Umschalten oder was uns Nordhausen 2019 bescherte

Hallo liebe Magazinleser,

dieser Magazinbeitrag ist als Gemeinschaftsprojekt entstanden. Wunschgemäß können wir den vom LianenSchwinger zum Jahresabschluss-Event 2019 vorgestellten Lautsprecherumschalter sowie seine weitere Entwicklungsgeschichte präsentieren. Die zugehörigen Forumsbeiträge im Bereich „Verstärker und Co“ sind Bestandteil dieses Berichtes, der dortige Thread ist nach wie vor aktuell. Die ursprünglichen Textblöcke wurden gestrafft und mit Bildern aufgelockert, weitere fachliche Details sind eingeflossen. Es ist ein Beitrag, welcher naturgemäß Elektronik lastig positioniert ist, wir denken aber, dass diese Thematik mit den populären Hilfsmitteln der Arduino-Welt leicht verständlich vermittelbar ist, weiterführende Diskussionen sind im Forumsthread hoch willkommen.

Es fing kurz nach dem Jahreswechsel 2020 an, LianenSchwinger schrieb:

…Seit unserem Jahresabschluss-Event in Nordhausen sind schon wieder ein paar Wochen ins Land gegangen und viel Wasser den Main runter geflossen. So wird es langsam Zeit meine Bringschuld zum Lautsprecher-Umschalter zu begleichen. An dieser Stelle möchte ich mich nochmals für das rege Interesse und den Zuspruch zum Umschalter bedanken. Von mir ein Dank an die „Lautsprecher Spackos“, die mit dem “Odu für Udo” die Vorlage geschaffen haben.

Der erstmalige Wunsch nach einem Umschalter kam mit dem Bau der SB24 ACL und dem lästigen Umstecken der Lautsprecher zum Vergleichen, insbesondere nach dem Bau der SB12 ACL. Letztendlich bestärkt, einen solchen zu bauen, wurde ich dann beim Hörevent Ende Oktober von Matthias in Darmstadt. Hier Bestand die Herausforderung im Wechsel von 3 Lautsprecher-Paaren und 2 Verstärkern. An diesem Tag habe ich gegenüber Matthias quasi meinen Umschalter angekündigt.

Spätestens jetzt war klar, dass der zu Beginn des Projekts geplante einfache Umschalter, für 2 Lautsprecher per Schalter, nicht ausreicht. Gesetzt waren also schon mal 2 Verstärker und mindestens 4 Lautsprecherpaare. Die Verstärker kann man zwar mit einem Y-Kabel von einer Eingangsquelle befeuern, aber das soll zu Lasten des Basses gehen. Ergo noch ein Relais für die Quelle zum jeweiligen Verstärker. Wo wir schon dabei sind, wäre es doch auch nett 2 Eingangsquellen schalten zu können. Somit standen die Eckparameter – und viel mehr geht auch nicht auf die Rückseite eines Gehäuses in klassischer Hifi-Breite.

Das Ganze ließe sich natürlich immer noch mit einfachen Schaltern realisieren. Da ich aber ein bequemer Mensch bin, mit dem Alter das Bücken immer schwerer fällt und die Umschaltzeit wesentlich zum Vergleich von Lautsprechern beiträgt, pimpen wir das Projekt doch gleich mit einem Arduino, einem Display für die Anzeige der gewählten Komponenten sowie einer Fernbedienung auf.

Die zugehörigen Bilder sahen interessant aus, das sollte machbar sein:

Das Gehäuse mit Innenleben, überschaubar.

Die Elektronik, ein paar Schaltkreise, auf dem weißen Plastikklotz ein sogenannter Mikrocontroller, aber da ist alles nur zusammengesteckt, muss das so sein?

Solide Relaistechnik, die übliche Verdrahtung, das kann man nachbauen.

Eine PM an LianenSchwinger war schnell geschrieben “Kann ich so einen fertigen Mikrocontroller bekommen, mit der Fernbedienung?” “Ja”, war die Antwort, den Controller gibt es gerade für umsonst im Internet, die FB, da geht jede, du brauchst nur den Code auszulesen. Es war der alles entscheidende Punkt, die Fernbedienung, ich soll etwas auslesen? Wie soll ich das machen?

