selbstbau aktives Gitarrenkabel

[hottube]

Hallo zusammen,

hat schon jemand ein aktives Gitarrenkabel aufgebaut, wie es Till hier auf seiner Homepage beschreibt? http://www.till.com/articles/PreampCable/index.html

Mein Ziel ist es eine Gitarre direkt an meinen Audiowandler ADA8000 anzuschließen. Ideal wäre es die Phantomspeisung des Mic Eingangs verwenden zu können um den Verkabelungsaufwand zu minimieren. Der Eingangswiederstand sollte >= 1M Ohm betragen und einigermaßen Rauscharm sein. Ein Low Noise Stecker sollte das schlimmste Verhindern, wenn der Stecker an der Gitarre ein oder aus gesteckt wurde - ohne den Eingang auf Mute zu setzen.

Der Mic Vorverstärker des ADA8000 macht +10 bis +60dB Verstärkung
Max. Eingangspegel ist +6 dBu bei +10 dB Gain / 0 dBFS
Eingangsimpedanz 2k Ohm
Phantomspeisung +48V über 6k8 Ohm

kennt Ihr ggf. noch weitere Schaltungsvarianten?

 

[chris_kah]

Ich habe mal so ein Kabel gebaut. Allerdings mit einem TL071 als Impedanzwandler und mit einer Fernspeisung mit +12V über eine weitere Ader (Mikrofonkabel: Signal, +12V, Masse = Schirm). Das ganze in einen großen Klinkenstecker eingebaut.

Die verlinkte Variante ist schlichtweg zu gefährlich. Da wird auch einfach der invertierte Kanal mal eben nach Masse kurzgeschlossen, so dass der eine Teil der Phantomspeisung über die internen 6.8 kOhm nach Masse kurzgeschlossen wird. Auf Dauer ist das für die Phantomspeisung nicht gesund.

Sauberer ist es, die interne Versorgungsspannung aus beiden Seiten des symmetrischen Signals zu erzeugen.
Wenn das Siganl nur auf eine Ader eingekoppelt wird, kann man auf der anderen Ader einen Abschluss mit der Quellimpedanz einbauen. Dann ist das Impedance Balanced.
Ein Beispiel genau dafür wäre hier zu finden. Da ist ein Schaltbild im Datenbaltt genau mit den oben beschriebenen Eigenschaften, allerdings für ein Mikrofon.
Wenn du den NPN Transistor durch die FET Schaltung ersetzt, kommt das in etwa hin (das davor brauchst du nicht).
Bei einer Gitarre brauchst du aber keine Verstärkung, sondern kannst am Mikrofoneingang mit einer 10:1 oder 5:1 Abschwächung leben.

Gruß
Christoph

 

[smartin]

Hmmm.... also ich bin im elektronischen Fachgebiet ja ehrlich gesagt nicht besonders bewandert, aber habe dieses Jahr etwa 6 Monate mit mehreren Elektroingenieuren verbracht um einen Preamp zu entwerfen, der speziell an die technischen Daten meiner Pickups angepasst ist.

Wir stellten dabei auch fest, dass ein "schönes" Klangerlebnis einer Aktivelektronik eben maßgeblich davon abhängt, dass der Preamp an die technischen Daten eines Pickups angepasst ist. Ein aktives Kabel würde diesen Punkt natürlich vollkommen vernachlässigen und versuchen eine Allroundlösung (ohne Implementierung der technischen Parameter) umzusetzen.

Dennoch finde ich die Idee interessant und würde sagen: Einfach machen... und mal schauen was bei raus kommt.

+10 bis +60db finde ich etwas überdimensioniert. Irgendwas zwischen 1 und 10 ist schon absolut ausreichend. Du willst ja eher einen Impedanzwandler als einen "echten" Verstärker, oder?!

Die Eingangsimp. find ich zu gering, wenn man bei üblichen Pickups schon locker auf 6K kommt.

 

[hottube]

hallo zusammen Danke für die Anregungen, das hat mit schon mal weitergebracht.

