Hallo, ich bin auf der Suche nach einem digital steuerbaren Lautstärkepoti mit geringem Gleichlauffehler und sehr niedrigen THD. Das ganze soll vor einem Kopfhörerverstärker (Endstufe) eingesetzt werden dessen THD so bei -120dB (!) liegt. Mein Problem ist, vor diesem Verstärker befindet sich ein ein normaler Vorverstärker dessen Ausgangspegel meisten bei ~50mVeff liegt, in dem Bereich verzerrt ein PGA2311 zum Beispiel schon merklich. Es wäre außerdem schön wenn der IC bei +-15V laufen würde und von sich aus schon eine Verstärkung machen kann, im Grunde wäre ein PGA2310 mit verbessertem THD genau das richtige. Meine Frage ist nun, kennt jemand ICs deren Verzerrungen unter denen des folgenden Kopfhörerverstärkers liegen oder bleibt mir da nur ein normales Poti? Meine Suche bei den namhaften Herstellern (Ti, Analog, Cirrius, Maxim...) war bisher nicht wirklich erfolgreich... Hat jemand eine bessere Lösung? Ich bin mir übrigens bewusst das man so geringe Verzerrungen absolut nicht hören kann. Dankeschön! Gruß, Jan
Bei einem 50 mV Pegel ist eine Forderung nach -120 dB THD sinnlos, denn da hat man praktisch immer mehr Rauschen. Wenn man an der Grenze des machbaren ist, sollte man mit dem Pegel eher an der oberen grenze bleiben, also eher 1-5 V als Symmetrisches Signal. Die Alternative die man noch hat, wäre ein Reihe von Relais. Es wäre auch zu überlegen wenigstens eine grobe Stufe (z.B. 40 dB) in den Endverstärker (oder gar dahinter) zu legen, so dass man nicht so sehr den Weg runter und wieder hoch geht. Sonst hat man zwar -120 dB THD aber bei 1 W Leistung nur noch 70 dB Rauschabstand - und das kann man ggf. gerade noch hören.
Keksstein schrieb: > ich bin auf der Suche nach einem digital steuerbaren Lautstärkepoti mit > geringem Gleichlauffehler und sehr niedrigen THD. Dann nimm ein Motorpoti.
>Die Alternative die man noch hat, wäre ein Reihe von Relais. Es wäre >auch zu überlegen wenigstens eine grobe Stufe (z.B. 40 dB) in den >Endverstärker (oder gar dahinter) zu legen, so dass man nicht so sehr >den Weg runter und wieder hoch geht. So machen es die PGAs ja, vom Aufwand her wäre das für mich absolut in Ordnung mit den Relais. Der PGA hat aber einen entscheidenden Vorteil, er arbeitet Knackfrei da er im Nulldurchgang die Verstärkung ändert, mit Relais wird das sehr schwer bzw. nur mit hörbarer Unterbrechung zu machen sein denke ich. Bekommt man sowas in den Griff mit z.B. REED Relais? >Dann nimm ein Motorpoti. Die mir bekannten haben ordentlich Probleme mit dem Gleichlauf, zumindest laut Datenblatt. Besser ist da ein High Tech Poti das die Firma Thel anbietet, das Motorisierte liegt bei gut 120€ und ist der Notfallplan. Ich habe eben den MAS6116 entdeckt: http://www.mas-oy.com/uploads/Data%20sheets/DA6116.pdf Der wäre bei mir praktisch ideal auch was die Eingangspegel angeht. Das klappt aber nur im "balanced mode", lässt sich aber machen. Was haltet Ihr von dem IC, besonders im Vergleich zum 2311er?
Ein Geräusch beim Umschalten ist bei den Relais kaum zu vermeiden (eventuell noch wenn man zusätzliche FETs parallel hätte, die dann für die kurze Zeit das Signal übernehmen. Der Aufwand wäre dann aber erheblich. Von den Verzerrungen ist der PGA2311 doch in Ordnung. Das Problem ist das Rauschen bei einem so kleinen Signal - das wird man so schnell nicht los. Da müsste man schon einen extrem rauscharmen Verstärker (irgendwas wie 10 mal AD797 parallel) haben um bei 50 mV noch in die Nähe von 120 dB SNR (jedenfalls nicht bewertet) zu kommen. Es ist auch sehr zu bezweifeln das die Quelle das mitmacht - das mindeste wären da schon mal weniger als etwa 6 Ohm Quellwiderstand. Wenn man erst auf ein symmetrisches Signal gehen muss, kann man dabei auch gleich verstärken. Damit wäre dann auch das Problem beim PGA23xx gelöst.
