Introducción a los mezcladores de audio de doble canal para los estudios de casa

Un mezclador de audio de doble canal es uno de los bloques de construcción más útiles en cualquier estudio de casa. Permite combinar dos fuentes de audio independientes, como micrófonos, instrumentos de nivel de línea o interfaces de audio, en una sola salida que se puede alimentar en el equipo de grabación, altavoces alimentados o un amplificador de auriculares. Mientras que los mezcladores comerciales ofrecen muchas características, construyendo su propio con amplificadores teóricos de montaje (op amps)

Fundamentos de amplificador operativo para audio

Los amplificadores operativos son los caballos de trabajo del procesamiento de audio analógico. Su alto rendimiento abierto, impedancia de entrada alta y baja impedancia de salida hacen que sean ideales para sumar múltiples señales con mínima interacción entre canales. Cuando se configura como un amplificador de summing invertido, un amplificador de opacidad puede combinar dos o más voltajes de entrada en un solo voltaje de salida que es la suma de retroalimentación independiente.

Para un mezclador de doble canal, usted utilizará normalmente un IC dual op‐amp como el TL072 (introducción JFET, ruido bajo, alta velocidad de rosca) o el LM358 (bipolar, menor rendimiento pero ampliamente disponible).El TL072 es preferido para la mayoría de las aplicaciones de inicio debido a su baja distorsión y alta impedancia de los contenidos de alta tensión, que evita la carga de las fuentes de audio.

Parámetros clave para la selección de Amp Op

  • Velocidad de la mandíbula – al menos 3 V/μs para la reproducción limpia de 20 kHz (TL072: 13 V/μs; LM358: 0.3 V/μs).
  • Tensión de entrada de ruido – por debajo de 10 nV/√Hz por el suyo bajo (TL072: 18 nV/√Hz a 1 kHz; LM358: ~40 nV/√Hz).
  • rango de tensión superficial – dual ±5 V a ±18 V es típico (cuyos IC soportan ±15 V).
  • Impedancia de entrada – 109 Ω o superior (TL072) versus 106 Ω (LM358).

Para los diseños de esta guía, se recomienda el TL072. Puede encontrar su hoja de datos de Texas Instruments] y la hoja de datos LM358 aquí para referencia.

Diseño de circuito: La Topología de resumir invertido

El mezclador clásico de doble canal utiliza la configuración de amplificador de resumido de invertidos. Cada canal de entrada de audio está conectado a la entrada de invertido ( -) del op a través de una resistencia de entrada de serie. La relación de entrada no invertido (+) se biseca al suelo (o a un terreno virtual en diseños de solas).

Para un mezclador de unidad (nivel de salida aproximadamente igual a cada entrada individual cuando sólo un canal es activo), utilice valores de resistencia iguales para todos los resistores de entrada y el resistor de retroalimentación. Una opción típica es 10 kΩ para cada canal y el resistor de retroalimentación. Esto produce una configuración de inversión, por lo que la polaridad de señal de salida es invertida, esto generalmente no es un problema para el audio porque la interfaz de la oreja es fase insens sensible, y correcto

Resumen esquema completo

A continuación se muestra el bloque conceptual del circuito. Los valores de componentes reales y los componentes de filtrado adicionales se discuten en las subsecciones que siguen.

  • Input jack 1 → 1 μF DC-blocking capacitor → 10 kΩ resistor → inverting input of op amp.
  • Input jack 2 → 1 μF DC-blocking capacitor → 10 kΩ resistor → inverting input of op amp.
  • Resistencia de retroalimentación: 10 kΩ de salida a entrada de invertido.
  • Entrada no invertida: conectada a tierra a través de un resistor de 10 kΩ para la compensación de corriente de sesgo.
  • Condenadores de desacoplamiento de alimentación: 100 μF de cerámica electrolítica + 100 nF de cada carril de suministro a tierra, colocado cerca del IC.
  • Soporte de salida: conectar directamente a la salida de la lámpara de op (o a través de una resistencia de serie 100 Ω para protección de cortocircuito).

Esta topología básica funciona, pero para uso real del mundo desea añadir controles de ganancia de canal (plantas de volumen) y posiblemente un control de nivel de salida. Añadiendo un potenciómetro antes de la resistencia de entrada le da una simple fader de volumen, pero la resistencia del limpiaparabrisas de la olla puede cambiar la impedancia de entrada del nodo de rebote, alterando la respuesta de frecuencia si no se amortiza correctamente.

Selección de componentes y ampliación de circuito

Opciones de suministro de energía

El dispositivo op ±60 requiere una doble fuente simétrica para el mejor rendimiento. Un suministro de ±12 V o ±15 V proporciona suficiente espacio para las señales de audio de nivel de consumo (normalmente hasta 2 Vrms). Puede construir un suministro lineal utilizando un transformador de punta central, rectificador de puentes, y reguladores de 78xx/79xx, o utilizar un sistema de batería de ±9 V simple con un inversor de tensión.

Capacitadores de Cobertura de Entrada y Salida

Para bloquear cualquier DC offset de la fuente o del mezclador mismo (especialmente en diseños de una sola fuente), coloque un condensador no poliarizado en serie con cada entrada. Un valor de 1 μF a 10 μF con una calificación de tensión de al menos 25 V es suficiente. Los condensadores de película de poliéster son preferidos para la salida de audio; los condensadores de electrolíticos pueden ser usados, pero pueden introducir la distorsión si se bise

Añadiendo controles de pan y tono

Una vez que el mezclador básico esté funcionando, puede ampliarlo con el recubrimiento estéreo. Un mezclador de doble canal puede ser hecho estéreo usando dos circuitos de op-amp (uno para izquierda, uno para derecha) y alimentando cada entrada a ambos canales a través de las ollas de rebote. Un control de sartén simple utiliza un potenciómetro de doble gamma como una fachada cruzada entre los nodos de summing izquierdo y derecho.

