Audioströme schalten, mischen, verstärken - DIGITAL

[thewulf00]

Hallo,

im Bereich der Digitalelektronik kann ich so einiges auf die Beine stellen. Aber im Bereich der Analogelektronik habe ich einfach kaum Wissen oder Übung.
Daher frage ich hier ganz gezielt - vielleicht kann mir jemand mit Links, o.ä. helfen.

Problemstellung
Ich habe hier das Problem, dass ich zwei PCs (Arbeitnotebook und Gamer-PC) habe, die beide ein Audiosignal ausgeben. Dann habe ich zwei Ausgabegeräte (Kopfhörer und Stereo-Lautsprecher mit integriertem Mini-Subwoofer).
Immer, wenn ich nun meine Anwendung wechsle, dann muss ich heftigst anfangen, umzustecken. Ich habe bereits ein KVM-Switch mit Audioumschaltung gekauft, das macht auch, was es soll, aber meine Kollegen im TeamSpeak, Skype und Co. sagen, die Qualität sei mies (wenn das Mikrophon über den Umschalter läuft), und die Umschaltung ist auch nicht immer gewollt.

Ansatz
Die Idee ist einfach: Eine kleine Box bauen, die beide Eingänge und beide Ausgänge bekommt, und dann kann ich einfach mit nem Taster umschalten. DAS kriege ich grad noch so hin. Mit Analog-Multiplexern oder -Umschalter-ICs oder mit einer Transistor/MOSFET-Schaltung.
Aber nun ist es natürlich so, dass ich zusätzlich noch das Mikrophon mit umschalten können möchte, und evtl. die Audioausgänge mischen möchte. Mischen heißt aber auch gleichzeitig, dass ich die eingehenden Audioströme noch etwas regeln/verstärken können muss. Das Ganze gilt auch für die Ausgänge.

Einschätzung
Alles in allem eigentlich ein schönes Projekt, wäre da nicht die große Ungewissheit zum Thema Verstärker, etc.
Ich möchte das ganze natürlich mit einem AVR bauen, da ich damit Erfahrung habe und und hier viele rumliegen.
Wenn ich nun einfach umschalten möchte, geht das problemlos. Aber das Verstärken macht mir schon die erste Sorge. Und dann sind da natürlich noch weitere Funktionen.

Teilschritte
Da es ein komplexes Projekt ist, habe ich die Teilschritte unterteilt:
1) Einfaches Umschalten EINES Eingangs auf EINEN Ausgang. (Kein eigener Verstärker enthalten)
2) Genau wie 1), nur dass ich die Lautstärke nachregeln kann. (d.h. ein Verstärker muss integriert werden - in dieser Version aber analog über einen Poti)
3) Die Eingänge können getrennt voneinander (vor-)verstärkt werden, und dann auf beliebige Ausgänge gehen (so dass auch gleichzeitig zwei Audioströme (ungemischt) ihren Weg finden).
4) Genau wie 3), nur dass ich auch mischen können möchte.
5) Genau wie 4), nur dass ich alles digital machen möchte, d.h. der AVR gibt den Verstärkungsfaktor irgendwie vor (z.B. eingelesen über einen Digitalencoder).
6) Ausgänge und Eingänge werden jeweils D/A- und A/D-gewandelt, so dass ich die Nutzdaten auch per Funk ans Ziel bringen kann.

Stand
Aktuell steht Variante 1) im Raum, das bekomme ich hin. Aber ich möchte mich hier im Vorfeld über Variante 2) informieren. Wie kann ich einen geeigneten Verstärker bauen? Ich weiß, für einen Verstärker muss ich erstmal Unmengen an Zahlen beibringen: Geplante Impedanz, etc. - Vielleicht hat jemand informierende Links?

Die Varianten 5) und 6) sind Zukunfsmusik und optional.


Fazit
Ich brauche also Hilfe beim analogen Part. Ich erwarte natürlich NICHT, dass mir hier jemand die gesamte Verstärkertheorie nahebringt. Ich hoffe einfach nur auf Hilfe bei den ersten Schritten und evtl. Links/Schaltplänen. Evtl. auch praktische Tipps für Alternativen.
Randfrage: Kann man eigentlich mit akzeptablem Aufwand Audioströme digital mischen/verstärken?

