Kopfhörerverstärker mit Opamp und Buffer - Fragen zur Lautstärkeregelung.

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Rentner323
Stammgast

#1 erstellt: 13. Apr 2011, 14:29

Hallo, ich möchte gerne einen einfachen, vernünftigen Kopfhörerverstärker bauen. Dabei bin ich auf folgendes gestoßen:

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/buf634.pdf
Auf Seite 9/20 ist das objekt der begierde abgebildet: "High Performance Headphone Driver"
Ich habe allerdings ein paar Fragen dazu und hoffe ihr könnt mir helfen. Die Angaben sind etwas zwiespältig, einerseits soll Laut Tabelle in FIGURE 4 bei dem OPA132 C1=200pF verwendet werden, in FIGURE 5 für den Headphone Driver ist dieser allerdings nicht aufgeführt. Laut PSPice währe wenn allerdings nur C1=(50-100)pF sinnvoll, um nicht bereits vor 20kHz den Fruequenzgang zu verändern.
Ich Frage mich auch wozu der Opamp mit einem Gain von +21 betrieben werden soll. Das ist doch viel zu viel oder? Eine verdopplung der LineIn Spannung währe doch vollkommen ausreichend (250Ohm KH).
Dann noch eine Frage zur Lautstärkeregelung am Eingang. Ich habe da 2 Versionen und wollte mal Fragen welche besser ist:

http://www.filevz.lima-city.de/data/user1/regler2.jpg
Die Version Rechts scheint die am weitesten Verbreitete zu sein, allerdings müsste die linke doch auch gut funktionieren oder? Hier ist die Eingangsimpedanz deutlich höher als in der rechten Version und bei guten OpampVorstufen (siehe Link weiter unten) wird der 1. Opamp ja auch über Kondensator + 100kOhm Widerstand angeschlossen. Da direkt ein Opamp angeschlossen werden soll würde ich denken ist die linke doch "besser" oder?
Ich hätte auch noch folgende möglichkeit zur Lautstärkeregelung:

http://sound.westhost.com/project88.htm
"First Gain Stage" und "Second Gain Stage" habe ich noch fertig verlötet auf eine Platine herumliegen. Währe es von Vorteil dies als Lautstärkeregler zu benutzen? Könnte ich nicht dann auch gleich die Second Gain Stage druch den Headphone Driver ersetzen? Evt dann den OPA134 durch den OPA132 erstetzen und noch ein Kondensator dazwischen um Offset des 1. Opamps "heruaszufiltern"? Ist der Offsetfehler des OPA132 eigendlich so endscheidend besser? Laut Datenblatt kaum Unterschiede zu erkennen. -> Kann ich auch den OPA134 für den Headphone Driver nehmen?
Achso noch eine Frage, als Spannungsversorung dachte ich an einen 2*12V Printtrafo, mit 3,6 Watt - vernünftig?
Schonmal Danke für eure Hilfe!
Edit, Datenblätter:
OPA134:

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opa134.pdf
OPA132:

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/opa132.pdf

[Beitrag von Rentner323 am 13. Apr 2011, 14:34 bearbeitet]

richi44
Hat sich gelöscht

#2 erstellt: 14. Apr 2011, 09:57

Massgebend sind die 200p (C1) und die 5k. Dies ergibt bei 20kHz eine Absenkung von 0,068dB. Somit ist dies uninteressant.
Falls Du einen IPod oder sonst eine "leise" Quelle verwenden möchtest macht eine anständige Verstärkung schon Sinn.

Ich würde die rechte Variante der Lautstärkeregelung wählen, weil Du erstens eine Gleichspannungsabtrennung zum Eingang hast und weil zweitens der Basisstrom des OPA132 nicht durch das Poti fliesst. In der linken Schaltung fängt das Poti sehr bald an zu kratzen.
Die höhere Eingangsimpedanz ist überhaupt kein Vorteil, denn mit den 10k kommt jede heutige Quelle klar.

