Bass-Treble-Boost nach Martin Koch

[TripleFan]

Hi,

ich möchte gerne eine aktive Bass-Höhenanhebung nach dem Entwurf von Martin Koch aus seinem E-Gitarrenbuch aufbauen (ich hoffe der Scan aus dem Buch geht wg. Urheberrecht usw. OK...):

Ich hab vor einiger Zeit mal angefangen Koch´s Prinzipplan rund um einen Vierfach-OP zu stricken.

Noch mal größer als PDF:

Ibanez BT-Boost Layout.pdf

(8.93 KiB) 156-mal heruntergeladen

Ich denke, das müsste so passen; vielleicht mag mal jemand der Ahnung davon hat ´nen Blick drauf werfen ob mir irgendwo ein gröberer Fehler unterlaufen ist.
Der nächste Schritt wäre jetzt das ganze auf eine Kupferstreifenplatine zu übertragen. Bevor ich den Aufwand starte wollt ich aber erst mal fragen, ob vielleicht jemand schon mal im Netz über das Layout dieser Schaltung gestolpert ist.

Gruß
Ingo

[12stringbassman]

Hallo Ingo!

eine aktive Bass-Höhenanhebung nach dem Entwurf von Martin Koch aus seinem E-Gitarrenbuch

Bei allem Respekt, aber die abgebildete Schaltung ist Murks.
Sie wird zwar irgendwie funktionieren, braucht aber unnötig viel Strom.

Übrigens ist Michael Koch nicht der Urheber dieses Schaltungs-Prinzips, sondern ein gewisser Peter J. Baxandall.
http://home.comcast.net/~stphkeri/Negat ... ckTone.pdf

Das Schaltungsprinzip an sich ist sehr wirksam, es findet sich in vielen HiFi-Amps und auch in so manchem Bass-Amp.

Zu meiner Kritik:

1. Es müssen keine zwei separate OP-Amps für Bass und Treble verwendet werden. Man kann das auch alles parallel in die Gegenkopplung eines OP-Amps packen.

2. Es braucht auch keinen separaten virtuellen Massepunkt für jeden einzelnen OP-Amp (diese zwei 10k-Widerstände von 9V nach 0V). Einer reicht für die ganze Schaltung.
Immerhin fließen durch die beiden 10kOhm-Widerstände andauernd I=U/R=9V/(2x10kOhm)=450µA, also ungefähr soviel, wie ein (in Frage kommender) OP-Amp im Ruhestrom verbrät. Man kann den Wert dieser Widerstände auch ohne Problem verzehnfachen, dann fließt auch nur 1/10 des Stroms. Allerdings sollte wenigstens einer der beiden mit einem Elko (1-10µF) überbrückt werden.

3. Die Koppelkondensatoren sind mit 100nF etwas knapp bemessen. Aber vielleicht ist es ja auch gewünscht, dass der Grundton der E-Saite mit 3dB bzw. 6 dB bedämpft wird .

4. Der 1µF vor dem 250kOhm-Poti ist dagegen sehr großzügig bemessen. Oder andersrum, das Poti ist um Faktor 10 überdimensioniert. Wenn schon richtige Elektronik anstatt passiver Elektrik, dann doch bitte ein niederohmiger Ausgang, damit sich diese leidige Kabel-Kapazität nicht bemerkbar macht.

5. Die ganze Klangreglerei erscheint mir etwas sehr hochohmig. Je nach OP-Amp könnte das unerwünscht stark rauschen. Ich könnte mir vorstellen, alle Widerstände um Faktor 10 zu verkleinern und die frequenzbestimmenden Kondensatoren um den gleichen Faktor zu vergrößern.

6. Die Diode zum Schutz vor verpolter Batterie ist suboptimal. Es werden so 0,7V der 9V der Batterie verschenkt. Entweder die Diode weglassen und beim Batteriewechsel auf richtige Polung achten (der kodierte Stecker sollte das schlimmste verhindern) oder durch einen P-Kanal-MOS-Fet ersetzen.

