Takaisin projekteihin

5.1-kanavainen esivahvistin

Loppuvuodesta 2002 meikäläinen alkoi kiinnostua SACD- ja DVD-Audio levyistä, erityisesti monikanavaisista, joita alkoi olla saatavilla ainakin nettikaupoissa. Tuumailin nääs, että monikanavaisuus saattaisi olla sellainen juttu, joka parantaisi kotoista äänentoistojärjestelmää oleellisesti, ja samalla voisi luontevasti siirtyä DVD-aikaan. Aiemmat lähinnä elokuvakäyttöön tarkoitetut monikanavaformaatit (kuten Dolby Pro Logic) eivät olleet innostaneet, eikä toisaalta aiempi asumismuotokaan olisi moisia oikein tukenut. (Mainittakoon, että SACD:n ja DVD-A:n tarjoamat lisäbitit ja korkeampi näytteenottotaajuus eivät oikein vakuuttaneet vaan haussa olivat tosiaan näiden vormaattien tarjoamat lisäkanavat.)

Audiojärjestelmäni oli ollut vuosia ennallaan, mutta laadultaan varsin tyydyttävä, olihan systeemin kantavana voimana koko äänialueen elektrostaatit, "Full ranget" ja alapäätä tukevoittamassa niinikään omatekoinen subbari. Systeemin sydämenä oli toiminut vanha kunnon esivahvistin, jonka rakentelin jo varhaisina opiskeluaikoina. Toki sitä oli päivitetty aika ajoin, mm. uusilla jakosuodattimilla, mutta mitään perusteellisempaa remppaa ei ollut tarpeen tehdä. Kunnes siis päätin siirtyä monikanava-aikakauteen.

Mielessä kävi toki hankkia kaupallinen, Dolby Digitalia ja DTS:ää pureskeleva esivahvistin (lisäksi tarvitaan analogiset sisäänmenot SACD:tä ja DVD-A:ta varten), joita oli saatavilla muutamia malleja, esim. Technics SH-AC500D. Hinta vain oli varsin suolainen ja lisäksi elektrostaatteja ja subbaria varten olisi joka tapauksessa tarvittu erillinen laite räkkiin. Niinpä aloin vakavasti suunnitella uutta, luonnollisesti omatekoista esivahvistinta. Moisen laitteen tulisi siis imaista sisäänsä 6 (analogista) kanavaa DVD-soittimelta, säätää kaikkien kanavien äänenvoimakkuustasot ja ulostaa vastaavat linjatasoiset signaalit päätevahvistimille. Lisäksi tulisi tietenkin olla liitynnät kaikille muille ohjelmalähteille. Erillinen äänitysvalinta, 230VAC-ulostulot päätteille ja RIAA-korjain, FRESL- ja subbarisuotimet periytyisivät vanhasta esivahvarista. Basso-, diskantti- tai loudnesssäätöjä (lue: äänenpilaimia) ei todellinen musiikinkuuntelilja kaipaa, joten ne skipattaisiin uudestakin esivahvarista.

Ensimmäinen ratkaistava asia oli äänenvoimakkuuden säätö. Analogiamiehelle tulee ensin mieleen kytkeä kolme stereopotikkaa samalle akselille. Mutta koska kauko-ohjaus oli toivelistalla (se oli vanhasta esivahvistimesta puuttunut), tarkoittaisi moinen moottoroidun potikan hankkimista/rakentamista. Tässä vaiheessa säätäjäkolleegani vihjaisi, että Texas Instruments myy digitaalisia volumensäätöpiirejä, joissa suoritusarvot ovat paikallaan. Kyseessähän ovat alunperin Burr-Brownin tekeleet tyypiltään esim. PGA2310, joissa säätö tapahtuu 0.5 dB:n portaissa kirjoittamalla piirille sarjamuotoisena 8-bittinen arvo. Dynamiikkaa luvataan 120 dB eli varsin riittävästi.

