Amp Headphone yang Disamakan untuk Gangguan Pendengaran: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Keperluan saya

Beberapa bulan yang lalu saya dilengkapi dengan alat bantu dengar untuk mengatasi kehilangan kepekaan terhadap frekuensi tinggi, menyebabkan bunyi teredam dan kesukaran membezakan sybillant (mis. "S" dan "F"). Tetapi alat bantu tidak memberi manfaat ketika menggunakan fon kepala kerana mikrofon berada di belakang telinga. Setelah bereksperimen dengan tali leher induksi dan input langsung ke alat bantu pendengaran saya (tidak ada yang memberikan hasil yang memuaskan) saya mendapat idea penguat fon kepala dengan tindak balas frekuensi yang boleh disesuaikan yang sesuai dengan alat bantu pendengaran saya.

Sekiranya anda mempunyai syarat lain untuk penyamaan maka projek ini dapat disesuaikan dengan mudah. Ini memberikan peningkatan (atau pemotongan, dengan pengubahsuaian sepele) pada frekuensi 3 pusat. Namun, ia dapat diperluas ke jalur frekuensi yang lebih banyak.

Keputusan

Yang akhirnya saya dapatkan ialah kotak persegi 6cm kecil yang kemas dengan jack 3.5mm dan input Bluetooth dan output fon kepala jack 3.5mm. Saya mendapati peningkatan dalam pengalaman mendengar muzik menjadi luar biasa, dan peningkatan yang baik untuk pertuturan.

Apa yang akan diberikan oleh Instruksional ini kepada anda

Izinkan saya menyatakan pada awalnya, ini bukan projek pemula. Anda memerlukan tahap kemahiran pematerian yang wajar, dan jika anda mahu mengubahnya (seperti yang anda mahukan) anda perlu mempelajari Eagle untuk susun atur papan dan TinkerCAD untuk kotak yang dicetak 3D. Kedua-duanya memerlukan saya sedikit masa untuk menguasai tetapi tidak sukar. Saya mengharapkan orang mempelajari sesuatu dari Instructables saya (melainkan jika anda sudah tahu lebih banyak daripada yang saya tahu), bukan hanya mengikuti arahan secara membuta tuli.

Sekiranya anda tidak pernah menyolder komponen pelekap permukaan, jangan ditangguhkan - ia tidak sekeras yang anda fikirkan. Lihat panduan ini untuk pengenalan.

Apa yang anda dapat dari projek ini ialah:

• Fail reka bentuk helang (skema dan susun atur papan)
• Lembaran kerja Excel yang merangkumi persamaan reka bentuk untuk membolehkan anda menyesuaikan penyamaan dengan keperluan anda
• Reka bentuk TinkerCAD untuk kotak bercetak 3D.

Oleh kerana pesanan minimum untuk papan litar bercetak tersuai adalah 5 keping, saya mempunyai 3 papan kosong untuk dijual (satu dijual). Ini kini dijual di eBay - lihat

Langkah 1: Proses Reka Bentuk: Keperluan dan Strategi

Semasa saya mula memikirkan projek ini, salah satu soalan pertama dalam fikiran saya ialah sama ada menggunakan penapis analog atau digital. Dalam urutan di forum All About Circuits, Keith Walker memberi tahu saya tentang penyamaan grafik (analog) yang sangat murah dari Timur Jauh (digambarkan di atas) yang telah digunakannya untuk menyelesaikan masalah yang sama. Oleh itu, saya memerintahkannya sebagai bukti konsep.

Ia berfungsi dengan baik tetapi terlalu besar untuk penggunaan mudah alih, dan memerlukan rel elektrik positif dan negatif, kesulitan tambahan. Tetapi ia mengesahkan pendekatan, dan jenis litar penapis yang akan digunakan.

Saya menyempurnakan keperluan saya kepada perkara berikut:

• Ia mesti ringkas, mudah alih dan dikuasakan oleh bateri yang boleh dicas semula.
• Ia mesti menerima input dari bicu 3.5mm atau Bluetooth.
• Ia mesti mempunyai saluran stereo kiri dan kanan yang berasingan.

