6-fach Poti (analog) - Gleichlauf verbessern

Hallo,

die Regelung der Lautstärke mit einem analogen Potentiometer für sechs oder mehr Kanäle ist bekanntlich etwas knifflig, was den Gleichlauf angeht. Bei der Suche nach einer Lösung bin ich vor einiger Zeit auf das blaue 6-fach-Poteniometer von Thel für knapp 60 Euronen gestoßen, das mit seinem typischen Gleichlauffehler von +/-0,5dB bis zu einer mittleren Dämpfung von 40dB zwar nicht an ein digitales Poti heranreicht, aber vor dem Hintergrund der akustischen Wahrnehmung von Gleichlauffehlern ist es so schlecht auch wieder nicht; und es weist eine Mittelanzapfung auf, mit der man den Gleichlauf in Grenzen korrigieren kann.

Anlass für diesen Beitrag ist die Korrektur meines Thel-Potis, dessen Gleichlauf jetzt bei +/-0,2dB liegt. Ganz sicher bin ich mir mit diesem Erfolg aber nicht, deshalb stelle ich meine Lösung hier einfach mal ins Forum, quasi als Erfolgskontrolle, und bitte euch um Kritik. Das Poti befindet sich jetzt in einer 6-Kanal HiFi-Enstufe (mit dem TDA7293), die über eine Behringer Weiche DCX2496 angesteuert wird.

Der Beitrag ist in vier Teile gegliedert:

1. Messung des Potis ohne Beschaltung
2. Dämpfung des PA-Pegels auf HiFi-Niveau
3. Korrektur des Gleichlauffehlers
4. Kontrollmessung des Potis mit Beschaltung


1. Messung des gelieferten Potis ohne Beschaltung

Als Referenzspannung dienten zwei Blockbatterien á 9V in Reihe und als Messgerät ein digitales Multimeter mit einer Messgenauigkeit von +/-1% sowie 10MOhm Innenwiderstand. Gemessen habe ich jeweils die Ausgangsspannung der sechs Schleifer sowie immer auch die Referenzspannung für 50 Potistellungen zwischen 0...270° Drehwinkel in Schritten zu etwa 5,4°:



Die Kennlinien zeigen die Abweichungen der einzelnen Kanäle von der mittleren Dämpfung, abhängig vom Drehwinkel. Der Bereich kurz vor Linksanschlag des Potis ist leider hoffnungslos - dort schlagen die Abweichungen glatt durch Decke und Boden. Bis etwa 50dB (Drehwinkel 30...270°) bewegen sich die Kennlinien jedoch weitgehend innerhalb des als typischen angegebenen Bereichs von +/-0,5dB und sind im Wesentlichen nur gegeneinander verschoben sowie leicht auf- oder abwärts geneigt. Darin liegt das Korrekturpotenzial. Würden die Kanäle über den gesamten Drehwinkel des Potis wie wild zwischen positiver und negativer Abweichung hin und her schlenkern, ließe sich nur wenig dagegen ausrichten.


2. Dämpfung des PA-Pegels auf HiFi-Niveau

Um das PA-Ausgangssignal der DCX zunächst auf das niedrige Signalniveau meiner HiFi-Endstufe zu dämpfen, habe ich hinter jeden Poti-Schleifer einen Spannungsteiler gesetzt. Da vor jedem Eingang der Endstufe aber noch ein Bandpass sitzt, habe ich die Spannungsteiler und die Filter jeweils schaltungstechnisch miteinander verknüpft, so dass die ohmschen Widerstände des Filters die Aufgabe des Spannungsteilers gleich mit übernehmen:



