Gelyke koptelefoonversterker vir gehoorgestremdes: 10 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

My behoeftes

'N Paar maande gelede was ek toegerus met gehoorapparate vir die verlies van sensitiwiteit vir hoë frekwensies, wat veroorsaak dat geluide gedemp word en dat dit moeilik is om sybillants (byvoorbeeld "S" en "F") te onderskei. Maar die hulpmiddels bied geen voordeel as u koptelefoon gebruik nie, aangesien die mikrofone agter die oor is. Nadat ek geëksperimenteer het met 'n induksie -neklus en direkte insette op my gehoorapparate (nie een van hulle het bevredigende resultate gelewer nie), het ek die idee gekry van 'n koptelefoonversterker met 'n verstelbare frekwensierespons wat ooreenstem met die van my gehoorapparate.

As u 'n ander vereiste vir gelykmaking het, kan hierdie projek maklik aangepas word. Dit bied 'n hupstoot (of snit, met 'n triviale aanpassing) by 3 middelfrekwensies. Dit kan egter uitgebrei word na meer frekwensiebande.

Die resultaat

Waarmee ek beland het, was 'n netjiese vierkantige boks van 6 cm met 'n 3,5 mm -aansluiting en Bluetooth -insette en 'n 3,5 mm -koptelefoonuitgang. Ek vind die verbetering in die luisterervaring vir musiek as skouspelagtig en 'n groot verbetering vir spraak.

Wat hierdie instruksie jou sal gee

Laat ek aan die begin sê dat dit nie 'n beginnerprojek is nie. U benodig 'n redelike vlak van soldeervaardighede, en as u dit wil aanpas (soos u ook mag), moet u Eagle leer vir die borduitleg en TinkerCAD vir die 3D-gedrukte boks. Beide het my 'n rukkie geneem om te bemeester, maar dit was ook nie moeilik nie. Ek verwag dat mense iets sal leer uit my instruksies (tensy u reeds meer weet as ek), om nie net blindelings die instruksies te volg nie.

As u nog nooit komponente op die oppervlak gemonteer het nie, moet u nie afskrik nie - dit is nie so moeilik as wat u dink nie. Sien hierdie gids vir 'n inleiding.

Wat u uit hierdie projek sal kry, is:

• Eagle -ontwerplêers (skematiese en borduitleg)
• 'N Excel -sigblad wat die ontwerpvergelykings bevat, sodat u die gelykmaking volgens u behoeftes kan aanpas
• Die TinkerCAD -ontwerp vir die 3D -gedrukte boks.

Aangesien die minimum bestelling vir die pasgemaakte printplaat 5 stukke was, het ek 3 kaal borde (een verkoop). Hierdie is nou te koop op eBay - sien

Stap 1: Die ontwerpproses: vereistes en strategie

Toe ek aan hierdie projek begin dink, was een van die eerste vrae in my gedagtes of ek analoog of digitaal filters moet gebruik. In 'n draad op die All About Circuits -forum het Keith Walker my gewaarsku oor 'n baie goedkoop (analoog) grafiese gelykmaker uit die Verre Ooste (hierbo geïllustreer) wat hy gebruik het om dieselfde probleem op te los. Dus het ek een bestel as 'n bewys van die konsep.

Dit het goed gewerk, maar was te lywig vir draagbare gebruik, en het beide positiewe en negatiewe kragrails nodig gehad, 'n ekstra ongerief. Maar dit bevestig die benadering en die tipe filterbane wat u moet gebruik.

Ek het my vereistes verfyn tot die volgende:

• Dit moet kompak, draagbaar wees en aangedryf word deur 'n herlaaibare battery.
• Dit moet insette van 'n 3,5 mm -aansluiting of Bluetooth aanvaar.
• Dit moet aparte linker en regter stereo kanale hê.

