Projeto: Crossover + equalizador

Felipe Yoshino · 13 de junho de 2015

Olá, amiguinhos! Como vão?

Criei este tópico pra conseguir ajuda e principalmente repassar conhecimentos sobre o tema.
Este é um projeto que eu sempre quis fazer, e estou muito empolgado para ver os resultados.
Pois bem. Vamos lá.

Eu não sei exatamente o nome que é dado a esse tipo de circuito, mas eu vejo como um tratador de som. Ele consiste basicamente de uma série de estágios de amplificação em cascata, subdividindo os canais por tipo de saída. No caso: Grave, médio-grave, médios e agudos e full. Todos stereo, ou seja, cada saída possui um par de canais.
Lembrando também que as saídas são sempre de alta impedância, para enviar o som para qualquer amplificador de áudio.

Para ter uma ligeira ideia do que eu quero fazer, fiz um diagrama de blocos nas coxas.

Após os testes finais na protoboard, criarei o layout da PCI e montarei em um gabinete.

Possuo um mini laboratório de eletrônica, onde posso fazer algumas medições básicas de sinal.

Comecei a fazer alguns testes básicos de filtro com amp-op e já consegui algum avanço:

Estou inteiramente aberto a ideias.

Obrigado a todos! Abraços!

[edit]:

Corrigindo a informação: Entradas de alta impedância e saída de baixa impedância

aphawk · 13 de junho de 2015

@Felipe Yoshino,

Bem vindo ao Fórum, meu amigo !

O que voce está querendo montar me parece mais um processador de áudio .... embora no seu esboço eu não tenha entendido a parte dos filtros LPF e HPF no sub-woofer e seus valores de frequência, entendí a ideia geral.

Primeiro, existem esses circuitos todos prontos , basta voce pesquisar em sites como o DIY Audio e outros .

Segundo, use o amp op NE5532, que é hoje a melhor relação custo/benefício para uso em áudio.

De tudo o que voce desenhou, creio que o mais complicado será o equalizador de 10 bandas, pois encontramos soluções muito práticas para até 7 bandas apenas.

Se for construir ele segundo os velhos princípios, vai precisar fazer os "indutores" usando amp ops na configuração chamada de Gyrator, simulando indutância.

Ví que voce colocou uma entrada de alto nível e uma de baixo nível, mas creio que encontrar um toca-discos com cápsula magnética está meio fora de moda, não está ?

Acrescente uma etapa seletora para pelo menos umas 4 entradas diferentes, creio que hoje em dia todas são de alto nível....

Ah, e voce se enganou no final de seu post. As saídas tem de ser todas de baixa impedância, padrão 600 ohms. As ENTRADAS é que devem ser de alta impedância ( minimo de 10K , ideal 47K ) .

Paulo

Felipe Yoshino · 13 de junho de 2015

Colega Aphawk, obrigado pela colaboração!

Correto, eu imaginei a mesma coisa. O que mais vai dar trabalho é o equalizador.
Pelo que eu entendi, o que você quis dizer com fazer a simulação do indutor, seria esta seguinte configuração aqui?

Como o equalizador tem que ser stereo, todos os circuitos são x2. Exceto os potenciômetros, que terão de ser duplos.

A intenção é fazer assim:

Quanto ao "toca discos", não entendi o que quis dizer.
Separei a entrada por baixa frequência e alta frequência, por causa das instalações automotivas onde se tem um amplificador só para subgrave (<60Hz), e rádios automotivos com saída filtrada para sub-grave.

Fale mais sobre sua ideia de 4 entradas de alto nível. Pode enriquecer o projeto.

Obrigado, no aguardo!

aphawk · 14 de junho de 2015

@Felipe Yoshino,

Sim, a ideia do gyrator no equalizador é essa mesmo.

Falei de toca-discos porque é a único aparelho que possui entrada de baixo nível, e nesse caso precisaria de um pré-amplificador com curva RIAA. Mas acho que isso está obsoleto kkkkk ! Eu pensei nisso porque lí no seu desenho LOW INPUT.

Sobre as quatro entradas, é justamente para poder escolher entre quatro fontes diferentes , como um gravador, um toca-cd, etc.

Você vai usar isso no carro ou em casa ?

Paulo

Felipe Yoshino · 14 de junho de 2015

@aphawk

Ok. Saquei a ideia. Se eu fosse usá-lo para enviar o áudio para um receiver, por exemplo, poderia ter as quatro entradas, ou em uma mesa profissional. Minha intenção é criar um aparelho versátil. Para uso tanto automotivo, quanto doméstico e profissional. Posso então usar uma chave seletora como uma "seleção de perfis" a qual se aplica o aparelho.