Ich werde den Eindruck nicht los, dass an diesem Plan mehrere Autoren unwissentlich und unfreiwillig "zusammengearbeitet" haben, indem einer vom anderen abgemalt hat, ohne groß drüber nachdenken zu wollen oder zu können und aus mehreren Einzelteilen eine Schaltung zusammenge-Guttenbergt wurde

Den bunten "Plan" habe ich mir nicht angeschaut. Mit solchen "Löten-nach-Zahlen"-Bildern kann ich nix anfangen.

Da ich ohnhin vorhabe, für meinen im Bau befindlichen Stingray versuchsweise eine ähnlich Schaltung aufzubauen, werde ich mich damit mal näher beschäftigen.

Insgesamt bin ich allerdings der Meinung, dass so ein Kuhschwanz-EQ im Instrument nicht besonders sinnvoll ist.
Der Klang selbst entsteht im Instrument, die Klangregelung findet im Amp statt.
OK, Gitarren-Amps sind in dieser Hinsicht im Vergleich zu vielen Bass-Amps etwas schwach ausgestattet

Gruß

Matthias

[capricky]

Ich schließe mich der Aussage meines Vorschreibers an - diese Schaltung ist "suboptimal", im Aufbau, in Funktion und dem Zweck, für den sie eingestzt werden soll.

capricky

@ Matthias - heißt der Michael nicht Martin?

[TripleFan]

Oh, OK! Damit hatte ich jetzt natürlich nicht gerechnet, dass die Schaltung "nix taugt".

Ich fand´s einfach ganz interessant, wie´s im "Kochbuch" beschrieben war und fand es reizvoll das ganze evtl. mal auf eine Lochrasterplatine zu übertragen und zu testen. Das schien mir auch einigermassen machbar - auch wenn ich wirklich absolut "Null Plan" in Elektronikdingen habe! Aber in dem Fall spar ich mir die Mühe.

Matthias, wenn Du eine eigene Bass-Treble-Schaltung aufbaust hätte ich natürlich interesse, falls Du das Layout hier im Forum vorstellen möchtest.

Auf jeden Fall Danke Euch beiden für Eure Hinweise.

Gruß
Ingo

[12stringbassman]

@Ingo:

Ich habe mal ein bisschen ge-Spiced und die von Martin (nicht Michael, Danke Capricky!) Koch veröffentlichten Schaltung simuliert.
Diese 100kOhm-Potis parallel zu den Potis am Schleifer sind Murx. Sie sollen wohl den Regelweg der Potis "gehörrichtiger" machen, tun aber genau das Gegenteil. Da tut sich von 25% bis 75% des Regelweges nur ±2dB, und die restlichen 10-12dB finden zwischen 0-25% bzw. 75-100% statt. Nicht sehr praxisgerecht.

Hier ist eine bessere Auslegung der Schaltung.

http://sound.westhost.com/dwopa2.htm#baxandall

Diese Schaltung verzichtet u.a auf diese parallel zu den Potis geschalteten Widerstände. Ein einfaches lineares Potis tut's, mit den Reihegeschalteten Widerständen wird der Regelweg auf verträgliches Maß eingegrenzt.

Hier mein Dimensionierungsvorschlag:

Bass-Regler in 1/8-Schritten:

Treble:

Beide Regler jeweils ganz zu, ganz auf und Mittelstellung

[12stringbassman]

Vom Music-Man Stingray habe ich eine Schaltung gefunden, die etwa anders aufgebaut ist. Die Regelbereiche sind anders, vor allem im Bass. Weniger HiFi-mäßig achsensymmetrisch, sondern seltsam. Vielleicht ist aber genau das, was man "musikalisch" nennt

Bassregler in 1/8-Schritten, Treble in Mittelstellung:

[TripleFan]

Danke schön! Die Schaltung und die sich ergebenden Frequenzverläufe sehen ziemlich genau so aus, wie ich mir das vorgestellt habe. Dabei sieht die Schaltung auch einfacher aus als die Version, die ich eingestellt habe.

Wenn ich diese Schaltung jetzt auf eine Streifenplatine übertragen wollte, wäre die dann so schon funktionsfähig oder ist das eher als "so könnte es grundsätzlich gehen" zu verstehen?
Du setzt als Spannungsversorgung eine symmetrisch geteilte 9V-Quelle voraus. Korrekt? Kann man das so formulieren? Wie wäre das mit einem 9V-Block zu realiseren?

