Detta är version 250109.2320.
MATROJIG-S – Högtalarmätning är en enkel men mycket bra apparat som jag tagit fram för mätning av högtalare mm. För att mäta högtalare krävs vanligtvis en mikrofon, mikrofonförstärkare, ljudkort, slutsteg, kablar och mjukvaran REW. Detta skall kopplas ihop på rätt sätt för varje mätning. Dvs, mäter man frekvenskurva krävs en koppling av kablar och mäter man impedans krävs en annan koppling osv. Matrojig innehåller allt som behövs utom mikrofonen. Man kopplar bara in USB-kabeln till datorn och kablarna till högtalare och sist mikrofonen. Sedan är de bara att mäta. Mätningar på olika sätt sköts genom att ändra läge för ett par vipp-kontakter. Min tanke är att den skall:
- Anpassat för mjukvaran REW
- Enkelt handhavande
- Innehålla ett eget USB-ljudkort för att slippa alla skillnader mellan olika datorers ljudkort
- Innehålla egen effektförstärkare
- Innehålla egen mikrofonförstärkare
- Allt kalibrerat ihop för bästa prestanda
- Man skall kunna variera ingående delar efter egen smak
Innehåll
- Speifikationer
- Lådans design
- Delarna
- Komponentlista
- Principscheman
- Nätaggregatet
- Effektförstärkare
- Mikrofonförstärkare
BESKRIVNING
Specifikationer
Max effekt vid 1kHz: 8ohm 4,7 Watt 0,025% THD 4ohm 9,0 Watt 0,040% THD Normal mätninivå vid 1kHz: 8ohm 1,0 Watt 0,018% THD 4ohm 1,0 Watt 0,023% THD Frekvensgång: 20-20kHz +-0dB
THD vs effekt:
THD vs frekvens:
Frekvenskurva:
Lådans design
Målet med designen av Matrojig är att göra den så enkel som möjligt utan att förlora i funktion. I och med denna version flyttar jag in nätaggregatet i lådan igen. Var och en som vill bygga Matrojig kan använda vilken låda man vill. Så här ser min valda låda ut:
Lådan
Vi börjar med det roliga först. Dvs, hur mätapparaten ser ut eller kan se ut.
Detta är min låda jag skrivit ut på 3D-skrivaren och som beskrivningen nedan kommer att handla om:
Den som vill skriva ut samma låda kan ladda ner filerna som behövs här:
En apparatlåda för 3D-skrivare med namnet ”Apparatlåda 200-140-50” och med måtten 200x140x50mm. Den skrivs ut på 3D-skrivare och kan användas för all möjlig elektronik.
Läs mer här: https://www.xmag.se/apparatlada-200-140-50/
I övrigt är det fritt att använda vilken låda som helst. Här är några andra lådor jag använt:
En större låda med justering för slutstegets ingång på fronten(=Ratten längst till vänster):
En tidig variant med sluttande front:
En mycket tidig variant, från 2007, med namnet Mätro:
Tillbaka till detta projekts låda.
Jag satte på några tejpremsor som jag sedan ritade ut var borrhålen skall vara för kylningen. Jag använder den färdiga apparaten för att visa:
Resultatet blev jag nöjd med:
Utan handtag (eg. skydd för reglagen):
Med handtag:
I denna bild set man ett litet hål bakom lufthålen:
En närmare bild:
Det är justeringspotentiometern för slutstegets ingång:
Undertill sågade jag helt enkelt upp ett hål för kylningen. Kan vara smart att borra även där som på ovansidan:
Det finns några hål på undersidan på denna låda som inte används. De har kommit till efter mina tester av olika sätt att bygga apparaten.
Frontstycket
Texten på fronten skapas i Paint eller annat lämpligt ritprogram:
Klicka med musen på bilden och håll knappen nedtryckt. Dra den sedan ut till en lämplig mapp och släpp den där så har du den i din dator. Skriv ut den på en skrivare. Blir det fel storlek går det ändra i skrivarprogrammet mot rätt storlek och skriva ut igen. Det kan behövas ett antal utskrivningar innan man får till rätt storlek. Man kan också rita panelen själv eller rita om den här ovan. Jag tycker dock den här ovan säger vad allt är till för.