>Ein Geräusch beim Umschalten ist bei den Relais kaum zu vermeiden >(eventuell noch wenn man zusätzliche FETs parallel hätte, die dann für >die kurze Zeit das Signal übernehmen. Der Aufwand wäre dann aber >erheblich. Oder kurz per Relais muten, aber ob das so schnell funktioniert das es nicht stört? >Von den Verzerrungen ist der PGA2311 doch in Ordnung. Ich hole mal ein wenig weiter aus, mein erstes Konzept war es die Verstärkung in der Endstufe per Relais schaltbar zu machen und davor den PGA2311 einzusetzen. Sobald der PGA verstärken soll wird die Grundverstärkung in der Endstufe höher gesetzt und der PGA dämpft um diesen Wert. Die Endstufe passt ihre Verstärkung also immer so an das der SNR möglichst klein bleibt, Umschaltung der Verstärkung (wie es die meisten klassischen Kopfhörerverstärker haben) entfällt damit ganz. Das Problem war nun das ich am Eingang Signale bis 22dBu verarbeiten will, das ist zu viel für den PGA. Ich habe deshalb direkt an den Eingang ein Spannungsteiler 1/5 gesetzt (per Jumper im Normallfall gebrückt) was aber wieder den gewonnenen Vorteil beim SNR zunichte macht. Der PGA2310 wäre optimal weil er intern die ganze Verstärkung machen kann, hat aber den Nachteil das er deutlich höher verzerrt als der PGA2311. >Das Problem ist >das Rauschen bei einem so kleinen Signal - das wird man so schnell nicht >los. Da müsste man schon einen extrem rauscharmen Verstärker (irgendwas >wie 10 mal AD797 parallel) haben um bei 50 mV noch in die Nähe von 120 >dB SNR (jedenfalls nicht bewertet) zu kommen. Du hast recht, die Anforderung war ein wenig übertrieben. (= Prinzipiell geht es darum: Vor dem Kopfhörerverstärker sitzt eine gekaufte Vorstufe mit ähnlichem Konzept, ein HIFIAkademie Preamp: http://hifiakademie.de/?id=3&si=MTQxMjcwNzY2Mi45MjUyfDg4LjY1LjEzLjEyNnwg Momentan habe ich einen Kopfhörerverstärker der Firma Funk Tonstudiotechnik, den LPA-2 nach der Vorstufe im Betrieb dessen Lautstärkepoti bis kurz vor Anschlag aufgedreht ist, er ist praktisch nur als Endstufe in Verwendung. Ich brauche noch einen zweiten Kopfhörerverstärker und wollte etwas eigenes aufbauen, habe aber ein wenig Angst das ich mit dem PGA2311 (der ja schon das abgeschwächte Signal der Vorstufe bekommt) auf die Nase falle. >Wenn man erst auf ein symmetrisches Signal gehen muss, kann man dabei >auch gleich verstärken. Damit wäre dann auch das Problem beim PGA23xx >gelöst. Ich müsste eben erst symmetrien und nach dem MAS desymmetrien, da kann der PGA schon wieder vorne liegen.
Man sollte es vermeiden überhaupt über den kleinen 50 mV Pegel zu gehen. Das sollte eigentlich möglich sein das Signal auch mit ordentlichem Line Pegel zu bekommen. Die grobe Anpassung an die Quelle kann man auch "fest" machen mit Jumpern oder ähnlichem, das muss nicht lautlos zu schalten sein. Beim Kopfhörerverstärker braucht die Endstufe nicht wirklich verstärken, das ist dann eigentlich nur noch eine Impedanzwandlung. Die grobe Reduzierung der Verstärkung (z.B. 30-50 dB) könnte man da tatsächlich passiv hinter dem "Verstärker" machen, sofern es mit dem Ausgangswiderstand hinkommt - da gehen die Meinungen auseinander, was man da haben will. Da man die Stufe nur sehr selten wechseln muss (ggf. in der Steuerung etwas Hysterese einbauen) soll da ein leichtes Knacken nicht stören, zumal man ggf. vorne ein Mute machen kann. Der PGA .... oder ähnliche muss dann nur noch einen kleineren Bereich von vielleicht +10 dB bis -40 dB abdecken. Mit einem passende Pegel ist das ja auch kein Problem - zur Not halt differentiell für etwa 6 dB mehr Dynamik. Für den extremen High End Bereich sollte das Signal eigentlich sowieso so weit es geht symmetrisch-differentiell sein.