[12stringbassman]

Richtig, im Schaltplan in LTSpice habe ich zwei separate Spannungsquellen gezeichnet.

Bei nur einer Batterie musst Du alle Anschlüsse, die in obigen Plan auf Masse liegen, auf die halbe Versorgungsspannung hochlegen.

Dazu schaltest zu zwei gleich große Wiederstände in Reihe von +9V nach 0V. So fließt ein kleiner Strom durch die beiden Widerstände, und da beide gleich groß sind, fällt an beiden die gleiche Spannung ab. In der Mitte kannst Du also die halbe Spannung, in diesem Fall 4,5V abgreifen. Damit das ganze noch schön niederohmig wird und etwaige Störgeräusche kurzgeschlossen werden, sollte mindestens einer der beiden Widerstände mit einem kleinen Elko (ca. 10µF) überbrückt werden.
Fertig.

Halt, nicht ganz: es muss natürlich am Eingang wie am Ausgang ein entsprechend dimensionierter Koppelkondensator rein.
Und damit die recht niederohmig dimensionierte Schaltung die Signalquelle (den Pickup) nicht belastet, wäre ein Puffer davor nicht schlecht.

Wenn ich grad mal Zeit habe, zeichne ich das mal hin. Einen kleinen Moment bitte.

Gruß

Matthias

[multistring systems]

alter Falter, Hiasl Du bist echt der Hammer! Was für ein Service, was für eine geniale Erläuterung, mitsamt der Simulationen.


bussi

[12stringbassman]

Freut mich, dass es Euch freut

[12stringbassman]

So, fertig:

Baxandall-2Band.pdf

(16.85 KiB) 225-mal heruntergeladen

Kurze Erläuterung:
Die Schaltung um IC1A ist der Eingangsverstärker oder Buffer, je nach Beschaltung. Wie die beispielhaft zu dimensionieren ist, habe ich in den Plan reingeschrieben. C2 begrenzt die Verstärkung zu hohen Frequenzen hin; muss nicht unbedingt sein, kann aber vor Störgeräuschen schützen.

Mit R1 und C1 wird die ohmsche und kapazitive Belastung des Pickups simuliert, die sonst durch die passiven Potis, das Kabel und den Eingangswiderstand des Amps gebildet werden. Hier kann und sollte experiementiert werden. Evt kann hier auch ein Stufenschalter mehrere Kapazitätswerte reinschalten ("Zeh-Schwitz") und/oder ein umfunktioniertes Tone-Poti endlich mal richtig "Tone" machen

Den Koppelkondensator am Eingang habe ich weg-optimiert. Dazu muss der Masse-Anschluss des Pickups aber an den virtuellen Massepunkt +4,5V angeschlossen werden und nicht an die Masse des Klinkenkabels (0V). Ob das in der Praxis funktioniert habe ich nicht getestet.

Die Schaltung um IC1B ist der eigentliche Kuhschwanz-Equalizer.
Die Widerstände R4 & R5 sowie R7 & R8 begrenzen den Regelbereich der Potis auf sinnvolles Maß (±12dB). Wer mag, kann die auch "außermittig" dimensionieren.
Mit C3 und C5 stellt man die Einsatzfrequenzen der Filter ein. Je größer die Kapazität, desto tiefer die Frequenz. C4 macht einen Rolloff obenrum, den könnte man auch weglassen (evt. rauscht's dann mehr oder es pfiept).

Die gezeigte Dimensionierung erzeugt die von mir weiter oben simulierten Frequenzgänge.
Ob die praxisgerecht sind, muss sich erst noch zeigen. Ich löte daher meistens abgezwickte IC-Fassungen rein und stecke die Kondensatoren. So kann ich mal eben schnell einen Cap wechseln, ohne den Lözkolben anheizen zu müssen.

Die 100k-Widerstände R10 & 11 erzeugen den virtuellen Massepunkt bei +4,5V. Einen der beiden Elkos C8/C9 könnte man auch weglassen. Die müssen auch nicht 10µF haben, weniger geht bestimmt auch.
Der 100nF C7 kommt direkt an die Pins des ICs. Ich löte ihn meist von unten auf die Platine. Er schließt hochfrequenten Dreck in den Zuleitungen der Versorgungsspannung kurz.
Der MOS-FET T1 ist der Schutz vor verpolter Batterie. Er verursacht einen geringeren Spannungsabfall als die üblicherweise zu findende Silizium-Diode.