[Besserwessi]

Die analoge Version ist nicht besonders kompliziert, vor allem wenn man die Amplitude noch analog per Poti einstellt. Die ggf. Nötige Verstärkung kann man leicht mit Operationsverstärkern aufbauen. Mit Digitalpoties oder einige DA Wandlern kann man die Lautstärke auch vom µC einstellen.
Das mischen ist auch einfach, einfach nur ein Addieren bzw. zusammenschalten als Spannungsteiler mit 2 Widerständen.

Damit man beim Mikrofon nicht so viele Störungen hat, sollte man ggf. das Signal vom Mikrofon erst Verstärken und dann umschalten. Die ggf. vorhandenen Knackgeräusche reduzieren sich dann entsprechend der Verstärkung die man vor den Schaltern hat.

Der rein Digitale Weg ist ziemlicher Blödsinn, denn für die meisten AD Wandler muss man auch schon Verstärken und die Amplitude anpassen.

[PICture]

Hallo!


Damit man beim Mikrofon nicht so viele Störungen hat, sollte man ggf. das Signal vom Mikrofon erst Verstärken und dann umschalten. Die ggf. vorhandenen Knackgeräusche reduzieren sich dann entsprechend der Verstärkung die man vor den Schaltern hat.

Das stimmt in der Praxis leider nicht, weil sogar bei PLL Radios wird s.g. "MUTE" Signal benutzt, damit die Umschaltung bei Nullamplitude des Audiosignals erfolgt (siehe Code und z.B.: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/TDA7000_CNV_2.pdf und http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/TDA2616_Q_CNV_2.pdf ).

A
Amplitude |
|_____ _____
| \ /
| \ /
| \ /
| \ /
|_________\_____/___________\
A / t
|

Umschaltung

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[thewulf00]

Vielen Dank.

Ich habe kaum Erfahrung mit OpAmps, vor allem mit über Verstärkung hinausgehende Anwendungen. Gibt es dazu Links?
Wie mache ich das mit der Stromversorgung? Ich dachte, die 5V kann ich einfach über einen Dummy-USB-Stecker nehmen (Datenleitungen nicht anschließen), aber dann müsste ich die 15V daraus generieren und vermutlich reicht die USB-Stromgrenze nicht aus.
Dann muss ich wohl ein Netzteil konstruieren? Die meisten Verstärkerschaltungen, die ich unlängst fand, benötigen mehrere Spannungen, auch zusätzlich negative.

[Besserwessi]

Man kann auch mit nur einer 5 V Versorgung auskommen. Damit bekommt man vielleicht nicht high-End-Audio, aber für das PC-Umfeld sollte das reichen. So viel anders als mit einer 5 V Versorgung wird das auch nicht, nur halt das man andere OPs (Rail-Rail wie MCP6002)nimmt. Die negantive Spannung kann man umgehen indem man sich eine eigene 0 etwa in der Mitte definiert und die 5 V dann sozusagen als +-2,5 V interpretiert. Am Ein- und Ausgang dient dann ein Kondensator dazu die Gleichspannung abzutrennen.

So kompliziert ist Verstärkung im Audio Bereich mit OPs nicht. Viel über eine Verstärkung bzw. Pufferung geht die Schaltung auch nicht. Das mischen ist einfach ein zusammenschalten wie beim Spannungsteiler.

Beim Mikrofon hat man 2 Quellen für ein Knacken. Ein kleines, das man auch bei anderen Signalen hat, einfach weil die Auslenkung beim Umschalten einen zufälligen Sprung macht vom einen Signal zum anderen. Dazu kommt aber speziell bei den Elektretmikrofonen noch ein lautes Knacken vom Umschalten der Stromversorgung für das Mikrofon. Im Vergleich zum eher kleinen Nutzsignal (z.B. 5 mV) ist das oft ein großer Unterschied im Gleichspannungssignal von auch schon mal 1 V. Diese 2. Störung kann man mit einem Verstärker vor der Umschaltung vermeiden.

[thewulf00]

Das klingt sehr interessant. Kann mir jemand Links oder Posts nennen, die weiterführende Infos (Schaltpläne, Bauteile, genaue Dimensionierungen) enthalten?