Small Audio Mixer: Einfaches und vielseitiges skalierbares Design

Audio-Mischpulte sind im Handel erhältlich, doch dieses Design ermöglicht ein skalierbares System durch die Aufteilung in verschiedene Stufen. Die einzelnen Module können zudem für andere Projekte verwendet werden.

Zwei Versionen

Die erste Version dieses Projekts wurde mit Potentiometern der Serie Alps RK09 realisiert und bestand lediglich aus zwei Leiterplatten. Die erste Platine enthielt die Regler für Lautstärke (Level) und Panorama (Pan). Die zweite war für das Mischen und die Master-Lautstärke zuständig. Diese frühere Version des Projekts, mit einem Mikrofoneingang und zwei Line-Eingängen, wurde verwendet, um meinen Field-Mixer für ein Smartphone-DI-Box-Projekt zu überwachen.

Die zweite Version wurde mit Potentiometern der Serie Bourns PTV111 umgesetzt und entstand als direkte Reaktion auf das Feedback eines Lesers aus dem Labs-Forum. Dieser hatte darauf hingewiesen, dass das Poti für die Panorama-Einstellung (Pan) die Lautstärkeregelung (Level) negativ beeinflusst. Zur Behebung dieses Problems wurde ein gepufferter Operationsverstärker zwischen den beiden Potentiometern eingefügt, was sich als wirksame Lösung erwies. Statt wie zuvor nur einen einzelnen NE5534 zu verwenden, wurde die Schaltung um eine Vorverstärkerstufe erweitert. Zum Einsatz kam nun der NE5532 von Texas Instruments – ein rauscharmer Dual-Operationsverstärker, der sich für Audioanwendungen mit höheren Ansprüchen bestens eignet.

Diese neue Version des Small Audio Mixers besteht aus drei Platinen, wie in Bild 1 dargestellt:

Eingang
Lautstärke & Panorama
Mix & Master

The latest version of the Audio Mixer — Bild 1: Diese aktuelle Version des Audio-Mixers besteht aus drei Platinen: Input (links), Level & Pan (Mitte) und Mix & Master (rechts).

Schaltplan

Der Schaltplan ist in Bild 2 dargestellt. Obwohl ich den Vorverstärker ursprünglich mit einer NJ5FD-V-Buchse begann, bin ich aufgrund von Größe, Verfügbarkeit und Preis schnell auf das Modell NRJ6HF umgestiegen. Der TN Pin wird verwendet, um den Eingang bei fehlendem Signal auf Masse zu legen.

Circuit diagram of the Audio Mixer. — Bild 2: Schaltplan des Audio-Mixers. PDF

Zur Entstörung habe ich einen kleinen LC-Eingangsfilter vorgesehen, bestehend aus einer Ferritperle (oder VK200) und einem 100 pF X7R-Kondensator. Der Koppelkondensator CIN (22 µF) unterdrückt Gleichspannungsanteile. Die Bestückungsaufdrucke der Input/Preamp-Leiterplatte sind in Bild 3 zu sehen.

PCB input silkscreen — Bild 3: Bestückungsaufdruck der Input-Leiterplatte. Nicht verwendete Eingänge werden über
die TN-Pins der NRJ6HF-Klinkenbuchsen auf Masse gelegt.

R_IN(22 kΩ) legt die Eingangsimpedanz fest. Der Wert kann je nach Signalquelle angepasst werden. Die Verstärkung von OP1A berechnet sich mit 20 log (1 + R_CR/R_FT), was hier 10 dB ergibt. Möchte man zum Beispiel einen Instrumentenvorverstärker realisieren, kann eine Verstärkung von 30 dB durch Wahl von R_FT = 1 kΩ und R_CR = 47 kΩ erreicht werden. In diesem Fall kann R_INauf 100 kΩ oder mehr erhöht werden (siehe Gerätespezifikationen), während C_INauf bis zu 1 µF reduziert werden kann.

Der Ausgang des Vorverstärkers OP1A führt zum LEVEL-Potentiometer P1 (A), das sich auf der Level & Pan-Platine befindet (siehe Bild 4). Vom Schleifer des Potentiometers P1 (B) wird das Signal an OP1B weitergeleitet, der als Impedanzwandler (Buffer mit Verstärkung = 1) arbeitet. Dadurch wird verhindert, dass die Einstellung des PAN-Potentiometers Einfluss auf den Pegel nimmt. Dieser Buffer ist jedoch optional und kann durch eine Brücke (B-C) unter der Potentiometer-Platine ersetzt werden.

Level & Pan board of the Audio Mixer — Bild 4: Die Level & Pan-Platine des Audio-Mixers, ausgelegt für
Potentiometer der Serie Bourns PTV111.

R1 bis R4 sowie P2 bilden die Schaltung des Panorama-Potentiometers. Befindet sich der Schleifer auf der rechten Seite, wird R1 auf Masse gelegt, wodurch der linke Kanal über R3 auf 0 V gezogen wird. Ist der Schleifer links, wird R2 auf Masse gelegt, und der rechte Kanal liegt über R4 auf 0 V. In der Mittelstellung ergibt sich ein Gleichgewicht zwischen linkem und rechtem Signal. In dieser mittleren Position wird das Signal um 10 dB abgeschwächt, da R1 (10 kΩ) und die halbe Potentiometerbahn (5 kΩ) einen Spannungsteiler bilden. Die Dämpfung ergibt sich gemäß folgender Formel: 20 log [(10 k + 5 k) / 5 k] = 20 log 3. Dasselbe gilt für die Berechnung mit R3. Das stellt kein Problem dar, da der Vorverstärker eine Verstärkung von 10 dB liefert und das Pan-Poti eine Dämpfung von 10 dB verursacht – somit erfolgt der Anschluss an den L&R Bus mit 0 dB.