Ek het in baie vorige projekte konvensionele deurgaande komponente en 0.3 DIL IC's op strookbord gebruik, maar dit sou dit te omvangryk gemaak het. Daarom het ek besluit dat ek 'n persoonlike PCB ('n nuwe ervaring vir my) met 'n oppervlak moet ontwerp monteer komponente (waarvan ek 'n beskeie ervaring het). Ek sou ook 'n 3D-gedrukte boks moes ontwerp (my ervaring met 3D-ontwerp was baie beperk).

Dit is maklik om 'n Bluetooth -funksie by te voeg met behulp van een van die verskillende goedkoop Bluetooth -modules wat beskikbaar is.

Daar is 2 of 3 toegewyde grafiese gelykmaker -IC's waarna ek gekyk het, maar die gebruik van goedkoop quad -opamps lyk uiteindelik eenvoudiger en benodig net soveel eksterne komponente.

Stap 2: Gedetailleerde ontwerp

Die basiese kringelement wat ek gebruik het, staan bekend as 'n gyrator. Dit gebruik 'n operasionele versterker om 'n kondensator in 'n virtuele induktor te verander. Hierdie en nog 'n kondensator maak 'n afgestemde kring, wat 'n snit of 'n hupstoot bied oor 'n sekere reeks frekwensies. Baie grafiese gelykmakerontwerpe gebruik 'n feitlik identiese ontwerp en daar is geen nut om daarvan af te wyk nie. Hulle is 'n voorbeeld hiervan van Electronics Today International September 1977 bladsy 27. Hierdie artikel verduidelik baie duidelik hoe die stroombaan werk.

Ek het dit slegs aangepas deur vier -opamps te gebruik wat van 'n enkele 5V -stroomtoevoer loop, en deur 'n koptelefoonversterker IC by te voeg om te verseker dat die koptelefoon voldoende is. Ek het ook elke potensiometer vervang deur 'n potensiometer en 'n weerstand om net 'n hupstoot en fyner beheer te gee, aangesien ek nie sny nodig gehad het nie.

Die skematiese en borduitleg (albei gegenereer met Eagle) word hierbo getoon.

'N Groot kenmerk van Eagle is dat dit die Spice -kring -simulasiepakket bevat, wat dit moontlik maak om die ontwerp te bekragtig en die frekwensierespons te voorspel voordat die produksie van die PCB aangegaan word.

Die bord bied 2 insette, 'n 3,5 mm -aansluiting en soldeerblokkies vir die aansluiting van 'n Bluetooth -ontvanger -module. Dit is effektief parallel. Krag kan verskaf word deur 'n mini-USB-aansluiting of soldeerblokkies. Ek het mini eerder as mikro-USB gebruik, aangesien 'n mikro-USB-aansluiting moeilik sou wees om met die hand te soldeer, en ook minder robuust is.

Stap 3: Eagle-installering en opstelling

As u die bordontwerp vir vervaardiging wil stuur, verander die uitleg of verander die reaksiekurwe wat u nodig het om Eagle te installeer. As u (soos ek toe ek met hierdie projek begin het) dit nie ken nie, het die SparkFun -webwerf 'n reeks nuttige tutoriale op

Die eerste een om na te kyk is hoe om Eagle te installeer en op te stel.

Dit sluit die installering van die SparkFun -biblioteke in. Die afgelaaide zip-lêer bevat 'n gids SparkFun-Eagle-Libraries-master wat u na EAGLE / libraries moet kopieer

U moet ook my Eagle -skematiese en borduitleglêers en my Spice -modelle invoer. (Spice is die kring -simulasiesagteware waarmee ons die frekwensierespons van die versterker kan simuleer.)

Dit is alles ingesluit in 'n zip -lêer waarvan u dit kan aflaai

github.com/p-leriche/EqualisedHeadphoneAmp

Maak die zip -lêer oop en sleep die projekte en spesery -dopgehou na u EAGLE -lêergids. (Dit sal reeds 'n leë projekmap bevat.)

U behoort nou gereed te wees om Eagle te begin.

Maak projekte in die linkerkant oop, dan projekte, dan Equalized Headphone Amp.