Panelens reglage
Power
Till vänster på panelen har vi strömbrytaren som man sätter på Matrojig med. Tänk på att det är bara 24v-systemet som stängs av eller sätts på. Om också nätaggregatet skall stängas eller sätts på görs det med en knapp på baksidan.
Measurement/Calibrate
När vippomkopplaren är uppåt mot texten Measurement kopplas funktionen över till Frequency/Impedance. När omkopplaren pekar neråt är det Calibrate som är valt medan den andra sidan är frånkopplad.
Frequency/Impedance
Denna omkopplare används vid mätning. Omkopplaren mot Frequency mäter högtalare via mikrofonen. Med omkopplaren ner mot Impedance mäts högtalarens impedans.
Mic.level
Denna ratt styr signalnivån in till ljudkortet från mikrofonförstärkaren via mikrofonen.
Justeringsrattar
Underst i mitten sitter två rattar som man justerar nivån med:
– Cal.level justerar kalibreringsnivån.
– Ref-level ställer in nivån för reverensen. Den mäter utgångssignalen ”i farten” och försöker hålla den rak under hela frekvensregistret och lite annat.
Bakstycket
Bakpanelen har jag valt att inte ha något frontstycke längre som säger vad de olika sakerna är till för. Det syns tydligt ändå.
Där finns:
– Mätutgångarna, en plus och en minus, som driver högtalaren under mätning.
– RCA-kontakten för mikrofonen.
– Uttag för strömkabel.
– På- och av-knapp som stänger av nätströmmen.
Delarna
Den Tredje heter UFO202 och är inte lämplig att mäta med. Den har en monitorfunktion (medhörning) som inte går att koppla ifrån. Det GÅR att mäta med den men den uppför sig på ett annat sätt som gör det svårt att justera in systemet.
Slutsteget
Slutsteget jag använder heter ”POS2502-S” och använder den legendariska kretsen LM1875 som aktiv komponent (står här monterat på ett ställ).
Det finns ett antal av dessa att köpa färdiga men jag avråder från det eftersom de ofta inte utvecklats med omsorg. POS2502-S är av toppklass och kan byggas på kretskort som fräses ut med CNC-maskin (som jag gör) eller kan byggas med kopparledningsmetoden om man händelsevis saknar en CNC-maskin. Jag skall visa hur det går till. ”S” i namnet anger att den är till för singelström, alltså bara plus och minus. Jag har valt detta för att slippa bygga dyra tunga och stora nätaggregat. Med denna köper man ett switchat nätaggregat för en eller två hundringar på 24Volt. Under 24 Volt får man inte den prestanda som behövs.
Mikrofonförstärkaren
Mikrofonförstärkaren jag använder håller toppklass och måste byggas själv.
Jag har gått igenom nätet efter färdigbyggda eller byggsatser men kan inte hitta någon som som med rimligt pris håller den klass som mätningen kräver. Som med slutsteget har jag testat fram bästa möjliga förstärkare. Jag fräser också ut denna med CNC-fräs men den går att bygga med kopparledningar som jag skall visa.
Övriga komponenter
Det krävs en hel del komponenter utöver de som nämnts här ovan. 2st vippbrytare med 3 poler och två lägen en med en pol och två lägen. Det behövs 2st potentiometrar 5kohm som är logaritmiska. Det behövs en rattar och en massa annat.
Komponentlista
Här kommer en lista med det viktigaste, småkomponenter och kablar antar jag att de flesta har hemma. Jag försöker med bara Svenska affärer så långt det går.