@ chris_kah: hast Du noch mehr Informationen zu der OPV Schaltung die Du eingesetzt hast?https://www.musiker-board.de/members/chris_kah.66266/

... und mal schauen was bei raus kommt.



also noch ein paar Gedanken dazu gemacht:

der Schluss von XLR Pin 1 auf 3 ist zwar gängige Praxis um von Sym. auf Bal. zu kommen, schießt hier aber leider auch direkt die Phantomspeisung auf der Ader kurz. (valider Einwand zur Schaltung von Chris)
Eigentlich müssten Widerstand basierte Speiseschaltungen das weg stecken (ca. 340mW sollten 1/2W Widerstände aushalten) Sicher ist man da nicht - auch das 48V Netzteil könnte überlastet werden.
Der Kurzschluss ist nur für den AC Anteil erforderlich, der DC Pfad lässt sich somit durch einen Elko abblocken. Schön das die 47uF/63V inzwischen so klein geworden sind.
Impedance Balanced ist bei kurzen Kabeln und einer Gitarre als Signalquelle m.E. nicht notwendig. das SNR eine EGitarre ist schon von sich aus nahe zu unterirdisch im Vergleich zu einem Mikrofon.
Leider war hier nur ein BF245C vorrätig, also musste der herhalten, obwohl nur für Uds bis 30V vorgesehen.

!Die Schaltung funktioniert nur bei Widerstands gespeisten Phantomspeisungen!


also alles auf das Frickel Board gesteckt:



und Ta Da: es geht

Bei Ugs = 4V und einem Verstärkungsfaktor von 3,7 ist das Ausgangssignal bis knapp unterhalb von Upp = 8 V Sinusförmig.
Damit ist der Mic Eingang längst überfordert. Darüber kommt das Ganze dann einseitig ans Limit.
Mit einem Verstärkungsfaktor von 1 wäre ich zufriedener. Leider sind bei der Schaltung Arbeitspunkt und Verstärkungsfaktor nicht getrennt dimensionierbar.
Mal sehen was da noch zu machen ist.

Da das ganze so schön geklappt hat:

Beinchen abknipsen und die Anschlüsse mit Fädeldraht konfektionieren, damit die SMD Bauteile mechanisch entlastet werden.

und schon ist es im Stecker verlötet. (später kommt noch ein Tropfen Heißkleber als Fixierung hinzu)

Auf der XLR Seite der 47uF/63V Abblock Kondensator

man sieht es den Steckern nicht an was nun darin steckt

Das Kabel ist einfach zu handhaben, das Rauschen ist angenehm gering. Es knallt auch nicht wenn es versehentlich "heiß" in die Gitarre gesteckt wird - oder herausgezogen.
Wichtig für die Arbeit unter Kopfhörern. Betätigungen am XLR Stecker dürften sich aber lautstark hervortun.
der Sound mit normalen PickUp ist sehr klar und deutlich. Leider übersteuern starke Humbucker den Eingang, der Headroom ist da schon knapp.

Da kein Ausgleich für die Kabelkapazität, bzw. Verstärkerimpedanz eingebaut wurde, ist der Klang heller als mit einem normalem Kabel.
In der Schaltung von Till kann R1 auf den Eingangswiederstand vom eigenen Verstärker angepasst werden. Um das Kabel zu simulieren noch einen Kondensator parallel dazu.
ca. 80pF je Meter des Lieblingskabels - je nach Geschmack anpassen. (480 pF für ein 6m Kabel)


weiteres Testen und Ausprobieren wird jetzt ein wenig dauern

 

[chris_kah]

hast Du noch mehr Informationen zu der OPV Schaltung die Du eingesetzt hast?

Hier ein leider nicht so tolles Foto:

und die Schaltung:

Ich würde heute statt 1M 2.2M nehmen. Die 12V kamen wie gesagt über das Kabel.
Die schwarzen Klötzchen rechts neben dem IC sind die beiden SMD Elkos.

Der BF245 ist für den Zweck gar nicht so schlecht geeignet, sofern man dafür sorgt, dass das Gate negativ gegenüber Source und Drain ist.
Ein Widerstand an Source hebt das Source Potential an. Wenn dann das Eingangssignal nach Masse geht, passt das schon.

Allerdings ist der BF245 ein Mimöschen und schnell beleidigt, wenn er z.B. mal zuviel statische Aufladung abbekommen hat.

Die Parallelschaltung von Kapazitäten zur Simulation des Kabels hast du ja schon selber angesprochen. In meiner Jazz Gitarre habe ich einen Umschalter vorgesehen, der das mancht.

Gruß
Christoph

 

[Zisko]

@hottube: hast du mal im Vergleich In/Out den THD bestimmt?

