Kretskort till shelf-filter

[AndersP]

Jag har ju sökt efter schema på en shelf-eq och EmuMannen kom till slut till min räddning med en krets hämtad från en bok av Douglas Self.
Kretsen är mycket enkel och består av en dubbel-op, två potar, 5 motstånd och en liten kondensator. 2 avkopplingskondensatorer bör man kanske också ha.

https://www.diyaudio.com/forums/analog-line-level/214137-hf-lf-shelving-filter.html#post3053450

Jag kan inte ett smack om principerna för hur man designar kort, hur man väljer mjukvara och sånna saker, men jag löder hjälpligt och komponenterna är, vad jag förstår, överkomliga.

Det känns tokigt att beställa kort om man bara behöver 2, men samtidigt känns det bra med en bra design för att undvika brum, sus och en massa sånt onödigt.
Jag har en del mycket väljudande apparater med enlagers kretskort, bla PA9, så det skulle säkert uppfylla mina krav.

- Är det görbart att med en dremel eller liknande slipa fram kretsen på ett sånt kort som är helt täckt av koppar på ena sidan? På jobbet har jag tillgång till slip och fräsverktyg i mycket små storlekar. I garaget står en Arboga pelarborr.
- Skulle nån vänlig själ kunna tänka sig att designa ett lämpligt kort åt mig? Det finns ju flera duktiga här har jag sett.

[EmuMannen]

AndersP, om ingen annan gör det så ger jag det ett försök så fort jag har lite tid över... Om någon är snäll och fixar en hemkatalog till min ftp (jag får "421 Home directory not available - aborting" när jag försöker logga in) så kan jag dumpa Gerber- och pdf-filer där.

Ps. kortet bör kanske designas så det kan konfigureras som low-pass alternativt high-pass, dessutom utgår jag ifrån att du vill ha två kanaler per kort och att pottar är dual-gang, eller vill du ha friheten att ställa kanalerna var för sig (oberoende av varandra)?

[AndersP]

Vilken guldkille!

Har själv lite dåliga erfarenheter av ftpn och har glömt allt om hur man gör. Kör Photobucket.
Gör så som du själv skulle vilja ha det. Tror väl att stereo-potar blir det enklaste, men det känns inte så viktigt. Man kan väl alltid ha sladdar från pot till kort?

[EmuMannen]

Jag fick en ide som jag inte vet om den är bra eller dålig. Hur ofta kommer du ändra frekvens och förstärkning? Om det är sällan (dvs något du rattar in typ baffelkorrektion) och inte ändrar särskilt ofta så kanske man skulle kunna använda trimpottar i stället för vanliga potentiometrar? Vad jag tänkte mig var i så fall att man använder en 6-pins DIL-hållare (för två trimpottar) alternativt hylslist (machine pin headers) med 2.54 spread och multiturn trimpottar med 2.54 spread (exempelvis Bourns PV36W). Då kan man lätt dra loss trimpotten, mäta upp exakt rätt värde med en multimeter för att sedan bara trycka ned den i hylslisten eller DIL-hållaren. Bättre och billigare tracking mellan kanalerna kan man nog inte få men det hänger på att konfigurationen är rätt statisk. Synpunkter?

[AndersP]

Låter bra. Det blir ju ett ohemult skruvande i början, men sen blir det inge mer när allt är inställt. Det går ju alltid att förbinda potarna med sladd om man ändrar sig. Jag hade tex tänkt såga spår i potarna i param eq och montera dom flush med frontpanelen för att ingen ska kunna greja med inställningarna av misstag. Man får ställa.med skruvmejsel. Tar chansen och säger nu att mina potar löds med sladd till kortet.

[darkg]

Jag fick en ide som jag inte vet om den är bra eller dålig. Hur ofta kommer du ändra frekvens och förstärkning? Om det är sällan (dvs något du rattar in typ baffelkorrektion) och inte ändrar särskilt ofta så kanske man skulle kunna använda trimpottar i stället för vanliga potentiometrar? Vad jag tänkte mig var i så fall att man använder en 6-pins DIL-hållare (för två trimpottar) alternativt hylslist (machine pin headers) med 2.54 spread och multiturn trimpottar med 2.54 spread (exempelvis Bourns PV36W). Då kan man lätt dra loss trimpotten, mäta upp exakt rätt värde med en multimeter för att sedan bara trycka ned den i hylslisten eller DIL-hållaren. Bättre och billigare tracking mellan kanalerna kan man nog inte få men det hänger på att konfigurationen är rätt statisk. Synpunkter?