Samoihin aikoihin sattui silmiin Elektorin juttusarja mikrokontrollerin (AT89S8252) ohjelmoinnista. Ja kuinka ollakaan, pitkään ja hartaasti vannoutuneen HW-miehen takaraivossa kytenyt ajatus softan kirjoittamisesta alkoi realisoitua. Ja samalla esivahvistimestani tuli mikroprosessoriohjattu. Mainittakoon, että ko. kontrolleri sopii tarkoitukseen mainiosti: siinä on riittävästi I/O-pinnejä, 8K sisäistä flashia, 256B RAMia ja 2K EEPROMia, joten koodia varten ei tarvita ulkoista muistia ja parametrit pysyvät muistissa vaikka sähkön katkaisee. Lisäksi vehje on näppärästi ohjelmoitavissa PC:n avulla, ja työkalut ovat ilmaiseksi saatavissa webistä.

Volumensäätöä varten tarvittiin siis kolme kipaletta mainittuja luteita (datapiuhat saa kätevästi ketjutettua), eli eikun samppelit tilaukseen. Itse säätö tapahtuisi joko digitaalipotikan (Bourns) tai kaukosäätimen käskemänä. Jonkinlainen näyttökin piti laitteeseen saada, LCD ei oikein innostanut huonon näkyvyyden ja kalliin hinnan takia, joten päädyin LED-matriisinäyttöön. Kingbrightilta löytyi sopivia 18 mm korkeita 5x7-matriiseja, joita onnistuin tilaamaan Elektrolinnan (suosittelen) kautta. Laskeskelin, että 7 merkkiä saa piisata. IR-vastaanottimeksi kelpasi Vishayn komponentti mallia turkkilainen. Prossun hommasin Tietomyrskystä, jossa hinta oli huomattavan kohtuullinen verrattuna mihin tahansa muuhun firmaan. Ja palvelu pelasi mainiosti. Harvoin tulee kehuttua mutta kun kerrankin on aihetta ;=)

Varsinainen suunnittelu alkoi prosessorikortin skeman ja leiskan piirtämisestä. Montaakaan komponenttia ei tuohon tarvittu, eikä leiskankaan tarvinnut olla mitenkään viimeisen päälle. Seuraavana olivat vuorossa liityntä- ja volumensäätökortit. Kaikki inputit ja outputit ovat releohjattuja, ja releitä ohjaa prosessori. Pinnien säästämiseksi käytin korteissa 3-8-dekoodereita, eli kolmella prosessorin pinnillä ohjautuu 8 relettä. Näiden korttien leiskaa pitikin jo hieroa aivan eri tavalla, sillä audiosignaalia ei sovi sotkea digitaalimoskaan. Maadoitukset, DC- ja kanavaerotukset piti huomioida. Korteista tuli kaksipuoleiset ja maafilliä on viljelty laajalti. Digitaali-ja analogiamaat yhdistyvät tarkoin harkitussa kohdassa yhden volumensäätöluteen alla. RIAA-korjaimen olin rakentanut 304-circuits-kirjan (muistaakseni) pohjalta jo vuosia sitten, mutta rinnakkaisilla erillistrankuilla toteutettu ratkaisu oli edelleen kilpailukykyinen - etenkin kun ottaa huomioon, ettei LP-levyjä juurikaan tule kuunneltua. Soitin toki majailee räkissä kaiken varalta.

Subbarikanava ansaitsi erityistä tuumailua. DVD- ja SACD-levyillähän on ns. LFE-kanava, jossa on tarkoitus välittää oleellista matalataajuista informaatiota. No, sellaisenaan tuo kanava ei sopinut meikäläisen systeemiin, joten päätin summata sen pääkanaviin ja vasta sitten jakaa taajuudet subbarille ja pääkanaville. Eipähän ainakaan jäisi mikään taajuuskomponentti kuulematta. Itse jakosuodin periytyi vanhasta vahvarista, mitäs sitä muuttamaan hyvin toimivaa. Ja suodin onkin säädöiltään varsin monipuolinen ja tekee valmiiksi vaiheenkäännön päätteen sillastamista varten.

