8-Kanal Multiroom Audio Controller+Verstärker auf piCorePlayer Basis

[Tauri]

Gut, ihr habt mich überzeugt.
Jetzt hänge ich noch am Netzteil. Leider gibt die Bastelkiste nichts vernünftiges mehr her. Die letzte Stunde bin ich zwischen Notebook-NT, Universal-NT und jetzt einem Schaltnetzteil von Mean Well hin und her geschwankt. Preislich gibt es sich alles nichts, aber beim Schaltnetzteil steht wenigstens mal der Wirkungsgrad dabei.

[mfd]

Der Wirkungsgrad allein sagt wenig aus. Bei so einem Aufbau wird eigentlich nie die maximale Auslastung erreicht. Interessanter wäre wohl eher die Leistungsaufnahme im Leerlauf. Da sind "Industrienetzteile" wie das gezeigte MW oft im Nachteil. Diese sind eher auf Langlebigkeit und andere Aspekte hin optimiert. Ein für unseren Zweck "gutes" Netzteil sollte IMHO <<1W im Leerlauf verbrauchen.
Ich würde irgendein Notebooknetzteil testen. Wenn man lieber ein "Markengerät" möchte kann man für den Preis auch ein gebrauchtes Originalnetzteil nehmen.

[petemitchell]

Ja das stimmt , habe bei mir ja ein MW Netzteil verbaut weil ich es noch daheim hatte. Aber mfd hat schon recht, mit geringerer Leistungsaufnahme im Leerlauf ist da nicht viel . Werde da wohl auch nochmal tauschen!

[mfd]

Leider gibt kaum ein Hersteller die Leerlaufaufnahme für seine Geräte an, das ist in der heutigen Zeit eigentlich ein Unding. Gerade in dem Bereich Gebäudetechnik (von Radiowecker, Drucker, Türsprechanlage über Netzwerkswitch bis hin zum Hutschienennetzteil) wäre es mehr als sinnvoll auch anhand solcher Gerätedaten vergleichen zu können. Schließlich läuft der ganze Kram ja rund um die Uhr...

Ich hänge nach einem Neuerwerb das jeweilige Gerät immer erst an ein Energiemessgerät und entscheide danach, ob es ins Gebäude aufgenommen wird. So lassen sich schnell mal ein paar Watt einsparen.
Wenn man bedenkt, dass man für 2 Watt Einsparung schon wieder mehr als 10 neue KNX-Teilnehmer aufnehmen kann...

[Hochpass]

So habs nun auch rauschfrei und knackfrei am laufen.
Gain auf 26 dB geändert, Mute auf dem Verstärkerboard von Pull down auf pull up geändert und Versorgungsspannung niederimpedant ohne langen Draht angebunden. Leitung zur Soundkarte sehr kurz gehalten.

Leider einen Verstärker gehimmelt daher Fotos erst später.

[papaarrugada]

Ich hab bei mir jetzt auch einen 4-fach piCorePlayer als Test aufgebaut. Allersdings kämpfe ich momentan noch mit einem nervigen Störsignal, das man sehr gut in den Lautsprecher hören kann.
Ich habe für den Raspi und die Verstärkermodule verschiedene Netzteile verwendet.
Sobald ich die Masse der Spannungsversorgung eines zweiten Verstärker-Modules am ersten anschliesse, kommt dieses Signal. Es ist ein deutliches Zirpen hörbar.
Entfernen kann ich das Störsignal auch, wenn ich den zugehörigen zweiten Klinkenausgang der Soundkarte abstecke.
So wie es aussieht sind die Signalmasse (Audiosignal) über das Verstärkermodul mit dessen Spannungversorgung irgenwie verbunden.

Hat hier jemand bitte einen Tipp?
Mache Ich hier grundsätzlich etwas falsch?

[magiczambo]

Ich hätte mal ne Frage an diejenigen die den piCorePlayer mit mehreren Instanzen am laufen haben. Habt ihr es hinbekommen, dass AirPlay auf allen funktioniert? Bei mir zeigt's nur die "Hauptinstanz" an auf iPad/Phone. Die anderen nicht.

