Audiosignalerkennung

Mon Feb 08, 2010 6:18 pm   

Hallo,

ich möchte mit einer Schaltung erkennen, ob ein Audiosignal von meinem
LCD-TV ausgegeben wird, oder nicht, und in Abhängigkeit davon ein Relais
verzögert ein- und ausschalten lassen.

Grundsätzlich habe ich das für einfach gehalten, aber da ich sehr wenig
Erfahrung habe, hat es doch ganz schön lange gedauert, bis ich eine
"brauchbare" Schaltung zusammen hatte.


Könnt ihr euch die mal ansehen und mir sagen, ob das so in Ordnung ist,
oder ob man das auch einfacher machen könnte?


http://www.bilderhoster.net/img.php?id=z1fkrwyt.png


Erklärung:
Ich entkopple das Signal mit einem Kondensator und gebe es auf einen
Nicht invertierenden Verstärker. Um die Gleichspannung nicht zu sehr zu
verstärken, entkopple ich nochmal und verstärke mit einer zweiten Stufe.
Danach vergleiche ich das Ausgangssignal mit einer Diode als
Referenzspannung über einen Schmitttrigger.

Meine Überlegung ist, dass der Kondensator am Ausgang frühestens dann
aufgeladen wird, wenn am Eingang mindestens 5 mV anliegen.

In der Simulation funktioniert das.

Fragen:
Wäre es sinnvoll, nur eine Verstärkerstufe mit V=100 zu verwenden?
In der Simulation geht das, aber ich bin mir nicht sicher, ob das real
auch funktioniert.


Für mich ist wichtig, dass ich das mit den Mitteln gelöst bekomme, die
ich hier habe. Ich möchte deswegen den LM324N benutzen.

--
Mark

Mon Feb 08, 2010 6:37 pm   

.... der theoretisch richtige Weg wäre Signal gleich zu richten und auf einen
Komparator mit Hysterese zu geben ...

mfG Leo

Mon Feb 08, 2010 6:51 pm   

Am 08.02.2010 17:18, schrieb Mark Ise:

Hallo,

der LM324 hat ein Verstärkungs-Bandbreite-Produkt von 1MHz. Das bedeutet
in der Praxis, dass er 100-fache Verstärkung noch bis ca. 10 kHz leisten
kann. Der Audiobereich geht ja bis 20kHz.

Bei Audiosignalen liegen die höchsten Pegel eh im Bassbereich.
Andererseits hat ein LM324 eh 4 Opamps und die reichen für Deine Aufgabe
so oder so aus.

Ich selber würde die Opamps zugleich als Filter benutzen (einfaches
RC-Glied) damit die Schaltung nur auf Audiosignale im Bereich von 20Hz
bis 20kHz anspricht. Wahrscheinlich käme man auch mit 2 Opamps aus.
Einer für Verstärkung und Filter und einer als Komparataor.

Bei der Schaltung verstehe ich nicht, was der 100-kOhm-Widerstand am
Eingang macht und ebenso nicht den Zweck der DC-Spannungsquelle V1.

Auf meinem Monitor sieht das Schaltbild recht klein aus und ist für mich
etwas schwer zu lesen.


Bernd Mayer

Mon Feb 08, 2010 6:52 pm   

Ob die Schaltung gut/schlecht ist hängt davon ab wie man
ON-signal und OFF-signal definiert.
Letzteres wohl
a) dauernde Ruhe
b) 50Hz Brumm samt Oberwellen
c) Einschaltknacker
Wenn man nur Sprache als Sollsignal annimmt ( die Definition
was "Musik" ist ist heutzutage recht mühsam ):
* Unterhalb 300Hz ( oder 500 Hz ) würde man gegen Brumm per
Hochpaß abschneiden
* Amplitude Sprache fällt oberhalb 800 Hz ca. wie 1pol Filter ab.
Man würde also ab 800 Hz mit Hochpaß anheben
Daraus dann per Gleichrichter & Glättung die Hüllkurve bestimmen
Die Hochpaßfilter begünstigen aber den Einschaltknacker,
man benötigt also in der Glättung Vorwiderstand als Tiefpaß.
So ca:

Diode
--AK--R1--+--+-- out
| |
R2 C1
| |
+--+- GND



Es kann innerhalb des Signals enorme Pausen ( >10sec ? ) geben
die man überbrücken muß.
Die Zeiten sind für bipolare Analogschaltungen nicht günstig.