Wenn Du schon fragst, wozu die Verstärkung von 21 gut sein soll (V, nicht dB!), dann erklär mir (und Dir) bitte, wozu nochmals eine Verstärkungsverdoppelung mit einem weiteren OPV.
Nimm den BUF, den OPA und die rechte Variante der Lautstärkeregulierung und gut ists. Und wenn Du noch etwas gut machen willst, dann legst Du in Serie zum Kopfhörer noch 100 Ohm. Erstens passt dann die Quellimpedanz zum Kopfhörer und zweitens macht jedes "Gestöpsel" am Klinkenstecker vorübergehend Kurzschluss, der so vermieden wird. Und da Du ja mehr als genügend Verstärkung hast spielt der Verlust keine Rolle.

Rentner323
Stammgast

#3 erstellt: 14. Apr 2011, 10:40

Danke schonmal für die Rückmeldung.
Also C1 weglassen wie im Schaltbild für den Headamp oder einsetzen nach Tabelle? Geht auch beides? -> Dann evt 100pF als "mittelding"?
Gut wenn die 10k kein Problem sind mach ich das (Basisstrom beim Opamp? Dachte der hat ca. >1 MOhm Eingangsimpedanz) Quelle ist cd-player oder Soundkarte bzw externer D/A-Wandler.
Noch einen weitern Opamp wollte ich nicht wegen der Verstärkung vorschalten, habe die Schaltung eben noch liegen deshalb dachte ich, hätte dann die "First Gain Stage" umgebaut auf Spannungsfolger. Oder ich dachte eben einfach den Buffer an die "Second Stage" mit einzubauen.

Auf die 100Ohm würde ich eigendlich gerne Verzichten um keine Verzerrungen im Fruequenzgang zu bekommen durch Frequenzabhängige Kopfhörerimpedanz. (wollte die Buchse entwerder mit Relais abkoppeln (Buchse mit Schalter) oder eben einfach nur Stecken bei Lautstärke=0)

[Beitrag von Rentner323 am 14. Apr 2011, 10:42 bearbeitet]

richi44
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#4 erstellt: 14. Apr 2011, 10:49

Die 200p kannst Du getrost verwenden, weil ein Pegelabfall bei 20kHz von unter 1dB UNHÖRBAR bleibt. Und hier leigen wir ja bei unter 0,1dB! Die 200p machen Sinn um die Schwingneigung der ganzen Angelegenheit in Grenzen zu halten.

Einen weiteren OPV einsetzen und sich damit allenfalls Rauschprobleme einhandeln macht nicht wirklich Sinn. Machs wie ich gesagt habe.

Die 100 Ohm sind einmal als Kurzschlusssicherung, andererseits aber auch bewusst als Quellimpedanz-Nachbildung. Die Kopfhörer, die sich an die Norm halten sind nämlich keineswegs auf eine Quellimpedanz von null Ohm gezüchtet sondern auf eine von rund 100 Ohm. Der Frequenzgang ist also erst dann linear, wenn diese Quellimpedanz vorhanden ist.

Natürlich gibt es auch Kopfhörer (vor allem die neuen billigen mit unter 30 Ohm), die sich nicht um diese Vorgaben kümmern. Aber dies ist in Deinem Fall ja kein Thema mit den hochohmigen Dingern.

Captain-Chaos
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#5 erstellt: 14. Apr 2011, 11:46

Hallo Rentner,

wenn du dir schon die Mühe machst einen Kopfhörer zu bauen, dann kannst du ihn auch gleich auf Maß schneidern. Dazu musst du wissen ob sich der Kopfhörer an die DIN-EN 60268-7 (120ohm Quellimpedanz) hält oder nicht.
Grundsätzlich produzieren Verstärker ohne die 120ohm in Reihe weniger Verzerrungen. Denn durch den Reihenwiderstand geht der Dämpfungsfaktor des Verstärker in den Keller.
Dann wäre auch der von dir geplante Kopfhörerverstärker Perlen vor die Säue

Also erzähl uns doch mal für welchen Kopfhörer du den Verstärker planst und finde heraus, ob er sich an die DIN hält.

pelowski
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#6 erstellt: 14. Apr 2011, 12:24

Captain-Chaos schrieb:

...wenn du dir schon die Mühe machst einen Kopfhörer zu bauen,...

