Zelfbouw audio spectrum analyzer

Gepost door Jeroen Vreuls op woensdag 13 april 2005

In dit artikel wordt een spectrum analyzer besproken die Rudie van Goor samen met een paar anderen voor school heeft gemaakt.

Inleiding

Als een project voor het ROC Eindhoven opleiding Elektrotechniek heeft Rudie van Goor samen met een aantal anderen een audio spectrum analyzer gemaakt.

De spectrum analyzer is modulair opgebouwd en bestaat uit een basisprint, waar 7 filterprintjes op zijn gezet die 7 gebieden van het audiospectrum weergeven. Ieder van deze filterprintjes heeft 9 LED's om het signaalniveau aan te geven.

De basisprint

De basisprint bestaat uit een voeding, een voorversterker en aansluitingen voor de zeven filterprintjes.

Spectrum analyzer voeding

De transformator Tr1 moet ongeveer 2 x 16 V kunnen leveren. De zekering F1 moet op de transformator aangepast worden.

Spectrum analyzer voorversterker

In de schakeling van de voorversterker kan met P1 de gevoeligheid van de spectrum analyzer ingesteld worden. Als de potmeter helemaal rechtsom staat gaat de 0 dB-LED branden op de filterprintjes bij een ingangssignaal van 141 mV effectief.

Jumper J1 kan kortgesloten worden om het linker kanaal bij het rechter kanaal te voegen. Jumper J2 is een extra jumper die normaal gewoon kortgesloten kan zijn.

De filterprintjes

De filterprintjes bestaan uit een frequentiefilter, een topdetector en een VU-meter die het signaalniveau aangeeft.

Het frequentiefilter

Frequentiefilter filterprint

Het frequentiefilter bestaat uit een buffer (IC1b), een bandpass filter (IC1a en IC1c), en een versterker (IC1d). Jumpers J1, J2 en J3 zijn normaal gesproken gesloten.

Een aantal componenten zijn voor iedere filterprint anders. Hieronder staan de waardes van deze componenten.

Filterprint	R2	R5	R8	C1 - C4
Filterprint 1 - 60 Hz	1100	1100	49,9 k	100 nF
Filterprint 2 - 150 Hz	6490	6490	49,9 k	10 nF
Filterprint 3 - 400 Hz	1100	1100	49,9 k	10 nF
Filterprint 4 - 1 kHz	178 k	178 k	49,9 k	1 nF
Filterprint 5 - 2,5 kHz	4220	4220	49,9 k	1 nF
Filterprint 6 - 6 kHz	1100	1100	49,9 k	1 nF
Filterprint 7 - 15 kHz	464 k	464 k	100 k	1 nF

Met behulp van de volgende formules kun je zelf de waardes van de componenten van het bandpass filter bepalen.

R_1 = \frac{Q}{Au \cdot C \cdot 2\pi \cdot f}

R_2 = \frac{Q}{(2 \cdot Q^2 - Au) \cdot C \cdot 2\pi \cdot f}

R_3 = 2 \cdot R_1 \cdot Au

Als waarde voor Au in de formule wordt 1 genomen, de waarde van Q is 12. De waardes van C1 en C2 zijn gelijk en worden in de formule met C aangegeven. De waarde hiervan is afhankelijk van het frequentiebereik en moet zo gekozen worden dat de waardes van R1 en R2 niet te hoog of te laag worden.

De topdetector en VU-meter

VU-meter filterprint

C5 vormt in dit schema de topdetector. Deze condensator wordt snel opgeladen, maar zal maar langzaam ontladen door R19. De oplaadtijd is hierdoor 200 maal sneller als de ontlaadtijd.

De eigenlijke aanduiding wordt gemaakt met 8 opamps (IC2 en IC3). Iedere opamp vergelijkt de spanning op de spanningsdeler (R10 - R18) met de spanning van het ingangssignaal. Als de ingangsspanning hoger is dan de spanning op de spanningsdeler wordt de uitgang van de opamp laag en gaat de bijbehorende LED branden. Hieronder staan de signaalniveau's waarbij de LED's gaan branden.