MfG JRD

Mon Feb 08, 2010 7:03 pm   

Hi Mark,


Die jetzige wird es wahrschenlich noch nicht sein.


Zunächst einmal hast Du den Arbeitspunkt der OPs grundsätzlich am Rand
liegen, was nicht so toll sein wird, speziell, wenn Du z.B. 5 mV nur wenig
verstärkst, liegt Dein Ausgangssignal nach dem ersten OP sicher nicht da, wo
Du ihn erwartest. Der Eingang des LM324 kann zwar AFAIR mit negativen
Potentialen umgehen, solange sie nicht zu groß werden, aber der Ausgang wird
die meiste Zeit in der Sättigung liegen und trotzdem meistens oberhalb
Deiner gewünschten 50 mV liegen.
Gerade bei solch kleinen Amplituden, die Du auswerten willst spielt Dir auch
der Offset des LM324 mit.


Nicht, wenn Du in der Simulation mit realen Randbedingungen gearbeitet
hättest.


Wenn schon denn schon, aber wozu eigentlich? Dein Komparator am Ende könnte
das auch ohne vorherige Verstärkung. Teile die "Referenzspannung" gleich
herunter und vergleiche dann. Das hat den Charme, dass Du da gleich den
Offset mit kompensieren kannst, indem Du den Spannungsteiler, mit dem Du die
Schwellspannung einstellst, entsprechend hindrehst. Die Diode brauchst Du
eigentlich nicht, ich glaub kaum, dass es bei der Schwellspannung so genau
zugehen muss.
Da Du das mit dem LM324 machen willst könnte es sein, dass die
Leerlaufverstärkung nicht ganz reicht, Dafür gibts nämlich eigentlich
Komparatoren. Mit einem LM311 könntest Du das alles auch erschlagen. Den
Trimmer nimmst Du in dem Fall gleich den zur Offsettrimmung und stellst da
den Offset eben auf Deine gewünschten 5 mV.
Gut, Du willst es mit einem LM324 machen... dann leg wenigstens noch einen
220k Widerstand zu R4 an VCC, damit der OP vernünftig verstärken kann. Da Du
kein Hifi machen willst ist 100 in einer Stufe sicher auch noch passend.
Dann bleiben Dir noch 2 freie OPs als Timer oder sonst was schönes.
An sich würden aber ein paar Transistoren auch schon reichen.

Marte

Mon Feb 08, 2010 7:13 pm   

Hallo,

Mark Ise wrote:

scheint mir ganz schön viel, aber reicht wahrscheinlich. Dürfte so grob
um die -60dB schalten.



Kein Problem. Aufgrund der Energiedichteverteilung bei typischen
Audio-Signalen muss man nicht mit nennenswertem Pegel über 5kHz rechnen.
Da ist das miese Bandbreitenprodukt des LM324 egal. Man schaltet
letztlich sowieso mit den niedrigeren Frequenzen.
Etwas aufpassen muss man nur mit der Offsetspannung. Im Besonderen die
stark unterschiedliche Eingangsimpedanz an I+ und I- ist hier unklug.
Aber da gibt es einen Trick: einen Kondensator zu R7 in Reihe, und die
DC-Verstärkung ist 1. Dann kann man auch einfach in einer Stufe
Verstärken, was das Zeug hält und den OP gnadenlos ins Clipping fahren
und Dahinter einfach die Diode D2.



Kein Problem.

Die Hysterese wird allerdings nicht viel bringen, da sie auf das
AC-Signal angewendet wird. Das ergäbe nur bei der Hüllkurve Sinn.