Muito bem. Então vamos separar o projeto em etapas. A primeira etapa será o projeto do esquema da fonte, das entradas de áudio com a seleção, até o sinal chegar no equalizador de bandas. Ainda não comprei nenhum componente.

Como pretendo utilizá-lo tanto em AC como em DC, estou considerando duas entradas de alimentação. Uma tipo "AC 8" americana, bi-volt com retificador e transformador com center tape, e outra 12.5/14.4V com terminais de fio mesmo, com um step-up DC-DC, e uma chave de seleção de três posições: 110-220V AC e 12V DC. Tanto uma entrada como a outra, deverão estabilizar uma tensão com o mínimo de transientes possíveis (ou, pelo menos, inaudíveis). Nesse momento, surge uma dúvida: Por que tantos esquemas são dimensionados com fonte simétrica, nesses casos?

Como não tenho experiência com projetos (além dos TCCs da vida), quero ver as ideias gerais para seguir uma linha de raciocínio "comum", visando a qualidade do sinal, o mínimo de THD e o maior controle possível ao usuário.

Estou pensando em não gastar mais que 400 reais nesse projeto, o que acham?

aphawk · 14 de junho de 2015

@Felipe Yoshino,

A melhor solução é trabalhar com fonte simétrica. A partir dos 12v, vai ter de gerar -12v. Ou melhor, para evitar problema, melhor projetar tudo para tensão de +- 9 Volts.

Paulo

ilkyest · 16 de junho de 2015

@Felipe Yoshino,

Sim, a ideia do gyrator no equalizador é essa mesmo.

Falei de toca-discos porque é a único aparelho que possui entrada de baixo nível, e nesse caso precisaria de um pré-amplificador com curva RIAA. Mas acho que isso está obsoleto kkkkk ! Eu pensei nisso porque lí no seu desenho LOW INPUT.

Sobre as quatro entradas, é justamente para poder escolher entre quatro fontes diferentes , como um gravador, um toca-cd, etc.

Você vai usar isso no carro ou em casa ?

Paulo

tem, também, amplificadores prontos RIAA, com baixíssima corrente, contudo, existem toca-discos usb, bastante amplificados. Obsoleto não diria, contudo... desnecessário montar. Embora custo alto, digamos, os LPs da ION são usb, e saída RCA, além de entrada de linha....

então, a não ser que o LP seja antigo, com baixo sinal, desnecessário manter um circuito assim, visto ter, já, pronto.

Ao equalizador pegue os esquemas dos tojo.... em vez de 10 bandas, 7 bandas 2 a 2... poderia basear-se assim

Felipe Yoshino · 16 de junho de 2015

Acho que está havendo uma má interpretação da entrada "low".

Não tenho intenção em usar toca-discos.

O que ocorre, é que existem rádios automotivos que dispõem de um canal (mono ou stereo) de saída para subwoofer. Ou seja, já com lpf digital.

O uso do crossover (neste caso em específico) será apenas para incrementar um corte subsônico a fim de evitar desperdício de potência com a faixa de frequência de trabalho do subwoofer. Por isso, o filtro hpf também na entrada de filtro da via de baixas frequências.

@ilkyest

O que seria 7 bandas 2 a 2?

O que eu pensei, seria dividir cada banda em uma progressão geométrica a partir de 31.25Hz até 16KHz, de quoeficiente 2. Para cada banda, um ajuste de espectro (potenciômetros que alteram a reatância do gyrator de cada banda) para mais ou para menos, seguindo a ordem fx +/- √2. Daí terei como deslocar para mais ou para menos a banda que cada um dos dez potenciômetros atenuará ou amplificará o sinal da saída.

ilkyest · 17 de junho de 2015

@Felipe Yoshino 7 bandas para o canal esquerdo, e 7 para o direito. montarias 2 eq.... entendeu? 14 bandas, 7 pro direito, 7 pro esquerdo, visando principalmente irradiações mono, ou não 100% estéreo no caso de mp3

tendo em vista que os tojo são abundantes nisso, não se procura muito para achar seus circuitos, inclusive os "digitais" da época... acredito que montando 2//2 seria interessante, e seria "bem original"

Por isso, o filtro hpf também na entrada de filtro da via de baixas frequências.

vês real necessidade disso? porque os sub mais novos ou trazem filtros internos, ou ainda, trazem construções do tipo 'rejeita faixa' até um hammax já traz isso hoje em dia....