Artikel..................................... Affär............ Grundläggande: 1st Låda = 50kr - 400kr baharenclosure.com Finns många att välja bland. Minimimått: 200x150x50 1st Ljudkort Behringer UCA222 = 200kr -300kr Thomann.de 1st IC för slutsteg LM1875 = 10kr - 150kr Electrokit.com 1st IC f. Mikförstärk.OPA2134 = 20kr - 50kr mouser.se 2st Vippomkopplare on-on 3pol = 40kr - 120kr moodysounds.com Absolut Billigast 1st Vippomkopplare on-on 1pol = 12kr - 25kr moodysounds.com Absolut Billigast 4st Potentiometer 5k Log = 20kr - 50kr electrokit.com Billigt 3st Rattar med = 38kr - 100kr amazon.se Flera att välja på moodysounds.com Billigt 1st Kretskort(=2st 40x60mm) = 10kr - 20kr Electrokit.com 1st Switchat nätaggregat 24v = 0kr - 300kr Ebay.com Måste vara 24v 3-4 Ampere, ej mer än så. I vissa fall har man ha en sådan hemma i "skrotlådan". Slutsteget: (R1 1MΩ Metalloxid 0,25Watt) = Se nedan Är inte nödvändigt R2 220KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R3 10KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R4 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R5 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R6 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R7 4,7Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R8 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R9 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R10 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R11 10Ω Metalloxid 3,00Watt = Se nedan C1 10uF Elektrolyt 16v = Se nedan (C2 100pF Plast ) = Se nedan Är inte nödvändigt C3 10uF Elektrolyt 16v eller mer = Se nedan C4 220nF Plast = Se nedan C5 100nF Plast = Se nedan C6 100uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan C7 10uF Elektrolyt 16v eller mer = Se nedan C8 1000uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan C9 1000uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan C10 1000uF Elektrolyt 35v eller mer = Se nedan L1 5,5uH = Se nedan 43 varv av 0,6mm ledning på ett 8mm plaströr IC1 LM1875 = Se nedan Summa slutsteget = 100kr - 200kr Mikrofonförstärkaren: R1 33KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R2 22KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R3 15KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R4 1KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R5 3,3KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R6 33KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R7 82KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R8 3,3KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R9 100Ω Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R10 100KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R11 100KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan R12 100KΩ Metalloxid 0,25Watt = Se nedan C1 100uF 16v eller mer = Se nedan C2 100pF Keramisk = Se nedan C3 10uF Bipolar = Se nedan C4 10uF 16v eller mer = Se nedan C5 100nF Plast = Se nedan C6 100uF 35v eller mer = Se nedan C7 47uF 16v eller mer = Se nedan C8 100uF 16v eller mer = Se nedan (F1 Ferrit 2743009112) = Se nedan Är inte nödvändigt (F2 Ferrit 2743009112) = Se nedan Är inte nödvändigt U1 IC1 IC-hållare 8-pin Summa slutsteget = 100kr - 200kr Övrigt = 100kr - 200kr De flesta har detta Sammantaget kostar en Matrojig mellan 500kr och 2000kr att bygga beroende på hur grejerna köpts och hur mycket man redan innan har hemma.
Det är ofta billigare att köpa allt från ett företag med en transportkostnad även om någon eller några komponenter är dyrare än på andra ställen. Billigast blir att köpa partier (mängdköp) och allt från samma företag.
Principscheman
Kopplingsscheman här nedan ligger till grund för hur Matrojig byggs. Scheman kan variera under tidens gång, Vilken version man är på står i början av inlägget.
Frekvensen på exempelvis en högtalare mäts genom att en bestämd svepsignal skickas till Measuring speaker och tas emot av en mikrofon via Microphone och sedan till input vänster.
Principen för ImpedansmätningImpedansen får man fram från en högtalare genom att skicka en signal genom motståndet Sense resistor till högtalaren. Programmet mäter spänningen i Sense resistor med input vänster och input höger. Av spänningen vid olika frekvenser räknas sedan impedansen fram.
Principen för KalibreringNär systemet skall kalibreras mellan kanalerna inklusive slutsteget går signalen från output höger genom slutsteget och därefter till vänster och höger kanal input. Mätprogrammet justerar sedan vänster och höger in att bli exakt lika. Via kalibrering med mjukvaran görs även frekvens- och faskurvorna helt raka.
Kopplingsschema
Kopplingsschemat är framtaget för att inte vara allt för svårt att realisera i verkligheten men ändå har sådan funktionalitet att man inte skall behöva koppla om ledningar utanför jiggen. Koppla om ledningar utanför jiggen eller att mäta helt utan jigg är jobbigare än man tror. Det är lätt att göra fel eftersom det är en hel del att hålla reda på.
Här visas den i frekvensmätningsläge. Kopplingsschemat består av 4 delar. Den första är signalutgång som här är blå färg, den andra är referensen som är lila, den tredje är feedback som är grå och den sista är impedansen som också är grå.
