Highfideler Cinch Umschalter

Anleitungen zum Nachbau sind dringendst erwünscht. Wir können alle voneinander lernen.
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Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Mi 28. Mär 2018, 08:45

Hallo zusammen,

wie bereits hier beleuchtet, möchte ich im Folgenden einen wirklich highfidelen Cinch Umschalter bauen, getreu dem Motto "Das beste aus beiden Welten". Während das Schalten des Audiosignals mit altertümlichen, aber dafür natürlich irrsinnig highfidelen Relais erfolgt, ist die Auswahl der Ausgänge und die intelligente Beschaltung über eine Physical-Computing-Plattform namens Arduino realisiert. Natürlich wäre es auch möglich, eine Grundfunktion über eine reine Schaltung, ohne Intelligenz, zu realisieren. Viel eleganter erscheint es mir aber, stattdessen digitale Ein- und Ausgänge zu benutzen. Alleine die Software entscheidet später über den Funktionsumfang und die Möglichkeiten, die das fertige Gerät bieten wird. Änderungen sind jederzeit möglich.


In den nächsten Tage möchte ich hier abbilden, was ich zur Vorbereitung gemacht habe, wie Schaltung und Software aussehen (können) und welche Teile benötigt werden.


Dominik :sheep:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Do 29. Mär 2018, 14:59

Weihnachten :coffee:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Robodoc » Do 29. Mär 2018, 20:44

Lichterkette :wacko:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Sa 31. Mär 2018, 23:13

Fast, aber noch nicht ganz...

Ich muss mein Vorgehen etwas umstricken, habe ich gestern festgestellt. Das sollte aber kein Problem sein. Bis ich erste Ergebnisse zeigen kann, versuche ich euch die dahinter steckende Theorie etwas näher zu bringen. So gut ich das eben kann, ich bin weder Elektroniker, noch Elektriker, noch Programmierer oder sonstwas in dieser Richtung.

Wie dem auch sei. "Das Beste aus beiden Welten" bedeutet, dass das Herzstück, der Arduino Nano, Taster (als Eingänge) abfragen und Relais (als Ausgänge) gemäß Programmierung ansprechen soll. Kommen wir zuerst zu den Eingängen. Alle I/Os des Arduino können prinzipiell als digitale Eingänge definiert werden. In diesem Modus können sie nur zwischen LOW (~0V) und HIGH (~5V) unterscheiden. Man könnte denken, einfach einen Taster zwischen +5V und den Eingang zu setzen und diesen abzufragen. Das wäre aber eine sehr unstabile, weil "schwebende" Geschichte. Im "offenen" Zustand besteht die Gefahr, dass der sensible Eingang ein HIGH erkennt, wo gar keines ist. Wesentlich stabiler wird die Auswertung des Eingangs, wenn man ihn zwangsweise HIGH oder LOW setzt und dann per Druck auf den Taster den jeweils anderen Zustand erreicht. Man nennt diese Möglichkeiten Pullup bzw. Pulldown. Bei meinen Überlegungen haben ich mich an dieser Seite orientiert: https://www.elektronik-kompendium.de/si ... 006051.htm

Im 4. Abschnitt ist diese Grafik zu finden, die exakt erklärt, worauf es ankommt. Ich setze für meine Pulldown Konfiguration auf 10kOhm Widerstände. So liegen im nichtgedrückten Zustand des Tasters sicher 0V am jeweiligen Eingang an.

Bild
Quelle: http://www.elektronik-kompendium.de/


Jeder der 5 Eingänge, die ich für mein Vorhaben benutzen möchte, wird auf diese Weise ausgeführt.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » So 1. Apr 2018, 19:21

Kommen wir zum Aufbau der Ausgänge. Wie bereits beschrieben möchte ich Relais durch den Arduino bedienen lassen, um die Signalwege vom Audio-Eingang zum jeweiligen Audio-Ausgang durchzuschalten. Zwar wäre es, was die Spannung angeht, möglich, Relais direkt mit dem Arduino zu bedienen, allerdings ist die Stromlieferfähigkeit des Arduino dafür (wahrscheinlich) nicht ausreichend, schon gar nicht, wenn mehrere Relais (gleichzeitig) bedient werden müssen.

Wie ich mir den Aufbau vorstelle, kann man hier gut erkennen: https://www.mikrocontroller.net/article ... _ansteuern Ich baue gewissermaßen diese Schaltung auf der linken Seite nach.