Felipe Yoshino · 23 de junho de 2015

Após alguns contratempos, resolvi fazer um esboço da entrada de alimentação, da conversão DC-DC e da fonte simétrica.
Lembrando: esse circuito é um esboço, para deixar claro a minha ideia inicial de duas formas de alimentação: AC residencial OU DC automotiva. Não sei de quanto será o consumo de corrente quando concluirmos os circuitos de equalização e filtros, então fica uma etapa a ser ajustada ao final do projeto. Também gostaria de opiniões diversas para aprimorar e ter mais eficiência no controle da fonte simétrica.

Aguardo opiniões e sujestões!

Felipe Yoshino · 23 de junho de 2015

@aphawk

Estou vendo o estagio de entrada de um amplificador da Taramp's para me basear no ganho inicial dos canais, e notei que para fazer a padronização de impedância de entrada, ele usa o amp op 5532, mas em todos os filtros e no ganho, ele usa o TL072.
Sei que a escolha do amp-op depende do espectro de frequência que se quer trabalhar, mas nessa situação em específico, a escolha foi algo em particular com o TL072 ou simplesmente questão de custo?
Alguém vê a necessidade de utilizar outro amp-op?

aphawk · 24 de junho de 2015

@Felipe Yoshino,

Tecnicamente falando :

Usando um NE5532 na entrada, é a melhor maneira de se ter um baixo ruído, o que melhora bastante a relação sinal/ruido do amplificador.

Os outros estágios já irão receber um sinal com mais amplitude, e não irão precisar de tanto ganho. E se voce comparar o custo de um NE5532 com um TL072, vai perceber na hora que é uma solução para se gastar menos no produto....

Foi puramente uma questão de custo, claro !

Paulo

Felipe Yoshino · 24 de junho de 2015

@Felipe Yoshino,

Tecnicamente falando :

Usando um NE5532 na entrada, é a melhor maneira de se ter um baixo ruído, o que melhora bastante a relação sinal/ruido do amplificador.

Os outros estágios já irão receber um sinal com mais amplitude, e não irão precisar de tanto ganho. E se voce comparar o custo de um NE5532 com um TL072, vai perceber na hora que é uma solução para se gastar menos no produto....

Foi puramente uma questão de custo, claro !

Paulo

Ok, Paulo. Acabei de comprar 60 desses do oriente (-.-) por 21 reais (us$ 6,xx). Enquanto esses longos dois meses demorarem a chegar, terei tempo pra discutir bastante o diagrama. Estou na fase do estagio do equalizador. Assim que todo o esboço V0.0.0.1 beta-teste estiver pronto, posto aqui pra que vocês que têm mais familiaridade com esses circuitos de audio analisarem. Aguarde notícias.

Felipe Yoshino · 24 de junho de 2015

Parte das entradas (baseado em um amplificador automotivo). NADA é definitivo, nenhum teste foi feito nem simulado.

@aphawk Paulo, aí estão três linhas de entrada selecionáveis. Acha que está bom, ou dá pra melhorar?

[edit]: Há um erro no acoplamento do sinal de entrada. Considere apenas um capacitor para cada entrada de sinal e nenhum capacitor na referência de entrada. Quando eu chegar em casa, eu arrumo

[edit 2]: Capacitores no lugar certo.

@ilkyest Aí está a ideia inicial de seleção de fonte da entrada de baixa frequência.

Outra funcionalidade também, usando uma entrada à parte como está no esquema, é a possibilidade de corte ou ajuste de sensibilidade do subwoofer/wofeer/mid-bass através do próprio rádio, sem precisar ir até onde estaria instalado o aparelho!

A intenção é usar esses dois sinais "tratados" (L state1 e R state 1) de entrada para o equalizador analógico.

Agora que começa o jogo dos 7 erros

Felipe Yoshino · 17 de julho de 2015

@aphawk

Concluí o diagrama inicial do equalizador, que vai dar bastante dor de cabeça

Deem uma olhada e digam o que acham.

Cada par de capacitor faz a "filtragem" do sinal que vai ser atenuado/amplificado pelos pots de 5K

Os potenciômetros de baixo (de valor ainda a ser calculado) de 250K são para "deslizar" para mais ou para menos a fc de cada ajuste.

Lembrando: Todos os potenciômetros de cima fazem "par" com os de baixo. Cada um tem dois extremos e dois cursores controlados pelo mesmo knob.

