Wir gehen zurück ins Jahr 1987/88 ---- ins Valvo Halbleiter Labor -
"Stereo- tone/volume control"
Es gab bei Philips mehrere Labors, etwa fürs professionelle Fernsehen in Breda, für die Röhren in/aus Hamburg unter dem Namen VALVO, Labors für Leuchten und natürlich für Halbleiter. Und sehr ähnlich zu den "RCA/BELL laboratories" in USA waren dort sehr fähige Ingenieure beschäftigt.
Die durften sogar Bücher herausgeben (Philips Technische Bibliothek), Bücher vom Feinsten - zum Beispiel über die Magnetbandtechnik im Bild rechts. Das Buch ist einsame hochkarätige Spitze. Sie wußten sehr genau, wovon sie schrieben.
Wir sind hier aber bei den integrierten Schaltungen und innerhalb dieser Chips bei einerm ganz bestimmten Audio-IC aus 1988.
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Ein früher Philips Baustein - der TDA1524A Chip ....
Dieser Chip wurde mit Blick auf die Vereinfachung von Stereo-Autoradios, hochwertigen Stereo-Fernsehempfängern und Mainstream Audio-Stereo-Geräten entwickelt.
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Was begeistert an diesem IC ?
Die Valvo-Ingenieure haben alles reingepackt, das für die Aufgabe eines nahezu kompletten Stereo-Vorverstärkers notwendig aber auch sinnvoll war.
So hat der Chip zum Beispiel Anschlüsse für 4 (Einstell-) Potentiometer, also Lautstärke, Balance, Höhen und Tiefen. Schon dabei gibt es erstaunliche Besonderheiten, die aufhorchen lassen.
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Die ganzen analogen Audio-Wege im Chip sind zweigkanalig
Die vier Drehsteller sind dagegen lineare Mono-Potis mit 47 Kilo-Ohm (lin) Widerstand. Die vier Funktionen der beiden Stereokanäle werden also synchron bzw. gleichzeitig mit nur einer Gleichspannung gesteuert und das mit einer maximalen Kanalabweichung (einem Pegelunterschied) von weniger als 1,5 dB.
Die vier Funktionen mit nur jeweils einer Gleichspannung zu steuern hat den Vorteil, die beiden Audiosignale verlassen den Chip gar nicht und es sind keine fremden Störeinflüsse von außen zu befürchten.
Und ganz wichtig : Die Zuleitungen zu den 4 extern irgendwo im Gehäuse montierten Potentiometern können nahezu beliebig lang sein. Die Gleichspannung ist fast nicht beeinflußbar.
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Weitere sogenannte "Features" (besondere Eigenschaften)
De Chip hat intern per Default eine voreingestellte fließende Loudness Funktion, die aber auch abgeschaltet werden kann. Weiterhin kann eine kleine Bassanhebung zugeschaltet werden. Die integrierten elektronischen Audio-Potentiometer sind eigentlich elektronische 256er Stufenschalter / Abschwächer.
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Die "Anderen" (volume control ICs) auf der Welt
Natürlich hatten die Amerikaner und auch die Japaner soetwas Ähnliches entwickelt, schon um konkurrierende Patente und Lizenzen zu umgehen. In dem YAMAHA DSP 1000 Heimkino-Zusatzverstärker sind mehrere solcher elektronischen Lautstärkesteller enthalten, die sogar von der Fernbedienung aus programmierbar / einstellbar sind. Aber die Bedienung des Yamaha war viel zu kompliziert und so wurde das Teil bei uns wieder aus dem Verkehr gezogen und zerlegt.
NEC hatte etwa 1991 den µPC1892 entwickelt, sogar als 4-Kanal Surround Sound Prozessor, von dem man - auf Wunsch - auch nur die rudimentären Stereo- Pegel-Funtionen nutzen konnte.
Auch Texas Instruments hatte etwa 1995 mit dem LM1036 einen solchen Chip Vorverstärker entwickelt, bei dem die internen Potentiometer von Außen mit Gleichstrom gesteuert werden.
