Высококачественный усилитель с 4-канальным микшером и цифровым управлением

Мотивация

Несмотря на то, что я музыкант, для меня абсолютно неважно, что я не владею дорогой высокомощной стерео системой. В течение многих лет я использовал самодельный стерео усилитель на базе TDA1554Q и оставался весьма довольным качеством звука. Этот усилитель используется для настольной звуковой системы моего компьютера, а также в качестве звуковой системы для прослушивания радио/просмотра видео.

Между тем, количество звуковых источников, которые я хотел подключить к своей стерео системе значительно возросло … потом появился планшет, который я использую для прослушивания интернет радио, музыкальный плеер, работающий на Raspberry Pi и время от времени я люблю слушать подкасты, загруженные на мой смартфон.

Следовательно, следующая настольная стерео система должна иметь множество входов … около четырех будет в самый раз. Также при просмотре телевидения на своем компьютере я не хочу постоянно вставать, чтобы отрегулировать уровень громкости, а собираюсь его регулировать цифровым способом; в качестве пульта дистанционного управления я бы хотел использовать свой смартфон.

Подведем итог необходимых параметров и компонентов:
– 20-ватный стерео усилитель
– 4-канальный аудио вход
– цифровой интерфейс для регулировки уровня громкости

Подход

С усилителем проблем возникнуть не должно. Мы просто покупаем микросхему TDA1554Q, прикручиваем ее к алюминиевому корпусу, припаиваем парочку резисторов и конденсаторов к соответствующим выводам ИС, согласно схемы из даташита, и небольшой высококачественный усилитель готов к использованию.

Поскольку уровень громкости будет регулироваться цифровым способом, я использую цифровые потенциометры. К сожалению, у меня нет возможности достать логарифмические цифровые потенциометры. Поэтому я нашел альтернативный метод, в котором применяется линейный потенциометр в комбинации с постоянным резистором, чтобы «подделать» логарифмический потенциометр.

Рисунок 1

Согласно рекомендаций, соотношение между резисторами R1 и R2 должно составлять 1:7, а 1:10 возможно обеспечит наилучший результат. Я самостоятельно сделал определенные вычисления с октавой и поэкспериментировал с соотношением. Я не нашел весомых причин против соотношения 1:10.

Рисунок 2

Очевидно, что делитель напряжения не является в точности линейным, но в среднем диапазоне все вполне приемлемо. Поэтому использование цифрового потенциометра + постоянного резистора будет достаточно для точной регулировки уровня громкости.

Рисунок 3

Теперь приступим к рассмотрению схемы. Мы получили четыре стерео входных канала, каждый из которых имеет два «поддельных» цифровых потенциометра для регулировки уровня громкости канала. Все сигналы каналов смешиваются друг с другом и проходят через главный цифровой потенциометр перед подачей в усилитель мощности. Все цифровые потенциометры контролируются через интерфейс I2C стандартным микроконтроллером, например, ATtiny2313, что будет вполне приемлемым вариантом. Tiny ожидает поступление команды через (однонаправленное) UART соединение, управляемое посредством, например, Raspberry Pi. Входная линия UART электрически развязана с помощью оптопары для того, чтобы изолировать общую линию заземления (Raspberry Pi) от чувствительной аудио электроники.

Сборка

Я запустил KICAD и сложил воедино свою схему:

Основная часть

Левая часть

Правая часть

Мы не будем подробно останавливаться на разводке, изготовлении платы и пайке … ну, разве что, посмотрите несколько фотографий …

Как вы видите, я использовал метод ЛУТ для нанесения тонера на текстолит для изготовления печатной платы. Разводка компонентов платы была выполнена с помощью программного автороутера, взятого на сайте freerouting.net.

Некоторые детали по развязке UART интерфейса

Подсоединение к Raspberry Pi или другому UART передатчику

При подсоединении к микрокомпьютеру Raspberry Pi или другому UART выходному устройству, использовались линии VCC и Tx (не GND). UART интерфейс находится в высоком импедансном состоянии HI когда свободен. Поэтому после подсоединения VCC и Tx, светодиод оптопары выключен, когда линия свободна. Фототранзистор в оптопаре выполняет функцию инвертора, поэтому выходной сигнал представляет собой не инвертированный UART сигнал. Данная схема является полным аналогом обычного MIDI-интерфейса.

Микропрограмма

Поскольку ATTiny2313 не имеет «настоящего» интерфейса I²C (или TWI, как называет его компания Atmel), вам следует сконфигурировать USI (универсальный последовательный интерфейс) внутри ATtiny, чтобы он выступал в роли ведущего контроллера I²C. Я обнаружил очень полезный проект на эту тему (большое спасибо, doctek)

Теперь микроконтроллер опрашивает свой последовательный порт (4800 бод) на наличие команд в формате:

[1-4|M][L|R]=[000-255]\n

Примеры:
ML=000
MR=000

… устанавливает основную громкость в нуль для левого и правого канала

4L=220
4R=180

… устанавливает входную громкость для 4 канала в 220 (слева) и 180 (справа)

Вы также можете «подтянуть» вывод master mute (MM) усилителя мощности:

MM=TRU

или MM=FLS

Интерфейс пользователя

В заключении хорошо бы иметь доступ из командной строки к усилителю, но это не очень удобно для использования. Поэтому, я написал небольшой CGI скрипт на языке perl (используя быстрый cgi модуль и скрипт mootools.js), который предоставляет графический интерфейс для контроля уровня громкости.

СЛАЙДЕРЫ! Теперь доступ с моего смартфона был безукоризненным.

Скриншот веб-интерфейса

Оценка/Заключение

Система работает без каких-либо проблем. Цифровые потенциометры немного шумят при "регулировке", но мне это совершенно не мешает. Я не мог найти малошумящий настенный 12В блок питания. Некоторые из них приводили к тому, что усилитель начал издавать неприятные высокочастотные звуки. После долгих поисков я, наконец, нашел блок питания от неисправного Wi-Fi роутера, который идеально вписался в мой проект.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Теги:

• Перевод
• УНЧ