Kopplingsschema kalibrering
Vid kalibrering går signalen från utgång höger till ingång vänster som möjliggör en kalibrering av ljudkort och slutsteget så att vi får rak frekvens och fas.
Kopplingsschema frekvensmätning
Vid frekvensmätning går utsignalen till högtalaren som mäts av en mikrofon och som skickar in signalen igen till ingång vänster (Input L).
Kopplingsschema impedansmätning
Impedans som är den mest avancerade mätningen skickar en signal till högtalaren via ett motstånd. Samtidigt mäter ingång vänster och ingång höger strömmen genom motståndet. Programvaran räknar sedan ut impedansen för högtalaren som visas i grafen.
———————————————
Externt slutsteg, en överkurs
Om man vill använda ett externt slutsteg, exempelvis sin egen i anläggningen kopplas det så här:
Jag har inte byggt med externt slutsteg själv så det måste finnas plats för att testa fram hur det bäst jordas mm. Jag kan inte lämna support på denna metod.
———————————————
Nätaggregatet
Till Matrojig-S måste ett nätaggregat på 24 Volt och mellan 3 och 4 Ampere användas. För att få plats i lådan använder jag ett switchat aggregat vilket Matrojig-S är anpassat för. Det jag använder är detta:
Nätaggregatet är tillverkat i Tyskland:
I texten kan man se att nätaggregatet är på 24 Volt och 3,3 Ampere. Tillverkaren heter Nuova och har flera olika länders godkännande. Webbadressen dit är: https://www.nuovagermany.com/ Den jag använder finns inte kvar men det kan gå bra med denna också trots 4,2 Ampere: Nätaggregat. Nätaggregatet kostar 200kr är stabiliserat, kortslutningssäkrad, värmesäkrad och säkrad för hög spänning.
Man kan också hitta nätaggregat på andra ställen, som amazon.se osv. Men välj helst plåtkapslade för minsta möjliga störning.
Det går att göra dessa ännu bättre, men är inte nödvändigt och jag avråder bestäm att göra det om man inte vet vad man gör. Jag förklarar hur man gör med specifikt detta nätaggregat här: https://www.xmag.se/switchat-nataggregat-ombyggt/
Se till att jorda nätaggregatets metallchassi till centrala jordpunkten genom aggregatets ingående jordledning. Tyvärr jordas inte locket till nätaggregatet av denna typ. Det får man göra själv men jag avråder också från denna åtgärd om man inte vet vad man gör :
- Skrapa av färgen från locket runt ett av kylhålen.
- Sätt dit en skruv med en mutter. Dra åt ordentligt så det blir kontakt.
- Skala en ledning och snurra runt ledningen runt skruven. Dra fast en mutter till.
- Skruva fast andra ändan av den skalade ledningen i skruven för jord på ingående ström för 230v. Symbolen för Jord ser ut som en antenn.
- Jorda sedan skruven för jord till centrala jordpunkten.
För säkerhets skull, Ingående jord vid pilarna:
Använder man ett nätaggregat av plast måste den lindas med aluminiumfolie som jordas i centrala jordpunkten.
Centrala jordpunkten i ledningsdragningsschemat nedan är platsen där alla svarta ledningar går samman längst ner i schemat och här (vid gula pilen) i min låda:
Närmare:
Jordpunkten skall placeras så nära utgående minus på nätaggregatet som möjligt.
Effektförstärkare
Den valda effektförstärkaren är utvecklad med omsorg för lägsta distorsion.
Bygget av effektförstärkaren görs på denna sida:
https://www.xmag.se/250216-pos2502-s-ett-slutsteg/
Mikrofonförstärkare
Mikrofonförstärkare är till för att lyfta mikrofonens mycket svaga signaler till hanterbar nivå. Eftersom signalerna är så låga ställs det stora krav på förstärkaren. Denna mikrofonförstärkare använder bara de bästa delar med den bästa tillgängliga kopplingen.
Bygget av mikrofonförstärkaren görs på denna sida:
Kommer snart…..
