen. Baue ich die Schaltung dann auf meiner Prototypplatine nach, so hören die sich bisher meist bescheiden an. Die Angehängte schaltung hat bisher noch die besten ergebnisse geliefert. Jedoch klingt auch diese Blechern Verzerrt. Es ist schwer zu beschreiben, aber wenn ich mit einem Signalverfolger den Eingang abhör, ist das Audiosignal klar und deutlich. Höre ich mir dann den Ausgang an, dann klingt da irgendwas mit. Als wenn irgendwas mit rasselt. Ich habe alle Bauteile schon mehrfach überprüft und ausgetauscht. Es kommt immer zu gleichen Ergebniss. Leider kenne ich mich nicht gut genug mit Gruppenlaufzeiten und Phasendrehung aus um das beurteilen zu können. Ich bin für jeden rat dankbar.
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Skittler Bruce schrieb: > Die Angehängte schaltung hat bisher noch die besten ergebnisse > geliefert. Jedoch klingt auch diese Blechern Verzerrt. Ein Dreieck- und Sinusgenerator zusammen mit einem Oszilloskop wären da jetzt die geeigneten Werkzeuge... > Höre ich mir dann den Ausgang an, dann klingt da irgendwas mit. Als wenn > irgendwas mit rasselt. Bei welcher Lautstärke/Amplitude?
Lothar Miller schrieb: > Skittler Bruce schrieb: >> Die Angehängte schaltung hat bisher noch die besten ergebnisse >> geliefert. Jedoch klingt auch diese Blechern Verzerrt. > Ein Dreieck- und Sinusgenerator zusammen mit einem Oszilloskop wären da > jetzt die geeigneten Werkzeuge... Beides hätte ich da, aber wie meinst du das damit? > >> Höre ich mir dann den Ausgang an, dann klingt da irgendwas mit. Als wenn >> irgendwas mit rasselt. > Bei welcher Lautstärke/Amplitude? Die Amplitude beträgt gerade mal 400mV Spitze Spitze. Also eigentlich auch kein Klippen.
@Skittler Bruce (skittler) >> Ein Dreieck- und Sinusgenerator zusammen mit einem Oszilloskop wären da >> jetzt die geeigneten Werkzeuge... >Beides hätte ich da, aber wie meinst du das damit? Man speist ein Testsignal in die Schaltung und schaut sich das Ausgangssignal auf dem Oszi an. Wahrlweise auch ein Rechtecksignal, da sieht man die Bandbreite des Filters ( ~ 0,35 / tr, tr = Anstiegszeit) sowie Resonanzen (Überschwingen). >Also eigentlich auch kein Klippen. Klippen sind Felsen im Wasser. Clipping ist ein englisches Wort für das deutsche Wort Übersteuerung oder Abschneiden.
Hmm, die Filter sehen komisch aus. Klassische Sallen Key Filter sehen anders aus.
Falk Brunner schrieb: > Hmm, die Filter sehen komisch aus. Klassische Sallen Key Filter sehen > anders aus. Das ist ja auch kein Sallen Key sondern ein Multi Feedback Filter.
Nimm wenigstens einen NE5532 mit 10 MHz GBW. Die Bauteile sind für mein Empfinden zu hochohmig und sind daher brummempfindlich und erzeugen Rauschen. D.h. alle Widerstände um ca. Faktor 100 reduzieren und die Kondensatoren wieder anpassen. Folienkondensatoren verwenden. Dann kann aus dem Filter 4. Ordnung eins mit 5. oder 6. Ordnung gemacht werden, indem jeweils noch ein passiver TP dazugeschaltet wird. Anscheinend ist da bei Dir die Phasendrehung nicht erwünscht. Wie wäre es mit einem Cauer-Filter? http://sound.westhost.com/articles/active-filters.htm#s73
Das zweite Filter ist gleichspannungsmäßig angekoppelt. Vielleicht hilft es ja, noch einen Kondensator vor R40 zu schalten.
Oder so ähnlich wie im Anhang. Trotzdem einen OPV suchen mit 10 MHz GBW und Rail to Rail, dann gehts auch mit 5Volt Betriebsspannung. Falls das Signal auch deutlich kleiner als 400mV werden kann, dann einen sollte der OPV nicht zu stark Rauschen.
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distortion_lm358.JPG
95 KB
Schalte mal zu R37 einen Cap von 10µF parallel. Das gleiche über die Versorgungsspannungsanschlüsse des LM358. Dann solltest du besser keinen LM358 nehmen, da dieser OPamp starke Übernahmeverzerrungen zeigt. Außerdem kann die bloße Bandbreitenbegrenzung bereits blechern klingen.
