BPM-Detection an Lautsprecherleitung

[Cysign]

Hallo zusammen,

ich mache mir seit einigen Tagen Gedanken darüber, wie ich einen Abgriff von einer Lautsprecherleitung zu einem Mikrokontroller realisieren kann.

Zunächst möchte ich mit einem Spannungsteiler die Spannugn auf µC-verträglicht 5V reduzieren.
Dann soll das Signal über eine Diode gefiltert werden, so dass nur noch die positive Halbwelle beim µC ankommt.

1. Sollte ich die negative Halbwelle auch über einen Ersatzwiderstand in Größe der Last des Mikrokontrollers (also einige Megaohm) gegen Masse abführen oder brauch ich mir heirzu keine Gedanken machen, weil das im Gesamtsystem betrachtet einfach ein viel zu geringer Anteil ist?

Der Amp hat übrigens 450W, die Box hat eine nominelle Impedanz von 4Ohm. Rein rechnerich mit P=U*I und R=U/I ergibt sich somit etwa eine Spannung von 42,43V und ein Maximalstrum von 10,61A.

2. Da ich den Mikrokontroller gerne noch gegen einen Bauteildefekt absichern würde, habe ich mir überlegt, dies entweder
a) mit einer Z-Diode zu realisieren, die bei Spannungen über 5V durchschlägt und somit eher einen Widerstand im Spannungsteiler brät als den Mikrokontroller oder
b) das System gelvanisch zu trennen. Hierzu habe ich gestern beim Recherchieren vom IL30 gelesen, der sich als Optokoppler wohl auch für Audiosignale eignen soll. (Datenblatt: https://www.vishay.com/docs/83622/il300.pdf)

Sobald ich den Lautsprecher und den Verstärker endlich miteinander verheirate, möchte ich gerne erstmal einen Realwert messen (Oszilloskop oder evtl. bekomme ich ja auch mit meinem Multimeter einen aussagekräftigen Maximalwert bei längerer Belastung angezeigt).

Da ich von Spannungsteilern und Wechselspannung noch nicht so viel Ahnung habe, wüsste ich gerne, ob ich hier einen elementaren Denkfehler habe.
Wie würdet ihr die Thematik angehen? Hab ich irgendwas wichtiges übersehen?

Ein Abgriff am unverstärkten Audiosignal ist leider in diesem Fall nicht möglich...

[i_make_it]

Ohne jetzt groß nachzudenken.
Die Frequenzweiche Deiner Box (oder die Spule des Lautsprechers) ist eine induktive Last. Jetzt packst Du einen (Summe der Widerstände des Spannungsteilers) ohmschen Widerstand dazu.
Das ergibt ein L-R Glied also einen Frequenzabhängigen Spannungsteiler (passiver Hochpass/Tiefpass erster Ordnung).
Das dürfte den Frequenzgang Deines Lautsprechers verändern.

Betrachte das ganze mal unter dme Gesichtspunkt des Wechselstromwiderstands im Bereich 12Hz bis 21kHz.

[Bumbum]

Hallo Cysign

ich denke, du fängst von der falschen Seite an. Du solltest dir zuerst überlegen, welche Informationen du aus dem Musiksignal haben möchtest. Im zweiten Schritt überlegst du dir dann, wie du diese Informationen filterst und auswertest. Und dann kannst du dir Gedanken machen, wie du das Lautsprecher-Signal so wandelst, damit es von deinem Controller oder der (vermutlich) Auswerteschaltung akzeptiert wird.

Viele Grüße,
Andreas

[Cysign]

Ich hätte gerne von einem bestimmten Frequenzbereich (kann ich mit nem MSGEQ7 filtern) die positive Halbwelle, über die ich gerne die BPM (falls das Signal pulsiert) auswerten möchte.

Sobald ich das Signal im Microkontroller habe, kann ich ja damit rumspielen und mir Gedanken über die weitere Auswertung machen. Aber da muss es erstmal hin ;)

Aber der erste Schritt wäre für mich doch erstmal überhaupt ein Signal am µC anliegen zu haben, damit ich mir Gedanken machen kann.

Die Überlegung hinsichtlich des L_R-Glieds ist sicher ein interessanter Denkansatz. Aber ist die Auswirkung eines Stroms von wenigen mA im Gegensatz zu dem bereits verstärkten Signal von sagen wir mal 5-10A nicht vernachlässigbar als Einfluss auf den Lautsprecher?

Ich hatte auch schon überlegt, ob ich das Lautsprecherkabel durch eine Luftspule führen kann/soll, um es dann galvanisch getrennt am µC auszuwerten.

[Klebwax]

ich mache mir seit einigen Tagen Gedanken darüber, wie ich einen Abgriff von einer Lautsprecherleitung zu einem Mikrokontroller realisieren kann.

Zunächst möchte ich mit einem Spannungsteiler die Spannugn auf µC-verträglicht 5V reduzieren.
Dann soll das Signal über eine Diode gefiltert werden, so dass nur noch die positive Halbwelle beim µC ankommt.

