Niedrige Lautstärke ruft starkes Rauschen hervor. [DC/DC; RPi; PI-Filter; lm386 ]

[Steffen B. (dernameiststeffen)]

Hallo Zusammen,

ich versuche eine Audioandwendung mit einem Raspberry Pi zu realisieren. 
Das Audio Signal geht dabei über die USB Soundkarte vom RPi auf einen 
lm386-3 Verstärker und anschließend in den Lautsprecher. Da ich nur eine 
Spannungsquelle verwenden will, speist der Raspberry PI über seine GPIOs 
(5V) die IC-Schaltung.

Insofern ich das richtig verstehe, bildet sich so aber eine 
Masseschleife, die die Ursache für störende „CPU-Arbeitsgeräusche“  im 
Lautsprecher ist (siehe 
Beitrag "Störungen im Verstärker am Raspberry Pi"). Diesem Problem 
konnte ich durch den Einbau des 5V/5V DC/DC Converters von Danube 
CRS-0505M erfolgreich begegnen (Stichwort Galvanische Trennung).

Doch nun habe ich einen Nachteil: Sobald ich das Verstärkerpotentiometer 
auf die niedrigste Lautstärke einstelle, bekomme ein sehr starkes 
Rauschen auf den Speaker. Dieses Rauschen ist merklich lauter als die 
kleinstmögliche Musiklautstärke. Ansonsten ist der Sound voll in 
Ordnung. Da dieses Phänomen ohne den Wandler nicht auftaucht, nehme ich 
an, dass dieser die Ursache dafür ist.

Meine Frage ist daher: Wie begegne ich diesem Problem?

Über die Suche habe ich meinen Fall bislang noch nicht gefunden oder 
falls doch, ihn nicht erkannt. In ähnlichen Anwendungen wird am Ausgang 
des Wandlers oft ein PI-Filter vorgeschlagen. Ist das die Lösung? Gäbe 
es hierbei eine Grenzfrequenz mit der man nichts falsch macht? Und 
welche Rolle spielt der Lastwiderstand für die Berechnung der LC 
Glieder?

Zum Thema Abschirmen: In dieser Richtung habe ich bislang noch keine 
wesentlichen Schritte unternommen, da sonst der Sound nicht schlecht war 
und ohne Wandler auch kein Rauschen bei niedrigster Lautstärke zu hören 
ist. Versuchsweise habe ich den DC/DC Wandler umgesetzt um einigen 
Abstand zum Verstärker zu bringen – doch hat dies das Rauschen nicht 
beeindruckt. Deswegen sehe ich dort gerade auch nicht meine Baustelle.

Ich weiß weiterhin, dass ich Widerstände in Reihe zum Lautsprecher 
setzen kann. Das verringert das Rauschen, setzt aber auch die 
Gesamtlautstärke hinunter. Ein Elko mit zB. 33uF parallel zum 
Lautsprecher schwächt das Rauschen ebenfalls gut ab, aber nur auf Kosten 
der Klangqualität. Beides zusammen führt zu einem zwar besseren, aber 
immer noch bescheidenem Ergebnis. Dieser Weg eignet sich meines 
Erachtens nur zur Feinabstimmung.

Da ich alles andere als ein Elektronik-Ass bin, freue ich mich sehr über 
jeden Verbesserungsvorschlag.

Danke,
Steffen

[Christian L. (cyan)]

Deine galvanische Trennung ist sinnlos. Versorgungsspannung und 
Eingangssignal des Verstärkers haben keinen gemeinsamen Bezugspunkt. Ein 
merkwürdiges Verhalten ist dort schon vorprogrammiert. Schließe die 
Masse des DC/DCs an die Masse des Ausgangs mit an. Wobei man sich den 
DC/DC dann auch sparen kann.

Auch fehlt das RC-Glied am Ausgang des Verstärkers, wie er überall im 
Datenblatt gezeigt wird.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Ist denn der Ausgang der USB Soundkarte wirklich schon 
gleichspannungsfrei?

Wenn es beim Drehen am Lautstärkepoti knirscht und kratzt, baust du 
besser Koppelkondensatoren in die Audioleitungen.

[Joe F. (easylife)]

Lass den DC/DC Wandler weg. Der LM386 funktioniert auch mit 5V.

Die "Stereo to Mono" Beschaltung ist überflüssig.
Nimm einfach nur den linken Kanal.
Dort ist üblicherweise das Mono-Signal komplett vorhanden (so machen es 
auch Mono-Radios).

Setze zwischen das Potentiometer und den Eingang vom LM386 einen 1-4.7uF 
Kondensator zur Entkoppelung.

Am Ausgang des LM386 siehst du im Datenblatt immer eine 0.05uF/10R 
Kombination, die fehlt bei dir.

[Jens G. (jensig)]

>lm386-3 Verstärker und anschließend in den Lautsprecher. Da ich nur eine
>Spannungsquelle verwenden will, speist der Raspberry PI über seine GPIOs
>(5V) die IC-Schaltung.

Verstehe ich es richtig? Du versorgst den Audiotrakt 5V-mäßig über die 
IOs des µC?

[Michael U. (amiga)]

Hallo,

Joe F. schrieb:
> Die "Stereo to Mono" Beschaltung ist überflüssig.
> Nimm einfach nur den linken Kanal.
> Dort ist üblicherweise das Mono-Signal komplett vorhanden (so machen es
> auch Mono-Radios).

Du irrst gleich doppelt. Links ist Links und nicht Links + Rechts.
Wäre dann ja kein Stereo.

Mono-Radios machen das erst recht nicht, die demodulieren den 
Stereosignalanteil garnicht erst.
Gesndet wird Mono (R+L) und das Differenzsignal auf einem 38kHz 
Hilfsträger, also R-L.

Für Stereo wird dann (R+L) + (R-L) = 2R und (R+L) + (R-L) = 2L erzeugt.

Die Problematik mit Störungen ist eine nervige kann ich bestätigen.
Ein RasPi ist dafür nicht gerade optimiert.

Evtl. GND des Verstärkers NUR vom USB-Audio-GND holen und ein Tiefpass 
in die 5V-Leitung (ohne Wandler).
Sonst kommen noch Übertrager auf der Audioeingangsseite in Frage.

Gruß aus Berlin
Michael

[Joe F. (easylife)]

Michael U. schrieb:
> Du irrst gleich doppelt. Links ist Links und nicht Links + Rechts.
> Wäre dann ja kein Stereo.
>
> Mono-Radios machen das erst recht nicht

Ah ja, sorry, du hast vollkommen Recht.
Einen Subwoofer kann man an nur einen Kanal anschließen, da die tiefen 
Freuqenzen üblicherweise Mono abgemischt sind, das hat aber mit dieser 
Anwendung hier nichts zu tun.

In diesem Fall würde ich dann aber trotzdem diesen zusätzlichen 475 Ohm 
Lastwiderstand nach GND weglassen, und falls eine Reduzierung des Pegels 
beabsichtigt ist lieber die beiden Serienwiderstände auf 10K setzen, um 
den Audioausgang weniger zu belasten.

[Michael U. (amiga)]

Hallo,

Zustimmung, hatte ich eigentlich auch dazu schreiben wollen.

Gruß aus Berlin
Michael