Ist aber egal, denn wenn man (notwendigerweise) sowieso ein
nachtriggerbares Monoflop dahinter hängt, ist es egal, ob es andauernd
getriggert wird. Allerdings wird der LM324 in seiner Rolle als
Komperator höheren Frequenzen aufgrund seiner miesen Anstiegszeit nicht
sonderlich schnell folgen. Das ist aber nur ein Problem, wenn die
folgende Mono-Flop Schaltung pienzig mit der Steilheit wäre.
Hier kommen wir aber so oder so zum unschönen Teil der Schaltung. 100µ
und 1M wird eng. Da ist man schon in der Größenordnung des Leckstroms.
Zudem wird jede nachfolgende Schaltung vmtl. auch weniger als 1M haben.
Außerdem funktioniert der Trick mit dem RC nicht gut, da kurze Spitzen
den Elko natürlich kaum aufladen und er deshalb sehr schnell wieder
unter die Schaltschwelle kommen wird. Da müsste eine /dicke/ Hysterese
hin. Ich denke da so an Einschalten bei 60% Vcc und aus bei 5% Vcc oder
so. R16 würde ich deutlichst kleiner machen, damit der Elko so schnell
wie möglich geladen wird. Mit den 5% unterer Schwelle holt man ca. 5 Tau
aus dem RC-Glied heraus. Für die Auswertung mit dem noch fehlenden
Schmitt-Trigger würde ich einen PNP-Transistor als Emitterfolger nehmen
und damit erst in einen hochohmigen Komperator mit Hysterese gehen. Der
LM324 hat ja immer einen negativen Eingangsstrom. So bekommt man den
Abgriff sehr hochohmig hin. Und Genauigkeit ist ja ohnehin nicht so
wichtig. Damit bekommt man die lästigen 100µ kleiner. Die wollen nämlich
erst mal aufgeladen werden. Und über vielleicht 1k R16 dauert es schon
eine halbe Sekunde, bis die Schaltschwelle von 60% erreicht ist, da ja
immer nur die Spitzen zum Aufladen beitragen. Plan B: man ersetzt D2
ebenfalls durch einen Emitterfolger. Dann kann man natürlich ordentlich
schnell Ladung in den Kondensator pumpen, beispielsweise über 100 Ohm
Kollektorwiderstand. Allerdings braucht man einen Transistor, dessen
BE-Sperrspannung hinreichend groß ist.

Es bleibt nicht wegzudiskutieren, ein TL084 wäre für die Anwendung
besser. Aber es geht bestimmt auch so.


Marcel

Mon Feb 08, 2010 7:30 pm   

Mark Ise schrieb:


Hallo,

was soll denn die Schaltung bei längeren Pausen in einem Sprach- oder
Musiksignal machen? Mit welcher Verzögerung soll sie beim Einsetzen des
Signals reagieren und beim Aussetzen?

Bye

Mon Feb 08, 2010 7:32 pm   

Am 08.02.2010 17:51, schrieb Bernd Mayer:



Andreas

Mon Feb 08, 2010 9:42 pm   

On Mon, 08 Feb 2010 17:51:03 +0100, Bernd Mayer
<beam.bam.boom_at_knuut.de> wrote:






20KhZ?

nicht bei MP3 und Schweinsohren.



w.

Mon Feb 08, 2010 10:07 pm   

Leo Baumann schrieb am 08.02.2010 17:37:

Ich hatte es schon mit einem Präzisionsgleichrichter (PGR) probiert,
aber bei den kleinen Amplituden ist nichts verwertbares dabei
herausgekommen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter#Gleichrichter_in_der_Messtechnik

Außerdem haben die PGR-Schaltungen, die ich durch Google gefunden habe,
einen relativ niedrigen Eingangswiderstand. Mir wäre es lieber, wenn ich
das Signal sehr hochohmig abgreifen könnte.


--
Mark

Mon Feb 08, 2010 10:24 pm   

Bernd Mayer schrieb am 08.02.2010 17:51:


OK, dann werde ich das versuchen.


Ich hatte mir auch überlegt, ob ich das machen soll, aber mir ist nichts
eingefallen, was ich damit herausfiltern würde.



R10 und R9 bilden einen Spannungsteiler, mit dem ich die Amplitude der
Signalquelle variieren kann.
In den Beispielen hatte ich diese Quelle gefunden und meine Schaltung
drum herum gebaut.
Ich weiß bis jetzt noch nicht, wie ich die Amplitude des Signals anders
verändern kann.


Das Bild hat ursprünglich eine Breite von fast 1280 Punkten. Warum das
beim Bilderhoster so klein wird, weiß ich nicht. Ich hoffe, man erkennt
es auf folgenden Links besser.

http://www.bilderhoster.net/img.php?id=m9m7prly.png
alternativ:
http://img341.imageshack.us/img341/1963/temp861.png

--
Mark

Mon Feb 08, 2010 10:34 pm   

Am 08.02.2010 20:42, schrieb Helmut Wabnig:


ja - bei Kassetten oder UKW wohl auch nicht. Es war eher theoretisch
gemeint und ohrunabhängig optimistisch.