>Man sollte es vermeiden überhaupt über den kleinen 50 mV Pegel zu gehen. Warum darüber, kleine Signale sind doch eher das Problem? >Die grobe Anpassung an die Quelle kann man auch >"fest" machen mit Jumpern oder ähnlichem, das muss nicht lautlos zu >schalten sein. Ziel ist es schon das man die Schaltung auch als reinen Kopfhörer "Vollverstärker" verwenden kann, ich werde auch öfter mal direkt an eine normale Line Quelle gehen und muss dann natürlich ohne Nachteile die Lautstärke einstellen können. >Beim Kopfhörerverstärker braucht die Endstufe nicht wirklich verstärken, >das ist dann eigentlich nur noch eine Impedanzwandlung. Im Grunde ist es "nur" ein OP + Buffer, es stört nicht die OP-Stufe bei bedarf verstärken zu lassen. >Die grobe >Reduzierung der Verstärkung (z.B. 30-50 dB) könnte man da tatsächlich >passiv hinter dem "Verstärker" machen, sofern es mit dem >Ausgangswiderstand hinkommt - da gehen die Meinungen auseinander, was >man da haben will. Das geht solange wie man die Impedanz des KHs kennt gut, ich denke aber eine niederohmige Endstufe schadet nie. Wo liegt das Problem vor der Endstufe zu dämpfen wenn diese schon ein so geringes Rauschen aufweist? >Da man die Stufe nur sehr selten wechseln muss (ggf. >in der Steuerung etwas Hysterese einbauen) soll da ein leichtes Knacken >nicht stören, zumal man ggf. vorne ein Mute machen kann. Ich würde das über den PGA lösen der kurz wenn die Verstärkung in der Endstufe (per Relais) geschaltet wird seinen Ausgang auf Mute stellt. Ohne Signal hört man bei der Umschaltung ja nichts. >Der PGA .... oder ähnliche muss dann nur noch einen kleineren Bereich >von vielleicht +10 dB bis -40 dB abdecken Genau das würde er ja auch tun wenn man zusätzlich automatisch die Verstärkung in der Endstufe umschalten lässt, z.B. eine einfache Steuerung mit µC. Die Frage ist eher ob es eine gute Idee ist dem PGA an seinen Eingang einen so niedrigen Pegel zu geben? >Mit einem passende Pegel ist >das ja auch kein Problem - zur Not halt differentiell für etwa 6 dB mehr >Dynamik. Wie ist das gemeint? >Für den extremen High End Bereich sollte das Signal eigentlich >sowieso so weit es geht symmetrisch-differentiell sein. Am Eingang? Ist als zusätzlicher Eingang geplant, deshalb auch die Dämpfung 1/5 am Eingang.
Beim Kopfhörer muss man so mit 16 - 600 Ohm Impedanz rechnen, wobei man selten unter 32 Ohm kommt. Der Verstärker sollte also mit einer 16 bzw. 32 Ohm Last klar kommen. Ein -40 dB Teiler wäre ein Faktor 100, also etwa 100 Ohm und 1 Ohm. Die Ausgansimpedanz wäre damit bei 1 Ohm schon sehr niedrig. Die Frage ist halt was man da haben will, teils werden auch rund 50 Ohm als Ausgangswiderstand vorgeschlagen. Den Vorteil, den man mit einer Abschwächung hinter dem Verstärker hat, ist das man auch bei kleiner Lautstärke noch ein gutes SNR hat, weil halt auch das Rauschen des Verstärkers reduziert wird. Man gewinnt also bei gerigner Lautstärke z.B. 40 dB beim SNR. Mit Teiler am Ausgang wird das SNR vermutlich im wesentlichen vom Widerstand des Kopfhörers bestimmt - man ist damit also praktisch am theoretischen Limit. Den Preis den man dafür Zahlt, ist ein etwas höherer Stromverbrauch ( meist < 1 W) - für den Netzbetrieb und der relativ kleine Leistung eines Kopfhörers geht das noch. Die Begrenzung der Lautstärke ist noch eine kleine Baustelle, wenn man 32 Ohm und 600 Ohm zulassen will. Mit fester Verstärkung und einer nicht so extremen Last (wenigstens 1 Ohm als Serienwiderstand), kann man auch die Endstufe besser auslegen. In der Regel ist auch nicht so sehr das SNR wichtig, sondern der absolute Rauschpegel am Ausgang, gerade bei kleiner Lautstärke. Bei einem normalen Verstärker also das SNR bei 1W (oder weniger) nicht der Wert bei voller Leistung. Der sehr niedrige Pegel am Eingang ist keine gute Idee. Die 1/5 Abschwächung sollte man da also nur nutzen wenn man die braucht. Um noch auf 120 dB SNR zu kommen, darf man eigentlich nie unter etwa 300 mV kommen.