Eller ha fast monterade trimpotar och en bygel som flyttas (eller brytare) för mätning. Man kan ev. ha bananhylsor för mätsladdar och en vippomkopplare, så blir det smidigare att trimma för alla som är lite osäkra.

Layouten kan göras universell i det avseendet så att många olika lösningar kan väljas.

[EmuMannen]

Eller ha fast monterade trimpotar och en bygel som flyttas (eller brytare) för mätning. Man kan ev. ha bananhylsor för mätsladdar och en vippomkopplare, så blir det smidigare att trimma för alla som är lite osäkra.

Så tänkte jag först, typ mätpunkter men sen tänkte jag att det kanske var lättare att bara dra loss dem och mäta direkt på benen...

Layouten kan göras universell i det avseendet så att många olika lösningar kan väljas.

Absolut och det gäller pottar också, några extra pads för olika alternativ...

Jag simulerade kretsen i Tina-Ti och som high shelving ser det riktigt bra ut men som low shelving ser det inte lika bra ut. Så just nu leker jag med ett variabelt gyrator filter...

Fråga till AndersP, du ville ha ett low shelving filter och inte ett high shelving, eller hur? Mellan vilka frekvenser vill du kunna justera filtret? Hur mycket gain vill du att filtret skall ge?

[EmuMannen]

Är det någon som förstår exakt hur kretsen borde se ut för LF givet - "Swap over C1 and (R5+RV2). Then check for stability."?

Ursprunglig krets

HF Shelf.jpg (27.85 KiB) Visad 4769 gånger

Eftersom jag inte fick det att fungera så föll jag tillbaka på det Rod Elliot skrivit om Gyrator Filters (efter att först försökt modda en tonkontroll för att sedan inse att det jag hade kvar var exakt vad Rod beskrev i figur 14).

Här är kretsen i Tina-Ti:

Gyrator filter

Gyrator.jpeg (100.2 KiB) Visad 4769 gånger

Och här är hur den simulerar (VR1 = 100%, VR2 svept linjärt mellan 1-99% i fem steg):

Graf

Gyrator2.jpeg (106.29 KiB) Visad 4769 gånger

Ps. Om du vill att filtret skall arbeta längre ned så är det bara att ändra värdet på C1, här en graf för C1 = 8.2nF (observera att skalan för x-axeln skiljer något mellan graferna).

C1 = 8.2nF

Gyrator3.jpeg (109.45 KiB) Visad 4763 gånger

[AndersP]

Jag tror att det mest användbara blir ett filter med C1=10-20 nF.

Hemgjorda infrabasar som lyfts i botten med shelf beroende på typ av låda/element och rum, aktivt delningsfilter med fast frekvens som finns i hur många varianter som helst på nätet (eller delningen i en surroundreceiver) och Morello PEQ för att minska problem med stående vågor. En justering av Q i delningsfiltrets LP-ben kunde göras genom att använda en pol i Morello PEQ i "knät" på kurvan. Detta är byggarnas önskemål gissar jag. Efterfrågan på en HF-shelf tror jag blir minimal.

Jag och säkert andra föredrar att bygga ihop apparaten till nåt som liknar eq-delen i en strip i ett mixerbord, men liggande förstås. Kontrollerna för en kanal från vänster till höger kan då bli typ LF shelf - PEQ - PEQ (- HF shelf)
Att göra separata monokort för shelf-filtret eller att designa så att korten kan delas får då en viss betydelse om man ska slippa ett ormbo på lådans insida. Det blir många rattar...

Konstigt att Douglas krets inte funkar. Hade jag aldrig trott. Kan du testa HF-shelfen på bilden?
Din och Rods krets verkar funka annars. Möjligtvis skulle väl nån lin pot vara log eller tvärt om, men man vill förstås ha mindre justering per vridvinkel nere i botten så det kanske är bra.