Saya telah menggunakan komponen lubang melalui konvensional dan 0,3 DIL IC pada papan tulis dalam banyak projek sebelumnya, tetapi ini akan menjadikannya terlalu besar. Oleh itu, saya memutuskan untuk merancang PCB khusus (pengalaman baru bagi saya) menggunakan permukaan komponen pemasangan (yang mana saya mempunyai pengalaman sederhana). Saya juga perlu merancang kotak bercetak 3D (pengalaman reka bentuk 3D saya sangat terhad).

Kemampuan Bluetooth akan mudah ditambah dengan menggunakan salah satu dari pelbagai modul Bluetooth murah yang tersedia.

Terdapat 2 atau 3 IC penyamaan grafik khusus yang saya perhatikan, tetapi menggunakan quad opamp murah nampaknya lebih sederhana dan hanya memerlukan banyak komponen luaran.

Langkah 2: Reka Bentuk Terperinci

Elemen litar asas yang saya gunakan dikenali sebagai gyrator. Ia menggunakan penguat operasi untuk mengubah kapcitor menjadi induktor maya. Kapasitor ini, dan satu lagi membuat sirkuit yang diselaraskan, memberikan pemotongan atau peningkatan pada jarak frekuensi tertentu. Reka bentuk penyamaan grafik sangat banyak menggunakan reka bentuk yang hampir sama dan tidak ada gunanya menjauhinya. Perkara ini dicontohkan oleh yang ini dari Electronics Today International September 1977 halaman 27. Artikel ini menerangkan dengan sangat jelas bagaimana rangkaian berfungsi.

Saya hanya mengubahnya dengan menggunakan quad opamp yang akan berjalan dari satu bekalan 5V, dan dengan menambahkan IC penguat fon kepala untuk memastikan bahawa ia dapat menggerakkan fon kepala dengan secukupnya. Saya juga mengganti setiap potensiometer dengan potensiometer dan perintang agar hanya memberi dorongan dan kawalan yang lebih halus, kerana saya tidak perlu memotong.

Susun atur skema dan papan (kedua-duanya dihasilkan menggunakan Eagle) ditunjukkan di atas.

Ciri hebat Eagle ialah ia merangkumi paket simulasi litar Spice, yang memungkinkan untuk mengesahkan reka bentuk dan meramalkan tindak balas frekuensi sebelum membuat pembuatan PCB.

Papan ini menyediakan 2 input, soket jack 3.5mm dan solder pad untuk penyambungan modul penerima Bluetooth. Ini betul-betul selari. Kuasa boleh dibekalkan melalui soket USB mini atau solder pad. Saya menggunakan mini daripada mikro-USB kerana soket mikro-USB agak sukar untuk disolder dengan tangan, dan juga kurang kuat.

Langkah 3: Pasang dan Siapkan Eagle

Sekiranya anda ingin menghantar reka bentuk papan untuk pembuatan, ubah susun atur atau hanya ubah keluk respons anda perlu memasang Eagle. Sekiranya (seperti saya ketika saya memulakan projek ini) anda tidak biasa dengannya, laman web SparkFun mempunyai rangkaian tutorial berguna di

Yang pertama dilihat ialah Bagaimana memasang dan menyiapkan Eagle.

Ini termasuk memasang perpustakaan SparkFun. Fail zip yang dimuat turun mengandungi folder SparkFun-Eagle-Libraries-master yang harus anda salin ke perpustakaan EAGLE

Anda juga perlu mengimport fail susun atur skema dan papan Eagle saya, dan model Spice saya. (Spice adalah perisian simulasi litar yang memungkinkan kita mensimulasikan tindak balas frekuensi penguat.)

Ini semua termasuk dalam fail zip yang boleh anda muat turun

github.com/p-leriche/EqualisedHeadphoneAmp

Buka fail zip dan seret dan lepaskan projek dan folder rempah ke folder EAGLE anda. (Ini akan mengandungi folder projek kosong.)

Anda sekarang harus bersedia untuk melancarkan Eagle.

Di panel kiri, buka Project, kemudian projek, kemudian Equalized Headphone Amp.