 

[hottube]

Der BF245 ist für den Zweck gar nicht so schlecht geeignet, sofern man dafür sorgt, dass das Gate negativ gegenüber Source und Drain ist.
Ein Widerstand an Source hebt das Source Potential an. Wenn dann das Eingangssignal nach Masse geht, passt das schon.

Normalerweise sind gegen Überspannungen an den Eingängen Clamping Dioden auf die Bezugsspannungen (meist U+ und U-) gesetzt. R2 in der Schaltung vom Till begrenzt dann den Strom über die Dioden. Leider hatte ich keine Schottky SMD Dioden griffbereit. Dein TL071 hat die bereits eingebaut, wie fast alle modernen IC. Die ersten MOS Bausteine waren ein echter ESD Fluch.
Ein bisschen hoffe ich hier auch auf den Silent Stecker, dieser hat einen eingebauten Reedkontackt, der TIP kurzschließt bis der Stecker ganz in der Buchse sitzt.

@hottube: hast du mal im Vergleich In/Out den THD bestimmt?

Das würde mich auch Interessieren
Leider habe ich da keine Messmittel zur Hand um das exakt ermitteln zu können - halt - Der Audiotester könnte es - nur Erfahrungen mit dem Programm habe ich mit dieser Klirrfaktor messung leider nicht. Zudem ist das Alesis iO2 auch noch mit in der Kette. Hier der Frequenzgang der gesamten Loop und auf max. skaliert. Für ein Qick & Dirty Kabel ist das OK. Wenn ich irgendwann mal mit meiner Reamp-Box weiterkomme, dann lege ich mehr Wert auf die Frequenzgänge.

 

[chris_kah]

Jetzt hast du etwas ducheinander geworfen.
Ich habe vom BF245 gesprochen, der ESD empfindlich ist. Außerdem ist er ein J-FET, der eine sperrende Sperrschicht als Gate braucht. Ist das Gate > 0.7V über Source oder Drain, wird die inherente Diode leitend. Daher der Hinweis mit dem negativ vorgespannten Gate.
Beim TL071 habe ich nichts von ESD erwähnt.

Der Silent Plug hilft auf jeden Fall, denn er entlädt auch beim Einstecken das Gerät, in den er eingesteckt wird. Da ist ja ein Kurschluss zwischen Tip und Ring, der erst geöffnet wird, wenn der Kragen beim Einstecken reingedrückt wird.

(Ich hatte 2 von den Silent Plugs im Einsatz. Einder davon hat sich verabschiedet. Den habe ich wieder durch einen normalen Stecker ersetzt und löse das jetzt über die MUTE / Tuner Funktion des Bodentreters.)

Gruß
Christoph

 

[hottube]

Ich denke wir tippen einfach nur aneinander vorbei

so sieht mein Vorschlag aus - sofern mit dem Silent Plug noch erforderlich. Die Schottky Dioden sind schnell genug leitend um den kurzen Impuls einer statischen Entladung abzuleiten. Wobei welche mit geringem Leckstrom benötigt werden - sonst knallt es bei stöpseln ... selbst mit SP.

 

[chris_kah]

Mein Vorschlag wäre der hier:

Damit hast du Verstärkung 1 und nicht etwa -3 wie bei deiner Schaltung.
Du könntest sogar statt R1 einen Spannungsteiler einbauen (z.B. noch 100 Ohm unter den 470 Ohm und dazwischen abgreifen) Dann müsste aber R5 auch angepasst werden (z.B. 100 Ohm)

Da hat zwar mehr Bauteile, ist aber sauberer. R3 und R4 entnehmen beide den gelichen Strom von der Phantomspannung und liefern es auf einen Spannungsversorgungsknoten.
Gesiebt mit einer 15V Z-Diode und einem 100uF 25V Elko.
Der FET ist als Spannungsfolger geschaltet.
Eingekoppelt wird das über C3 4.7uF 50 V gibt es keramisch im 1206 oder 1210 SMT Gehäuse. C2 mit R5 ist nur zur Nachbildung der Quellimpedanz auf der invertierten Ader (impedance balanced).
Die Schaltung ist die Abwandlung der von mir oben verlinkten Mikrofonschaltung.
Gruß
Christoph

 

[hottube]

inzwischen hat sich das Übersteuern der Mic-Preamp aufgeklärt - Im inneren des PC-Interfaces war im Routing noch ein Verstärkungsfaktor eingestellt.
Jetzt passt alles. Der Kondensator im XLR Stecker hat noch einen Widerstand zum entladen bekommen. 48V über GND/IN- kann eine unschöne Überraschung werden.
Das Kabel ist einfach zu nutzen - nur halt etwas abseits der vorgesehenen Spezifikation für Symmetrische Quellen für gespeiste Mikofoneingänge.