Jag ångrar mig som tusan att jag inte lobbade hårdare för denna krets när ni ändå höll på med design och gruppköp.

[AndersP]

Jag simulerade kretsen i Tina-Ti och som high shelving ser det riktigt bra ut men som low shelving ser det inte lika bra ut. Så just nu leker jag med ett variabelt gyrator filter...

Fråga till AndersP, du ville ha ett low shelving filter och inte ett high shelving, eller hur? Mellan vilka frekvenser vill du kunna justera filtret? Hur mycket gain vill du att filtret skall ge?

Som jag förstod det kopplas C1 från A1+ till jord och R5 i serie med RV2 från A2ut till A1+. Kanske tryckfelsnisse har varit framme i Douglas design?

LF shelf är vad jag behöver. Filtret ska sitt "höga knä" mellan 40 och 200 Hz. Då klarar man ett bassystem med marginal.
Det är fint om man kan få 30 dB gain relativt unity. I värsta fall 15 -20. Det blir ju baslyft pga rummet. Eftersom 30 dB är rätt mycket kanske man får sätta två kretsar med identiska inställningar efter varandra. Tänker man gainchain får man i värsta fall sätta LP shelf sist i kjedjan för att slippa klipp mellan förstärkarstegen i PEQ, men helst vill jag ha den först så man slipper långa sladdar på insidan och för att få bättre S/N-förhållande
Det skulle vara fint att kunna sänka gain också. Då räcker säkert 15 dB.

[EmuMannen]

Konstigt att Douglas krets inte funkar. Hade jag aldrig trott. Kan du testa HF-shelfen på bilden?
Din och Rods krets verkar funka annars. Möjligtvis skulle väl nån lin pot vara log eller tvärt om, men man vill förstås ha mindre justering per vridvinkel nere i botten så det kanske är bra.

Douglas krets fungerar utmärkt för HF, jag postar simulering när jag kommer hem i kväll (jag kan simulera med både lin- och log-pot).

Som jag förstod det kopplas C1 från A1+ till jord och R5 i serie med RV2 från A2ut till A1+. Kanske tryckfelsnisse har varit framme i Douglas design?

Jag tror jag kopplade så också men jag skall testa igen för det är möjligt att jag bara skiftade C1 och R5. Det är något som inte stämmer men jag kan posta en simulering av det också.

Jag gillar Rods ide med gyrator. Förstärkningen med R2 = 2k7 är cirka 16.5 dB och den stödjer såväl boost som cut (dvs 33 dB totalt). Jag skall simulera lite och se vilka värden som ger -3 dB vid 40 respektive 200 Hz. Out of the box verkar Rods krets (med C1 = 4.7nF) ge -3 dB vid cirka 35Hz till 700Hz. Om man byter VR2 till 100k så borde spannet bli mindre. 200 Hz är säkert nog om man har en PEQ efter men jag funderar på om man inte skulle kunna använda kretsen även för baffelstegskompensation? Men då vill man nog snarare behålla ett större spann och även flytta upp frekvenserna något...

[AndersP]

Nu när jag har tänkt ett tag tror jag att 15 dB lyft kanske räcker. Mitt delningsfilter till Orion lyfter basarna 20 dB elektriskt men dom är dipoler. Samtidigt minns jag att Petter Persson labbade med multipla, slutna basar med en L26 ROY i varje och när han hade flyttat dom färdigt hade han, med hjälp av rummets begränsningsytor och täta dörrar och fönster, åstadkommit en nästan perfekt frekvensgång helt utan eq!!

Dom flesta slutna lådor har en Fb = 25 - 45 Hz. Säg att man börjar lyfta en oktav över dom frekvenserna blir det 50 - 80 Hz. Där tror jag man hamnar med sitt baslyft.
Tänker men jobba med baffelsteget däremot är det nog högre frekvenser som gäller precis som du skriver. En möjlighet är förstås att i Rods krets koppla ett motstånd, som kan bypassas med en brytare, i serie med VR2 för att få både stort och litet spann? Möjligtvis är jag helt ute och cyklar förstås...