Klik dua kali fail Headphone_Amp.brd dan Headphone_Amp.sch. Ini akan dibuka di tingkap yang berasingan, yang pertama menunjukkan susun atur papan dan yang kedua skema.

Pada skema, cari dan klik butang Simulasikan.

Ini membuka persediaan Simulasi. Klik butang radio Sapuan AC, tetapkan Jenis ke Dis (lalai), dan Frekuensi Mula dan Akhir masing-masing ke 100 dan 10000. Klik butang Simulasi di kanan bawah. Setelah berhenti sebentar, graf tindak balas frekuensi akan muncul, seperti yang ditunjukkan pada langkah seterusnya.

Langkah 4: Mengambil Keluk Respons

Telinga anda mungkin berbeza dengan telinga saya, jadi pertama sekali anda memerlukan salinan audiogram anda. Pakar audiologis anda semestinya dapat membekalkannya kepada anda, tetapi jika anda mempunyai sepasang fon kepala yang baik, anda boleh membuatnya sendiri dengan melayari

Ini akan memberi anda idea yang baik tentang berapa banyak peningkatan yang anda perlukan pada frekuensi yang berbeza. Dalam kes saya, kehilangan pendengaran saya meningkat dengan cepat di atas 3kHz, menjadikannya tidak dapat dikompensasi lebih tinggi daripada itu. Walau bagaimanapun, beberapa eksperimen yang menganalisis spektrum pelbagai sumber dengan Audacity menunjukkan bahawa mungkin tidak ada yang lebih tinggi daripada saya untuk hilang.

Seperti sekarang, projek ini membolehkan anda menyesuaikan tindak balas frekuensi pada frekuensi 3 pusat 1.5, 2.3 dan 3.3kHz, secara bebas antara saluran kiri dan kanan. Anda boleh bertahan dengan frekuensi ini, atau mengubahnya (lihat langkah seterusnya).

Di folder EAGLE / rempah anda, anda akan menemui model untuk 3 potong POT_VR111.mdl, POT_VR121.mdl dan POT_VR131.mdl. Ini mengawal tindak balas pada 3 frekuensi. Membuka semua ini dengan penyunting teks (mis. Notepad) akan melihat garis seperti:

.param VAR = 50

Ubah angka menjadi apa-apa antara 0 dan 100 untuk mewakili kedudukan trimpot yang sesuai dan dengan itu peningkatan pada frekuensi itu menjadi apa pun dari sifar hingga maksimum.

Sekarang jalankan semula simulasi (klik Kemas kini Senarai Net sebelum mengklik Simulasi) untuk melihat bagaimana tindak balas frekuensi sekarang.

Langkah 5: Menukar Frekuensi Pusat

Dalam folder Eagle Project, saya telah memasukkan hamparan Excel Calc.xlsx. Buka ini dengan Excel (atau jika anda tidak mempunyai Excel, LibreOffice Calc, yang percuma). Spreadsheet ini merangkumi pengiraan reka bentuk untuk salah satu daripada 3 bahagian penapis.

Kotak pertama membolehkan anda mengira frekuensi tengah dan faktor Q untuk nilai tertentu R1, R2, C1 dan C2. (Faktor Q atau Kualiti menentukan lebar jalur. Nilai yang lebih tinggi memberikan jalur yang lebih sempit dan lebih banyak dorongan. Nilai sekitar 4 nampaknya berfungsi dengan baik jika setiap frekuensi kira-kira 50% lebih besar daripada sebelumnya.)

Sebenarnya anda lebih cenderung memilih frekuensi dan mengira nilai komponen. Memandangkan frekuensi yang diinginkan dan tiga dari empat nilai komponen, kotak kedua membolehkan anda mengira nilai komponen ke-4.

Komponen terdapat dalam nilai pilihan (contohnya siri E12), jadi anda boleh memilih nilai pilihan terdekat dengan nilai yang dikira dan memasukkannya kembali ke kotak pertama untuk melihat frekuensi sebenar yang diberikan.

Anda kemudian perlu memasukkan nilai anda ke dalam skema Eagle dan mengulangi simulasi.