Hallo,

der Te möchte sich einen Kopfhörerverstärker bauen.

Grundsätzlich produzieren Verstärker ohne die 120ohm in Reihe weniger Verzerrungen.

Das ist falsch!
Grundsätzlich werden die Verzerrungen mit einem höheren Lastwiderstand abnehmem.

Da dies in dem Falle aber irgendeine Stelle hinter dem Komma betrifft - für die Praxis irrelevant.

Ich würde so vorgehen, dass ich testweise einen 250Ohm-Regler in den Ausgang schalte und diesen solange verändere, bis der Klang mit meinem KH für mich optimal ist.

Grüße - Manfred

Captain-Chaos
Hat sich gelöscht

#7 erstellt: 14. Apr 2011, 12:42

Captain-Chaos schrieb:
...wenn du dir schon die Mühe machst einen Kopfhörer zu bauen,...

Hallo,

der Te möchte sich einen Kopfhörerverstärker bauen.

Ich hatte den Verstärker vergessen. Das sollte aber einen Intelligenz begabten Leser keinen allzu großen geistigen Klimmzug ab verlangen, um das als Flüchtigkeitsfehler zu entlarven

Das ist falsch!
Grundsätzlich werden die Verzerrungen mit einem höheren Lastwiderstand abnehmem.

So? Dann erkläre doch mal, was es mit dem Dämpfungsfaktor auf sich hat. Es kann sein, dass ich mich irre, aber mir war so, als ob der Dämpfungsfaktor mit dem Eigenleben der Kopfhörermembran zu tun hat.

pelowski
Hat sich gelöscht

#8 erstellt: 14. Apr 2011, 12:58

Captain-Chaos schrieb:

...Das sollte aber einen Intelligenz begabten Leser keinen allzu großen geistigen Klimmzug ab verlangen, um das als Flüchtigkeitsfehler zu entlarven

...

Das sagst du.

Ich habe das auf den Klirrfaktor des Verstärkers bezogen.

Ob ein KH, betrieben mit unterschiedlichen Quellwiderständen, einen unterschiedlichen Klirrfaktor generiert, weiß ich nicht. Würde mich aber interessieren.
Wenn ja, dann aber doch wahrscheinlich nur bei rel. niedrigen Frequenzen?

Grüße - Manfred

Rentner323
Stammgast

#9 erstellt: 14. Apr 2011, 13:11

Zu dem Thema Quellimpedanz gehen die Meinungen ja anscheined (auch hier im Forum) auseinander. Wenn es dafür nun aber eine DIN-Norm gibt, währe es doch sinnvoll sich auch dran zu halten. Ich habe mal bei bayerdynamic nachgefragt und warte auf eine Antwort, kommt hoffendlich noch heute. Ansonsten find ich das mibm 250 Ohm StereoPoti auch ganz vernünfitg, zum Testen und kann man ja auch fest auf 120 Ohm Einstellen.

Zum Klirr des KH-Verstäkrers: Im Datenblatt des Buffers ist dieser angegeben (schwindend gering), allerdings ist dort kein kommentar bezüglich eines Ausgangswiderstandes bzw. es sieht so aus als wenn dort keiner vorgesehen ist.

[Beitrag von Rentner323 am 14. Apr 2011, 13:13 bearbeitet]

richi44
Hat sich gelöscht

#10 erstellt: 14. Apr 2011, 13:45

Einfach mal generell:
Je höher die Abschlussimpedanz, desto geringer ist der Verstärker-Klirr.
Jetzt hat der eigentliche Kopfhörer-Amp keine Gegenkopplung und eine Verstärkung von 1. Dass der Klirr so tief liegt hängt hauptsächlich an der intern voll symmetrischen Konstruktion. In der kompletten Schaltung haben wir natürlich eine Gegenkopplung vom Ausgang des BUF zum Inverseingang des OPA und damit sinkt der Klirr auf extrem tiefe Werte. Der Klirr des KHV ist also nicht mehr von Interesse.