[mfd]

So wie es aussieht sind die Signalmasse (Audiosignal) über das Verstärkermodul mit dessen Spannungversorgung irgenwie verbunden.

Das ist ganz sicher so, nachdem es bei deinen Verstärkermodulen (ohne zu wissen welche verwendet wurden) sicher keine galvanische Trennung vom Eingangssignal zum Rest der Schaltung gibt. Außer du hättest Studioequipment im Einsatz...

Vermutlich ist es so, dass die allermeisten auf Probleme mit Störgeräuschen stoßen, da das mit der Masseführung leider keine so einfache Sache ist, besonders wenn auch noch Schaltnetzteile in Kombination mit Computertechnik in der Schaltung vorkommen.

Es gibt verschiedene Ansatzpunkte:
Stromversorgung Raspi und Verstärkermodule galvanisch trennen; dabei ist dann zu beachten, dass keine masseführenden Teile doch wieder irgendwo verbunden werden, z.B. über das (Metall-)Gehäuse. Also Raspi weg vom Gehäuse, Netzteile, Verstärkermodule usw.

Masseführung komplett über Raspi -> Soundkarte -> Verstärkermodule;
So habe ich es bei einem kleineren Projekt mit nur einem Stereoausgang (10W Amp) gelöst, dabei wird alles von einem Netzteil versorgt (16V für Amp, Step-Down-Wandler 5V für Raspi) und das Massesignal geht über den Raspi und den DAC zum Verstärker. Ein so sauberes Signal habe ich selten erlebt. Klappt eher nicht bei großen Leistungen, da sonst der komplette Strom über Raspi/USB-Buchse usw. laufen müsste...

Zumindest sind das Punkte wo man ansetzen könnte. Ansonsten hilft sich mit dem Thema "Verstärker Masseführung" genauer zu beschäftigen -> Google.
Falls ich mal Zeit und passende Hardware finde um ein störungsfreies Setup ootb zu bekommen werde ich das hier sicher kundtun.

[Hochpass]

Da die Audioausgänge der Soundkarte nicht galvanisch getrennt oder differentiell übertragen werden gibt es bei diesem Konzept jede menge Masseschleifen und dadurch Gleichtaktstörungen. -> Geht nicht anders sonst muss man das anders bauen oder alles auf eine Leiterkarte bringen. Dafür sind die Verstärker aber leider viel zu billig
Na dann fasse ich mal die Punkte zum Optimieren zusammen:

1. Masseverbindungen der Versorgungsspannung zwischen den Modulen so kurz und so dick wie möglich bzw. niederimpedant wie möglich. Ggf. 0,5 cm 1,5mm^2 oder 2,5 mm^2 nehmen und direkt zwischen die Module löten. Die Anordnung von MFD ist schon ideal so dass die Masseanschlüsse so nahe wie möglich beieinander liegen. Dann gerade durchverbinden.
Damit ist gewährleistet, dass die Module nahezu auf dem gleichen Potential liegen auch selbst wenn die Module unterschiedlich Strom ziehen. Auf einer Leiterkarte würde man die Verstärker auf einer Massefläche niederimpedant anbinden um Potentialdifferenzen zwischen den Verstärkern so gering wie möglich zu halten.
2. Zuleitungslänge zum Netzteil ist icht relevant wenn das Netzteil galvanisch getrennt ist. Einspeisepunkt am mittlersten Verstärker wählen damit maximal der Strom von 4 Verstärkern auf der Masse von Verstärker zum Einspeisepunkt fließt.
3. Ein Elko am Einspeisepunkt kann helfen den Spannungsripple vom Netzteil zu reduzieren (hängt vom Netzteil ab hat bei mir nicht mehr viel gebracht)
4. Es kann helfen, die Massen auf der Soundseite des Verstärkers genau so zu verbinden wie in 1 und zwischen soundkarte und Verstärkerblock nur genau 1 Masse anzuschließen.