Jedes Eingangsmodul ist mit 100 nF-Kondensatoren entkoppelt. Die 22 Ω-Widerstände (R) dienen als Shunts zur Strommessung in jedem Zweig des Operationsverstärkers und können im Kurzschlussfall als Abschaltschutz wirken.

Das Eingangsmodul kann beliebig oft vervielfacht werden – je nachdem, wie viele Eingänge benötigt werden. In meinem Fall beträgt der Abstand zwischen den Kanälen sowie zwischen den LEVEL- und PAN-Potentiometern jeweils 20,32 mm. Ungewöhnlich? Keineswegs – das entspricht exakt 8 × 2,54 mm, also einem Vielfachen des klassischen Inch-Rasters. Ich erstelle meinen Bohrplan stets mit der Layout-Software, um eine exakte Übereinstimmung mit der Leiterplattengeometrie sicherzustellen.

Endstufe

Weiter geht es mit OP2A und OP2B, die in einer invertierenden Summenschaltung betrieben werden. Die Verstärkung berechnet sich dabei zu 20 log R5/R3 bzw. 20 log R6/R4. Das Signal wird anschließend von der Mix & Master-Platine verarbeitet (siehe Bild 5), auf der sich das Stereo-MASTER-Potentiometer befindet. Dieses wird von einer Endstufe gefolgt, die eine Verstärkung von 10 dB liefert (20 log R9/R7 bzw. 20 log R10/R8). Diese Auslegung ermöglicht einen Ausgangspegel von 0 dB, wenn der Master-Regler bei etwa 70 % seines Regelwegs steht – mit zusätzlicher Reserve, um bei Bedarf den Ausgangspegel anzuheben, etwa bei schwachen Eingangssignalen.

Mix & Master final stage of this design — Bild 5: Die Mix & Master-Endstufe dieses Designs.

Am Ausgang können ein Kopfhörerverstärker oder andere Module angeschlossen werden. Zusätzlich habe ich eine kleine 3,5-mm-Klinkenbuchse vorgesehen (L & R OUT), die zur Anbindung an eine neue Generation von Porta-Recordern dient. Auffällig sind R13 und R14 – zwei 600 Ω-Widerstände in Serie mit diesem Anschluss. Sie sollen verhindern, dass der NE5532 bei einer versehentlichen Verbindung mit einem Kopfhörer (heutzutage oft 32 Ω oder weniger) überlastet wird. Diese Widerstände haben auf das Signal eines nachgeschalteten Geräts mit einem Eingangswiderstand von 10 bis 22 kΩ kaum oder gar keinen Einfluss. Für diesen Ausgang können auch RCA-Cinchbuchsen in Betracht gezogen werden. R11 und R12 sind Pull-down-Widerstände am Ausgang, die eine mögliche Spannungsaufladung an den Gleichstrom-Trennkondensatoren C3 und C4 verhindern sollen.

Die drei Anschlusspunkte A, B, C des Vorverstärkermoduls werden mit den entsprechenden Anschlüssen auf der Level & Pan-Platine verdrahtet. Drei Platinen, die idealerweise in einem Metallgehäuse untergebracht werden – vorzugsweise, um Störungen zu minimieren. In meinem Fall habe ich das Gehäuse Hammond 1590DFL verwendet (188 × 120 × 56 mm).

Die Aufteilung der Funktionen in Vorverstärker, Level & Pan sowie Mix & Master ermöglicht es mir, eigene Entwicklungen flexibel weiterzuführen. Eine Erweiterung der Eingangszahl ist daher problemlos möglich. Zusätzlich biete ich einen optionalen Stereo-Aux-Eingang über eine 3,5-mm-Klinkenbuchse an. Zwei Summierwiderstände (22 kΩ) verbinden diesen Eingang mit dem L&R Bus. Die Verdrahtung zu diesem Anschluss ist unkompliziert. Sehr praktisch, um Quellen wie ein tragbares Radio, einen PC, ein Tablet usw. hinzuzufügen – die Lautstärkeregelung erfolgt hierbei direkt am jeweiligen Gerät.

Weitere Hinweise

Die Phase des Ausgangssignals entspricht der der Eingangssignale, da im Vorverstärker nichtinvertierende Operationsverstärker verwendet werden und in der Summierstufe zwei hintereinandergeschaltete invertierende Stufen zum Einsatz kommen.Der NE5532 ist im Audiobereich ein Klassiker, doch es gibt zahlreiche kompatible Operationsverstärker, die sich ebenfalls für dieses Projekt eignen. Ich selbst teste meine Schaltungen häufig zunächst mit dem TL072; wenn alles einwandfrei funktioniert, steige ich auf den NE5532 um. Mit diesen Schaltplänen lassen sich auch andere, bevorzugte Potentiometermodelle integrieren. Weiterführende Informationen und fundiertes Hintergrundwissen finden Sie beispielsweise im Audio Handbook von National Semiconductor oder in Small Signal Audio Design von Douglas Self, das im Bereich „Verwandte Produkte“ dieses Artikels aufgeführt ist.

Lassen Sie Ihrer Kreativität freien Lauf – für ungetrübten Hörgenuss!