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Von SANYO gab es sogar 3 oder 4 "volume control" ICs, vom recht einfachen LC-7533 bis zum Microprozessor steuerbaren LC-7537.
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Die Bausatz-Beschreibung aus dem ELV Magazin von 1989
Diese (Bausatz-Montage-) Beschreibung stammt aus dem ELV Journal Österreich 1/89. Meine gedruckte Beschreibung ist nach über 30 Jahren nicht mehr auffindbar, der Bausatz aber sehr wohl, der ist noch da und wird jetzt komplettiert.
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1987 - Stereo-Vorverstärker (Bausatz) mit Klang"regel"stufe
Der Original-Text : Wie mit nur einem einzigen IC und wenigen externen Bauelementen ein qualitativ guter Stereo-Klangregelverstärker mit großem Dynamikumfang aufgebaut werden kann, zeigt die hier vorgestellte Schaltung.
Allgemeines
Wichtiger Bestandteil einer jeden guten Verstärkeranlage ist der Vorverstärker mit Klangregelung und Balanceeinstellung. Besonders der Klangregelung kommt eine wichtige Bedeutung zu, da hierdurch der Wiedergabeeindruck individuellen Wünschen entsprechend angepaßt werden kann.
Aus dem Hause VALVO kommt der zentrale Baustein für die hier vorgestellte Schaltung. Es handelt sich um den Typ TDA 1524 A, der es ermöglicht, mit nur diesem einen IC und einer kleinen Anzahl externer Bauelemente einen Stereo-Vorverstärker mit Lautstärke"regelung" (besser : Einstellung), getrennter Klang-Einstellung für Höhen und Tiefen sowie Balanceeinstellung aufzubauen. Es handelt sich hierbei um eine qualitativ gute und doch höchst einfach aufzubauende Schaltung. Weitergehende technische Daten finden Sie in einer übersichtlichen Tabelle zusammengestellt.
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Zur Schaltung (nur wenige Text-Auszüge als Beispiele)
Zur Einstellung dienen integrierte elektronische Potentiometer, die über eine extern (an den Chip) anzulegende (Gleich-) Spannung gesteuert werden.
Um die genauen Werte braucht man sich nicht zu kümmern, sofern die an Pin 17 des IC 1 zur Verfügung stehende Referenzspannung zur Speisung der Einstellpotentiometer R3 bis R6 dient (wie auch in der vorliegenden Schaltung).
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Die 4 dortigen Kondensatoren besitzen die Aufgabe, störende "Schleifer"-geräusche der Potentiometer auszusieben.
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Die Loudness an- oder abschalten
In der vorliegenden Konfiguration ist die Schaltung mit einer physiologischen Lautstärke- einstellung (Loudness) ausgestattet. Dies bewirkt, daß bei niedrigeren Lautstärken die tiefen Frequenzen automatisch leicht angehoben werden, sodaß sich dem Hörer ein subjektiv gesehen ausgewogenes Klangbild darstellt.
Ist dies nicht gewünscht, wird einfach zwischen den Anschlußbeinchen 17 und 18 ein 2,2 kQ-Widerstand (auch per Schalter schaltbar) angeschlossen.
- Anmerkung : In unserer Musterplatine wie auch in dem ELV-Artikel ist R9 bereits bestückt (eingelötet !) !!! Somit ist hier die Loudness abgeschaltet !!
Durch den dadurch erzeugten zusätzlichen Stromfluß wird dem Schaltkreis signalisiert, die physiologische Lautstärkeregelung (= Frequenzgangkorrektur) auszuschalten und zu einer linearen Lautstärkebeeinstellung zu wechseln.
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Die Audio-Anschlüsse ....
Für die Signal Zu- und- Weiterführung (also die Audio-Leitungen) sollten unbedingt abgeschirmte isolierte Zuleitungen verwendet werden, deren Abschirmungen jeweils an den zugehörigen (Anmerkung : zentralen !!) Masseanschluß zu legen sind.
Die Versorgungsspannung, die im Bereich zwischen +7,5 V und +16,5 V liegen kann, ist an die Platinenanschlußpunkte „j" (+) und „k" (Masse) zu legen.