1-4 Adressiert die Versorgungsspannung und reduziert Masseschleifen auf ein Minimum

5. Reduzierung vom Gain des Verstärkers
Die Module sind so konfiguriert dass ein Gain von 32 dB eingestellt ist. Dies entspricht eine Verstärkung um den Faktor 40. Gehen wir mal davon aus, dass die Soundkarte ca. 1Vpeak lliefert (sorry ich kanns nicht messen, hab nur Oszi auf der Arbeit) dann wären dass 40 V auf der Lautsprecherseite. Wer ein Notebooknetzteil mit ca. 20 V verwendet hat dann eh ein Problem. Der Verstärker läuft relativ schnell ins Clipping (Endanschlag) ohne dass die Soundkarte maximalen Ausgangspegel liefert.
Das zweite Problem: Auch Rauschen der Soundkarte und Restgleichtaktstörungen die nicht mehr beeinflusst werden können, werden mit dem Faktor 40 Verstärkt.
-> 32dB gain sind viel zu hoch für ein Notebooknetzteil.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpa3118d2.pdf
26dB (Faktor 20) Verbessert signal to noise ratio dazu muss der 0603 39k gegen 20k getauscht werden.
20dB (Faktor 10) Verbessert signal to noise ratio noch weiter und der 0603 100k muss entfernt werden. Das kann bei noch geringerer Versorgungsspannung Sinn machen oder wenn die maximale Lautstärke eh nicht abgerufen werden soll.
Wer 20dB konfigurieren möchte aufpassen, da sind mehrere 100k Widerstände auf dem Verstärkermodul drauf->durchbimmeln, dass der richtige genommen wird.

6. Synchronisieren der Schaltfrequenzen der Verstärker.
Die Schaltfrequenzen der Verstärker liegen weit außerhalb des hörbaren Bereichs. Da aber jeder Verstärker einen eigen Oszillator hat sind die Oszillatorfrequenzen und damit die Schaltfrequenzen minimal unterschiedlich. Der Ripplestrom des Class-D Verstärkers ist auch auf den Versorgungsleitungen sichtbar wenn auch gefiltert durch die Stützelkos (aber nie ganz weg). Dadurch dass die Schaltfrequenzen nicht synchron sind, kommt es auf der Versorgungsspannung/Masse zu Schwebungsfrequenzen die als Gleichtaktstörungen in das Audiosignal einkoppeln. Dies kann verhindert werden in dem man die Schaltfrequenzen synchronisiert. Dazu muss man einen Verstärker als Master konfigurien und die anderen als Slave. Dann müssen die Sync pins miteinander verbunden werden. auf einer PCB würde man das so machen, war mir aber hier zu viel Gefrickel. Deshalb habe ich drauf verzichtet.

Mit 1-5 hab ich schon ein nahezu rauschfreies System hingebogen. Ab 30 cm nicht mehr hörbar.

[mfd]

Mit 1-5 hab ich schon ein nahezu rauschfreies System hingebogen. Ab 30 cm nicht mehr hörbar.

Das kann ich so unterstreichen. Allerdings habe ich bei mir auf die Reduktion der Verstärkung an den Modulen verzichten können.
Module die mit einstellbarem Verstärkungsfaktor geliefert werden (gibt es gelegentlich) wären hier aber von Vorteil.
Ohne nachgemessen zu haben: Sollte sich die Soundkarte an "Consumer-Standard" halten und max. 0,7V am Ausgang liefern wäre Faktor 26 mit einem 19V Netzteil wohl ideal.
Das Absenken der Volume-Pegel an den Ausgängen der Soundkarte (alsamixer) auf maximal erforderlichen Pegel hat bei mir auch einiges gebracht.

Und mit Deckenlautsprechern ist "rauschfrei ab 30cm Abstand" bei mir vollkommen ausreichend.

[papaarrugada]

Vielen Dank für die Antworten und Ideen.
Ich finde die letzten beiden Postings sehr gut und habe gehofft, daß in das Thema Rauschen nochmal Bewegung reinkommt.