Bild
Quelle: http://www.mikrocontroller.net


Das digitale HIGH aus dem Ausgang des Ardiuno wird, an R2 angeschlossen, mit seinen ~5V dafür sorgen, dass der Transistor Q2 durchschaltet und damit das Relais bedient, das daraufhin anzieht und die Audio-Signalwege für R und L freigibt. Parallel zur Spule des Relais wird eine sogenannte Freilaufdiode verbaut. Diese schützt den Transistor vor dem Spannungsstoß, der beim Abschalten des Relais unweigerlich auftritt.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » So 1. Apr 2018, 20:18

Und so schaut mein erster Entwurf eines primitiven Versuchsaufbaus aus. Soll einfach dazu dienen, den Eingang zu beschalten und zu sehen, ob der Transistor am Ausgang durchschaltet, wie gewünscht.


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Edit: Läuft. Unbelegt gibt mein DMM einen "unendlichen" Widerstandswert zwischen Emitter und Kollektor aus, durchgeschaltet werden 16,6 Ohm angezeigt :top: Wobei ich hier anmerken möchte, dass ich im Moment nur die USB Leitung vom PCs zur Spannungsversorgung benutze. Das Kabel zur stabilisierten, etwas leistungsfähigeren Versorgung muss erst noch erschaffen werden. Und natürlich liegt am Transistor keine zu schaltende Last an. Der gemessene Widerstandswert besitzt für sich genommen überhaupt keine Aussagekraft - außer, dass er klein und nicht "unendlich" groß ist.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Do 5. Apr 2018, 18:45

Läuft wie geschmiert :yeah:


Ich hatte leider vergessen, eine Europlatine zu bestellen, um den Prototypen aufzubauen. Darum musste ein dickes Stück Karton herhalten, was bei diesen Spannungen und Leistungen überhaupt kein Problem darstellt. Noch eben die aktuelle Softwareversion aufgespielt, schon funktioniert alles wie vorgesehen.

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Wie "erwartet" hatte ich die Pinbelegung der Relais falsch umgesetzt. Ein Glück habe ich zuerst einen Karton benutzt, anstatt gleich eine Platine anfertigen zu lassen. Das wird aber der nächste Schritt sein. Jetzt muss ich mir nur noch eben beibringen, wie man sowas macht.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Sa 7. Apr 2018, 20:54

So, das Layout der Schaltung habe ich auf eine relativ kompakte Platine übertragen, mit samt dem Arduino Nano. Die Relais platziere ich gezielt nicht auf der Patine, um die Steuerung von den Audio Signalleitungen zu trennen und Letztgenannte möglichst kurz zu halten. Über das Layout muss ich natürlich mit etwas Abstand nochmal drüber schauen, um kleine Verbesserungen vorzunehmen. Alles ist im Moment auf einen Eingang, 4 Ausgänge, 5 LEDs und 5 Taster ausgelegt. Andere Konfigurationen sind denkbar, z.B. auch mehrere, gegeneinander verriegelte Eingänge.


Bevor ich die Platine(n) bestelle: Hat jemand Interesse an einem solchen oder ähnlichen Umschalter? Die Hardware kann zum aktuellen Zeitpunkt noch innerhalb gewisser Grenzen angepasst werden, bei der Software herrscht völlige Flexibilität - jetzt und später :coffee:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Robodoc » So 8. Apr 2018, 07:42

Super Projekt ... danke für die ausführliche Beschreibung hier :pray:
Wenn ich nur wüsste, wozu ich so ein Gerät brauchen könnte :smoke:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » So 8. Apr 2018, 07:54

Klar, sowas braucht nicht jeder. Und diese Umsetzung eignet sich auch nicht für jeden Einsatzort, da immer eine separate Spannungsversorgung benötigt wird. In meinem Fall ist das der PC, Steckernetzteil oder Smartphone Ladegerät wären aber auch möglich.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » So 8. Apr 2018, 15:30

So, ich habe nochmals ein paar Stunden in den Entwurf der Schaltung und das Layout der Platine gesteckt. Mein "Fehler" war, mich einzig auf meinen singulären Anwendungsfall, einen single ended Audioumschalter, zu fokussieren. Letztlich ist diese Platine aber nicht mehr als ein großes shield für den Arduino Nano R3, wo Taster als Eingänge und LEDs bzw. Relais als Ausgänge beschaltet werden können - vollkommen unabhängig vom eigentlichen Szenario. Nach dieser Erkenntnis habe ich die Schaltung gewissermaßen aufgebohrt, wonach jetzt bis zu 8 Taster, 6 Relais und 6 LEDs eingesetzt werden können. Wobei LEDs und Taster je nach verwendetem Widerstand und Software teilweise gegeneinander ausgetauscht werden könnten.