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Die "Technischen Daten" laut ELV Text :
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- Versorgungsspannung: 7,5 V bis 16,5 V (typisch 12 V)
- Versorgungsstrom: 25 mA bis 60 mA (typ. 35 mA)
- NF-Eingangsspannungsbereich (für 700 mV Ausgangsspannung): 70 mV bis 1400 mV
- Maximale Ausgangsspannung: 1400 mV
- Lautstärke-Einstellbereich: -80 dB bis +20 dB
- Höhen-Einstellbereich: +/-16 dB
- Tiefen-Einstellbereich: +22 bis -40 dB
- Balance-Einstellbereich: +/-40 dB
- Klirrfaktor (f = 1 kHz): 0,1 %
- Übersprechdämpfung: 60 dB
- Gleichlaufabweichung: 1,5 dB
- Brummunterdrückung: 50 dB
- Umgebungstemperatur: -30 bis +80°C
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Angegeben sind typische Werte.
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Ein paar Informationen fehlen noch
Die Einstellung der Laustärke ist die wesentliche Aufgabe solch eines Chips und diese Stellfunktion sollte mit einer "log" Kennlinie versehen sein. Das entsprechende Potentiometer des Bausatzes ist aber ebenfalls vom Typ "linear". Irgendwie paßt das nicht. Gleiches gilt für die Balance- Einstellung. Das müsste in den Specs des Chips stehen.
Weiterhin gibt es keine Hinweise daruaf, wen die Loudnees abgeschaltet wird, daß einfach der Pegel in den oberen Bereich der physiologischen Kurven angehoben wird und ob sich das auf die Verzerrungen (evtl. Übersteuerungen) und den Störpegel auswirkt.
Weiterhin sind für unseren Betrieb als Hifi-Vorverstärker / Pegel- und Klangsteller die Eigangs-Impedanz und die Ausgangs-Impedanz von Wert. Die gibt ELV auch nicht an. Auch das müsste in den Specs von Philips stehen. (steht dort aber auch nicht ??)
Es gibt also schon noch Ungereimtheiten, die zur Kritik anregen. Aber mal sehen, wie sich der Chip klanglich schlägt.
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Pech gehabt - die Inbetriebnahme ist vorerst gescheitert
Leider ist unsere Platine noch defekt. Der Eingang an PIN 4 (oder PIN 15) hat einen Kurzschluß. Nach dem Koppelkondensator liegt der Pegel auf 0 Volt und sollte 15 Volt haben. Unser eingespeistes 1 kHz Signal wird quasi kurzgeschlossen. Es war der Kondensator, der defekt war. Habe alle 4 Elkos getauscht und der Vorverstärker geht.
Diese Bausatz-Platine ist so für HIFI nicht geeignet.
Eigentlich ist die ganze Konzeption noch zu überarbeiten. Die Wirkung der im Chip übersetzten "log"-Kennlinie des linearen Lautstärke-Potis ist krass. So geht das nicht. Die veränderbare Lautstärke konzentriert sich auf einen ganz (viel zu) geringen Drehwinkel.
Die beiden Höhen- und Tiefen-Potis sowie die Balance-Einstellung haben keine Mittenstellung und lassen sich so auch nicht auf Linear und mittig kalibrieren. Damit ist dieser Vorverstärker ausschließlich im Autoradio und vielleicht noch im Kofferadio sinnvoll einzusetzen.
In den Spezifikationen ist auch nirgendwo etwas über einen Frequenzgang oder über Abweichungen / Toleranzen bei bestimmten Pegeln geschrieben. Der Klirrfaktor des gesamten Audio-Weges ist mit 0,3 % angegeben - 0,3% wovon bitte ?
Etwas versteckt steht im Datenblatt : Eine Versorgungsspannung von 16 Volt sei gut gegen Übersteuerung des Ausgangs. Jedoch bei 12V sei das Grund-Rauschen geringer - wieso das ?