Ja die Kondensatoren sind in der Simulation nicht enthalten. In der realen Schaltung sind natürlich bei der Referenzspannung 10uf und zwei 100nf sowie bei der Versorgungsspannung ein 25uf sowie ein 100nf Kondensator. Aufgebaut ist die Schaltung übrigends in SMD. Naja, ich habe heute mal direkt den NE5532 bestellt. Sobald der ankommt werde ich den LM358 mal austauschen. Messungen mit einem Dreieck als Eingangssignal haben ergeben das das Ausgangssignal bei 500Hz Zeitlich gesehen über dem Eingangssignal liegt. Umso höher ich die Frequenz dann regel schiebt sich das Dreieck am Ausgang nach hinten. Bei 2,2kHz ist es schon um 90° verzögert. Denke das dies den komischen Klang hervorruft. Meint ihr das liegt nur am LM358?
Ja die Kondensatoren sind in der Simulation nicht enthalten. In der realen Schaltung sind natürlich bei der Referenzspannung 10uf und zwei 100nf sowie bei der Versorgungsspannung ein 25uf sowie ein 100nf Kondensator. Aufgebaut ist die Schaltung übrigends in SMD. Naja, ich habe heute mal direkt den NE5532 bestellt. Sobald der ankommt werde ich den LM358 mal austauschen. Messungen mit einem Dreieck als Eingangssignal haben ergeben das das Ausgangssignal bei 500Hz Zeitlich gesehen über dem Eingangssignal liegt. Umso höher ich die Frequenz dann regel schiebt sich das Dreieck am Ausgang nach hinten. Bei 2,2kHz ist es schon um 90° verzögert. Denke das dies den komischen Klang hervorruft. Meint ihr das liegt nur am LM358?
>Messungen mit einem Dreieck als Eingangssignal haben ergeben das das >Ausgangssignal bei 500Hz Zeitlich gesehen über dem Eingangssignal liegt. Hast du ein Bild?
Wieso müssen es unbedingt MFB-Filter sein? Wieso hast du einen Bandpass verwendet? Sallen Key Filter sind robuster gegen Bauteiltoleranzen! Bei vier Polen ist das kritisch! Da hat deine reelle Schaltung einen anderen Frequenzgang, als der berechnete. Wie hast du die Filter berechnet? Butterworth oder Bessel oder was? Alle steilflankigeren Filter liefern heftige Phasenverschiebungen und Überschwinger. Es gibt im Netz ein gutes, kostenloses Berechnungsprogramm da kann man die Verstärkung und die Eingangsimpedanz usw. eingeben - muss mal morgen in der Arbeit nachschauen wie es heißt. Wenn du - wie für Audio üblich - Sigma-Delta-Wandler verwendest, reicht ein einfacher Antialiasfilter aus.
>Sallen Key Filter sind robuster gegen Bauteiltoleranzen! Bei vier Polen >ist das kritisch! Da hat deine reelle Schaltung einen anderen >Frequenzgang, als der berechnete. Ich glaube nicht, daß es daran liegt. Dazu hat das Filter einen zu gutmütigen Verlauf. Ich denke eher, daß die massiven Übernahmeverzerrungen des LM358 der Grund für den blechernen Klang sind. Wäre nicht das erste Mal...
R36 und R37 bewirken bei 5 Volt Betriebsspannung, dass der Arbeitspunkt bei 1,25 Volt liegt. Besser wäre hier ca. 2 Volt
Ich kann zum schnellen berechnen und vergleichen die Software FilterPro (Freeware, http://www.ti.com/tool/filterpro) von Texas Instruments empfehlen. Optimieren kann man die Bauteilwerte dann immernoch in Spice, PSpice, LTSpice und wie sie nicht alle heißen!
>R36 und R37 bewirken bei 5 Volt Betriebsspannung, dass der Arbeitspunkt >bei 1,25 Volt liegt. Besser wäre hier ca. 2 Volt Wenn seine Signalamplitude größer als 0,2V ist, dann ist 1,25V vielleicht ein bißchen wenig. Ich würde rund (5V-1,5V)/2 = 1,75V wählen. Aber wenn man sich mein Bildchen mit den Übernahmverzerrungen des LM358 mal genau anschaut, dann sollte die Wiedergabe schon erheblich verzerrt klingen...
Das ist es ja gerade, ich habe das Filter mal mit AktivFilter durchgerechnet, mal mit dem Programm von TI. Mal mit einem Filterprogramm von Microchip und alle dann auch mit LTSpice direkt mit dem LM358 nochmal simuliert. Ich habe sogar am Rechner wave dateien durch den Filter gejagt um mir diese am Ausgang anzuhören. Alles war vielversprechend. Am Oszilloskop kann ich die Übernahmeverzerrungen nicht direkt nachstellen. Jedoch sehe ich wie gesagt das niedrige Frequenzen Unverzögert durch kommen jedoch hohe Frequenzen (also ca. 2kHz) schon um eine Halbwelle hinterher hängen. Ich hoffe das hängt eventuell auch nur am LM358 und nicht an der Schaltung generell. Heute kommen vermutlich die NE5532. Die werde ich dann mal testen. Ich drück mir selbst die Daumen ;) PS: Hat jemand eine gute Buch Empfehlung für Analoge Aktiv Filter? Dieses Try and Error Prinzip hält mich jetzt schon zu lange auf. Ich würde gerne mehr über den Phasengang und die Gruppenlaufzeit wissen.