Dubbelklik op die lêers Headphone_Amp.brd en Headphone_Amp.sch. Dit word in aparte vensters oopgemaak, die eerste toon die borduitleg en die tweede die skematiese.

Soek en klik op die knoppie Simuleer in die skema.

Dit maak die Simulasie -opstelling oop. Klik op die radioknoppie AC Sweep, stel die tipe op Dec (die standaard) en die begin- en eindfrekwensie op 100 en 10000 onderskeidelik. Klik op die knoppie Simuleer regs onder. Na 'n pouse moet 'n grafiek van die frekwensierespons verskyn, net soos in die volgende stap getoon.

Stap 4: Aanpassing van die reaksiekurwe

U ore sal waarskynlik anders as myne wees, dus moet u eerstens 'n afskrif van u oudiogram hê. U oudioloog moet u hiervan kan voorsien, maar as u 'n goeie koptelefoon het, kan u dit self maak deur na https://newt.phys.unsw.edu.au/jw/hearing.html te gaan

Dit moet u 'n goeie idee gee van hoeveel hupstoot u op verskillende frekwensies benodig. In my geval neem my gehoorverlies vinnig toe bo 3kHz, wat dit onmoontlik maak om veel bo dit te vergoed. In elk geval het 'n paar eksperimente wat die spektrum van verskillende bronne met Audacity ontleed, aangedui dat daar waarskynlik nie veel bo dit was wat ek kon ontbreek nie.

Soos dit tans is, kan u met die projek die frekwensierespons instel op 3 middelfrekwensies van 1.5, 2.3 en 3.3kHz, onafhanklik tussen die linker- en regterkanale. U kan by hierdie frekwensies bly of dit verander (sien die volgende stap).

In u EAGLE / spice -lêergids vind u modelle vir die 3 trimpots POT_VR111.mdl, POT_VR121.mdl en POT_VR131.mdl. Dit beheer die reaksie by die 3 frekwensies. As u een hiervan met 'n teksredakteur (byvoorbeeld Notepad) oopmaak, sal 'n reël verskyn soos:

.param VAR = 50

Verander die getal na enigiets tussen 0 en 100 om die posisie van die ooreenstemmende trimpot voor te stel en vandaar die hupstoot by die frekwensie na enigiets van nul tot maksimum.

Begin die simulasie weer (klik op Werk Netlist by voordat u op Simuleer klik) om te sien hoe die frekwensiereaksie nou lyk.

Stap 5: Verandering van die middelfrekwensies

Ek het 'n Excel -sigblad Calc.xlsx in die gids Eagle Project ingesluit. Maak dit oop met Excel (of as u nie Excel het nie, LibreOffice Calc, wat gratis is). Hierdie sigblad bevat die ontwerpberekeninge vir slegs een van die 3 filterafdelings.

In die eerste blokkie kan u die middelfrekwensie en Q -faktor bereken vir gegewe waardes van R1, R2, C1 en C2. (Die Q- of kwaliteitsfaktor bepaal die breedte van die band. 'N Hoër waarde gee 'n smaller band en meer hupstoot. Dit lyk asof waardes rondom 4 goed werk as elke frekwensie ongeveer 50% groter is as die vorige.)

In werklikheid is dit meer waarskynlik dat u die frekwensies wil kies en die komponentwaardes wil bereken. Gegewe die gewenste frekwensie en drie van die vier komponentwaardes, kan u met die tweede boks die vierde komponentwaarde bereken.

Komponente kom in voorkeurwaarde (byvoorbeeld die E12 -reeks), sodat u die naaste voorkeurwaarde vir die berekende waarde kan kies en dit in die eerste boks kan invoer om te sien watter werklike frekwensie dit gee.

U moet dan u waardes in die Eagle -skema aansluit en die simulasie herhaal.