Von daher interessiert mich jetzt doch die Schaltung von Christoph als Vergleich.
@chris_kah weist Du welche Spannung über R1 abfallen soll? (Ugs?) oder welcher Ruhestrom vorgesehen ist? (Post #10)

 

[chris_kah]

Wenn ich mal bei der Arbeit ein bisschen Zeit habe, könnte ich das mal auf ein Steckbrettchen stecken (J1, R1,R2, R6 mit Netzgerät statt Z-Diode).
Bei den BF245 gibt es ja verschiedene Typen (A, B, C), die eine untersciedliche Charakteristik haben.
Mal ein Beispiel für den B- Typ: der schnürt ab zwischen 1.6 und 3.8 V und kann maximal 6 - 15 mA. Wenn ich mit 2V und 2mA dimensioniere, müsste ich 1kOhm für R1 (und dann auch R5) nehmen.
R2 ist eigentlich nicht zwingend erforderlich, er nimmt nur einen Teil der Verlustleistung auf.
Eigentlich hatte ich ja gar nicht vor da tiefer einzusteigen, weil das gerade für mich gar kein Thema ist. Es kann durchaus ein bisschen dauern, bis ich Ergebnisse habe.

Gruß
Christoph

 

[smartin]

was genau ist die unschöne Überraschung? Eine gepfeffert?

 

[hottube]

@smartin Es könnte laut knallen, wenn sich der Elko über den Eingang eines nachfolgenden Gerätes entlädt - wer schaltet schon alle Geräte aus beim Verkabeln.
Auch zerstören wäre in seltenen Fällen möglich. An der Berührungsspannung liegt es nicht.

@chris_kah danke für die Parameter

ergänzt:
gerade noch mal den Gain-Plan gemessen und nachgerechnet.

Die Gitarre mit dem größten Peak Output* liefert 3,4Vpp entsprechend 1,2Veff und 3,8dBu
Unter Belastung hat die Schaltung tatsächlich eine Dämpfung. Bei Uin 3,4Vss und Uout 1,32Vss entsprechend -8,2dB (mit Sinusgenerator nachgestellt)

Damit haben wir dann -4,4dBu am Mikrofoneingang. Was nun auch eindeutig zu den VU Meter Angaben von Interface und DAW passt.

*) Gemessen mit einem DSO im Rollmode und aktivierter Upp Messung

 

[smartin]

hmmmmm.....auch nicht geil....

 

[hottube]

@hottube: hast du mal im Vergleich In/Out den THD bestimmt?

Das hat jetzt etwas länger gedauert...
funktionierte dann aber besser als erwartet.

die THD (Total Harmonic Distortion +Noise um genau zu sein) Analyse hat schließlich genau das ergeben, was zu vermuten ist. Der FET hat eine gekrümmte Kennlinie, woraus sich harmonische Verzerrungen ergeben. Je stärker der Pre-Amp ausgesteuert wird - um so größer werden die THD.

bei einem Signal am Eingang des Kabels:
Uein (pp) THD (Signal 440 Hz)
4,24V 0,75%
2,7V 0,45%
0,9V 0,16%



Die 4,24 V repräsentieren den Augenblick in dem das Plektrum die Saiten mit maximaler Härte getroffen hat. 2.7V entsprechen aggressiv angeschlagenen Saiten.
0,9V entspricht einem lauten Gitarrenton.


verglichen mit dem Signal, 1:1 direkt per Mono-Klinkenkabel. Deutlich sind hier die 50Hz und Harmonischen aus dem Netz/ Netzteilen zu erkennen. (die 50Hz sind vermutlich ausgelöscht, dass kann so nicht real sein !) Die THD+N werden hier vom Brumm (Noise) verschlechtert. (Brummschleife)


ohne Signal sieht es so aus, ebenfalls mit Brumm:


Dramatisch sind die Werte für die Preamp-im-Kabel-Schaltung nicht, besonders wenn man in Betracht zieht was noch in der Signalkette auf den Ton zukommt

Auch hier ist aus den Messwerten nicht abzulesen - ob das was Klanglich dabei herauskommt dem Gitarrenkünstler gefällt oder auf Ablehnung stößt.
Als Anhaltspunkt: THD bis 1% gelten als für Menschen nur schwer wahrzunehmen.