BYGGA
Kopplingsschema
Nu skall det byggas men först en beskrivning om hur det fungerar:
Kopplingsschemat är framtaget för att inte vara allt för svårt att realisera i verkligheten men ändå har sådan funktionalitet att man inte skall behöva koppla om ledningar utanför jiggen. Koppla om ledningar utanför jiggen eller att mäta helt utan jigg är jobbigare än man tror. Det är lätt att göra fel eftersom det är en hel del att hålla reda på.
Här visas den i frekvensmätningsläge. Kopplingsschemat består av 4 delar. Den första är signalutgång som här är blå färg, den andra är referensen som är lila, den tredje är feedback som är grå och den sista är impedansen som också är grå.
Kopplingsschema kalibrering
Vid kalibrering går signalen från utgång höger till ingång vänster som möjliggör en kalibrering av ljudkort och slutsteget så att vi får rak frekvens och fas.
Kopplingsschema frekvensmätning
Vid frekvensmätning går utsignalen till högtalaren som mäts av en mikrofon och som skickar in signalen igen till ingång vänster (Input L).
Kopplingsschema impedansmätning
Impedans som är den mest avancerade mätningen skickar en signal till högtalaren via ett motstånd. Samtidigt mäter ingång vänster och ingång höger strömmen genom motståndet. Programvaran räknar sedan ut impedansen för högtalaren som visas i grafen.
———————————————
Externt slutsteg, en överkurs
Om man vill använda ett externt slutsteg, exempelvis sin egen i anläggningen kopplas det så här:
Jag har inte byggt med externt slutsteg själv så det måste finnas plats för att testa fram hur det bäst jordas mm. Jag kan inte lämna support på denna metod.———————————————
Koppla ledningarna
Nu börjar jobbet med att dra ledningar och koppla allt.
- Följ anvisningarna i nedanstående ledningsdragningsschema som är placerat så som det är tänkt att komponenterna skall placeras i en låda utom slutsteget, mikrofonförstärkaren och nätaggregatet.
- Anslutningarna på vippomkopplarna är numrerade med ett litet streck som pekar på en ledning. Dra ledningar och löd dem enligt numreringen. Dvs, dra och löd nr 1 först, nr 2 därefter osv. Följer man numreringen på detta vis blir det lättare att göra jobbet. Titta flera gånger så att ledningen kopplats rätt innan du går vidare.
- SP i schemat nedan betyder att man senare skall löda på en annan tråd där och därför skall lämna en bit skalad ledning.
SP i schemat ser ut så här:
Att tänka på när allt skall lödas samman:
- Löda exakt som i ledningsschemat ovan. Om man sätter ihop det på annat sätt kan distorsionen och slutstegets värme stiga kraftigt.
- Längre ledningar bör skärmas eller tvinnas med den jordledning.
- Vippomkopplare och potentiometrar på frontpanelen får inte sitta för långt från varandra. Jag använder måtten 36mm mellan de övre och 20mm mellan de övre och undre. Om det skall vara längre mellan dem måste skärmad ledning användas.
Färdigkopplat
När allt är färdigt kan det se ut så här:
Nätaggregatet är ett switchat 24v 3,3Ampere som jag modifierat på utgående ledningar. Alltså, jag har inte modifierat insidan. En beskrivning på hur detta är gjort kan man hitta här: https://www.xmag.se/switchat-nataggregat-ombyggt/
Denna låda är för liten för att kunna placera allt fritt. Mikrofonförstärkaren ligger i ett speciellt fack under ljudkortet (se nedan).
Man kan tycka det ser rörigt ut men alla kopplingsledningar ligger på ett uttänkt sätt för att inte bli störda eller själv störa. De två röda kopplingsledningarna längst ner till höger är strömledningar. De går en bit upp i luften långt från annat känsligt. Den gröna kopplingsledningen är en lågsignalledning. Den går fritt i luften också osv.
Mitt i lådan ovan sitter en potentiometer limmad på lådans botten med en förlängare så att den når upp till locket för enkel justering utan att öppna lådan:
Justeringshålet:
Nätaggregatet kan kopplas till en nätsladd direkt som går ut genom lådan.
Om man vill slippa att en nätsladd hänger runt lådan kan man montera en sådan här ”nätbrunn”:
Övriga bilder på insidan:
Kontrollera att allt blev rätt
- Ställ alla rattar på noll.
Kommer mer snart…..
Kalibrera Matrojig