Gee die skematiese voorstelling, en klik in die paneel aan die linkerkant op die komponentwaarde -ikoon en klik dan op die komponent wat u wil verander. (Die simulasie is ingestel om net op die onderste of linker kanaal te werk.) U sal 'n waarskuwing kry wat sê dat die komponent geen gebruikersbepaalbare waarde het nie. Wil jy dit verander? Natuurlik kan jy! Tik die nuwe waarde in die venster wat verskyn.

Klik op die knoppie Simuleer, klik op Opdateer netlys en dan Simuleer.

Stap 6: Vereiste komponente

U het natuurlik 'n stroombaan nodig. Tensy u een van my spaarborde gebruik, moet u die Eagle -lêers stuur vir vervaardiging. Die meeste vervaardigers benodig die ontwerp as 'n stel gerber -lêers. In plaas daarvan om die instruksies hier te dupliseer, soek aanlyn na Eagle -uitvoergerber of verwys na die Sparkfun -tutoriaal.

Afsonderlike gerber -lêers beskryf die koperlae, die soldeermasker, die seefdruk, die boorwerk en die maal van die buitelyn.

Deur die lêers aanlyn by 'n vervaardiger in te dien, sal dit bevestig word en u in kennis stel as daar noodsaaklike lêers ontbreek. Maar dit sal u nie waarsku as 'n syskermlêer ontbreek nie, wat my fout was. Dit is los van die toestel se buitelyne.

U benodig die volgende komponente om die bord te vul.

• TL084 SOIC -14 quad op amp - 2 af
• LM4880M SOIC 250mW eindversterker - 1 af
• 0603 SMD -weerstandsassortiment
• 0603 SMD keramiek kondensator assortiment 100pF - 1μF
• 5K Trimpot 3362P -502 - 6 af
• 10uF 16V SMD 0805 Meerlaagse keramiek meerlagige kondensator - 4 af
• 2917 (EIA7343) 100μF 16V tantaalkondensator - 2 af
• 2917 (EIA7343) 470μF 10V tantaalkondensator - 2 af
• Mini USB vroulike 5-pins SMD-aansluiting
• 3.5 mm stereo -klankaansluiting deur PCB -montering - 2 af
• 3 mm blou LED (of u keuse van kleur)

Vir 'n volledige battery-aangedrewe eenheid met Bluetooth-invoer benodig u ook:

• Bluetooth -ontvanger -module wat A2DP ondersteun, soos hierdie
• LiPo -battery: 503035 3.7V 500mAhr
• TP4056 LiPo-laaier met mini-USB-ingang (of microUSB as u dit verkies) soos hierdie
• 3V - 5V boost converter soos hierdie
• Mini SPDT skuifskakelaar

NB Die LiPo -laaier is waarskynlik ingestel op 'n laaistroom van 1A, wat te veel is vir 'n battery van 500mAhr. Dit is belangrik dat u die programmeringsweerstand van die laagsnelheid (gewoonlik 1,2K gekoppel aan pen 2 van die TP4056 -chip) verwyder en dit vervang met een van 3,3k.

Ek het 'n LiPo-battery met 'n draad gebruik, maar een met 'n miniatuur JST-aansluiting sou dit eers moontlik maak om aan te sluit nadat u die ander bedrading gekontak het en dit alles nagegaan het, sowel as om dit makliker te maak om te vervang.

Dit is verkieslik om 'n Bluetooth -module wat op 3.3V of 5V werk, te gebruik, aangesien dit die toevoer direk uit die battery kan neem, wat die digitale geraas van die 5V -toevoer na die hoofbord kan verminder.

As u 'n Bluetooth -module kies wat AVRCP sowel as A2DP ondersteun, kan u drukknoppies byvoeg vir volume op/af en volgende/vorige snit.

Baie Bluetooth -modules het 'n LED op die oppervlak om die verbindingstoestand aan te dui, en die TP4056 -laaier het rooi en groen LED's op die oppervlak om die laaistatus aan te dui. 'N Doos soos die een wat ek gemaak het, sal dit waarskynlik verberg, sodat dit vervang kan word (sien later) deur:

• 3 mm blou LED
• 3mm rooi/groen algemene anode LED.