Lisäksi tarvittiin powerikortti sekä näyttökortti. Powerikortilla tulisi olemaan reguloinnit (luonnollisesti erilliset jännitteet digitaalijutuille, näytölle, releille, analogiaosille ja RIAA-korjaimelle), 230VAC ulostulojen releet (prosarin ohjattavina) ja käyttöjännitteen monitorointi (jotta systeemi saataisiin hallitusti sammutettua, ja parametrit ajoissa talteen). Vanhasta powerista kelpasi ainoastaan rengassydänmuuntaja. Näyttökortille tulisivat LED-modulit, siirtorekkarit (sarakkeiden ohjaus) ja rivien ohjaustrankut. Bonuksena lisättiin näytön himmennyskytkentä, sekin prosarin ohjattavaksi. Näyttökortti oli projektin ainut piirilevy, jossa käytin myös pintaliitoskomponentteja.

Skemat ja leiskat väänsin Eaglen mainiolla työkalulla. Piirilevyt syntyivät itse valottaen ja syövyttäen. Kolvattuani ja debugattuani kaikki kortit kasasin niistä toimivan systeemin pöydälle ja aloitin rohkeasti softan kirjoittamisen. Apuna käytin kannettavaa CD-soitinta, digiskooppia (ehdoton peli!), signaaligenistä, yleismittaria, ylimääräistä pikku päätevahvaria, kaiuttimia ja Philipsin videoiden kaukosäädintä.

Softan piti siis suoriutua em. releiden ohjauksesta, volumen säädöstä, IR-vastaanotosta, LED-näytön (jatkuvasta) päivityksestä sekä nappuloiden (5 kpl) ja digipotikan lukemisesta. Lisäksi piti toteuttaa menu-rakenne, jotta balanssia, keski- ja takakanavien tasoja ja näytön kirkkautta voisi säätää. Volumearvon (desibeleinä) tulisi myös näkyä näytöllä hetken aikaa sen säätämisen jälkeen. Sokerina pohjalla oli vielä asetettujen arvojen talletus EEPROMille, jotta ne tulisivat automaattisesti käyttöön seuraavalla käynnistyksellä. Kaukosäätimeksi kaavailin jotain Philipsin mallia, syystä että niissä on käytössä RC-5-koodi, joka on luultavasti yksinkertaisimmasta päästä ja siten järkevällä efortilla tuettavissa softassa. Philipsillä on sopivan yksinkertainen (lue: riittävän vähän nappuloita) TV:n yleiskaukosäädin, jonka myöhemmin purkhasoin esivahvistinta varten.

Pala kerrallaan softa alkoi realisoitua. TASM-assembler ja 8051:n ominaisuudet alkoivat hahmottua ja alkuvaikeuksien jälkeen homma olikin vain raakaa naputtelua. Muutama mystinen ongelma kieltämättä ihmetytti, kunnes hoksasin ettei ko. prosarin datalehti suinkaan kerro kaikkea, vaan lisäksi pitää lueskella application notet ja sun muut julkaisut. No, kun softa alkoi kypsyä, purin kytkennät pöydältä ja kasasin koko roskan vanhan esivahvistimen hyväksi havaittuun koteloon. Pientä mekaanista jupuutustakin tarvittiin, sillä RCA-liittimiä tuli tukku lisää, eikä näytöllekään ollut reikää valmiina noin sentin vahvuisessa alumiinietulevyssä.

