Audiosignalerkennung

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?

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

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?

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

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

mfG Leo

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

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

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

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

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

Am 08.02.2010 17:51, schrieb Bernd Mayer:

Das wird wohl die Signalquelle AC sein ....

Ja ist ein wenig klein ...

Andreas

20KhZ?

nicht bei MP3 und Schweinsohren.

w.

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.

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

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.

alternativ:

--
Mark

Am 08.02.2010 20:42, schrieb Helmut Wabnig:

Hallo,

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

Bernd Mayer

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.

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

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. :)

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

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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Uwe Hercksen schrieb am 08.02.2010 18:30:

Die Ausschaltverzögerung sollte in etwa 5 Minuten betragen. Die Einschaltverzögerung wollte ich auf etwa 5s einstellen.

--
Mark

Im Prinzip kannst Du das alles inklusive Audio-Erkennung in einen winzigen Micro Controller giessen und dann ohne Loetkolben an den Eckparametern rumschrauben bis es passt.

--
Gruesse, Joerg

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Marte Schwarz schrieb am 08.02.2010 18:03:

Bei meinen ersten Versuchen war das so, aber mit R14/15 habe ich mir ein Bezugspotential bei UB/2 geschaffen. Der LM324 bekommt also immer Spannungen um dieses Potential herum angeboten.

Eine Verstärkerstufe ist IMHO nötig, weil der Einganswiderstand des Schmitttriggers zu klein für die Signalquelle ist. Mir ist daran gelegen, so hochohmig wie möglich zu bleiben.

Meine Idee war, dass das mit der Diode unabhängiger von der Versorgungsspannung ist.

Ja, vielleicht, aber da ich sehr wenig Erfahrung habe, ist das mit einem OpAmp einfacher für mich. Ich finde es auch angenehmer, einen IC-Sockel aufzulöten, als mehrere knibbelige Transistoren.

--
Mark