Munculkan skema, dan di panel sebelah kiri, klik ikon nilai komponen kemudian klik komponen yang ingin anda ubah. (Simulasi disiapkan untuk beroperasi hanya di saluran bawah atau kiri.) Anda akan mendapat peringatan yang mengatakan komponen tersebut tidak mempunyai nilai yang dapat ditentukan pengguna. Adakah anda mahu mengubahnya? Sudah tentu anda melakukannya! Masukkan nilai baru di kotak yang muncul.

Klik butang Simulasikan, klik Kemas kini Senarai Net kemudian Simulasi.

Langkah 6: Komponen Diperlukan

Anda tentu saja memerlukan papan litar. Kecuali anda menggunakan salah satu papan ganti kosong saya, anda perlu menghantar fail Eagle untuk pembuatannya. Sebilangan besar pengeluar memerlukan reka bentuk sebagai satu set fail gerber. Daripada mendua arahan di sini, cari dalam talian untuk gerber eksport Eagle atau rujuk tutorial Sparkfun.

Fail gerber yang berasingan menggambarkan lapisan tembaga, topeng solder, percetakan sutera, penggerudian dan pengilangan garis besar papan.

Dalam menyerahkan fail secara dalam talian kepada pengeluar, ia akan mengesahkannya dan memberitahu anda jika ada fail penting yang hilang. Tetapi ia tidak akan memberi tahu anda jika fail skrin sutera hilang, yang merupakan kesalahan saya. Ini terpisah dari garis besar peranti.

Anda memerlukan komponen berikut untuk mengisi papan.

• TL084 SOIC-14 quad op amp - 2 mati
• Penguat kuasa LM4880M SOIC 250mW - 1 mati
• 0603 pelbagai perintang SMD
• 0603 pelbagai kapasitor seramik SMD 100pF - 1μF
• Pot Trim 5K 3362P-502 - 6 diskaun
• Kapasitor multilayer Keramik Multilayer 10uF 16V SMD 0805 - 4 mati
• 2917 (EIA7343) Kapasitor tantalum 100μF 16V - mati 2
• 2917 (EIA7343) Kapasitor tantalum 470μF 10V - mati 2
• Mini USB Female 5-Pin SMD Soket
• Soket audio stereo pelekap PCB melalui lubang 3,5 mm - mati 2
• LED biru 3mm (atau warna pilihan anda)

Untuk unit berkuasa bateri lengkap dengan input Bluetooth, anda juga memerlukan:

• Modul penerima Bluetooth yang menyokong A2DP seperti ini
• Bateri LiPo: 503035 3.7V 500mAhr
• Pengecas LiPo TP4056 dengan input mini-USB (atau microUSB jika anda mahu) seperti ini
• Penukar rangsangan 3V - 5V seperti ini
• Suis slaid mini SPDT

NB Pengecas LiPo kemungkinan akan ditetapkan untuk arus cas 1A, yang terlalu banyak untuk bateri 500mAhr. Anda mesti melepaskan perintang pengaturcaraan kadar caj (biasanya 1.2K disambungkan ke pin 2 cip TP4056) dan menggantinya dengan salah satu 3.3k.

Saya menggunakan bateri LiPo hujung wayar, tetapi satu dengan penyambung JST miniatur akan membenarkannya disambungkan hanya setelah memasang kabel dan memeriksa semula semua yang lain, serta menjadikannya lebih mudah untuk diganti.

Modul Bluetooth yang akan berjalan pada 3.3V atau 5V lebih disukai kerana ia kemudian dapat mengambil bekalannya terus dari bateri, mengurangkan bunyi digital pada bekalan 5V ke papan litar utama.

Sekiranya anda memilih modul Bluetooth yang menyokong AVRCP serta A2DP, anda boleh menambah butang tekan untuk kelantangan naik / turun dan trek seterusnya / sebelumnya.

Banyak modul Bluetooth mempunyai LED pemasangan permukaan untuk menunjukkan keadaan sambungan, dan pengecas TP4056 mempunyai LED pemasangan permukaan merah dan hijau untuk menunjukkan keadaan pengecasan. Kotak seperti yang saya buat mungkin akan menyembunyikannya, sehingga kotak itu dapat diganti (lihat kemudian) dengan:

• LED biru 3mm
• LED anod biasa 3mm merah / hijau.

