AFW3 / Aktive Frequenzweiche III

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung

14.09.2013

Meine erste aktive Frequenzweiche AFW1 hat mir mehrere Jahre sehr gute Dienste geleistet und war auch mit der Bestückung durch die exzellenten OPA627 Operationsverstärker in der Lage die Veränderungen / Verbesserungen im Vorverstärker und den Endstufen deutlich werden zu lassen. Für das RQM-System sind die zwei Wege aber nicht mehr ausreichend und so mußte eine neue aktive Frequenzweiche her. Eine zwischenzeitliche Weichenentwicklung – die AFW2 – bestehend aus diskreten JFET Filterstufen hat zwar funktioniert, ist aber nie zum Einsatz gekommen.

Grundlage der Weiche sind wieder 24dB Linkwitz-Riley Filter. Diesmal allerdings verwende ich nur im Tieftonkanal eine Sallen-Key Filterstruktur – was eine Umsetzung des Signals von symmetrisch zu unsymmetrisch voraussetzt. Im Mittel- und Hochtonkanal kommt eine symmetrische Multiple Feedback (MFB) Filtertopologie zum Einsatz.

Im Gegensatz zur AFW1 ist die hier beschriebene Weiche nicht flexibel einsetzbar. Sie ist exakt auf meine Audio Wiedergabekette – dem RQM-System – angepaßt. Das bedeutet ein aktives 3 Wege System mit

  • 24dB Linkwitz-Riley Hochpassfilter in symmetrischer MFB Topologie, Trennfrequenz 7,5kHz
  • Mitteltonkanal mit 24dB Linkwitz-Riley Tief- und Hochpassfilter, ebenfalls in symmetrischer MFB Topologie, Trennfrequenzen sind 100Hz und 7,5kHz
  • 24dB Linkwitz-Riley Mono-Summen-Tieftonkanal in unsymmetrischer Sallen-Key Topologie, Trennfrequenz 100Hz, schaltbarer Subsonic Filter, aktiver Notch Filter für den RiPol und eine einstellbare Bassanhebung bei 25Hz
  • der Mitteltonkanal ist im Pegel nicht regelbar und bestimmt deshalb die Grundeinstellung des Filters
  • alle Ein- und Ausgänge sind symmetrisch

Natürlich ließe sich die Weiche durch den Austausch der frequenzbestimmenden Bauteile auch an andere Bedürfnisse anpassen.

Mittel- und Hochtonfilter

04.01.2014

Der Mittel- und Hochtonfilter sind mit einer symmetrisch Multiple Feedback (MFB) Topologie und als 24dB Linkwitz-Riley Filter ausgeführt. Als aktives Element kommt der hervorragende voll symmetrische Operationsverstärker OPA1632 von Texas Instruments zum Einsatz. Meinen Informationen zu Folge ist in dem Chip die Super-Symmetrische Gegenkopplung von Nelson Pass verbaut. Gute Voraussetzungen also diesen Chip in der gewählten Topologie zu verwenden.

Aus dem Übersichtsplan wird ersichtlich das der Mittelhochtonfilter aus insgesamt 6 Teilschaltungen besteht auf die ich im Folgenden einzeln eingehen werde.

Am Eingang des Filters sitzt ein Spannungsverstärker mit einem Verstärkungsfaktor von ca. 2. Diesen Faktor habe ich gewählt um den Geräuschspannungsabstand der nachfolgenden Stufen zu erhöhen aber gleichzeitig diese Stufen nicht zu übersteuern. Der Eingangswiderstand des aktiven Filters wird mit den beiden Widerständen R2 und R3 festgelegt. Hinter dem Verstärker geht es zu den eigentlichen Filtern und über den Stecker J2 zum Subwoofer Kanal.

Zu dem eigentlichen Hochpassfilter gibt es nicht viel zu sagen. Die Übergangsfrequenz ist auf 7,5kHz ausgelegt und bei der Auswahl der frequenzbestimmenden Bauteile habe ich Wert darauf gelegt leicht entsprechend eng tolerierte Kondensatoren beschaffen zu können. Hier kommen 1%ige Glimmer-Kondensatoren zum Einsatz. Die Widerstände sind immer als 2 parallele Widerstände ausgelegt um einen exakten Abgleich auf die Übergangsfrequenz zu ermöglichen. Mit J1 und J14 läßt sich der Eingang auf Masse legen um so die Weiche mit entsprechenden Jumpern im Mitteltonkanal auf 2 Wege zu schalten.

Am Ausgang des Hochpassfilters sitzt das außergewöhnliche digitale Potentiometer MUSES72320 von NJR. Damit wird der Pegel des Hochtones an den Mitteltonkanal angepaßt. Die digitale Ansteuerung des Chips ist mittels ADuM1401 potentialgetrennt an die Steuerung angekoppelt. Die Kanalzuordnung erfolgt mit Hilfe von J10 über die Latch-Leitung des Chips. Hinter dem Potentiometer sitzt dann noch ein OPA1632 mit Verstärkung 1 als symmetrischer Ausgangstreiber.

Der Hochpassfilter im Mitteltonkanal ist auf 100Hz abgestimmt. Zu den frequenzbestimmenden Bauteilen gilt das oben gesagte. Der Tiefpassfilter in diesem Kanal ist natürlich entsprechend dem obigen Hochpassfilter auf 7,5kHz ausgelegt. Dieser Filter läßt sich mit dem Jumpern J3, J4, J6, J11, J12 und J13 überbrücken um die Weiche als 2 Weg Weiche betreiben zu können.