Jag har inga speciella preferenser med avseende på Rods och Dougs kretsar. Det som gäller är funktionen menar jag. Impedansnivån bör kanske trimmas för den op man ska ha så det inte brusar eller klipper mellan stegen och att oparna inte går för varma. Antar jag. Jag kan ju egentligen nix om sånna här saker.

Förresten vill jag tacka för att du lägger ner sån energi på det här när du från början bara skulle hjälpa mig med pcb-designen.

[EmuMannen]

Ok, här kommer lite simuleringar. Först Douglas originalkret (high shelving):

High shelf krets

Hi-shelf.jpeg (99.59 KiB) Visad 4660 gånger

High shelf graf

Hi-shelf1.jpeg (111.53 KiB) Visad 4660 gånger

Och viss fungerar Douglas krets även som low shelving (om man bara kopplar rätt). Jag har ändrat värdena något så de bättre skall stämma med AndersP kravspec.

Low shelf krets

Lo-shelf.jpeg (96.1 KiB) Visad 4660 gånger

Som ni ser så ligger förstärkningen på cirka 14.5 dB. F3 med VR2 = 0% cirka 25 Hz, F3 med VR2 = 100% cirka 280 Hz.

Low shelf graf

Lo-shelf2.jpeg (114.43 KiB) Visad 4660 gånger

Sen har jag snickrat vidare på Rods gyratorfilter, jag har anpassat värdena i enlighet med AndersP kravspec.

Low shelf gyrator krets

Gyrator.jpeg (106.17 KiB) Visad 4660 gånger

Som ni ser så ligger förstärkningen på cirka 15 dB. F3 med VR2 = 0% cirka 35 Hz, F3 med VR2 = 100% dryga 100 Hz.

Low shelf gyrator graf

Gyrator2.jpeg (112.03 KiB) Visad 4660 gånger

Med VR1 = 0% så simulerar det såhär:

Low shelf gyrator graf VR1 = 0%

Gyrator3.jpeg (109.2 KiB) Visad 4660 gånger

Enda problemet jag ser är att om man försöker hänga motstånd och kondingar framför R1 för DC eller AC coupling så interagerar det negativt, inte så mycket för boost som för cut. Så frågan är hur denna krets skall drivas? Det kanske måste till en buffer framför?

[EmuMannen]

Efter ytterligare en del funderande så kanske det är bättre att köra på Douglas krets i alla fall. Peaking-funktionen som Rod framhåller som en fördel är inte intressant i det här fallet och det kanske inte behöver vara krångligare än såhär (i det här fallet borde man väl klara sig utan en separat inbuffer?):

Low shelf krets

Lo-shelf.jpeg (99.55 KiB) Visad 4653 gånger

Jag har anpassat värdena så nära önskemålen från AndersP som möjligt. F3 från 40Hz till 90 Hz (vilket är de önskade 50-80 med lite marginal, kan justeras med R5, VR2 och C1). I så fall klarar man sig med 10k för VR2. Förstärkningen når inte riktigt upp till 15 dB (kan justeras med R3 och R4). Filtret är både boosting och cutting så totalt runt 29 dB. AndersP räcker med 40-90 Hz eller ville du ha 40-200 Hz? Andra synpunkter innan jag går vidare med ett PCB?

Houston, we have a problem! Jag visste att det inte kunde vara så enkelt. Kretsen har inte konstant Q så spannet kan inte göras så snålt som 40-90 Hz. Jag behöver snarare komma på hur stort spannet behöver vara för att täcka 40-90 Hz från unity gain till max gain...

Men vänta, om detta stämmer - "Shelf equalizers - Shelving EQ ... cut-off frequency (roll-off): calculated at the point where the gain curve drops by 3 dB in relation to its maximum value". Så kanske det inte är något problem, eller?

Low shelf graf

Lo-shelf2.jpeg (109.33 KiB) Visad 4653 gånger

[EmuMannen]

Jag vet inte om denna ger en bättre bild men här är i alla fall VR1 svept från 0% till 100% i nio steg i kombination med VR2 svept mellan 0% och 100% i två steg:

Graf

Lo-shelf3.jpeg (155.08 KiB) Visad 4640 gånger

[AndersP]

Men vänta, om detta stämmer - "Shelf equalizers - Shelving EQ ... cut-off frequency (roll-off): calculated at the point where the gain curve drops by 3 dB in relation to its maximum value". Så kanske det inte är något problem, eller?