Langkah 7: Menggunakan Prototaip Bare Board

Sekiranya anda memperoleh salah satu papan prototaip saya, hanya terdapat beberapa kesalahan kecil yang perlu anda perhatikan.

• Tidak ada skrin sutera di bahagian atas papan. Anda akan merasa senang untuk mempunyai salinan cetakan susun atur papan yang akan diserahkan semasa anda mengisinya.
• Beberapa vias bertujuan untuk menghubungkan permukaan tanah atas dan bawah yang tidak. Ini tidak berakibat.
• C3 pada mulanya 100uF, dalam pakej 2917. Nilai ini terlalu besar dan sekarang 1uF 0603. Anda perlu mengikis sedikit pateri yang menahan dari permukaan tanah agar sesuai, seperti yang ditunjukkan dalam foto.

Keuntungan ditetapkan oleh nilai perintang R106 dan R206. 22k memberikan keuntungan perpaduan secara kasar. Oleh kerana anda mungkin ingin bereksperimen dengan nilai yang berbeza, saya menyediakan kedua-dua 0603 pad perintang SMD, dan lubang pada jarak 0,3 untuk perintang hujung wayar.

Langkah 8: Meninju

Anda boleh mendapatkan reka bentuk yang boleh dicetak 3D untuk kotak yang saya gunakan di tinkercad.com. Pelepasan sedikit terlalu ketat sehingga saya telah menambah panjang dan lebar kotak sebanyak 1mm.

Bahagian bawah kotak menyediakan ruang untuk bateri, pengecas, penukar penguat 5V dan modul Bluetooth. Papan amp fon kepala dipasang di bahagian atas. Tudung ditahan oleh dua skru penoreh sendiri M2x5mm.

Modul pengecas dan rangsangan 5V yang sama banyak terdapat tetapi terdapat banyak modul Bluetooth yang berbeza. Sekiranya ada yang berbeza dari saya, anda perlu mengubah reka bentuk kotak.

Setelah berada di tempat, anda dapat mengekalkan modul dengan gam lebur panas.

Langkah 9: Pendawaiannya

Untuk tujuan pengujian, saya melekatkan semua modul pada sekeping kadbod menggunakan blu-tac. Dari ini saya dapati bahawa laluan sambungan darat sangat penting. Ground dari modul Bluetooth mesti dibawa ke amp headphone bersama dengan saluran let and right, tetapi kemudian sambungan ground dari board pengedaran mesti menuju ke modul Bluetooth, bukan headphone amp, jika tidak, anda mendapat banyak bunyi digital dari modul Bluetooth dalam output.

Saya memasang suis hidup / mati pada kepingan kecil papan selebar, 6 jalur selebar 5 panjang dan potongan 2x4 untuk suis. Ini juga berfungsi sebagai papan pengagihan kuasa. Ketika terpasang sepenuhnya, saya terpaku suis ke tempatnya (dengan papan jalur terpasang) menggunakan gam epoksi. Sekiranya saya melaksanakan semula projek, saya akan menyediakan peralihan pada papan amp fon kepala.

Anda memerlukan wayar terdampar yang agak nipis untuk memasangnya sehingga saya memisahkan panjang kabel pita pelangi, yang memberi saya wayar individu dengan pelbagai warna. Biasanya anda akan melewati wayar melalui lubang di papan dan menyoldernya di sisi lain, tetapi dengan pelbagai modul yang ada di dasar kotak, saya harus menyolder ke sisi papan yang sama dengan wayar yang dimasukkan, dengan sedikit penebat yang dilucutkan daripada yang diperlukan. Saya terpaksa memasang tembaga papan sisi ke atas dan menyambungkan sambungannya dengan cara yang sama.