Vuorossa oli DVD-soittimen hankinta. Kesällä 2003 oli saatavilla pari speksin täyttävää Pioneerin DVD-soitinta, lähinnä kiinnosti huokeampi malli 656A. Hinta oli silti suolainen, mutta laite speksin mukainen, eli DVD-Audio- ja SACD-tuki löytyvät. Kumma kyllä laitteessa ei ole viiveiden säätöjä keski- ja takakanaville, mutta mittailtuani olohuonetta totesin etten niitä tarvitsekaan. (Itse asiassa mainitut standardit eivät ota mitään kantaa viiveisiin, eikä niitä yleensä ole soittimiinkaan toteutettu, paitsi soitettaessa DVD-Video-formaattia.) Purkhasoin siis laitteen (muutaman kuukauden kuluttua oli jo tarjolla parempi - tai ainakin monipuolisempi - ja halvempi malli...).

Takakaiuttimiksi asensin vanhat kunnon alumiinikoteloiset Teacit, joita olin aikoinani käyttänyt parissakin autossa takakaiuttimina. Valkoinen väri oli sopiva, sillä asensin kajarit "roikkumaan" puolisen metriä katon alapuolella. Piuhat vedin välikaton kautta piilossa. Keskikaiutin, myönnettäköön, on edelleen vaiheessa - lykkäsin töllöttimen päälle Radiotehnikan S-30B:n, vieläpä nurinperin, jotta TV-kuva pysyi kondiksessa. Eipä sitten muuta kuin pari päätettä lisää pinoon ja poppi soimaan.

Softaversio 1.0 valmistui joskus elokuussa 2003 (yli 2400 riviä!). Se olikin jo lähes täydellinen, menut sun muut toimivat sekä kaukosäätimellä että nappuloista. Volume säätyy desibelin portain alueella -80...+15 dB, balanssia voi ruuvata puolen dB:n askelin max. 3.5 dB puolelleen (homma on tehty oikeaoppisesti, eli kun toinen kanava voimistuu, toinen vaimenee jotta kokonaisvolume säilyy samana), keski- ja takakanavien tasoja voi säätää desibelin portain enintään +/- 7 dB (ajatus on siis että päätteillä säädetään tasot noin suurinpiirtein kohdalleen ja esivahvarista voi lisäksi hienosäätää). Kaikki arvot säilyvät sähkön katkaisemisesta huolimatta. Näyttö kertoo joko sen mitä kuunnellaan ("CD"/"DVD"/...) tai mikä on volumetaso (esim. "Vol -23" - arvo näkyy 3 s ajan) tai missä mennään menussa ("Menu"/"Bal"/"Rear"/"Center"/"Dimmer"/ jne.). Äänitettävän ohjelmalähteen voi valita erikseen. Päätevahvistimille syötetään verkkosähköä, keski- ja takakanaville vain silloin kun DVD on valittuna äänilähteeksi.

Volumearvon näyttö (28 kB)

Etupaneeli: LED-matriisinäyttö, nappulat ja digitaalipotikan nuppi.

Äänenlaatu osoittautui hyväksi - mitään kohinoita tai hurinoita ei kuulunut. Samaa todistivat pikaiset skooppimittaukset: myös taajuusvasteet ja kanavaerotus olivat kohdallaan. Vanhaa esivahvistinta haitannut balanssivirhe volumepotikassa (pienillä tasoilla) oli siirtynyt historiaan. Kaukosäätö oli yhtä juhlaa. Hommasin pikkuhiljaa lisää levyjä, parhaiten tuntui olevan saatavilla SACD-formaattia (ehkä syystä että Sony tukee sitä), mutta kyllä joukkoon mahtuu yksi DVD-Audio-levykin. Ja luonnollisesti kasa livemusiikkia DVD-Video-formaatissa (joko DTS5.1- tai DD5.1-äänellä varustettuna). Melko pian havaitsin, että LFE-kanava ei kaikilla levyillä toimi toivotulla tavalla. Ilmeisesti jotkut puupäämiksaajat koodaavat saman bassoinformaation sekä pääkanaviin että LFE-kanavaan ja kun meikäläisen esivahvari summaa nuo, on tuloksena ylenpalttista murinaa (liika on liikaa!). Ongelmaa esiintyy sekä DVD-Video- että SACD-levyillä (DVD-A:sta en osaa sanoa, liian pieni otos...).