> jedoch hohe Frequenzen (also ca. 2kHz) schon um eine Halbwelle hinterher hängen.
Das kommt bestimmt größtenteils vom Filter und nicht vom Opamp. Das
kannst du auch schon mal vorab simulieren.
Auf den Musikeindruck hat die Phasenverschiebung aber keinen Einfluß.
Hab mal mit UniversalOpamp2(GBW=10MHz) simuliert. Das gab 86°
Phasenverschiebung bei 2kHz. Bei 100Hz hast du -5dB. Da solltest du
einen größeren C am Eingan nehmen um die Bässe sind abzuschwächen.
Überhaupt sind deine Widerstandswerte um mindestens 1 Dekade zu hoch.
330k -> 33k
Helmut S. schrieb: > Auf den Musikeindruck hat die Phasenverschiebung aber keinen Einfluß. Lass diesen Satz mal nicht die High-Ender hören... ;-) Skittler Bruce schrieb: > Am Oszilloskop kann ich die Übernahmeverzerrungen nicht direkt > nachstellen. Zeig doch einfach mal so ein Oszibild...
>Das kommt bestimmt größtenteils vom Filter und nicht vom Opamp. Das >kannst du auch schon mal vorab simulieren. Eben. Sieht man ja schon am Phasengang. Da ist doch schon direkt ablesbar, wie ein Sinus am Ausgang in der Phase verschoben wird. >Alles war vielversprechend. Simulatoren zeigen dir nie alles an. Ohne Erfahrung kommst du letztlich nicht weit. Und die mußt du dir selbst erarbeiten, mit viel Praxis. Nimm doch mal einen neuen, frischen LM358 und teste wieder. Dann nimm das Filter heraus und teste wieder. Klingt es dann immer noch blechern? Verändere die Zeitkonstanten vom Filter. Klingt es dann immer noch blechern? Du mußt dich viel mehr bewegen. Ersetze die Komponenten durch andere, bis du den Sündenbock eingegrenzt hast. Bist du überhaupt sicher, daß dein Quellsignal in Ordnung ist? Divide and conquer! >Lass diesen Satz mal nicht die High-Ender hören... ;-) Als ich mit Kollegen noch Aktivboxen gebaut habe und dabei Likwitz-Riley-Filter 4.Ordnung verwendet habe, haben wir den Einfluß des Phasengangs auf das Hören intensiv untersucht. Dazu haben wir das Signal wahlweise durch ein Allpaßfilter geschickt, das also zwar keine Signaldämpfung erzeugt, dafür aber jede Menge extreme Phasenverschiebungen. Solange die Filter für linkes und rechtes Ohr identisch waren, haben wir keinerlei Signalverfälschung gehört. Wenn aber die Filter unterschiedlich waren, konnte man deutlich Fehler im Stereobild wahrnehmen. Und wenn man nur dem einen Ohr das phasenverschobene Signal angeboten hat und dem anderen Ohr das unverfälschte, war der Klang völlig katastrophal! Also, ja, man kann Phasenverschiebungen von Linkwitz-Riley-Filtern 4. Ordnung hören, aber nur, wenn es Phasengangsabweichungen zwischen den beiden Stereokanälen gibt. Der Effekt ist ähnlich dem, den man hört, wenn die Boxen unsymmetrisch zu Wänden des Abhörraums stehen oder wenn man eine unsymmetrische Abhörposition vor den Boxen einnimmt.
Skittler Bruce schrieb: > Jedoch sehe ich wie gesagt das niedrige Frequenzen > > Unverzögert durch kommen jedoch hohe Frequenzen (also ca. 2kHz) schon um > > eine Halbwelle hinterher hängen. Das liegt in der Natur eines Tiefpassfilters. Skittler Bruce schrieb: > PS: Hat jemand eine gute Buch Empfehlung für Analoge Aktiv Filter? Das Aktiv Filter Kochbuch von Don Lancaster . Das gibt es sogar in Deutsch. Ralph Berres
Kai Klaas schrieb: > Also, ja, man kann Phasenverschiebungen von Linkwitz-Riley-Filtern 4. > Ordnung hören, aber nur, wenn es Phasengangsabweichungen zwischen den > beiden Stereokanälen gibt. Der Effekt ist ähnlich dem, den man hört, > wenn die Boxen unsymmetrisch zu Wänden des Abhörraums stehen oder wenn > man eine unsymmetrische Abhörposition vor den Boxen einnimmt. Ist ja auch logisch, denn das menschliche Ohr ist auf Ortsauflösung getrimmt. Und wenn die Phase eine ausreichende Zeitverzögerung erzeugt, hört man das dann! Was das Ohr weniger interessiert, ist die Phasenverteilung der Oberwellen oder gar Nichtharmonischen. Da ist sehr viel Spielraum. Mit analogen Mitteln ist die Steilheit des Filters an der Eckfrequenz doch sehr begrenzt, weil der Bauelement-Mengenaufwand, die Grundgenauigkeit und Toleranz der Bauelemente schnell utopisch werden.
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