Den Gain der Verstärkermodule habe auch ich auf 26dB reduziert und ich unterscheide auch zwischen zweierlei unterschiedlichem Rauschen. Das Grundrauschen der Verstärker ist ja eigentlich nicht das Problem.
Wenn die Masseführung nicht beachtet wird (so wie von mir anfangs) entsteht das deutlich hörbare Zischen sobald ein zweiter Klinkenstecker am DAC angeschlossen ist.

Den Tipp mit dem Master/Slave Mode habe ich auch hier gefunden

http://www.diyaudio.com/forums/index.php

Und als Punkt 7 könnte ich noch das Einschleifen von sog. Mantelstromfiltern

https://www.amazon.de/gp/product/B01...?ie=UTF8&psc=1

oder Übertragern

https://www.ebay.de/itm/10Stuck-Audi....c100005.m1851

vorschlagen.
Diese Massnahmen gehen evtl. auch auf die Soundqualität, aber reduzieren durch galv. Trennung jedenfalls diese Masseschleifen.
Für mich jedenfalls auch noch eine Option.

[Hochpass]

Bezüglich Gleichtaktstörungen ist der Übertrager sicher das Effizienteste. Da wir nicht über High End Audio sprechen sicher o.k. wenn die Übertrager nicht alle Frequenzen durchlässt und durch ggf. Ferrit- oder Eisenkerne nichtlinear wird. Lästig, dass es dazu keine Datenblätter gibt. Aber solche Übertrager haben auch parasitäre kapazitäten von der primären auf die sekundäre Seite. Da Rauschen eher breitbandige Störungen sind könnte das auch noch nicht 100% klappen. Versuch macht kluch. Für niederfrequente Störungen bsp. 50Hz brummen natürlich gut.

Aber du beschreibst den anderen weg. Man kann die Masseführung richtig machen oder aber man trennt auf.

Das blöde ist, das Ohr ist logarithmisch und zu empfindlich

[Hochpass]

Das kann ich so unterstreichen. Allerdings habe ich bei mir auf die Reduktion der Verstärkung an den Modulen verzichten können.
Module die mit einstellbarem Verstärkungsfaktor geliefert werden (gibt es gelegentlich) wären hier aber von Vorteil.
Ohne nachgemessen zu haben: Sollte sich die Soundkarte an "Consumer-Standard" halten und max. 0,7V am Ausgang liefern wäre Faktor 26 mit einem 19V Netzteil wohl ideal.

Ich hab mir überlegt ob ich auf 20dB gehe und die Versorgungsspannung weiter reduziere.
Ein hoher Anteil der Verluste im Class-D Verstärker sind Schaltverluste die quadratisch mit der Versorgungsspannung steigen. W=0,5*C*U^2 und linear mit der Schaltfrequenz. Die Ausgangskapazitäten der Mosfets wird mit jedem Takt umgeladen.
Bei 20V und 26dB fliegt mir schon bei 30% aufgedreht der Hut runter.

Das Absenken der Volume-Pegel an den Ausgängen der Soundkarte (alsamixer) auf maximal erforderlichen Pegel hat bei mir auch einiges gebracht.

Das habe ich nicht verstanden wie das rauschen reduziert wird da man nur am Signal rumdreht aber nicht am noise.

Und mit Deckenlautsprechern ist "rauschfrei ab 30cm Abstand" bei mir vollkommen ausreichend.

Du bist zu klein ;-)

[bkr]

Ein paar Fragen an diejenigen, die mehr als 1 Soundkarte betreiben, bevor ich als Lötvollpfosten versuche, das umzusetzen:
Kann man denn einen Audiostream auf beiden Soundkarten synchron abspielen?
Wie viele Kanäle kriegt man maximal synchron hin? Alle 16?
Braucht man dafür einen oder 2 raspis?

[papaarrugada]

Da gibts wahrscheinlich mehrere Möglichkeiten, je nachdem, wie flexibel man sein will.
Die Player (also hier Picore Player) können ja beim Abspielen mit anderen synchronisiert werden.
Dann gibts noch die Ebene mit der asound.conf, aber das ist sicher einiges an Bastelarbeit.
Wenn man hardwaremässig die Verbindungen macht, dann ist man halt festgelegt.