RelayAudioSwitch a.k.a. highfideler Cinch Umschalter

In diesem Beitrag möchte ich den Bau eines highfidelen Cinch Umschalters beschreiben, getreu dem Motto „Das Beste aus beiden Welten“. Worin mein Ziel bestand, worauf beim Entwurf und beim (Nach-) Bau zu achten ist und welche Lösungen ich jeweils gefunden haben, sind in diesem Beitrag zusammengefasst. Los geht es… Tüfteln, Rechnen, Suchen, Programmieren, Löten, Schrauben, … was das Zeug hält 🙂

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.

Wie dem auch sei. „Das Beste aus beiden Welten“ bedeutet, dass das Herzstück, der Arduino Nano, Taster (als Eingänge) abfragen und Relais und LEDs (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.

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

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 nicht ausreichend, schon gar nicht, wenn mehrere Relais (gleichzeitig) bedient werden müss(t)en.

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

Quelle: http://www.mikrocontroller.net

Das digitale HIGH aus dem Ausgang des Ardiuno wird, an R2 angeschlossen, mit seinen ca. 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.

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. Nachdem ich von einem sehr viel erfahreneren DIYer Tipps bzgl. des Layouts erhalten habe, konnte das PCB schließlich sehr einfach werden. Mir fehlte es zuvor schlichtweg an Grundlagen des Schaltungsdesigns auf Leiterplatten, da muss ich ehrlich sein :fpalm: Stichwort Massefüllung… Die Abmessungen betragen übrigens schlanke 65 x 65 mm.

Wollte man die Relais doch auf dem PCB unterbringen, wäre auch dies relativ einfach möglich. So sehen die hier verwendeten Boards im echten Leben aus:

Wer Interesse an solchen PCBs hat, darf gerne mit mir in Kontakt treten. Für einen Umschalter wird natürlich nur ein PCB gebraucht. Vorläufig bestückt sieht dieses schließlich so aus:

Wollte man eine Platine vollständig bestücken, was ich offensichtlich nicht getan habe, werden dafür die folgenden Bauteile benötigt.

Für die Verbindung der Relais mit dem PCB habe ich mich für meine Lieblingsleitung aus silberplattiertem Kupfer mit Teflonmantel in AWG26 entschieden. Als Gehäuse kommt das Galaxy GX147 124 x 170 x 40 mm Black von Hi-Fi2000 bzw. Moduhop.biz zum Einsatz. Da ich das Gehäuse zuvor bereits für ein anderes Projekt benutzt hatte, mussten Front und Rückseite neu beschafft werden. Dieses Mal habe ich mich dafür entschieden, diese Bleche zwar selbst zu entwerfen, aber professionell durch eine Fachfirma herstellen zu lassen. Für das Gestalten habe ich den Frontplattendesigner der Fa. Schaeffer AG benutzt, ein einfaches aber mächtiges Werkzeug, wie ich finde. So sahen meine Entwürfe der Platten aus:

Die Herstellung verlief super schnell, das Ergebnis ist wirklich erstklassig. Leider sind die beiden Platten mit einem Gesamtpreis von ca. 75€ brutto nicht gerade günstig, aber dennoch preiswert. Sämtliche Bohrungen passen spitzenmäßig, sogar die etwas exotischen Gewinde für die Taster an der Front. Das fertige Gerät sieht schließlich so aus (im Sandwich zwischen dem S.M.S.L. M8 DAC und meinem Funk LPA-2 Headamp Selbstbau):

Für die 5V DC Spannungsversorgung des Systems nutze ich eine dünne Gummileitung von Sommer Cable. Das Netzteil meines PCs dient dabei als Quelle, da ich den Umschalter ausschließlich hier betreiben werde. Für die Signalleitungen habe ich größere Querschnitte einer Leitung aus hochreinem Kupfer gewählt.

Wie ich bereits schrieb bestimmt alleine die Software, wie das System mit dem User oder angrenzenden Systemen interagiert. Ohne Software ergibt sich keine nutzbare Funktion des gesamten Umschalters. So sieht meine Software für den ersten Kanal aus, die weiteren 3 Kanäle habe ich entsprechend umgesetzt:

//Relay Audio Switch V1.0 PCB

int zeit1 = 800; //Verzögerung nach Tasterdruck
int zeit2 = 1200; //Wartezeit vor Durchschalten

void setup() {

//Kanal 1
pinMode(14, INPUT); //Taster T1
pinMode(10, OUTPUT); //LED3
pinMode(5, OUTPUT); //Relais K4

void loop() {

//Kanal 1
if (digitalRead(14)== HIGH){
while(digitalRead(14)== HIGH){
}
delay(zeit1);
digitalWrite(2, LOW);
digitalWrite(3, LOW);
digitalWrite(4, LOW);
digitalWrite(5, LOW);
digitalWrite(9, LOW);
digitalWrite(10, LOW);
digitalWrite(11, LOW);
digitalWrite(12, LOW);
digitalWrite(13, LOW);
delay(zeit2);
digitalWrite(10, HIGH);
digitalWrite(5, HIGH);
}

}

Ein richtiger Programmierer hätte das möglicherweise anders gelöst, ich bin aber sehr zufrieden, die Funktion ist in jeder Hinsicht sicher gegeben. Was kann man mehr erwarten? Wer Interesse am vollständigen Code hat, darf gerne mit mir in Kontakt treten. Das Coole an dieser Form der Umsetzung ist meiner Meinung nach die quasi unendliche Flexibilität. Alternativ zur oben beschriebenen Umsetzung könnten z.B. 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 paarweise einen symmetrischen Audioeingang (R+, L+, R-, L-) auf einen von 3 symmetrischen Ausgängen. Soll beim Einschalten des Gerätes Ausgang 3 automatisch 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? Allein die Bestückung der Platine und insbesondere die Programmierung entscheiden, welche Funktion das Gesamtkonstrukt erfüllen kann :sheep:

Hier kann man sich einen kleinen Einblick davon verschaffen, wie die Einschaltanimation (natürlich eine reine Spielerei) und das Verhalten meines Umschalters aussehen:

Am besten mit Ton ansehen, damit das etwas zu leise geratene, aber unheimlich highendige Klicken der Relais nicht untergeht :top: 

 

Platz für Fragen, Anregungen, Rückmeldungen, etc. ist im entsprechenden Thread des Prof-x Forums: Highfideler Cinch Umschalter

Dominik

Dominik

Moderator Professor X
Überzeugter DIYer, Kopfhörersympathisant, Kabelflechter, STAX-Liebhaber, Blogger
Dominik