Für meinen Anwendungsfall brauche ich einen einfachen, unbeschalteten Audio Eingang, 5 Taster (Input 1, Input 2, Input 3, Input 4, Mute), 5 LEDs entsprechend der Taster und 4 Relais um die Ausgänge zu beschalten.

Alternativ könnten bei gleicher Hardware auch 2 der Relaisausgänge benutzt werden, um zwei (gegenseitig verriegelte) Eingänge gegen z.B. 4 Ausgänge schalten zu können.

Oder je zwei Relais schalten einen balanced Audioeingang (R+, L+, R-, L-) auf einen von 3 Ausgängen.


Für meinen Fall reicht mein erster Entwurf des PCBs funktional und qualitativ vollkommen aus. Trotzdem kann man nie wissen, was noch kommt. Allein die Bestückung der Platine und insbesondere die Programmierung entscheiden, welche Funktion das Gesamtkonstrukt erfüllen kann :sheep:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Daiyama » Mo 9. Apr 2018, 20:13

Ich könnte einen Cinch Umschalter für 2 Digital (Spdif) Quellen auf einen Ausgang gebrauchen. Ist da dein Umschalter für zu verwenden oder würde da ein einfacher mechanischer Umschalter auch reichen?

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Mo 9. Apr 2018, 20:55

Mein System könnte das auch leisten. Da es sich in deinem Fall (schätzungsweise) um digitale PCM Signale handelt, reicht ein einfacher, mechanischer Umschalter sicher aus. Du musst nur darauf achten, dass die jeweils gewählte Gesamtverbindung einen Widerstand von 75 Ohm aufweist.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Daiyama » Mi 11. Apr 2018, 22:00

Ah ok, die 75ohm Anpassung macht das cinch zu xls Adapter Kabel (AES/EBU) von Funk.
Dann habe ich noch nicht ganz verstanden, was Dein Umschalter genau macht. :fpalm:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Do 12. Apr 2018, 17:30

Daiyama hat geschrieben:Ah ok, die 75ohm Anpassung macht das cinch zu xls Adapter Kabel (AES/EBU) von Funk.

Perfekt :top:

Daiyama hat geschrieben:Dann habe ich noch nicht ganz verstanden, was Dein Umschalter genau macht. :fpalm:

Im Falle der einfachsten Programmierung macht er nichts anderes als z.B. Geräte wie dieses hier: https://www.amazon.de/HQ-ASWITCH-3-3-Fa ... 8PWPV652CX

Nur eben mit der Möglichkeit der maximalen Flexibilität und der zwangsweise perfekten Kanalgleichheit. Mein System benutzt "dumme" Taster als Eingänge, "dumme" LEDs und "dumme" Relais als Ausgänge. Alleine die Software legt hinterher fest, wie LEDs und Relais auf das Betätigen der Taster reagieren - komplett flexibel in jeder Hinsicht.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » So 15. Apr 2018, 11:07

Nachdem ich von einem sehr viel erfahreneren DIYer Tipps bzgl. des Layouts erhalten habe, konnte das PCB sehr viel einfacher werden. Meine Lösung hätte zwar sicherlich auch funktioniert, wäre aber eben sehr viel aufwändiger in der Herstellung - und im Preis. Mir fehlte es schlichtweg an Grundlagen des Schaltungsdesigns auf Leiterplatten, da muss ich ehrlich sein :fpalm: Stichwort Massefüllung...

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Ich werde die Bestellung so, ergänzt um einen 7. Tastereingang, aufgeben. Kurzentschlossene können sich bis heute Abend gerne für 12€ je Platine inkl. Versand innerhalb Deutschlands anschließen.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Sa 21. Apr 2018, 16:04

Was macht man bei dem schönen Wetter an einem Samstag Nachmittag? Mit dem B400 in den Ohren auf dem Balkon sitzen und 200 Zeilen Arduino Code für die Standard-Ausführung des Relay Audio Switch V1.0 runter schreiben.