Bernd Mayer

Mon Feb 08, 2010 10:57 pm   

Am 08.02.2010 21:24, schrieb Mark Ise:

Hallo,

temp861.png kann ich hier gut lesen, das verbessert die Motivation die
Schaltung zu analysieren deutlich.

Die RC-Glieder C2/R4 und C3/R11 bilden ja schon einen Hochpass mit je ca
16 Hz und kombiniert ergibt das etwas mehr als 20 Hz.

Bei 10-facher Verstärkung kann der Opamp ja ca. bis 100 kHz verstärken
und je nach Aufbau wird da auch Rauschen oder möglicherweise sogar
HF-Einstreuungen mitverstärkt. Mit einem Kondensator parallel zu R6 und
R1 kann man die obere Grenzfrequenz passend einstellen.

Die Gleichrichterschaltung und deren Zeitkonstanten bezüglich
Aufladung/Entladung können für korrekte Funktion auch wesentlich sein
wegen der Reaktion bei kurzen Musikpausen oder Pianostellen.

Man kann entweder einen Spitzwertgleichrichter mit Opamp oder sogar
einen passiven Gleichrichter verwenden. Bei kleinen Wechselspannungen
kann man vorteilhaft Germanium- oder Schottkydioden verwenden wegen der
kleineren Durchlasspannungen.

http://www.elexs.de/messen5.html

Fall Zeitkonstante von ELko C4 mit R13 passt würde ich überlegen ob 10µ
und 1MOhm nicht besser wäre für den Opamp - ich habe die Schaltung aber
nicht nachgebaut und durchgemessen oder simuliert - das ist eher
intuitiv. Mit einem Ladewiderstand in Serie zu D2 kann man evtl. auch
noch das Zeitverhalten einstellen.


Bernd Mayer

Mon Feb 08, 2010 11:14 pm   

Marcel Müller schrieb am 08.02.2010 18:13:


Ich hatte mir überlegt, wann beim Fernsehn mal längere Pausen herrschen,
in denen der Pegel niedriger ist. Mir ist nix eingefallen.
Die Ausschaltverzögerung sollte in der Nähe von 5 Minuten liegen.

Ob es funktioniert, muss sich natürlich im Test erstmal herausstellen.


Ich hatte vermutet, dass das meiste im Frequenzbereich der menschlichen
Sprache anfällt und ich eigentlich nur den schmalen Bereich verstärken
muss, den man auch über ein Telefon übertragen kann, also 400 bis 3400
Hz, soweit ich mich erinnere.


Jau, mit 100uF zu R7 in Reihe klappt das astrein.
Den Kondensator hatte ich schon mal in einer Beipsielschaltung gesehen,
aber da ich mir nicht erklären konnte, wofür der gut ist, habe ist das
nicht hängen geblieben.
Auch jetzt versteh ich noch nicht, wie der dort wirkt. In der
Beispielschaltung war der Kondensator auch gegen GND geschaltet und
nicht gegen 1/2 UB. Damit konnte ich schon gar nichts anfangen.
Jetzt gerade habe ich den Kondensator mal gegen UB geschaltet. Das
ändert am Ergebnis nichts. <Bahnhof> :)


Jau, so hatte ich es geplant. 5mV waren die unterste Grenze, ab der
überhaupt etwas am Ausgang ankommen sollte.
Da ein Audiosignal vermutlich nie dauerhaft um diesen Wert herum
schwanken wird. kommt entweder lange Zeit nichts an, und der Elko
entlädt sich, oder aber es wird viel mehr ankommen und der Elko wird
aufgeladen.
So ist jedenfalls mein Plan :)


Den hatte ich eingesetzt, damit kleine Störungen, nicht gleich das
Relais betätigen. Eigentlich hätte ich die Zeit gerne noch länger
eingestellt, aber das verringert dann die Ladung des Kondensators.

--
Mark

Mon Feb 08, 2010 11:20 pm   

Mark Ise wrote:

Kannst Du mit einen CD4060 oder 74HC4060 hinkriegen je nach
Betriebsspannung, falls kein uC auf der Platine ist.

[...]

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

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