Ich hätte antworten können: „Ich schick dir meine, sei so gut und sende sie mir zurück mit dem programmierten Controller“, ich weiß, dass dies von Erfolg gekrönt gewesen wäre. Ich habe es nicht getan. Wenn man schon so angeschubst wird, also los, ich bin dabei, ich mache mit.

Nach den ersten Mails kamen bei mir als unbedarftem Quereinsteiger schnell bange Fragen auf. Meine Meinung war rasch kundgetan, “minimieren, schauen was einfacher geht, wenn möglich Kosten senken” aber trotzdem keine Abstriche bei der Funktionalität zulassen.

Die vom LianenSchwinger propagierte Modulbauweise fasziniert. So kann ich klein anfangen, später erweitern. Ich entscheide mich für drei Module als verbundener Aufbau in ein ausreichend großes Gehäuse. Somit ist für spätere Erweiterungen genug Platz vorhanden. Der modushop.biz lieferte statt 120 mm Höhe das Pesante Gehäuse mit 165 mm Höhe, auch das ist mir recht, jetzt ist wirklich viel Platz verfügbar.

Drei zentrale Punkte für den Nachbau wurden fixiert:
Es soll nachbausicher sein
Es muss nachbausicher sein
Und drittens, das Wichtigste: das muss richtig nachbausicher sein.

Dieser Beitrag wird wohl den „Randbemerkungen“ im Magazin zugeordnet werden, ein Produkt für engagierte audiophile Leute, welche das eigene persönliche Hörerlebniss durch den Vergleich verschiedener Zuspieler und Lautsprecherboxen komfortabel präsentieren möchten. Kein potentieller Nachbauer soll befürchten, dass er auf sich allein gestellt bleibt. Es ist auch ein Ausflug in den DIY Bereich der Elektronik. Wir haben versucht, es so interessant wie möglich zu gestalten. Die Hardware, mit ihren Bezugsquellen und Preisen ist im Folgenden genannt, Verdrahtungsbeispiele werden vorgestellt. Selbst individuell angepasste Software ist möglich und letzten Endes kann über die PM des Forums schnelle Unterstützung erbeten werden.

Zur Hardware, beginnend mit dem bereits genannten Mikrocontroller

Entwickelt wurde er 2005 in Italien, Künstler und Studenten oder nicht so schaltungsaffine Menschen sollten in die Lage versetzt werden, persönliche Konzepte kostengünstig zu realisieren. Daraus entstand ein eigener, kleiner Industriezweig, benannt nach dem ursprünglichen Controller-Namen Arduino. Die kostenlose Programmiersoftware hat die Abkürzung IDE (integrierte Entwicklungsumgebung), die Arduino-Programmdateien (*.ino) nennen sich Sketch. Diese ca. 500 MB große IDE war schnell installiert. Zum Übertragen der Programmdatei benötigt man lediglich ein USB Kabel. Wer das selber bewerkstelligen will, es ist einfach.

Im Bild der Mikrocontroller, der Arduino Nano, für 3,99 € bei azDelivery erhältlich (pro Neukunden ein Stück umsonst). Und weil das alles so winzig ist, wurde der Infrarotempfänger für die Fernbedienung KY-022 (2,49 €) mit dazu gelegt.

Wir werden in lockerer Folge ein paar Varianten von Lautsprecherumschaltern vorstellen. Unser gemeinsames Grundkonzept ist den einzelnen Hardwaremodulen geschuldet, diese vom LianenSchwinger auserwählte modulare Bauweise erlaubt nicht nur eine den persönlichen Bedürfnissen angepasste Ausbaustufe des Lautsprecherumschalters, auch die spätere Aufrüstung von einzelnen Features ist leicht möglich. Es ist demzufolge nicht so, dass wir exakt am gleichen Gerät werkeln, es geht auch nicht darum, wer einen ‚besseren‘ oder ‚flexibleren‘ Umschalter entwickelt. Dieses vom LianenSchwinger, ich darf das einmal ausdrücklich erwähnen, professionell programmierte, ursprüngliche Projekt ist nach wie vor die Basis für alle weiteren Varianten. Mit einer Fernbedienung schalten wir zwischen verschiedenen Eingangsquellen, verschiedenen Leistungsverstärkern und natürlich verschiedenen Lautsprecherpaaren um, per kleinem Display wird das Wichtigste angezeigt.