Theoretisch könnte der Kopfhörer verzerren und ebenfalls theoretisch könnte es eine elektrische Möglichkeit geben, den Klirr zu verringern.
Ich vergleiche den Kopfhörer mal mit einem Lautsprecher. Wenn es mir gelingt, den Lautsprecher mit null Ohm anzusteuern, so habe ich die gleiche Membranbedämpfung, wie wenn ich den Lautsprecher kurzschliesse. Das kann jeder mal versuchen: Einen kurzgeschlossenen Lautsprecher kann man sehr wohl noch von Hand auslenken, allerdings etwas schwergängiger. Nimmt man einen Verstärker mit negativem Ri, der auf den Drahtwiderstand des Lautsprechers eingestellt ist, so ist eine Auslenkung von Hand kaum mehr möglich. ABER
Wenn man den Impedanzverlauf des Lautsprechers anschaut, so ist da z.B. von einer Membran-Teilschwingung (nicht die Bassresonanz!) nichts zu sehen. Dies, weil die Teilschwingung nicht unbedingt zu Schwingspulen-Auslenkungen führt. Und damit ergibt sich keine Gegenspannung und folglich ist eine Bedämpfung dieser parasitären Schwingung nicht möglich.
Oder anders gesagt: Wenn der Kopfhörer mit seiner Membran etwas macht, das an seiner Schwingspule eine Spannung entstehen lässt, kann dies mit einem entsprechend konstruierten Verstärker beeinflusst werden. Wenn da aber keine Spannung entsteht ist eine Einflussnahme nicht möglich.

Die unkontrollierten Membranbewegungen werden hauptsächlich durch das kleine Luftvolumen gebändigt, welches zwischen Membran und Trommelfell existiert. Dies ist um ein vielfaches wirksamer als alle elektrischen Machenschaften. Ausserdem ist die Auslenkung so gering, dass die Verzerrungen des Kopfhörers bei kleiner 0,2% liegen. Davon können Lautsprecher nur träumen.

Captain-Chaos
Hat sich gelöscht

#11 erstellt: 14. Apr 2011, 14:00

Zu dem Thema Quellimpedanz gehen die Meinungen ja anscheined (auch hier im Forum) auseinander.

Eigentlich nicht, die Norm ist eine Tatsache und stürzt uns leider in diese Dilemma.

Ich habe mal bei bayerdynamic nachgefragt...

Guter Mann

Zum Thema:

Hier wird das

Problem treffend durchleuchtet.

Beyerdynamic selbst äußert sich dazu.

@Manfred

Ich habe das auf den Klirrfaktor des Verstärkers bezogen.

Damit hast du Recht, nur leider arbeitet die Gegenkopplung nicht am Lautsprecher. Wie hoch der Einfluss insgesamt ist und ob man das hören kann, weiß ich nicht.
Nur als Bastler weiß ich um den Unterschied und dass er relativ leicht zu umgehen ist, wenn man weiß, ob der Kopfhörer sich an die Norm hält oder nicht.

Rentner323
Stammgast

#12 erstellt: 14. Apr 2011, 14:43

Vielen Dank für die beiden Links!!!
Für mich hat sich das damit eigendlich geklärt, da ja bayerdynamic schon von dieser DIN-Norm berichtet ist doch davon auszugehen, dass deren Produkte auch auf eine solche Quellimpedanz hin "optimiert" werden. Da ich ausschließlich 2 verschiedene 250 Ohm KH's von bayerdynamic besitze wird es also ein 100-120 Ohm Ausgangswiderstand werden, Antwort von bayerdynamic habe ich noch nicht, müsste ja aber ähnlich lauten.