Otroligt vilket arbete du lägger ner på detta. Och du kallar mina små önskemål för "kravspec" dessutom...

Som jag har förstått det talar man om en start- och en stoppfrekvens i dessa sammanhang. Start tror jag är den frekvens där den elektriska överförningsfunktionen avviker 3 dB från unity. Stopp tror jag är den frekvens vid vilken funktionen avviker med 3 dB från det maximala ingreppet. Men det kan säkert vara tvärt om också.
I alla mina kommentarer i tråden har jag syftat på den frekvens där funktionen avviker 3 dB från unity. Därför ligger dina exempel högre i frekvens än vad jag menar, men det är väl inte värre än att justera värdena på några motstånd?

Sen vet jag inte om det är ett problem om ingreppet inte når sitt värde innan frekvensen är noll vid exempel där frekvensen ställs väldigt lågt? Annat än att ingreppets storlek inte nås med den branthet filtret har?
När jag läser det jag skriver tvivlar jag på att någon förstår vad jag menar. Men jag kan inte uttrycka mig bättre just nu och hoppas därför på det bästa.

[EmuMannen]

Jag förstår precis hur du menar AndersP men jag har själv inte funderat så mycket på detta tidigare. De två polerna finns bra beskrivet på Wikipedia men det är inte det som är problemet. Det är snarare att den här typen av shelving filter inte har konstant Q som en PEQ. Det innebär att banbredden ändras när man ändrar frekvensen med VR2. Jag vet inte hur de gör i ett mixerbord men jag gissar att de har shelving filter med fasta frekvenser i båda ändarna så att säga och då är detta inget problem. Det kanske inte är något problem i detta fall heller men håll i minnet att VR2 påverkar Q och bandbredden så det kanske är bättre att kunna variera frekvensen mer än man tror sig behöva?

[AndersP]

Jag förstår precis hur du menar AndersP men jag har själv inte funderat så mycket på detta tidigare. De två polerna finns bra beskrivet på Wikipedia men det är inte det som är problemet. Det är snarare att den här typen av shelving filter inte har konstant Q som en PEQ. Det innebär att banbredden ändras när man ändrar frekvensen med VR2. Jag vet inte hur de gör i ett mixerbord men jag gissar att de har shelving filter med fasta frekvenser i båda ändarna så att säga och då är detta inget problem. Det kanske inte är något problem i detta fall heller men håll i minnet att VR2 påverkar Q och bandbredden så det kanske är bättre att kunna variera frekvensen mer än man tror sig behöva?

Jag tror inte att dom små skillnaderna på q man ser i dina simuleringar har någon betydelse i dom här sammanhangen. Förmodligen inte i ett mixerbord heller. I sånna har man shelf-filter med precis den funktionalitet som i dom kretsar vi diskuterar, möjligtvis med tillägget att kunna ställa shelfens branthet, men då snackar vi konsoller från det gamla goda 80-talet för miljontals pengar.
Man får nog titta på tillämpningen: Att rätta till vissa effekter av rumsakustik. Man kan inte påstå att en rumsakustisk mätning ser jämn och fin ut ens i akustikbehandlade lokaler. Dessutom ska man egentligen inte försöka fixa rumsakustik med eq över huvud taget. Varifrån ska man mäta och lyssna för en bra bedömning?
När det gäller baffelsteg är det kanske en annan femma, men jag skulle tro att det funkar i den applikationen också.

[EmuMannen]

Jag tror inte att dom små skillnaderna på q man ser i dina simuleringar har någon betydelse i dom här sammanhangen.

Toppen då börjar jag snickra på ett PCB i helgen. Alla värden går ju att ändra med komponentvärden så själva designen lär bli helt generisk.

[EmuMannen]

I sånna har man shelf-filter med precis den funktionalitet som i dom kretsar vi diskuterar, möjligtvis med tillägget att kunna ställa shelfens branthet, men då snackar vi konsoller från det gamla goda 80-talet för miljontals pengar.

