letzte Bearbeitung : 02.09.2010
Meiner ersten sehr flexiblen, aber unter High End Audio Gesichtspunkten nicht gerade perfekten, Frequenzweiche wollte ich immer eine Weiche folgen lassen die auf meine Applikation zugeschnitten ist. Außerdem sollte diese Weiche – zumindest im "Hochpass-Zweig" – mit diskret aufgebauten Filterstufen arbeiten. Der ursprüngliche Plan war es die Operationsverstärker durch diskrete OP's zu ersetzen. Schaut man sich allerdings einmal die Funktion eines Operationsverstärkers in der Sallen-Key Filterstruktur an, so sieht man das hier nur ein Impedanzwandler benötigt wird und dies erfüllt ein einfacher Puffer – wie etwa der Pass'sche B1 Buffer – in idealer Weise.
Die Umwandlung vor den Filtern von symmetrischen in unsymmetrische und wieder zurück in symmetrische Signale nach den Filtern hat mir auch nie besonders gefallen. Allerdings hat diese Technologie den Charme das die Filter wesentlich einfacher zu gestalten sind und so habe ich diese Form der Filter in dem doch recht komplexen Mono-Tiefpasskanal beibehalten.
Aus all den Überlegungen und den Erfahrungen die ich mit der AFW1 an meiner Anlage gemacht habe, ist das folgende Design entstanden:
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Der Hochpassfilter ist relative simpel aufgebaut. Ein Kanal besteht aus zwei identischen Sallen-Key Filtern 4. Ordnung für symmetrische Signal. Als Impedanzwandler in den aktiven Filtern kommt ein Pass'scher B1 Buffer zum Einsatz. Die einzelnen Filter sind per Relais zu- und abschaltbar. Somit lassen sich die Filter umgehen oder eine Filtersteilheit von 12dB oder 24dB einstellen. Es gibt keine Anpassung des Pegels (siehe unten). Die benötigten Kondensatoren sind Film-Foil (KP) Typen von Cornell Dubilier (gekauft bei THEL Audio-World).
Natürlich muß man – wie so oft bei Schaltungen aus dem Hause Pass – die Transistoren auf Gleichheit ausmessen. Hierzu findet sich in den Unterlage zum B1 Buffer die folgende Anleitung :
The best performance generally comes from matching the Idss of Q100 and Q101, and also Q200 and Q201. The Idss is simply the current that flows through the JFET when the Gate and Source are grounded and +10 volts or so is applied to the Drain. Often when you buy JFETs you can get them Idss grades. I use GR or BL grades for this project.
Ich setze 2SK170BL ein, die ich mit Hilfe einer 12V Blei-Gel-Batterie – somit einer stabilen 12V Spannungsquelle – und einem Agilent 34401A ausgemessen habe.
Jeder Kanal ist mit einer eigenen Spannungsversorgung ausgestattet – wie immer in meinen Projekten ist das System in Dual Mono Bauweise aufgebaut. Ich habe in den Hochpassfiltern den gleichen Shunt-Regulator eingesetzt wie in dem Hiraga MC Vorvorverstärker. Lediglich die Ausgangsspannung und der Strom der Eingangsstromquellen mußte an die Gegebenheiten der Filter angepaßt werden.
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Im Gegensatz zum Hochpassfilter ist der Tiefpassfilter wesentlich komplexer aufgebaut. Dies ist der hauptsächliche Grund warum die eigentliche Signalverarbeitung unsymmetrisch erfolgt. Somit wird eine Wandlung von symmetrische auf unsymmetrische Signale am Eingang und umgekehrt am Ausgang durchgeführt. Auch verwende ich als aktive Bauelemente integrierte Schaltungen (hauptsächlich Operationsverstärker).
Am Eingang werden die beiden symmetrischen Eingangssignale – linker und rechter Kanal – durch zwei INA134 auf unsymmetrische Signale umgesetzt und anschließend durch einen Summierer (OPA627) addiert. Hierbei ist zu berücksichtigen das der Summierer die Phase um 180° dreht – das Signal wird also durch diese Stufe invertiert.