Den Code möchte ich nicht allumfassend posten, die Funktionen lassen sich auch so recht einfach beschreiben.


Beim Einschalten passiert zunächst nichts, alle Relais sind offen, alle LEDs aus. Es werden dauerhaft die Zustände der insgesamt 7 Taster als Eingänge abgefragt. Wird einer der Taster 1 bis 6 betätigt, werden aktiv, also unabhängig vom aktuellen Zustand, mit einer kurzen Verzögerung alle LEDs ausgeschaltet und die Ansteuerung aller Relais aufgehoben. Nach einer kurzen Wartezeit wird dann die diesem Ausgang zugeordnete LED eingeschaltet und das entsprechende Relais angezogen. Durch diese Programmierung können nie zwei Ausgänge parallel benutzt werden, was gut für die meisten hochohmigen Ausgänge von DACs, etc. ist. Dieser Zustand bleibt jedenfall bestehen, bis ein anderer Taster bedient oder die Stromversorgung unterbrochen wird. Taster 7 löst Mute aus, d.h. es werden aktiv, also unabhängig vom aktuellen Zustand, mit einer kurzen Verzögerung alle LEDs ausgeschaltet und die Ansteuerung aller Relais aufgehoben. Dann bleiben bis auf Weiteres alle Ausgänge stumm und alle LEDs aus.

Das Schöne an dieser Art der Umsetzung ist, dass sämtliche Funktionen, die im Inneren ablaufen, nach Belieben durch die Programmierung des Arduino angepasst werden können. Zwischen den Eingängen und den Ausgängen besteht keine physische Verbindung und auch sonst keine Abhängigkeiten.


# Soll beim Einschalten Ausgang 3 durchgeschaltet werden?

# Sollen alle LEDs beim Einschalten einmal blinken?

# Sollen bis zu 2 Ausgänge gleichzeitig durchgeschaltet werden, bei der Betätigung des dritten Tasters soll der erste Ausgang stumm geschaltet werden?


Es geht wirklich alles :coffee:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Fr 27. Apr 2018, 19:45

Und hier sind die guten Stücke auch schon. Die Qualität ist wirklich sehr gut, da kann man bedenkenlos wieder bestellen. Die Kantenlänge der Boards beträgt übrigens sparsame 65x65mm.

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Eine Platine habe ich gleich mit Dioden, Transistoren und Vor- und Pulldown-Widerständen (diese sind allerdings nicht zu sehen, da sie sich unterhalb des Arduinos befinden) bestückt. Nicht vollständig, wie zu sehen ist, sondern an meinen Bedarf angepasst. Auch der Arduino ist schon an Bord.

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LEDs und deren Vorwiderstände fehlen noch. Da muss ich mal noch etwas beim Elektronikhandel stöbern, was ich schönes finde. Die LEDs dürfen gerne zylindrisch und relativ dunkel sein. Weißes, diffuses Licht wäre schön. Und natürlich darf die Stromaufnahme nicht zu groß für den Arduino werden, am besten <25mA.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Robodoc » Fr 27. Apr 2018, 20:32

:top:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Fr 4. Mai 2018, 20:30

It's alive :mad:

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Die Relais habe ich bereits auf ein dünnes Stück MDF geklebt und per AWG26 Leitungen mit dem PCB verbunden. Die beiden Leitungen oben rechts repräsentieren im Moment die provisorische Spannungsversorgung. Die roten LEDs sind im Moment nur gesteckt, Taster und Cinch-Buchsen fehlen noch völlig. Erst wenn das Gehäuse hier ist, kann ich an der Hardware weiter machen. Die Software ist funktional fertig, vielleicht baue ich noch eine Einschaltanimation ein - just for fun. Die leuchtende LED ca. in der Mitte des Bildes signalisiert den Mute-Modus. Die 4 anderen LEDs zeigen jeweils den durchgeschalteten Ausgang an.

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon SchwarzeWolke » Fr 4. Mai 2018, 20:45

Sehr cool! Mal sehen, vielleicht melde ich auch noch mal, wenn eine zweite Bestellung aufgenommen wird.
:mrgreen:

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Re: Highfideler Cinch Umschalter

Beitragvon Firschi » Sa 5. Mai 2018, 10:04

Ich kann dir ein PCB zum Selbstkostenpreis schicken, wenn du Bedarf hast. BOM gäbe es natürlich dazu.


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