Stap 7: Gebruik 'n prototipe Bare Board

As u een van my ekstra prototipe borde gekry het, is daar net 'n paar klein foute wat u moet weet.

• Daar is geen syskerm bo -op die bord nie. U sal dit nuttig vind om 'n gedrukte kopie van die borduitleg byderhand te hê terwyl u dit invul.
• 'N Paar vias was bedoel om die boonste en onderste grondvliegtuie met mekaar te verbind. Dit het geen gevolg nie.
• C3 was oorspronklik 100uF, in 'n 2917 -pakket. Hierdie waarde was te groot en is nou 1uF 0603. U moet 'n bietjie van die soldeerweerstand van die grondvlak afskraap om dit te pas, soos op die foto getoon.

Die wins word bepaal deur die waardes van weerstande R106 en R206. 22k gee ongeveer eenheidswins. Aangesien u dalk met verskillende waardes wil eksperimenteer, het ek beide 0603 SMD-weerstandskussings en gate met 'n afstand van 0,3 vir draadweerstands voorsien.

Stap 8: Bok dit

U kan die 3D-drukbare ontwerp van die boks wat ek gebruik het, vind op tinkercad.com. Die speling was 'n bietjie te styf, so ek het die lengte en breedte van die boks met 1 mm vergroot.

Die onderkant van die boks bevat kompartemente vir die battery, die laaier, die 5V -boost -omskakelaar en die Bluetooth -module. Die koptelefoonversterkerbord pas bo -op. Die deksel word vasgehou deur twee M2x5mm self-tappende skroewe.

Identiese laaier- en 5V -boost -modules is wyd beskikbaar, maar daar is baie verskillende Bluetooth -modules. As een hiervan anders as myne is, moet u die ontwerp van die boks verander.

Sodra dit op hul plek is, kan u die modules liggies met smeltgom behou.

Stap 9: Maak dit op

Vir toetsdoeleindes het ek al die modules met behulp van blu-tac aan 'n karton geheg. Hieruit het ek gevind dat die routering van die grondverbindings van kritieke belang was. Die grond van die Bluetooth -module moet saam met die laat- en regterkanale na die koptelefoonversterker geneem word, maar dan moet die grondverbinding vanaf die verspreidingsbord na die Bluetooth -module gaan, nie na die koptelefoonversterker nie, anders kry u baie digitale geraas vanaf die Bluetooth -module in die uitvoer.

Ek het die aan/uit -skakelaar gemonteer op 'n klein stuk strook, 6 stroke breed by 5 lank en met 'n 2x4 -uitsny vir die skakelaar. Dit dien ook as 'n kragverspreidingsbord. Toe dit heeltemal opgedraai is, het ek die skakelaar vasgeplak (met die plakbord daarby) met epoxygom. As ek die projek weer doen, sou ek voorsiening maak vir die skakelaar op die koptelefoonversterkerbord.

U benodig 'n taamlike dun draad om dit aan te sluit, sodat ek 'n lengte reënbooglintkabel het, wat my individuele drade van verskillende kleure gegee het. Normaalweg sou u die drade deur 'n gat in 'n bord trek en dit aan die ander kant soldeer, maar met die verskillende modules in die basis van die boks moes ek aan dieselfde kant van die bord soldeer as wat die draad ingaan, met net 'n bietjie meer isolasie gestroop as wat andersins nodig sou gewees het. Ek moes die koper se kant na bo vassteek en die verbindings daaraan soldeer.

Ek wou hê dat die LED's op die laaier en die Bluetooth-modules sigbaar moet wees, so ek het die ingeboude SMD LED's verwyder en die pads aan 3mm LED's gekoppel. Ek het hiervoor gate in die boks geboor, aangesien ek dit nie in my 3D -gedrukte boks toegelaat het nie. Ek het hulle met die soldeerblokkies op die modules met soldeerbare geëmailleerde draad verbind. Dit is bedek met selfvloeiende poliuretaan wat smelt onder die hitte van 'n soldeerbout.

