Pseudo-Stereoraumklang
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2017
von Alexander "Electronicfox" Fuchs
Hier stelle ich mein Projekt vor, welches ich selbst entwickelt und gebaut habe, einen Pseudo-Stereoraumklang-Prozessor für Kopfhörer und Endstufen. Die Piezoelektrizität, kurz Piezoeffekt, beschreibt die Änderung der elektrischen Polarisation und somit das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern, wenn sie elastisch verformt werden oder aber umgekehrt verformen sich Materialien bei Anlegen einer elektrischen Spannung. Die ersten Anwendungen waren Ultraschallwandler auf Piezobasis und bald darauf Quarze für die Frequenzstabilisierung. Erst Mitte des 20. Jahrhunderts gelang der Durchbruch zur breiten industriellen Anwendung als Signalgeber oder -nehmer. In der Musik werden Piezoelemente als Tonabnehmer für akustische Instrumente genutzt, normalerweise bei Gitarren oder Geigen. Die dynamische Vibration des Klangkörpers wird in eine geringe Wechselspannung umgewandelt, die dann elektrisch verstärkt wird. Bei Schwingquarzen kann der Einfluss verschiedener Größen auf die Resonanzfrequenz, bei akustischen Oberflächenwellenbauteilen der Einfluss auf die Verzögerungszeit ausgenutzt werden. Piezomikrofone, Piezo-Lautsprecher und Summer sind weitere Verwendungen.
All diese Eigenschaften vereint diese Schaltung, doch zuvor muss erklärt werden, für was diese Schaltung benötigt wird. In diesem Fall ging ich einmal davon aus, nur Bauteile aus dem Adventkalender zu verwenden. Darin enthalten sind verschiedene Widerstände, Kondensatoren, LEDs, IC LM324N und natürlich das Piezoelement. Als nächstes sollte es eine Schaltung werden, welche erstens nicht in der Anleitung steht, zweitens einfach sein und drittens brauchbar.
Im Regal fand ich noch meinen Adventkalenderbausatz mit dem UKW-Radio-Modul, welches mit einem TDA7088 versehen ist. Ein Radio nur für Mono und für Kopfhörerbetrieb doch etwas Anspruchslos zur heutigen Zeit. Einen Stereodecoder für zu bauen ist zwar eine Lösung und funktioniert auch wunderbar, hätte allerdings wenig mit dem Wettbewerb zu tun. Deshalb baute ich mir eine Schaltung zusammen, welches ein rein Pseudo-Stereo-ähnliches Hörvergnügen bereiten würde und besser als Mono ist.
Nun kommen einige Links von mir wo jedes Detail erklärt wird, wer es nicht lesen will oder anschauen, der darf ruhig runterscrollen ;)
Video: Der Pseudo-Stereoklang:
So wird aus Mono einfach Stereo
Sonorama-Studio:
Video: Sonorama, Spatial & Stereo mit einem TDA3810
Sonorama, Spatial & Stereo mit einem TDA3810
UKW-Radio mit TDA7088:
UKW-Radiomodul von AK-Modulbus mit Stereodecoder
Radiocontest 2014/15 mein UKW-Schatzkisterl
Nun wie im ersten Video erklärt, muss man wenigstens 2 Frequenzen für Pseudo-Stereo in der Phase verschieben. In diesem Fall geschieht dies bei IC1D und IC1C. R1, R2, R5 und R6 dienen zu Gegenkopplung der tragenden Signale und R3 und C1 sowie R4 und C2 schieben eine ausgewählte Frequenz. Wie es der Zufall so will, fielen Die Stimmenfrequenzen für Frau und Mann in das Konzept. Die weibliche Stimme wird zuerst in der Phase geschoben und als nächstes die der männlichen Stimme. Diese Stimmen eilen der Musik natürlich jetzt nach. Soweit hätten wir die einfachste Form eines Pseudo-Stereo-Signals.
Jetzt kommt das Piezo ins Spiel. Jedes Piezo hat seine eigene Resonanzfrequenz so eine gewisse Plattenkapazität. Ziel ist es nun beide auf einen Nenner zu bringen. Diese Piezo im Adventkalender sollten eine Kapazität von 22 bis 40 nF haben. Diese schien mir meines Erachtens etwas zu hoch und ich baute einen 10nF-Kondensator in Serie ein. Im Zusammenspiel von CF1, C3, R7 und R9 entsteht eine Art Tiefpassfilter mit Gegensprechen der beiden Kanäle mit und ohne Phasenverschiebung und die Resonanzfrequenz entspricht nahe jener des Piezos, also wie gewollt. Diese müssen nun gepuffert werden, da das Piezo zu hochohmig ist und wird sogleich mit IC1A und IC1B erledigt. IC1A bekommt allerdings noch eine weitere Gegenkopplung mit entgegenwirken des anderen Kanals, welche den Pseudo-Stereoeffekt noch etwas verstärkt und im Kopfhörer angenehm schön klingt. Der LM324N ist stark genug einen Kopfhörerlautsprecher zu betreiben, nur mit dem Ausgangselko musste etwas getrickst werden, da nur ein Elko mit 22 µ im Bausatz vorhanden war. R14 entlädt den Elko sanft, damit dies nicht über den OPAMP passiert.
Das Piezo hat hier noch einen Vorteil, für alle die gern mitklatschen oder mitsingen aber auch mitklopfen. Das Piezo arbeitet hier als zugemischte Trommel oder Mikrofon und kann im Kopfhörer mit gehört werden und klingt richtig gut. Deshalb ein Zusatz für die Lautsprecherendstufe zuhause, welche hier auch angeschlossen werden kann. Das Piezo kann dann die Signale von den Lautsprechern empfangen und als Echo in gewisser Frequenzbandbreite in den Klang einfließen lassen, je nach Lautstärke und Stellung der Boxen. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Raumklang fürs ganze Zimmer.
Ich war erstaunt, was man alles zusammen mit diesen Bauteilen zusammen bauen kann und wunderbar funktioniert. Deshalb macht es immer wieder Spaß etwas zu basteln und an Wettbewerben teilzunehmen.
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