Viel Spaß beim nachbauen

Grüße

Matthias

[TripleFan]

Wow, vielen Dank! Das ist wirklich Full-Service mit Wohlfühlfaktor!

Da muss ich mich jetzt aber erst mal ein bißchen einlesen und zurecht finden.

Vorweg ein paar Verständnisfragen:

• Beim PreAmp/Buffer: A=1 bedeutet der Schaltungsteil wirkt als Buffer um die Schaltungsimpedanz an die Tonabnehmer anzupassen. Bei A>1 erhalte ich einen regelbaren PreAmp mit P1 als Trimpoti zur Einstellung der Vorverstärkung. Einigermassen korrekt?
• Du schreibst "für A=1 R2, R3, C2 und P1 weglassen und Pin 1 & 2 von IC1 direkt verbinden". R2 hat ja eine Verbindung zu +4,5V; wird diese dann weiterhin mit der Leitung Pin1 & 2 verbunden?
• Beim Virtuellen Massepunkt gehen V+ und V- an die Versorgungsleitungen des OPVs. Richtig?
• Die Anschlusspunkte +4,5V sind eine durchgehendes Spannungsschiene vergleichbar dem gemeinsamen "Ground" der Schaltung

Gruß
Ingo

[12stringbassman]

Hi Ingo!

zu 1.)
vollkommen korrekt.
OK, das mit der "Anpassung der Schaltungsimpedanz an den Tonabnehmer" ist vielleicht etwas unglücklich formuliert. Der Buffer sorgt dafür, dass der (hochohmige) Tonabnehmer von der (niederohmigen) EQ-Schaltung nicht belastet wird.
Der Buffer wirkt nicht wie ein Trafo, der Impedanzen anpasst. Er sorgt nur dafür, dass das Tonabnehmer-Signal rückwirkungsfrei in die EQ-Schaltung eingespeist wird.

zu 2.)
Nein.
Nur den Ausgang des OP-Amps mit seinem (-)-Eingang verbinden (die Pins sind praktischerweise direkt nebeneinander, da tuts einfach ein Klecks Lötzinn), sonst nix.
Zum näheren Verständnis: Schau Dir die Formel an. Die Verstärkung der nichtinvertierenden OP-Amp-Schaltung errechnet sich aus dem Verhältnis des Gegenkopplungswiderstand (hier R3 + P1) zum Widerstand gegen Masse, plus 1. Wenn die A=1 sein soll muss der Quotient der beiden Widerstände Null werden, 0+1=1. Also muss R im Zähler unendlich klein und im Nenner unendlich groß sein. Zwischen pin 1 & 2 ein Stück Metall, zwischen Pin 2 und Masse Luft.

zu 3. und 4.)
zweimal einigermaßen Richtig!
Pin 8 des ICs wird mit 9V verbunden und Pin 4 mit 0V. Alle GND-Symbole mit der Beschriftung +4,5V sind miteinander verbunden und bilden das Bezugspotential der Schaltung in der Mitte zwischen 0V und 9V (bis zum Koppelkondensator C6). Bei symmetrischer Versorgungsspannung, also z.B. ±9V mit zwei Batterien, lägen diese Anschlüsse auf 0V und könnten direkt mit der Masse der Klinkenbuchse verbunden werden, Pin8 wäre mit +9V und Pin4 mit -9V verbunden.

Grüße

Matthias

[TripleFan]

OK, dann hab ich das so weit mal (einigermassen ) verstanden.

Aus 1) folgt, wenn ich einen "heißen" Pickup verwende, also so 14 - 16k, macht ein Buffer mehr Sinn als ein PreAmp, oder?

[12stringbassman]

Aus 1) folgt, wenn ich einen "heißen" Pickup verwende, also so 14 - 16k, macht ein Buffer mehr Sinn als ein PreAmp, oder?

Ja. Die Verstärkung des Pre-Amps sollte auf jeden Fall an den Pegel der Signalquelle angepasst werden.