Vir die laai -module het ek 'n rooi/groen gewone anode LED gebruik. Die gemeenskaplike anode moet aan een van die SMD LED -pads naaste aan die rand van die bord gekoppel word (wat u met 'n multimeter kan bevestig). As u Bluetooth -module 'n SMD LED het, moet u die polariteit met 'n multimeter bepaal. Sommige modules het aansluitings vir 'n eksterne LED.

Voordat ek die koptelefoonversterker in die boks oor die ander modules geplaas het, het ek dit nodig gevind om klein stukkies PVC-band op die bokant van twee elektrolitiese kondensators op die Bluetooth-module en op die mini-USB-laaipunt te plaas om kortbroek met die onderkant van die koptelefoonversterker.

Stap 10: Verbeterings

As ek dit in 'n produk wil verander, is daar ongetwyfeld dinge wat ek sou verander, maar as ek 'n gadget gemaak het wat my doel dien, gaan ek oor na ander projekte.

Die kring:

• 'N Bipolêre kragtoevoer was dalk beter. Aangesien die stroom deur die opamps klein is, sou 'n kapasitiewe pompspanningsomvormer soos MAX660 maklik die negatiewe toevoer verskaf het.
• Met 'n bipolêre toevoer sou die 5V -versterkingsomskakelaar nie nodig wees deur die op -versterkers nie. Die LM4880 -koptelefoonversterker werk op die rou uitsetspanning van 'n LiPo -battery, hoewel die maksimum uitsetvermoë van 250mW per kanaal tot ongeveer 100mW per kanaal verminder word.

Die direksie:

• Die grootte van die bord is presies wat dit uit die uitlegproses gekom het, maar as u dit tot 'n presiese grootte soos 6x6 cm druk, sou die ontwerp van die boks 'n bietjie makliker gewees het.
• Net so sou dit netjieser gewees het om die ingangs- en uitgang 3,5 mm -aansluitings in lyn en presies in die middel van die twee kante te plaas. Dit sou ook die ontwerp van die boks vergemaklik het.
• Dit sou eenvoudig gewees het om aan boord van die LiPo-laaierbaan te wees. Die 3 - 5V boost -omskakelaar sou nie nodig wees met 'n bipolêre toevoer nie, dus bespaar 2 aparte modules.
• Met 'n eenvoudige TP4056-laaier soos gebruik, kan die battery oorlaai word as u dit probeer laai terwyl die eenheid aangeskakel is. Ietwat meer gesofistikeerde laaiers bevat 'n eenvoudige beskermingskring wat die moeite werd is om in te sluit.
• Met die bogenoemde wysigings kan die skakelaar dan op die bord gemonteer word. Die metode om die skakelaar in die 3D -gedrukte boks te monteer, was nie ideaal nie.
• Met 'n 2 -polige 3 -rigting skakelaar kan die Bluetooth -module slegs aangeskakel word indien nodig.

Die boks:

• Deur die modules in 2 lae te monteer, het die montering moeiliker geword as wat nodig was, en 'n dunner, maar groter boks sou 'n sak beter kon pas.
• Die skakelaar word maklik per ongeluk aangeskakel. Dit sou eenvoudig gewees het om wagte rondom dit in die 3D -drukontwerp op te neem om dit te voorkom.

Ander toepassings:

As u miskien as 'n oudiofiele net 'n gelykgemaakte koptelefoonversterker wil hê, wat 'n hupstoot en vermindering by verskillende frekwensies bied, kan u in wese dieselfde ontwerp gebruik.

Om beide hupstoot en besnoeiing te gee, skakel R113, R123, R133 en R213, R223, R233 uit (of vervang met 0Ω resitors) en vervang die trimpots met 10k (skuifpotte as u dit verkies).

U kan soveel gevalle van die gyrator -kring byvoeg as wat u benodig.