Homma rupesi harmittamaan siinä määrin, että lopulta rakensin esivahvariin vielä yhden pienen relekortin, jolla sain LFE-kanavan päälle/pois päältä sohvalta käsin. Onneksi prosarissa oli vielä vapaita kinttuja ja flashillekin mahtuu vielä koodia (n. 60 % flashistä käytössä). Muutama lisäidea odottaa vielä toteutusta, mm. eri ohjelmalähteiden voimakkuustasojen kompensointi. Nyt esim. viritin kuulostaa huomattavasti hiljaisemmalta kuin CD-soitin jne. Samaten FRESL-jakosuodin menee uusiin puihin lähiaikoina.

Sisuskalut (60 kB)

Sisuskalut: vas. keskellä poweri ja edessä prossukortti, sitten volumensäätökortti, jakosuotimet pinossa, takana liityntäkortti ja äärimmäisellä oikealla RIAA-korjaimet, oma kortti kummallekin kanavalle. Näkymättömissä etupaneelin takana näyttökortti. Takapaneelissa näkyy myös ohjelmointiliitin. LFE-kanavan relekorttia ei tässä ole vielä asennettuna.

Niin vielä siitä monikanavaisuudesta ja äänenlaadun paranemista. Suurinta nautintoa loppujen lopuksi on ollut DVD-Video-formaatista ja livekonserttien kuuntelemisesta & katsomisesta. Valitettavasti suuri osa SACD-levyistä on tehty vanhoista äänitteistä, eli surround-kanaviin on vain tylysti & säkällä miksattu jokin instrumentti ja lopputulos on sen mukainen. Uusimmat levyt, kuten Stingin viimeisin, ovat hieman parempia ja aika veikeitä kuunneltavia. Loppujen lopuksi monikanavaisuus ei kuitenkaan parantanut äänenlaatua kovinkaan radikaalisti - ehkä yllättävänkin vähän. Osittain tämä saattaa johtua siitä, että vanha kaksikanavainenkin systeemi elektrostaatteineen kykeni jo varsin hyvään tilantuntuun.

Silti homma kannatti - äänenlaatu parani ja bonuksena systeemistä tuli kaukosäädettävä. Ja mikä oleellisinta, ensimmäinen softaprojektini ja prosessoriohjattu laitteeni näki päivänvalon. Lopputulokseen voi olla tyytyväinen, vaikka näin jälkikäteen ajateltuna työtunteja paloi kyllä hillitön määrä. No minkäs teet kun aloitat puhtaalta pöydältä ja pyrkimyksenä on tinkimätön lopputulos...

Lisäys 28.3.2004: Katseltuani aikani töllön päällä lojuvaa kottaraisenpönttöä alkoi ajatukseni konvergoitumaan ja päätin vielä kerran modifioida systeemiä. Kun tarkoitukseni oli joka tapauksessa tehdä uusi jakosuodinkortti FRESLUille niin siinä samalla summasin keskikanavan molempiin pääkanaviin, toki huomioiden sen, että tasoa sai pienentää reippaasti (sama signaali summattuna kahteen kertaan + sama signaali ulos kahdesta kaiuttimesta). Signaalin nappasin volumen säädön jälkeen, joten tasoa voi edelleenkin säätää muista kanavista riippumatta. Muutos on osoittautunut hyväksi, soundi on luonnollisesti paljon parempi ja silmää miellyttävämpi. Lisäksi vahvistinpino keveni yhdellä yksiköllä...

Projektiaan valotti säätäjä Eki

Alkuun Takaisin projekteihin Säätäjien kotisivulle


Päivitetty 28.3.2004 © Jäykät Säätäjät ry 2004