Aus dem vollen PA-Signal der Weiche von 4,88Vpp gegen Masse und der maximalen Eingangsspannung meiner Endstufe ergibt sich für den Spannungsteiler aus Rv und Rp in der modifizierten Schaltung ein Dämpfungsmaß von mindestens 14dB, damit meine Endstufe bei Rechtsanschlag des Potis nicht übersteuert. Neben der Dämpfung des PA-Signals auf HiFi-Niveau erfüllt der Spannungsteiler aber noch eine weitere Aufgabe: das Ausblenden des hoffnungslosen Bereiches kurz vor Linksanschlag des Potis - dort wo die Kanalabweichungen durch Decke und Boden schlagen. Um diesen Bereich auszublenden, habe ich das endgültige Dämpfungsmaß des Spannungsteilers auf experimentellem Wege ermittelt, und zwar mit Hilfe einer Sinusschwingung von 1kHz mit PA-Pegel gegen Masse über das Poit und den vorläufigen Spannungsteiler auf meine Endstufe, um zu testen, wie laut der Ton mit diesem Spannungsteiler noch ist, wenn das Poti auf 30° steht. Diese Stellung bildet quasi den akustischen Linksanschlag, wenngleich der mechanische etwas weiter links liegt. Der Ton muss dort so leise sein, dass Musikhören gerade noch möglich ist. Für mein Empfinden war der Ton mit dem 14dB-Spannungsteiler noch nicht leise genug - mit einem 19dB-Spannungsteiler war es dann ok.

Aus dem PA-Pegel der DCX von 4,88Vpp gegen Masse wird bei Rechtsanschlag des Potis bei mir also ein Pegel von 0,54Vpp.


3. Korrektur des Gleichlauffehlers

Die eigentliche Korrektur des Gleichlauffehlers besteht aus einer gezielten Beschaltung der sechs Mittelanzapfungen und der Schleifer mit zusätzlichen ohmschen Widerständen. Die Kennlinien der einzelnen Kanäle können damit tatsächlich ineinander geschoben und in Grenzen sogar in ihrer Neigung verändert werden.

Und welcher Widerstand muss wo ran?

Die Antwort auf diese Frage gibt eine Simulation. Im Netz habe ich leider kein Programm gefunden, das die Möglichkeit bietet, individuell ausgemessene Potentiometer mit Mittelanzapfung über den gesamten Drehwinkel zu simulieren. Ohne geht´s aber definitiv nicht; deshalb habe ich mir zunächst mit Excel eine eigene Simulationsmöglichkeit geschaffen, um herausfinden zu können, wie sich die Kennlinie eines Kanals verändert, wenn zum Beispiel die Mittelanzapfung oder der Schleifer über einen zusätzlichen Widerstand mit Plus oder Masse verbunden wird. Pro Kanal simuliert meine Excel-Tabelle die Auswirkung von fünf Korrekturwiderständen. Sofern ich die resultierende Verschiebung der individuellen Kennlinien meines Potis richtig interpretiere, wirken die blau dargestellten Korrekturwiderstände wie folgt auf die jeweilige Ausgangsspannung:



RvK
Wirkt dämpfend auf die Ausgangspannung des jeweiligen Kanals. Mit ihm kann die Kennlinie unabhängig vom Drehwinkel des Potis, so wie sie ist, nach oben geschoben werden. RvK bewirkt eine Parallelverschiebung der Kennlinie.

RmuK
Wirkt ebenfalls dämpfend. Mit ihm kann die Kennlinie auch nach oben geschoben werden; allerdings wird nur der Kennlinienteil links der Mittelstellung parallel verschoben. Rechts der Mitte lässt die Wirkung von RmuK allmählich nach und erreicht bei Rechtsanschlag den Wert Null. Dadurch wird der Kennlinienteil rechts der Mitte im Uhrzeigersinn geneigt.

RsuK
Wirkt ebenfalls dämpfend. Er hat eine etwas eigenwillige Wirkung - hauptsächlich rechts der Mittelstellung. Mit ihm kann der Kennlinie rechts der Mitte salopp gesagt ein Buckel aufgesetzt werden.

RmoK
Wirkt verstärkend. Mit ihm kann die Kennlinie nach unten geschoben werden; allerdings wird auch hier nur der Kennlinienteil links der Mittelstellung parallel verschoben. Rechts der Mitte lässt auch die Wirkung von RmoK allmählich nach und erreicht bei Rechtsanschlag den Wert Null. Dadurch wird der Kennlinienteil rechts der Mitte gegen den Uhrzeigersinn geneigt.

RsoK
Wirkt ebenfalls verstärkend. Jedoch kann mit ihm die Kennlinie schräg nach unten geschoben werden. Seine Wirkung lässt von links nach rechts über den gesamten Drehwinkel des Potis nach, so dass die gesamte Kennlinie leicht gegen den Uhrzeigersinn geneigt wird.