Das Signal gelangt anschließend zu einem Sallen-Key Tiefpassfilter 4. Ordnung. Als aktive Elemente verwende ich wieder den OPA627. Die benötigten 6 Kondensatoren sind Vishay MKP1837. Der Filter ist nicht schaltbar und das Signal wird zwangsläufig durch diese Stufe geführt.
An den Tiefpassfilter schließt sich eine schaltbare Stufe zur Bassanhebung und -absenkung an. Der benötigte variable Widerstand mit Mittelabgriff – also ein Potentiometer – wird von dem digitalen Widerstand AD5290 gebildet. Als aktives Element kommt auch hier wieder der OPA627 zum Einsatz. Danach folgt – ebenfalls schaltbar – eine Stufe zur kontinuierlichen Veränderung der Phase. Auch in dieser Stufe wird der benötigte variable Widerstand durch ein AD5290 gebildet und als aktives Element der Operationsverstärker OPA627 verwendet. In beiden Stufen ist der OP als invertierender Verstärker geschaltet und somit drehen auch beide die Phase um 180°.
An die Phasenschieberstufe schließt sich ein Subsonic-Filter 6. Ordnung an. Auch dieser Filter ist per Relais zu- und abschaltbar. Die Topology der Filter ist wieder eine Sallen-Key Struktur und auch hier werden wiederum OPA627 eingesetzt.
Als letzte Stufe vor dem endgültigen Ausgang findet sich ein PGA2320. Mit diesem Baustein läßt sich der Pegel zwischen -95,5dB und +31,5dB in 0,5dB Schritten einstellen. Durch die, verglichem mit einem Potentiometer, zusätzliche Verstärkung kann der Tiefpasskanal auch an die Hochtonkanäle angepaßt werden wenn diese lauter sind. Somit wird keine Pegelanpassung in den Hochpassfiltern benötigt. In der letzten Stufe, einem DRV134, wird das unsymmetrische Signal wieder auf ein symmetrisches umgesetzt. Das abschließende Relais erlaubt den Wechsel der Phase zwischen 0° und 180°. Es lassen sich damit gezielt die Phase bezogen auf das Eingangssignal invertieren und auch die Drehung der Phase durch die verschiedenen Stufen korrigieren.
Die einstellbaren Bausteine (AD5290 und PGA2320) haben alle ein SPI-Interface und die Informationen werden seriell eingegeben. Alle Bausteine sind hintereinander geschaltet und so werden bei jeder Übertragung alle Bausteine neu eingestellt. Dies ergibt ein sehr einfaches digitales Interface mit wenigen benötigten Leitungen. Zudem sind die Signale statisch solange nichts verändert wird. Damit ist sichergestellt das sich im normalen Betrieb keinerlei Störungen wegen einer digitalen Kommunikation einstellen kann.
Bei der Betriebsspannungsversorgung handelt es sich um ein klassisches längsgeregeltes Netzteil aufgebaut mit den einstellbaren Spannungsreglern LM317 / LM337. Die 100µF Kondensatoren am Adjust-Eingang der Regler verbessern das Regelverhalten – aus audiophiler Sicht – wesentlich. Über die beiden veränderbaren Widerstände läßt sich die gewünschte Ausgangsspannung sehr exakt einstellen.
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In einem extra Gehäuse befindet sich das ausgelagerte Netzteil. Für alle vier verwendeten Schaltungsteile (2× Hochpassfilter, 1× Tiefpassfilter und 1× Mikrocontroller) gibt es eine eigenständige Betriebsspannungsversorgung bestehend aus Transformator, Gleichrichter und Ladekondensatoren. Die eigentliche Regelung der Versorgungsspannungen findet dann auf dem jeweiligen Board statt (siehe oben). Zusätzlich befindet sich noch eine DC-Filterung der Netzspannung auf dem Board des Netzteils.
Auch dieses Gerät soll die Möglichkeit haben per Remote Steuersignal eingeschaltet zu werden. Deshalb findet sich eine Remote Einschaltung rund um einen 6V Spannungsregler und für ein nachgeschaltetes Gerät ein verzögertes Remote Signal rund um einen p-Kanal MOSFET.
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