Die Schaltung basiert auf den mittlerweile sehr erprobten IC PT2399 von Princeton Technology Group, der in CMOS-Technik realisiert und für den Einsatz als Echo/Delay- Einheit bestimmt ist. Der integrierte Schaltkreis funktioniert folgendermaßen: Das analoge Eingangssignal wird mithilfe eines Analog-Digital-Umsetzers in ein digitales umgewandelt, in einem internen 44Kbit-Ram Speicher abgelegt und nach der gewählten Zeitverzögerung wiederrum in ein analoges Signal umgewandelt. Dieses wird dann über einen Feedback-loop mit dem Eingang gekoppelt und beide bilden das Ausgangssignal. Durch den Feedback-loop entstehen theoretisch unendlich viele Echos (Echo vom Echo…). Durch einen Dämpfungsregler wird die Amplitude der fortschreitenden Echos jedoch so klein, dass man es nicht mehr hört. Folgendes Blockschaltbild illustriert die Funktionsweise:
Der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals sieht demnach folgendermaßen aus:
Zwei Parameter werden mittels Potentiometer geregelt:
- Delay Time – Die Verzögerungszeit, nach der das Signal aus der Delay Line in den Ausgang gespeist wird.
- Reverberation Time – Die Zeit, nach dem das Dämpfungsglied das Echo-Signal auf eine nicht hörbare Amplitude runtergeregelt hat. Auch als Anzahl an hörbaren Echos zu interpretieren.
Schaltplan
Die Kondensatoren zwischen Pin 1 und 2 und am Pin 3 werden zu Eingangsspannungsglättung eingesetzt um einen sauberen Power Supply zu gewährleisten. An Pin 6 liegen konstante 2,5V an. Über diesen Pin wird die Delay-Time über ein Potentiometer geregelt, welches linear mit dem Strom zusammenhängt. Es fließen, bei einer Delay-Time von 35ms-600ms, ein Strom von 5,4mA bis zu 50uA. Der feste Widerstand (zu sehen in
Abbildung 3) im Pfad zwischen Pin 4 und 6 beträgt 10kOhm und das Potentiometer 20kOhm, sodass Delay-Times zwischen 151ms und 342 ms erreicht werden können.
Der Low Pass Filter am Eingang der Schaltung (Pin 15 und 16) ist ein anti-aliasing Filter, der alle Frequenzen außerhalb des gewünschten Spektrums filtert. Dieses sogenannte Multiple-Feedback Low-Pass Filter ist ein zweipoliges Filter mit einer Cutoff-Frequency von knapp 10800 Hz. Mithilfe eines Delta-Sigma-Modulators wird das analoge Signal in ein digitales 1-Bit Signal umgewandelt und nach dem gewünschten Delay wiederrum in ein analoges umgewandelt und in den Ausgang des Echos gespeist.
Dabei wird der Output des Multiple-Feedback Low Pass Filters an den invertierenden Eingang des Komparators geschaltet, und der Output des Modulators an den invertierenden Eingang. Data Out 1 (DO1) ist ein 1-Bit Signal, indem das Audiosignal bis zum nachsten clock pulse gespeichert ist. D01 gibt das digitale Echosignal aus, welches vom Demodulator in ein analoges gewandelt wird. Pin 11, Pin 12 und der OPV bilden ein Low Pass Filter, das das Ausgangssignal des Demodulators glättet, um den analogen Sound wiederherzustellen. Beim Umwandeln entstehen hauptsächlich hochfrequente Störgeräusche, die so rausgefiltert werden. Will man diesen metallischen Sound beibehalten, könnte man diesen LPF auch weglassen.
Das LPF2 ist erneut in der Multiple-Feedback Low Pass Filter Anordnung mit sehr ähnlichem Verhalten wie das LPF1. Der 10uF-Kondensator filtert den DC-Anteil des Signales heraus. Dieses wird dann über den delayed-signal-Pfad in den Ausgang des Echos gespeist.
Platinendesign
Die Schaltung des Echos, sowie der Verstärker fanden auf einer einzigen Platine Platz. An PIN 1 des PT2399 habe ich den Linear-Spannungswandler LM7805CV von STMicroelectronics verbaut, der die eingangsseitige 9V-Spannung auf 5V konstant runterregelt. Die Diode verhindert Stromrückflüsse. Die beiden Kapazitaten dienen der Spannungsglättung. Vom Busstecker verwendete Pins sind folgende: Pin1 (+9V), Pin2 (Ground), Pin3 (-9V), sowie Pin 7 (Ausgang des Multiplizierers). Den OPV TL072 und die Abblockkondensatoren habe ich möglichst nah an den Busstecker gelegt. Ansonsten liegt der IC PT2399 mittig auf der Platine, und die Bauteile , die an die entsprechenden Pins führen, sind um diesen herum platziert. Die 3 Trimpotis sind oben an der Platine angebracht, sodass man sie später aus dem Gehäuse auch gut benutzen kann.
Endprodukt