Ein Spannungsteiler klingt einfach und ist es auch. Damit aber an einen Stromkreis zu gehen, in dem so ein halbes Kilowatt kreist, kann im Fehlerfall zu kräftiger Zerstörung führen. Mir ist da eine andere Idee gekommen, die ich mal kurz verifiziert habe. Man kann einen Stromtrafo in die Lautsprecherleitung einschleifen und so ein ungefährliches, galvanisch getrenntes Signal erhalten. Ich hab das mal mit zwei Ringkerndrosseln, die sich in meiner Sammlung ausgelöteter Induktivitäten fanden ausprobiert. Hier ein Bild von den Teilen. Sie stammen aus irgendwelchen ausgeschlachteten Netzteilen.

33318

Der schwarze Draht steht symbolisch für eine Ader der Lautsprecherleitung, die einfach durch den Ringkern geführt wird. Wichtig ist, daß die Wicklung mit einem Bürdewiderstand abgeschlossen wird. Ich hab da 180Ω verwendet, der Wert war gerade zur Hand. Bei meinem Verstärker, der weit weg von den 450W ist, gab es 50 bis 100mVss. Man kann die Lautsprecherleiting auch zweimal durchstecken, dann bekommt man mehr heraus. Auch den Bürdewiderstand habe ich nicht optimiert. Aber 20mV bis auf 3-4V zu verstärken ist auch keine Raketentechnik. Im Zuge dieser Verstärkung kann man gleich den Frequenzbereich einschränken und das Signal gleichrichten.

Für die Sicherheit ist das optimal, die Lautsprecherleitung kann man so gut isolieren, daß selbst kV kein Problem wären. Ist der Strom zu groß, geht der Kern in Sättigung und die Spannung steigt nicht weiter. Der einzige Nachteil ist, daß man DC nicht wahrnimmt, das sollte aber bei Musiksignalen kein wirkliches Problem sein.

MfG Klebwax

Edit:

Da haben sich unsere Posts überschritten. Der Anschluß eines Spannungsteilers, selbst wenn da noch L und C vorkommen, ist vernachlässigbar. Typische Impedanzen bzw. Widerstände in der Eingangsschaltung eines µC liegen im Breich einstelliger Kiloohms, Lautsprecherimpedanzen im Bereich einstelliger Ohms. Dazwischen liegen drei Größenordnungen.

[Bumbum]

Hallo Cysign,


Ich hätte gerne von einem bestimmten Frequenzbereich (kann ich mit nem MSGEQ7 filtern) die positive Halbwelle, über die ich gerne die BPM (falls das Signal pulsiert) auswerten möchte.


Das Filtern macht so keinen Sinn. Hast du dir mal das Datenblatt des MSGEQ7 angeschaut? Da wird das Audio-Signal über einen Kondensator eingespeist. Das heißt du kannst einfach mit einem Spannungsteiler ran. Nur die Summensignalbildung wird nicht möglich sein. Du musst dich also auf einen Kanal beschränken.

Eine Auswertung des direkten Musiksignals auf verschiedene Bänder wird nur mit FFT funktionieren, womit die Rechenleistung der meissten "Bastler-µC" völlig überfordert wäre.

Ich würde den Weg über den MSGEQ7 vorschlagen. Nimm' dir das Datenblatt und suche dir Beispielschaltungen mit diesem Chip. Zum testen kannst du ja erst mal ein Cinch- oder Kopfhörersignal nehmen. Wenn dann alles läuft musst du nur noch den Spannungsteiler davor dimensionieren, oder einfach ein Poti verbauen.

Viele Grüße,
Andreas

[Cysign]

Perfekt, dann haben wir ja schon mehrere Lösungsansätze.

@Klebwax: Das was ich mit der Luftspule meinte, hast du nun mit der Ringkernspule ausprobiert - dann kann mein erster Gedanke ja gar nicht so falsch gewesen sein. Auf den Spannungsteiler bin ich erst gekommen, als ein Bekannter das im Gespräch vorgeschlagen hatte. Aber eben weil ich nichts ungeschützt anschließen wollte, hab ich mit dann weiter Gedanken gemacht und bin auf den IL300 gestoßen...


Welches wäre denn euerer Meinung nach der sinnvollste Ansatz?

[Cysign]

Unter welchem Suchbegriff finde ich denn den Bürdewiderstand? Würd gerne in den Weiten des Internets dazu was schmökern ;)

[i_make_it]

Eine Bürde ist eine Last. Also einfach ein anderer Begriff für Lastwiderstand.
Allerdings nicht einfach Als Bauteil sondern der Lastwiderstand des gesammten betoffenen Aufbaus.
Leiter, Verbindungsstellen, Bauteile.

https://de.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCrde

[Cysign]

Ah, alles klar. Wie sollte ich Spule und Widerstand denn grob dimensionieren?
Da ich keine Luftspulen oder Ringkernspulen hier habe, werd ich nicht drum rum kommen was zu bestellen...

Und nach was könnte ich suchen, wenn ich mich gerne ein bisschen dazu einlesen möchte?