Werden nun zwei, drei oder gleich alle fünf Korrekturwiderstände auf einen Kanal geschaltet, entsteht eine Mischung aus den jeweiligen Wirkungen. Mit anderen Worten: Die Kennlinien lassen sich damit schon ziemlich verbiegen. Die perfekte Korrektur wäre theoretisch erreicht, wenn die Wirkung eines Korrekturwiderstandes (oder die Kombination mehrerer) exakt dem negativen Verlauf der Abweichung des jeweiligen Kanals entspräche. Dieser Idealfall ist natürlich niemals gegeben, weil die Abweichungen der Kanäle einfach zu individuell sind. Besonders die Zacken in den Kennlinien lassen sich mit den Korrekturwiderständen nicht beseitigen. Dennoch ließ sich anhand der Simulation für jeden Kanal ein mehr oder weniger gut passender Korrekturwiderstand finden, dessen Wirkung dem negativen Verlauf der Abweichung zumindest der Tendenz nach entspricht. Vergleicht man zum Beispiel die Korrekturwirkung des Widerstandes RsoK mit der Tendenz der im ersten Diagramm oberhalb verlaufenden roten Kennline (Schleifer 2), so ist diese Bedingung in etwa gegeben. Es lag also nahe, für Schleifer 2 einfach mal einige Standardwerte für den Korrekturwiderstand RsoK auszuprobieren. Bei RsoK=300k ergab sich das folgende Bild:



Deutlich ist zu erkennen, dass die Kennlinie von Schleifer 2 (fett) jetzt um die Nulllinie herum pendelt. Die Zacken sind unverändert, aber der Korrekturwiderstand RsoK "verbiegt" die Kennlinie in etwa so, wie sie vorher von der Nulllinie weggedriftet ist. Seine Korrekturwirkung entspricht also beinahe ideal dem negativen Verlauf der Tendenz der Abweichung. Betrachtet man nun die blaue Kennlinie von Schleifer 3, so ist zu erkennen, dass auch ihre Tendenz in etwa der Korrekturwirkung des RsoK entspricht. Es lag also nahe, auch für Schleifer 3 einige Standardwerte für den Korrekturwiderstand RsoK auszuprobieren. Bei RsoK=560k ergab sich dann das folgende Bild:



Die Kennlinie von Schleifer 3 fügt sich auch recht gut. Man sieht jedoch, dass die Kennlinie rechts der Mittelstellung etwas unter die Nullline gesackt ist. Dem entgegen zu wirken, bietet sich die etwas bucklige Korrekturwirkung des Widerstandes RsuK an; mit ihr lässt sich die "Delle" in der Abweichung rechts der Mitte wieder nach oben drücken. Bei RsuK=200k ergab sich das folgende Bild:



Bei den anderen Kanälen bin ich ebenso vorgegangen. Ich habe noch ein wenig mit der Simulation herumgespielt und bin mit insgesamt neun Korrekturwiderständen schließlich zu dem folgenden Ergebnis gekommen:



Kein Vergleich zum ersten Diagramm. Laut dieser Simulation beträgt der Gleichlauffehler zwischen 19...70dB nach der Korrektur etwa +/-0,2dB.


4. Kontrollmessung des Potis mit Beschaltung

Um die Simulation zu überprüfen, habe ich die oben ermittelten Widerstände an das Poti gelötet und die Abweichungen der einzelnen Kanäle erneut gemesen. Was soll ich sagen - die neuen Messwerte entsprechen tatsächlich der Simulation. Meine Freude darüber war natürlich groß; je länger ich darüber nachdenke, hätte das Ergebnis aber gar nicht anders ausfallen dürfen, sonst wäre die Excel-Tabelle unbrauchbar. Rein ohmsch betrachtet funktioniert die Korrektur also. Gemessen habe ich wie gesagt mit Gleichspannung. Die kapazitiven Blindwiderstände der Kondensatoren aus den Filtern dürften zwischen 20Hz...20kHz nicht relevant sein.

Bleibt noch der Blick auf die Impedanz des Potis, die die Beheringer Weiche DCX2496 abhängig vom Drehwinkel des Potis "sieht":



Gruß
wiesonich

PS: Dank an www.imageshack.us für den Speicherplatz der Bilderchen.