>Beim Kopfhörer muss man so mit 16 - 600 Ohm Impedanz rechnen, wobei man >selten unter 32 Ohm kommt. Der Verstärker sollte also mit einer 16 bzw. >32 Ohm Last klar kommen. Ein -40 dB Teiler wäre ein Faktor 100, also >etwa 100 Ohm und 1 Ohm. Die Ausgansimpedanz wäre damit bei 1 Ohm schon >sehr niedrig. Die Frage ist halt was man da haben will, teils werden >auch rund 50 Ohm als Ausgangswiderstand vorgeschlagen. So ~100 Ohm war einmal der Normwert für Kopfhörerausgänge, vermutlich weil man Leistungsendstufen so auf Kopfhörerpegel abgeschwächt hat und damit Kopfhörer mit unterschiedlichen Impedanzen am gleichen Ausgang gleich laut sind. >Den Vorteil, den man mit einer Abschwächung hinter dem Verstärker hat, >ist das man auch bei kleiner Lautstärke noch ein gutes SNR hat, weil >halt auch das Rauschen des Verstärkers reduziert wird. Man gewinnt also >bei gerigner Lautstärke z.B. 40 dB beim SNR. Mit Teiler am Ausgang wird >das SNR vermutlich im wesentlichen vom Widerstand des Kopfhörers >bestimmt - man ist damit also praktisch am theoretischen Limit. Den >Preis den man dafür Zahlt, ist ein etwas höherer Stromverbrauch ( meist >< 1 W) - für den Netzbetrieb und der relativ kleine Leistung eines >Kopfhörers geht das noch. >Die Begrenzung der Lautstärke ist noch eine kleine Baustelle, wenn man >32 Ohm und 600 Ohm zulassen will. Ich denke in dem Fall überwiegen dann aber die Nachteile, auch einem Kopfhörer schadet die elektrische Bedämpfung des Chassis nicht wirklich. >Mit fester Verstärkung und einer nicht so extremen Last (wenigstens 1 >Ohm als Serienwiderstand), kann man auch die Endstufe besser auslegen. Es liegt ein RL-Glied (Parrallelschaltung) in Serie zum Ausgang, im Versuchsaufbau hat das super gegen kapazitive Lasten geholfen. Die Induktivität wird schon ~1 Ohm Innenwiderstand haben, so extrem niedrig muss es für Kopfhörer ja nicht sein. >In der Regel ist auch nicht so sehr das SNR wichtig, sondern der >absolute Rauschpegel am Ausgang, gerade bei kleiner Lautstärke. Bei >einem normalen Verstärker also das SNR bei 1W (oder weniger) nicht der >Wert bei voller Leistung. OK, das macht für mich Sinn, hängt aber auch vom Eingangspegel ab. >Der sehr niedrige Pegel am Eingang ist keine gute Idee. Die 1/5 >Abschwächung sollte man da also nur nutzen wenn man die braucht. Um noch >auf 120 dB SNR zu kommen, darf man eigentlich nie unter etwa 300 mV >kommen. Wird auch so gemacht, ist das direkt auf den PGA bezogen? Mein Problem ist einfach das ich nicht einschätzen kann in wie weit der PGA mir Probleme machen wird bezüglich Klirr und rauschen, es wäre halt ärgerlich wenn der Rest der Schaltung dadurch "begrenzt" wird das im Grunde 2 PGAs hintereinander liegen. Bei meiner aktuellen Lösung macht der Kopfhörerverstärker ca. 4 fache Verstärkung, die Vorstufe mit PGA2311 steht für normale Lautstärke auf -25dB - -30dB. rechnet man das nach bekommt der Kopfhörerverstärker an den Eingang im Normalfall ungefähr 100mV, rauschen ist momentan kein Thema und ist erst zu hören ab einer Verstärkung von +20dB.