Skulle man inte kunna använda ett Tilt-filter med variabel frekvens? Bingham tilt-kontroll finns väl dokumenterad men jag vet inte hur man skulle kunna göra frekvensen variabel? Ursprungsversionen av kretsen använde dock endast en kondensator för att sätta frekvensen. Om man ersatte den med en Variable Capacitance Multiplier så kanske man kan få ett tilt-filter med variabel frekvens och då har du väl i princip ett filter där du kan ställa branthet och frekvens. Sen kanske man måste lägga till ett steg för variabel gain också men det skulle ge rätt stor flexibilitet. Gågon som gjort eller sett något liknande?

Den nedre bilden är ursprungsversionen av Bingham kretsen

jbinghamtone.gif (7.33 KiB) Visad 4584 gånger

[AndersP]

Nu börjar det bli lite för svårt för mig.

[EmuMannen]

Nu börjar det bli lite för svårt för mig.

Jag försökte simulera något liknade men det blev för svårt för mig också. Så låt oss arbeta vidare med Douglas krets...

[AndersP]

Som jag ser det är det du som arbetar och jag som tittar på...

[EmuMannen]

Ok, vad tror ni om det här? C2/C3 (10uF) och C4 (100nF) är bypass kondingar...

Schema

LShelf.jpeg (49.89 KiB) Visad 4497 gånger

PCB

LShelf2.jpeg (104.9 KiB) Visad 4490 gånger

[AndersP]

Otroligt najs!
Det blir ett gulligt litet kort. Om man ska etsa kanske man får ut flera stycken på samma platta? När man ändå är farten med etsning tänkte jag då.

[EmuMannen]

Jag upptäckte att det hade uppstått ett litet fel när jag valde footprint pattern för mina potentiometrar samt att jag vänt dem bakochfram om man vill löda dem direkt på kortet. Det är rättat och så gjorde jag kortet något större för att få plats med potentiometrar med 5mm spread och stor som en ALPS RK163. Frågan är om 5mm spread är mest önskvärt eller om det är bättre med 2.54 för exempelvis Bourns 51/53 serier?

Nu har jag gjort två varianter av kortet, ett för HF och ett för LF. Förhoppningsvis kan man få in alla fyra på ett substrat om man etsar själv. Jag tänkte skapa en pdf-fil med fyra kort på (2 LF + 2 HF) så får man välja själv.

LF

LFShelf.jpeg (104.7 KiB) Visad 4467 gånger

HF

HFShelf.jpeg (105.93 KiB) Visad 4467 gånger

Ps. Ändringar gjorda sedan dessa bilder ursprungligen postades. Ändringen är för att VR2 skall flytta frekvensen uppåt då potentiometern vrids medsols. De första bilderna hade gjort tvärt om.

[AndersP]

Jättefint.
Du får gärna förtydliga vilka komponentvärden man ska ha för mitt bruk också.

[EmuMannen]

Jättefint.
Du får gärna förtydliga vilka komponentvärden man ska ha för mitt bruk också.

Har du några preferenser för HF-filtret?

[AndersP]

Jag menar kanske att HF-shelfen passar bäst inom musikproduktion, men man kan tänka sig ett behov av att skruva till för ljusa inspelningar, för att göra dom njutbara. Säg att man lägger punten där korrektionen avviker 3 dB från unity vid 10 kHz; Då menar jag att man får svårt att höra ingreppen. Vårt filter är ju relativt flackt med sina 6 dB/oktav. 5 kHz blir nog mer användbart. Säg ett område 2,5 - 10 kHz ungefär? Eller 1,25 - 10 kHz?
Det finns en del som talar för att inspelningar som blivit för ljusa pga felaktig mikrofonteknik bör dämpas selektivt vid 10 kHz med en flack notch, altså ett ingrepp med en PEQ, men det gäller mest akustiska inspelningar menar jag. Studioinspelningar kan innehålla alla möjliga klangfel.

[AndersP]

Skulle man kunna göra som så att man seriekopplar två kort och styr det hela med dualgang-potar? För att kunna välja branthet på filtret då altså.
Man kan tänka sig att kunna bypassa det ena eller båda korten med brytare för att kunna välja 6 dB/oct, 12 dB/oct eller bypass.