Bei Versorgung mit nur einer 9V-Batterie kann die Ausgangsspannung der OP-Amps nicht größer als ca. ±3,5V werden (je nach OP-Amp ein paar 100mV mehr oder weniger).
Wenn Dein Pickup bei heftigem Geschrubbe als Spitzenwert z.B. 1V rausgibt, und Du eine Verstärkung von 12dB (entspricht A=4) eingestellt hast, will der Ausgang des OP-Amps 4V(peak) sein, und das geht natürlich nicht und dann zerrt's ganz gemein.

Dabei ist es egal, ob der Pre-Amp schon so hoch verstärkt oder die Klangregelung bei voll aufgedrehten Potis.

BTW:
Die Beschaltung des OP-Amps als sog. "Buffer" oder "Impedanzwandler" ist nix anderes als ein Sonderfall der Schaltung des "Nichtinvertierenden Verstärkers". Der Gegenkopplungs-Widerstand ist hier 0Ohm und der andere unendlich.

BTW2:
Bei der ganzen Sache sollte man auch noch die Slew-Rate (Anstiegszeit) des OP-Amps nicht ganz aus den Augen verlieren. Ich verwende bei solchen batteriebetrieben Anwendungen gern den LT1112 (bzw. 1114), weil er wenig Strom braucht und trotzdem wenig rauscht. Allerdings schafft er nur 0,30V/µs (zum Vergleich: TL062 3,5V/µs, TL072 13V/µs, NE5532 9V/µs). Das kann zur Folge haben, dass bei einem hochfrequenten Signal mit großer Amplitude die Ausgangsstufe des OP-Amps nicht mehr mitkommt. Dann wird aus einem Sinus ein Dreieck. Und das klingt auch gemein. Also darf die Verstärkung gerade hoher Frequenzen nicht zu hoch werden bei gleichzeitig hohen Eingangspegeln dieser Frequenzen.

BTW3:
Die Aussage, ein Pickup mit "14k-16k" sei "heiß", ist eigentlich irreführend. Der hohe Gleichstromwiderstand der Tonabnehmerwicklung (der hier wohl gemeint ist) deutet erstmal nur darauf hin, dass da mehr Windungen drauf sind und/oder ein dünnerer Draht verwendet wurde als üblich.

Mehr Windungen erzeugen zwar (zumindest in der Theorie) mehr Ausgangsspannung, vergrößern aber auch die Induktivität, wodurch die Resonanzfrequenz sinkt. Ein größerer Wicklungswiderstand bedämpft diese Resonanz stärker.
Das Ergebnis ist also eine etwas größere Ausgangsspannung unterhalb der Resonanz und eine geringere Überhöhung bei der niedrieger liegenden Resonanzfrequenz.
(alle Vergleiche zu "normal" bewickelten Pickups bei ansonsten gleichbleibenden Parametern wie Magnetfeldstärke und -geometrie, Spulengröße, Saitenabstand etc.).

Gruß

Matthias

[TripleFan]

Danke! Du gibst Dir echt Mühe mit mir!
Ich kann Deinen Erklärungen auch weitgehend folgen, bin von echtem Verständnis aber leider noch weit entfernt.

Ich werd jetzt erst mal versuchen ein Lochrasterlayout der Schaltung rund um einen LT1112 zu entwerfen. Wenn´s dabei Fragen gibt werd ich mich bestimmt wieder melden und auch sonst Bericht erstatten.

Gruß
Ingo

[12stringbassman]

Tip:
Löte für den OP-Amp eine Fassung ein (DIP oder DIL8), aber von den guten, mit gedrehten Kontakten, und nimm für die ersten Versuche einen billigen TL062. Erst wenn die Schaltung zufriedenstellend funktioniert, könntest Du über den teureren LT1112 nachdenken. Der Unterschied ist nicht dramatisch, aber hörbar.

Auch die frequenzbestimmenden Kondensatoren kannst Du mit IC-Fassungen steckbar machen. Die Kondensatoren müssen dazu Rastermaß 7,5mm haben. So kannst Du mal eben schnell die EInsatzfrequenz der Regler feintunen.

Grüße

Matthias

[TripleFan]

Danke für die Tipps!

Jetzt konzentrier ich mich erst mal auf die Gitarre, in die die Elektronik rein soll. Dann werd ich das hier im Detail aufarbeiten.

Gruß
Ingo