Beim PGA2311 sind ja auch nur die Werte vom THD+Noise nicht so gut. Da ist nicht direkt angegeben ob es am Klirr oder dem Rauschen liegt, aber es ist eigentlich klar das bei kleiner Amplitude das Rauschen dafür verantwortlich ist. Vom Klirrfaktor ist das IC sehr gut, nur beim SNR ginge es halt besser, auch weil andere ICs einen höheren Pegel erlauben. Die Verstärkung der Endstufe sollte auf das Minimum begrenzt sein, um das unvermeidliche Rauschen am Eingang der Endstufe bzw. Ausgang des Lautstärkereglers nicht unnötig zu verstärken. Also so, das die Begrenzung am Eingang und Ausgang der Endstufe praktisch zusammenfallen. Das dürfe beim Kopfhörer Verstärker also eher eine Verstärkung von 1 oder vielleicht noch 2 sein, wenn man auch 600 Ohm treiben will. Für die Lautstärkeeinstellung macht es da schon Sinn auch die Verstärkung der Endstufe auf 1 runter zu schalten, statt nur das Signal davor abzuschwächen. Wenn man es ernst nimmt braucht man für einen 32 Ohm Kopfhörer vermutlich auch meist nicht mal eine Verstärkung von 1. Effektiv unter 1 geht halt am besten mit passivem Teiler hinter dem Verstärker - auch wenn der Faktor 100 von oben vermutlich übertrieben ist, aber ein Fakor von etwa 5 ist schon allein wegen der Anpassung der Impedanz im Vergleich zu 600 Ohm angebracht. Oft wird man auch etwa 10-20 dB unter der maximalen Lautstärke bleiben - ein Teiler von etwa 1:10 dürft bei einem 32 Ohm Kopfhörer also die meiste Zeit drin sein. Es ist da halt die Frage wie man die Lautstärke an den Kopfhörer anpassen will: per Ausgangswiderstand (etwa die 100 Ohm) oder Aktiv durch umschalten (Schalter oder ggf. automatisierte Erkennung ?). Wenn man in der Anwendung 2 Stufen der Lautstärkeregelung hinter einander hat, sollte man halt dafür sorgen, das die erste Stufe das Signal nicht zu weit abschwächt, sondern nur dass es in den Eingangsbereich passt. Bei geringerem Pegel ist auch die Quelle vermutlich vom SNR nicht mehr so toll - es sei denn die hat einen passiven Abschwächer am Ausgang. Viel besser als die Ausgangsstufe davor muss die Eingangsstufe nicht sein.
>Beim PGA2311 sind ja auch nur die Werte vom THD+Noise nicht so gut. Da >ist nicht direkt angegeben ob es am Klirr oder dem Rauschen liegt, aber >es ist eigentlich klar das bei kleiner Amplitude das Rauschen dafür >verantwortlich ist. Vom Klirrfaktor ist das IC sehr gut, nur beim SNR >ginge es halt besser, auch weil andere ICs einen höheren Pegel erlauben. Jetzt habe ichs verstanden warum das Diagramm für THD+N über Amplitude zu geringen Ein / Ausgangsspannungen immer schlechter wird, ist ja auch absolut logisch wenn man das Rauschen betrachtet. Danke für den Hinweis, damit werde ich den IC einsetzen können! >Die Verstärkung der Endstufe sollte auf das Minimum begrenzt sein, um >das unvermeidliche Rauschen am Eingang der Endstufe bzw. Ausgang des >Lautstärkereglers nicht unnötig zu verstärken. Also so, das die >Begrenzung am Eingang und Ausgang der Endstufe praktisch zusammenfallen. >Das dürfe beim Kopfhörer Verstärker also eher eine Verstärkung von 1 >oder vielleicht noch 2 sein, wenn man auch 600 Ohm treiben will. Für die >Lautstärkeeinstellung macht es da schon Sinn auch die Verstärkung der >Endstufe auf 1 runter zu schalten, statt nur das Signal davor >abzuschwächen. Die Endstufe ist so ausgelegt das über 3 Relais die Grundverstärkung angepasst werden kann, der kleinste Wert ist 0dB der höchste 14dB. (die 14db sorgen dafür das man die Endstufe auf knapp 10Veff aussteuern kann mit PGA am Eingang für hohe Pegel an hochohmigen KH) Das geht automatisch in meinem Konzept per µC, der PGA muss Normalerweise nur das Signal ein klein wenig abschwächen (bis auf bei extrem niederohmigen KHs) und die Endstufe verstärkt nur so hoch wie gerade benötigt. Klassisch lässt man die Endstufe ja hoch verstärken und senkt davor den Pegel über Poti ab. Momentan die einzige Firma die die Verstärkung schon in der Eingangsstufe realsisert hat ist Violectric / Lake People. Deshalb erreichen Ihre Verstärker wohl auch ein sehr niedriges Rauschen... >Es ist da halt die Frage wie man die Lautstärke an den Kopfhörer >anpassen will: per Ausgangswiderstand (etwa die 100 Ohm) oder Aktiv >durch umschalten (Schalter oder ggf. automatisierte Erkennung ?). Auf jeden Fall aktiv! Ich habe schon versuchte gemacht wie sich Kopfhörer an dem "genormten" 100 Ohm Ausgang im Vergleich zum niederohmigen Ausgang anhören und habe schon starke unterscheide bemerkt, im positiven für den niederohmigen Ausgang.
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