Am Ausgang des Mitteltonkanals liegen zwei Treiber parallel. Sie sind auf eine Verstärkung von 0,5 ausgelegt um die Verstärkung des Eingangstreibers zu kompensieren. Der Mitteltonkanal ist im Pegel nicht einstellbar, er bestimmt den Grundpegel der Gesamtweiche. Die doppelte Auslegung des Treibers ist meinem RQM System geschuldet da ich ja zwei Quad ESL und entsprechend zwei Endstufenkanäle pro Audiokanal einsetze. Mit den beiden Treibern ist garantiert das es keine Probleme mit zu niedrigen Eingangswiderständen einer nachfolgenden Endstufe geben kann – eine Parallelschaltung von Endstufeneingängen ist so nicht nötig.


Mittel- und Hochtonfilter

Mittel- und Hochtonfilter

Mono Subwoofer Kanal

05.01.2014

Wegen der vielen doch etwas komplizierteren Filter im Mono-Subwoofer Kanal habe ich mich dazu entschlossen diese Filter unsymmetrisch mit der Salen-Key Topologie auszulegen. Auch hier kommt beim eigentlichen Subwoofer-Filter 24dB Linkwitz-Riley Filter zum Einsatz. Als aktives Bauelement in den Filtern verwende ich den hervorragenden Audio-Doppel-OP OPA1612 von Texas Instruments.

Den Anfang des Mono-Subwoofer Kanals macht ein symmetrischer Summierverstärker rund um den OPA1632 der die beiden Kanäle addiert. Die Verstärkung liegt bei 0,5, auch hier wieder um den Verstärkungsfaktor des Eingangsverstärkers zu kompensieren. Abgegriffen wird nur an einem Ausgang um so ein unsymmetrisches Signal zu bekommen. Der genutzte Ausgang ist aber per Relais wählbar und man bekommt auf diese Weise sehr elegant eine schaltbare 180° Phasenverschiebung. Der nicht genutzte Ausgang wird auf einen 10kΩ Lastwiderstand geschaltet.

Der nächste Funktionsblock besteht aus einem schaltbaren Subsonic-Filter und daran anschließend der eigentliche 100Hz 24dB Linkwitz-Riley Tiefpassfilter. Auch hier wieder mit vorgegebenen eng tolerierten Kondensatoren und parallel ausgeführten Widerständen bei den frequenzbestimmenden Bauteilen.

An die beiden Filter schließen sich zwei Schaltungsteile an die speziell für den Betrieb des RiPol’s vorgesehen sind. Aus diesem Grund lassen sie sich auch überbrücken. Die erste Teilschaltung ist eine Bassanhebung bei 25Hz. Dies wird von Axel Ridtahler für den RiPol empfohlen. Mit Hilfe des digitalen Potentiometers AD5293 ist die Verstärkung einstellbar. Die Bassanhebung kann per Relais zu- und abgeschaltet werden. Bei der zweiten Teilschaltung handelt es sich um ein Notch-Filter das die RiPol-Resonanzfrequenz bei ca. 300Hz zusätzlich unterdrückt. Die Umgehung dieses Teils wird mit Jumpern vorgenommen – ein Relais ist hier nicht notwendig. Betreibt man einen RiPol braucht man auch diesen Filter und da kann man dann auch mal bei der Konfiguration einen Jumper setzen. Beide Schaltungsteile habe ich als Aufsatzplatine in meiner AFW1 an Stelle des Phasenschiebers und des Baxandall Filters laufen.

Am Ausgang sitzt das digitale Potentiometer PGA2320. Im Gegensatz zu dem im Hochtonteil genutzten MUSES72320 ist dieses Potentiometer aktiv und hat auch eine Verstärkung. Somit läßt sich ein größerer Pegel als der Mitteltonkanal einstellen – im Hochtonkanal erfolgt das durch die Gesamtverstärkung. Als Ausgangstreiber kommt noch abschließend ein DRV134 zum Einsatz um ein symmetrisches Ausgangssignal zu bekommen. Die digitale Ansteuerung der beiden Potentiometer geschieht erneut potentialgetrennt über einen ADuM1400.


Mono Subwoofer Kanal

Mono Subwoofer Kanal

Power Supply Boards

25.10.2014

Alle drei Audio Leiterplatten werden über ein eigenes Netzteil versorgt. Folglich befinden sich auch drei komplette analoge Netzteile in der Frequenzweiche. Die Schaltung der Netzteile lehnt sich sehr stark an die im VV5 an und so wird es an dieser Stelle auch keine Veröffentlichung der Schaltpläne geben.

Am 230V/AC Eingang eines jeden Netzteils sitzt ein DC-Filter gefolgt von einem 25VA Ringkerntrafo. Hinter beiden Sekundärwicklungen ist ein ausgemessenes Snubber-Netzwerk verbaut. Hiermit werden hochfrequente Resonanzen unterdrückt. Der sich anschließende diskrete Brückengleichrichter ist mit Ultra-Fast Soft-Recovery Dioden bestückt. Für die symmetrische Betriebsspannung setze ich nur eine Brücke ein. Hinter dem Brückengleichrichter schließt sich ein CRC-Filter mit 4× 10000μF an.

Bis hierher ist die Schaltung eher klassisch aufgebaut. Hinter dem CRC-Filter allerdings finden sich die beiden Schaltungsteile wegen denen ich auf eine Veröffentlichung der Schaltpläne verzichte. Als erstes kommt ein Cap-Multiplier gefolgt von einem diskreten Spannungsregler, beides Bestandteile der neuesten Vorverstärker-Kreationen von Pass-Labs.


Analoges Netzteil

Analoges Netzteil