Bezüglich der Schaltung:
Dem THD kommt die große Spannung Uds von etwas über 30V zu gute. Da auch Ugs größer als Uss(max)/2 ist, halten sich Verzerrungen noch in Grenzen, nehmen bei größeren Eingangsspannungen dann aber deutlich zu. Der Brumm ist deutlich nachweisbar. Sobald eine Gitarre angeschlossen wird, ist der Brumm den die Gitarre einfängt dominant, so dass weitere Maßnahmen an der Schaltung nicht nötig sind.

Nicht einordnen kann ich die Messwerte die sich aus einer Messung mit dem 2-Ton Signal ergeben. (440Hz / 500 Hz)
Hier werden deutliche Intermodulation sichtbar, die ich in der Größenordnung so nicht erwartet habe - nicht bei NF Signalen.

4,24V 2,7V 0,9V 440Hz/500Hz
(die THD Angaben haben hier keine Aussagefähigkeit!)


gemessen mit: http://www.audiotester.de/

 

[hottube]

So nun der Projektabschluss und Nachtrag.

Nach nun vielen Wochen, habe ich das Kabel schätzen gelernt. Es ist einfach zu handhaben, und liefert klanglich angenehme Ergebnisse. Es wird also weiterhin seinen festen Platz bei mir haben.
Wer es nachbauen möchte, findet bei Till die passende Anleitung - aber auch die Entsprechenden Hinweise, unter welchen Bedingungen das Kabel eingesetzt werden kann. (siehe erster Beitrag)

Wenn die Gitarre mit dem Kabel zu stark anders klingt, lassen sich die Feinheiten mit dem Tonregler der Gitarre anpassen. Wird mehr benötigt: Da dem Kabel die typische Kabelkapazität fehlt, kann diese im Stecker nachgerüstet werden. Die Grundlagen finden sich beim Onkel:https://www.musiker-board.de/threads/die-klangeinstellung-in-der-elektrogitarre.188360/



Weiter führende Informationen und Quellen:
Die von mir für die Dimensionierung der max. Pegel herangezogenen Spannungen sind gewaltige Spannungsspitzen, die tatsächlichen Pegel einer Gitarre liegen weit darunter! Bei den realen Pegeln fallen THD+N so wie Intermodulation im Klangergebnis nicht mehr groß auf. Besonders wenn man bedenkt, was in einer normalen analogen Signalkette dem Gitarrenton zugemutet wird. (Bodentreter, Verstärkereingang, Zerrstufen, Endstufe, Ausgangsübertrager und Lautsprecher)

Wer dennoch bessere Messwerte erwartet - wird auf Operationsverstärker zurückgreifen müssen. Ein verbesserter diskreter Aufbau würde erheblich mehr Entwicklungsaufwand erfordern. Wobei der Platz im Silent-Plug Stecker begrenzt ist. Aufwändige Schaltungen benötigen dann ein eigenes Gehäuse - was mich letztlich davon abgehalten hat weiter in diese Richtung zu gehen. Die Versuche mit der von Chris_kah vorgeschlagen Balenced ImpedanceTechnik hat auf dem Bread-Board keine nennenswerte Verbesserung gebracht. (Wobei die Symmetrie in dem Mic-Preamp hier auch eine Rolle spielt, was aber nicht näher untersucht wurde)


Einen - wenn auch theoretischen - Vergleich unterschiedlicher diskreter Schaltungskonzepte ist hier zu finden:
James Boyk and Gerald Jay Sussman, "Small-Signal Distortion in Feedback Ampliers for Audio" 2003, http://www.its.caltech.edu/~musiclab/feedback-paper-acrobat.pdf
Interessant ist hier die Untersuchung der von Till verwendeten Schaltung (with Source fedback), und den real gemessenen THD+N/ Intermodulation. Diese entsprechen sehr gut den von den Autoren in dem Artikel simulierten Verhalten.

Über die Verzerrungen in JFET Verstärkern:
Kenneth A. Kuhn, Distortion in JFET Amplifiers, 2008, http://www.kennethkuhn.com/students/ee351/jfet_distortion.pdf

Über die Verzerrungen in Operationsverstärkern:
Analog Devices, Tutorial MT-053
http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-053.pdf

Vielleicht ist das ja für den Ein oder Anderen Interessant - für Weiter- oder Eigenentwicklungen.


vielen Dank für Eure Vorschläge und Informationen.