Guía de la Asamblea paso a paso

Prototipado de pan

Antes de comprometerse a una tabla permanente, construir el circuito en una tabla de pan sin soldadura. Usar el cableado corto, directo para la ruta de señal y mantener el cableado de alimentación lo más cerca posible a los pines IC. Conectar una onda sine de 1 kHz de una fuente de prueba (o una salida de smartphone) a una entrada y monitorear la salida con un osciloscopio o un altavoz potenciado.

Composición de circuito impreso (PCB)

Para una construcción permanente, diseña un PCB con software libre como EasyEDA o KiCad. Un mezclador de doble canal puede ser colocado en una pequeña tabla de alrededor de 50 mm × 40 mm. Ejecute los rastros de audio separadamente de los rastros de potencia, utilice un plano de tierra para la reducción de ruido, y coloque todos los condensadores de desacoplamiento dentro de 5 mm de los pines IC.

Enclosure y Connectors

Montar la PCB en un recinto de plástico blindado o metálico. Los recintos metálicos proporcionan mejor protección RF. Usar gatos estéreo de alta calidad de 1⁄4 pulgadas (mono para cada canal) y un solo conector de salida. Añadir un LED de potencia con una resistencia delimitación actual (1 kΩ) entre el carril de suministro y un LED de 3 mm. Etiquete el panel frontal: “CH 1 Volumen”, “CH 2 Volumen” y “Master

Pruebas, solución de problemas y optimización

Inicial Power‐On y Control de Señal

Antes de conectar cualquier fuente de audio, mida los voltajes DC en la salida op amp sin entrada. Debe estar dentro de unos pocos milivolts de 0 V (cal). Si se sienta en una tensión de ferrocarril, el chip es probable oscilante o un puente de soldadura existe. Compruebe la continuidad de la vuelta de retroalimentación y que la entrada no de conversión se bifurca adecuadamente. Insertar una onda de sine de 1 kΩ

Solución de problemas de ruido y humedad

  • 60 Hz hum] – generalmente causada por un bucle de tierra. Asegúrese de que todas las fuentes de audio comparten la misma referencia de tierra. Utilice un interruptor de elevación de tierra en la salida si es necesario.
  • El suyo de alta frecuencia] – reduce los valores de resistencia (por ejemplo, 2.2 kΩ en lugar de 10 kΩ) para bajar el ruido de Johnson, pero mantenga la impedancia de entrada lo suficientemente alta como para evitar cargar su fuente.
  • Interferencia radiofrecuencia (RFI)] – añadir pequeños condensadores (100 pF a 1 nF) de cada entrada a tierra directamente en el conector de entrada. Usar cableado de cableado torcido para el suministro de energía.

Para una introducción detallada al diseño de mezclador de op-amp y solución de problemas, el All About Circuits summing amplificaifier tutorial es un excelente recurso.

Optimización de la estructura de ganancia

Los dispositivos de inicio suelen tener niveles de salida variables. Un micrófono dinámico requeriría un preamplificador antes del mezclador, mientras que un sintetizador o una interfaz de audio puede conducir directamente las entradas de nivel de línea. Establecer el máximo beneficio del mezclador para que una fuente típica –10 dBV alcance 0 dBV en la salida con el pot en rotación del 80%.

Aplicaciones prácticas en el estudio de casa

Con un mezclador de doble canal de trabajo, puede:

  • Combine dos micrófonos para podcasting sin usar una consola de mezcla.
  • Mezcla una señal de guitarra DI y una línea de sintetización en una sola pista para grabar.
  • Crear un sub-mix para el procesamiento de efectos (por ejemplo, enviar dos canales de máquina de tambor a una unidad de reverbio).
  • Construya un submixer mono line-level que se alimenta en su interfaz de audio.

El diseño es fácilmente escalable a tres o cuatro canales añadiendo más resistencias de entrada al nodo de recaídas, simplemente ajusta la resistencia de retroalimentación para mantener la ganancia global apropiada. Para una mezcladora de cuatro canales, utilice 20 kΩ cada uno con una resistencia de retroalimentación de 10 kΩ para mantener la ganancia de unidad por canal.

Limitaciones y diseños alternativos

Mientras que el mezclador de rebote invertido es simple, tiene algunas caveatillas. La impedancia de entrada vista por cada fuente es igual al resistor de entrada (10 kΩ en nuestro ejemplo). Algunas fuentes de audio, en particular las pastillas de guitarra pasivas, pueden ser cargadas y perder frecuencias altas. Si usted planea mezclar fuentes de alta potencia, añadir una etapa de amortiguación de fuente JFET antes de cada resistor de entrada.

Otra alternativa es el amplificador de resumo no invertido, que presenta una impedancia de entrada muy alta, pero introduce más ruido y requiere un control de ganancia cuidadoso. Para la mayoría de las fuentes de nivel de línea de estudio de inicio, la topología invertir sigue siendo la más práctica y repetible.

Simulación de su diseño antes de construir

Antes de la soldadura, simula el circuito usando una herramienta como Falstad's online circuit simulator. Introdúzcase el esquema con el modelo TL072, agregue dos entradas de onda sine con diferentes frecuencias, y ejecute la simulación. Verá la forma de onda de salida sumada y podrá verificar la inversión de fase.

Conclusión

Construir un mezclador de audio de doble canal con circuitos op-amp es un proyecto sencillo que ofrece un valor inmediato en un estudio de casa. Al entender la topología de amplificador básico, seleccionar componentes apropiados (como el TL072), y siguiendo buenas prácticas de diseño y de potencia, puede crear un mezclador de baja densidad que supere muchas unidades comerciales de presupuesto.