Saya mahu LED pada pengecas dan modul Bluetooth kelihatan, jadi saya mengeluarkan LED SMD yang terpasang dan memasang pad ke LED 3mm. Saya menggerudi lubang di dalam kotak ini kerana saya tidak membenarkannya di kotak cetak 3D saya. Saya menghubungkannya ke solder pada modul dengan wayar enamel yang boleh dipateri. Ini dilapisi dalam poliuretana fluks sendiri yang mencair di bawah panas besi pematerian.

Untuk modul pengecas, saya menggunakan LED anod biasa merah / hijau. Anod biasa mesti disambungkan ke salah satu pad LED SMD yang paling dekat dengan tepi papan (yang boleh anda sahkan dengan multimeter). Sekiranya modul Bluetooth anda mempunyai LED SMD, anda harus menentukan kekutuban dengan multimeter. Beberapa modul mempunyai sambungan untuk LED luaran.

Sebelum memasukkan amp fon kepala ke dalam kotak di atas modul lain, saya perlu meletakkan kepingan kecil pita PVC di bahagian atas dua kapasitor elektrolitik pada modul Bluetooth dan pada soket pengecasan mini-USB untuk mengelakkan seluar pendek dengan bahagian bawah amp fon kepala.

Langkah 10: Peningkatan

Sekiranya saya ingin mengubahnya menjadi produk pasti ada perkara yang akan saya ubah, tetapi setelah menjadikan diri saya alat yang memenuhi tujuan saya, saya akan beralih ke projek lain.

Litar:

• Bekalan kuasa bipolar mungkin lebih baik. Oleh kerana arus yang dikeluarkan oleh opamps adalah kecil, penyongsang voltan pam kapasitif seperti MAX660 akan dengan mudah memberikan bekalan negatif.
• Dengan bekalan bipolar, penukar penguat 5V tidak akan diperlukan oleh penguat operasi. Penguat fon kepala LM4880 akan berfungsi pada voltan keluaran mentah dari bateri LiPo walaupun kuasa output maksimum akan dikurangkan dari 250mW setiap saluran menjadi sekitar 100mW setiap saluran.

Papan:

• Ukuran papan adalah seperti apa yang keluar dari proses tata letak, tetapi menekannya ke ukuran yang tepat seperti 6x6cm akan membuat reka bentuk kotak sedikit lebih mudah.
• Begitu juga, lebih baik meletakkan soket input dan output 3.5mm sejajar dan tepat di tengah-tengah dua sisi. Ini juga akan memudahkan reka bentuk kotak.
• Adalah mudah untuk menaiki litar pengecas LiPo. Penukar penguat 3 - 5V tidak akan diperlukan dengan bekalan bipolar, jadi menjimatkan 2 modul yang berasingan.
• Dengan pengecas TP4056 sederhana seperti yang digunakan, bateri boleh diisi lebih tinggi jika anda cuba mengecasnya dengan unit dihidupkan. Pengecas yang sedikit lebih canggih merangkumi litar perlindungan sederhana, yang patut disertakan.
• Dengan pengubahsuaian di atas, suis kemudian dapat dipasang di papan. Kaedah memasang suis di kotak bercetak 3D tidak sesuai.
• Suis 2 arah 3 tiang akan membolehkan modul Bluetooth dihidupkan hanya apabila diperlukan.

Kotak itu:

• Memasang modul dalam 2 lapisan membuat pemasangan lebih sulit daripada yang seharusnya, dan kotak yang lebih tipis tetapi lebih besar mungkin memiliki saku lebih baik.
• Suis mudah dihidupkan secara tidak sengaja. Adalah mudah untuk memasukkan pengawal di sekelilingnya dalam reka bentuk cetakan 3D untuk mengelakkan ini.

Aplikasi lain:

Sekiranya, mungkin sebagai audiophile, anda hanya mahukan amp fon kepala yang disamakan yang memberi dorongan dan pemotongan pada pelbagai frekuensi yang pada dasarnya anda boleh menggunakan reka bentuk yang sama.

Untuk memberi dorongan dan pemotongan, hilangkan R113, R123, R133 dan R213, R223, R233 (atau ganti dengan resitor 0Ω) dan ganti potong dengan 10k (periuk gelangsar jika anda mahu).

Anda boleh menambah sebilangan contoh rangkaian gyrator yang anda perlukan.