Audio-Entkoppler

Wer kennt das nicht, die Hifi-Anlage in Kombi mit PC glänzt durch fiepen und rauschen sowie dem Netzbrummen. Im Auto brummt der Subwoofer mit störenden Tönen. Ursache sind Masseschleifen bzw. das Verwenden älterer / preiswerter Endstufen ohne Differenzverstärkereingänge.

Info: Masseschleife

Schema einer Masseschleife

Folgendes Beispiel:

Auf der obigen Grafik ist die Quelle z.B. ein PC, welcher mit 100mOhm Schutzleiterwiderstand an dem PE hängt. Der Hifi-Verstärker ebenso, allerdings steht dieser einige Meter entfernt (z.B. 3m). Die notwendige Signalzuleitung (typischer weise 0,25mm², geschirmt) besitzt einen Leitungswiderstand von ca. 200mOhm.
Durch die Entfernung der Geräte können die Erd-Potenziale unterschiedlich sein (z.B. durch Störfelder von Trafos ->Kurzschlussstrom in der Masseschleife) womit ein Ausgleichsstrom über den Schirm der Audio-Leitung fließt. Der Leitungswiderstand führt zu einen Spannungsabfall. Da die Audio-Signale jedoch Masse-Bezogen sind, addiert sich das Störsignal aus der Masse-Leitung zu dem Audiosignal hinzu. Hörbar wird dann ein Brummen, Pfeiffen, Zischen aus dem Lautsprecher.
Im dem oben dargestellten Schema wäre das Störsignal also Us = 200mOhm*Ausgleichsstrom. Die Resultierende Störspannung von wenigen mV mag nicht viel erscheinen. Allerdings wird diese von dem Verstärker (Faktor 100+) mitverstärkt und damit detulich hörbar.

Um das Problem der Masseschleife im Audio-Bereich zu lösen kommt der Audio-Entkoppler zum Einsatz, welcher die Massen von Sender (Pc, Autoradio etc.) zum Verstärker (Hifi-Anlage, Car-Amp) trennt.

Es gibt zwar fertige Audio-Entkoppler zu kaufen (ca. 8-10€), die verwenden aber meist nur NF-Übertrager (Trenntrafos). Der nichtlineare Frequenzgang beschert einem dann aber auch einen dem Preis entsprechenden schlechten Klang. Optisch getrennte Versionen sind fast nur für 50€ aufwärts zu bekommen. Also ist selber bauen angesagt.

Während des Studiums beschäftigte ich mich unter anderem auch mit Differenzverstärkern in der Messtechnik. Selbiges Verfahren um Messfehler zu mindern kann auch in der Audio-Technik eingesetzt werden.

Vom Prinzip her benötigt man nichts anderes als einen Subtrahierer und einen Invertierer pro Audiokanal. Aufgrund der im Datenblatt des Quad-OPVs dargestellten Beispielschaltungen konnte ich mir sogar die üblichen Vorwiderstände bei dem Invertierer ersparen. Die symmetrische Spannungsversorgung für den OPV übernimmt eine Ladungspumpe mit einem ICL7660. Die Schaltung für diese Ladungspumpe habe ich im Wesentlichen von hier (http://www.oliverbetz.de/icl.htm) abgekupfert. Der ICL 7660 hält nur Betriebsspannungen bis 10V aus. Somit muss für den Einsatz im Automobilbereich noch ein Spannungsregler oder gleich der ICL7662 (bis 20V Betriebsspannung) eingesetzt werden. Bei mir kommt die Schaltung zwischen PC und Verstärker zum Einsatz, wobei der Audio-Entkoppler mit einem kleinen 6V Netzteil (ehemals Handy-Ladenetzteil) versorgt wird.

Schaltplan:

Schaltplan

Im Zuge der Umstellung auf eigene Herstellung von Leiterplatten mittels Ätztechnik, wurde dieses Projekt als erstes damit Umgesetzt. Das Layout wurde mit Absicht klein, mit 0,3 bis 1mm Leiterbahnbreiten und einzelnen Lochrasterpads ausgestattet, um zu sehen was so bei der Leiterplattenherstellung geht imprivaten Bereich. Es geht alles! In spitzenmäßiger Qualität. Abgesehen von den falsch ausgewählten Chinch-Buchsen im Target (passen nicht zu den Bestellten) gab es beim Aufbau keinerlei Probleme.

Platine Lötseite

Dies ist die erste Platine die ich privat selbst geätzt habe. Um gleich beim ersten Versuch möglichst viele Situationen durchzuspielen habe ich noch ein kleines Lochraster-Feld auf die Platine gebracht, sowie die Leiterbahnen mit 0,5mm Breite relativ dünn gehalten. Nur die Befestigungslöcher für die Buchsen weichen etwas von dem Layout ab. Das Bohren des Lochrasters habe ich mir verkniffen. Diente dies doch nur der Ätzdemonstration.

Platine Bestückungsseite

Auf Sockel für den OPV und die Ladungspumpe wurde verzichtet. Der einzelne Pin dient der Spannungsversorung. Ein Masseanschluss ist nicht notwendig, da es ja Sinn der Sache ist, das Audiosignal möglichst frei von Masseeinstreuungen weitergeleitet wird. Die zugehörige Masse vom Audiosignal holt sich die Schaltung aus dem Endgerät (Endstufe, Hifi-Anlage etc.)

Schaltung in einem kleinen gelaserten Gehäuse

Letztendlich wurde die Schaltung noch in ein kleines, gelasertes MDF-Gehäuse gepackt. Mit der 9V-Blockbatterie kann man sehr lang (mind. 300h) die Schaltung versorgen und damit dem Brummen bzw. der Masseschleife den Garaus machen. Häufig hat man die Masseschleife-Probleme vor allem bei Veranstaltungstechik / Veranstaltungen, wo jeder seine Geräte mitbringt, daher die "mobile" Version.



Projekt aus dem Jahre 2010