Re-lembrando as frequências do equalizador (Com os potenciômetros de 250k na posição central) em Hz:

31.25 62.5 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16K

A intenção é que eu possa deslizar para a esquerda ou para a direita cada um desses filtros, chegando proporcionalmente na metade da distância de cada um. Ou seja, (fc/√2), fc, fc*(√2).

Exemplo: A segunda banda representa fc de 62.5Hz com o potenciômetro de "deslize de frequência" no centro. Mas quando ajustado todo pro sentido anti-horário, a frequência da banda a ser ajustada será de ~44.194Hz. E quando ajustado todo pro sentido horário, será de 88.388Hz. Assim consigo "ir" exatamente na frequência de ressonância do ambiente e atenuar, ou vice-versa. Essa é a minha ideia de louco

Segue retrato:

Para descrever exatamente o que eu estou pensando, aqui vai um desenho que passei horas fazendo. Acho que ficou bem claro

Felipe Yoshino · 5 de agosto de 2015

Galerinha, alguém sabe onde encontro informações pra adequar impedância de entrada e saída, potência de saída, etc?

Chegaram os NE5532 da China ontem, 50 peças. Montei a fonte simétrica usando LM358 e Tip122-125 e por enquanto nenhum problema.

alguma dica por onde começar?

Felipe Yoshino · 8 de agosto de 2015

Parece que as coisas estão começando a se encaixar.

Bom, a fins de dúvidas sobre a procedência dos amp-ops que comprei, montei um circuito de teste baseado em um crossover que encontrei na internet, o crossover R3 da Taramp's.

A fonte de sinal foi o pc mesmo. Usei o Audacity pra gerar o sinal senoidal de 1KHz e medi o sinal amplificado na saída do circuito montado na protoboard.

Ainda preciso de um analisador de espectro e aprender os macetes desse tipo de projeto pra obter uma fiel medição da qualidade do áudio, mas como apenas queria comprovar a funcionalidade desses CI's NE5532 que o @aphawk me recomendou (muito obrigado por isso!), o mesmo foi comprovado. Claro que testes de qualidade são muito bem vindos.

Segue miniatura do circuito de teste:

Sinal gerado com todo o volume do computador:

Sinal obtido na saída do circuito com todo o volume do computador:

circuito montado (SIM! ESTÁ UMA BAGUNÇA HAHAHA):

Inexplicavelmente não teve ruido com o computador mudo. O Osciloscópio captou um chiado de ~10mVPP, o que eu creio que veio da placa de som. Nada de 60Hz da rede, embora vocês possam ver que não tem nenhum filtro no circuito.

Tópico parado de mais! Aguardo opiniões.

[edit: Esquema corrigido, faltou o cap eletrolítico da saída]

Felipe Yoshino · 9 de agosto de 2015

Montei duas bandas pra testar o desempenho. Após o vídeo, colocarei várias considerações sobre o que eu já descobri até agora.

Bom, primeiro tenho que dizer que minhas ideias de controle de frequência estavam totalmente equivocadas.

A configuração de frequência dos filtros passa-faixa não dependem exatamente da resistência que me referi nos posts acima. Alterando aquele potenciômetro "P2" que me referi, consigo apenas bagunçar tanto a frequência de atenuação quanto a precisão do filtro (largura da banda) e a amplitude do mesmo. Logo, pra conseguir o efeito que eu queria, terei que alterar todos os componentes do filtro em proporções diferentes, ou seja, do método que eu imaginava, impossível.

"P2" alteraria o valor de R1 no diagrama abaixo:

Talvez conseguiria tal façanha alterando o valor dos dois capacitores simultaneamente, mas aí entraria o problema de controlar quatro componentes simultaneamente com o mesmo knob (são dois circuitos idênticos para fazer os dois lados de cada canal), novamente impossível.

Estou tendo um problema quando amplifico muito a frequência de cada banda. Acho que pode ser algum problema com a alimentação, não tenho certeza.

Também notei um ruido de alta frequência na saída nos cruzamentos por zero, no osciloscópio. Como não é um circuito definitivo, não tirei fotos nem nada. Preciso estudar formas de filtrar ruídos. No mais, seguindo esquemas prontos, tudo está "dando certo" no momento.

Penso em alterar todo o esquema que me baseei nos primeiros posts (principalmente de amplificação das entradas) pelo método em que estou testando no vídeo. Postarei o circuito em breve.

Felipe Yoshino · 22 de outubro de 2015

Acabo de encontrar um processador de áudio semelhante ao meu projeto.

http://www.soundigital.com.br/downloads/Manual-audiocontrol.pdf

Alguém sabe onde encontro o esquema do mesmo?
Obrigado!