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Viel gelernt für zukünftige Projekte :
Also die gemeinsame Steuerung (nur eine Spannung bzw. ein Bit) für alle verfügbaren Audio-Kanäle (2 bei Stereo, 4 bei Quadro oder 5+1 oder 7+1 oder 9+1 bei Surround Geräten) von Volumen (Lautstärek) sowie Balance und den Klangstellern (2 oder 3 oder 4) mit einer einstelbaren Gleichspannung hat theoretisch viele Vorteile.
Der Nachteil ist, irgendwie muß die Null-Stellung für den linearen Frequenzgang angezeigt oder einstellbar sein. Bei modernen Chips werden die Stufenschritte der digitalen Potentiometer von 1 bis 255 gezählt und vom Microprozessor an den Chip als Binärwert übergeben und der behält den Wert (die Werte) solange, bis er neue bzw. zu den alten abweichende Bits bekommt. Der Vorteil ist, beim Einschalten kann wahlweise alles auf Default (meistens "0") gesetzt werden oder der letzte Zustand wird im EEPROM abgelegt und wieder aufgerufen.
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Hier ein Blick auf das Philips DATA SHEET des TDA1524A
Philips Semiconductors - INTEGRATED CIRCUITS - DATA SHEET - TDA1524A
Stereo-tone/volume control circuit - September 1987
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GENERAL DESCRIPTION
The device is designed as an active stereo-tone/volume control for car radios, TV receivers and mains-fed equipment. It includes functions for bass and treble control, volume control with built-in contour (can be switched off) and balance. All these functions can be controlled by d.c. voltages or by single linear potentiometers.
Features
· Few external components necessary
· Low noise due to internal gain
· Bass emphasis can be increased by a double-pole low-pass filter
· Wide power supply voltage range.
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QUICK REFERENCE DATA
| Supply voltage (pin 3) | Vp = V3-18 | typ. | 12 | V |
| Supply current (pin 3) | IP = I3 | typ. | 35 | mA |
| Max. input signal with d.c. feedback (r.m.s. value) | Vi(rms) | typ. | 2,5 | V |
| Max. output signal with d.c. feedback (r.m.s. value) | Vo(rms) | typ. | 3 | V |
| Volume control range | Gv | -80 to + 21,5 | dB | |
| Bass control range at 40 Hz | DGv | -19 to + 17 | dB | |
| Treble control range at 16 kHz | DGv | typ. | ±15 | dB |
| Total harmonic distortion | THD | typ. | 0,3 | % |
| Output noise voltage (unweighted; r.m.s. value) | ||||
| at f = 20 Hz to 20 kHz; VP = 12 V; | ||||
| for max. voltage gain | Vno(rms) | typ. | 310 | mV |
| for voltage gain Gv = -40 dB | Vno(rms) | typ. | 100 | mV |
| Channel separation | ||||
| at Gv = -20 to + 21,5 dB | acs | typ. | 60 | dB |
| Tracking between channels | ||||
| at Gv = -20 to + 26 dB | DGv | max. | 2,5 | dB |
| Ripple rejection at 100 Hz | RR | typ. | 50 | dB |
| Supply voltage range (pin 3) | Vp = | 7,5 to | 16,5 | V |
| Operating ambient temperature range | Tamb | -30 to | + 80 | °C |
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Gedanken im Juni 2022 :
Wie weiter oben beschrieben, sind hier bei den Daten keine Impedanzen aufgeführt. Da auch nirgendwo das Wort "Hifi" zu lesen ist, gibt es bezüglich Klirrgrad und IM-Verzerrungen ebenfalls keine detaillierten Aussagen bzw. Messungen.
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Natürlich stellt sich die Frage nach Alternativen - der Chip ist über 30 Jahre alt. Zur Zeit (Juni 2022) benutze ich einen edlen Parasound Vorverstärker (aus 1994) zur Einstellung der Lautstärke. Das ist aus der Hifi-Perspektive ganz sicher eine hervorragende Qualität - es sind aber 21 zusätzliche Watt an Dauer-Leistungsaufnahme - und für leichte und leise (nächtliche) Unterhaltung im Redaktionsbüro muß das wirklich nicht sein. Die DENON POA-Endstufe braucht noch mehr Leerlauf-Leistung und das möchte ich verbessern.
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