Damit der grobe Überblick zwischen den einzelnen Lautsprecherumschaltern nicht verloren geht, wurde in bewährter Manier eine sprechende Kurzbenamsung gewählt, aus dem Lautsprecherumschalter wird ein LSU und ein paar angehängte Ziffern schlüsseln seine Schaltfähigkeiten in der Reihenfolge Quelle/Verstärker/Lautsprecherpaare auf.

Aus dem Forum frei kopiert folgt der minimalistische LSU022, das Kennenlern-Projekt. Er schaltet zwei Leistungsverstärkerausgänge wahlweise auf zwei Lautsprecherpaare. Das reicht vollends aus, um zwei verschiedene Lautsprecherpaare unmittelbar vergleichen zu können. Gleichzeitig kann zwischen zwei angeschlossenen Verstärern gewählt werden, auf eine Quellenumschaltung habe ich vorerst bewusst verzichtet.

Die 022 ist demzufolge ein Lautsprecherumschalter welcher keine Quellen-Umschaltung, zwei umschaltbare Verstärker und zwei umschaltbare Lautsprecherpaare aufweist.

In der folgenden Skizze sieht man den LS-Bus (Lautsprecher Bus), wir sind von der Baum- auf diese Busstruktur gewechselt. Bei der Baumstruktur steigt mit der Anzahl der Lautsprecherpaare die Staffelungstiefe der erforderlichen Relaiskontakte, schnell kommt man an unhandliche Grenzen. Mit der abgebildeten Busstruktur kann je nach Ausbaustufe ganz einfach auf beliebig viele Lautsprecherpaare erweitert werden. Das folgende Beispiel demonstriert wie oben genannt zwei umschaltbare Leistungs-Verstärker, die zwei Lautsprecherpaare können wahlweise einzeln an den LS-Bus zugeschaltet oder auch komplett getrennt werden.

Die erste Neuerung: die Bleeder. Im korrekten Deutsch heißen sie Ersatzlastwiderstände, sie sind unumgänglich bei der Einspeisung von Röhren-Amp’s. Im Leerlauf, z.B. durch gelöste Lautsprecherkabel, ist es nicht ausgeschlossen, dass der wertvolle Ausgangsübertrager oder auch die Endröhren durch Hochspannungsüberschläge Schaden nehmen, ein altes, ausdiskutiertes Thema. Im Programm des Mikrocontrollers ist unter allen Umständen Sorge getragen, dass niemals ein Verstärker ohne angeschlossene (Bleeder)Last leer läuft! Nach dem Anschalten sind alle Lautsprecher vom Bus getrennt, im LCD ist das mit „LAUTSPRECHER: OFF“ sichtbar. VS1 ist auf den Bus geschaltet und alle Bleeder sind ON, was auf dem Display ebenso angezeigt wird.

Informativ folgende Legende:
VS1, VS2: die Ausgänge der Zuspieler, z.B. ein Röhrenverstärker und ein Transistorverstärker
VS12_R+: ist demzufolge vom Zuspieler 1 oder 2 vom rechten Kanal die + Leitung
LS1, LS2: zwei Lautsprecherpaare, z.B. die SB 24 ACL und die Doppel 7
K1: ist ein Relais
k1: seine Kontakte

Ein Schaltbeispiel für die Umschaltung von VS1 auf VS2:
Fernbedienung sendet VS umschalten
alle Bleeder ON (Relais K1-K4 abgefallen, Kontakte k1-k4 Normally Closed)
delay
auf VS2 umschalten (K5 – K8 ziehen an)
delay
Wenn LS1 oder LS2 zugeschaltet ist:
Bleeder2 OFF (K3 -K4 ziehen an)
delay
Sonst bleiben alle Bleeder ON

Das delay, also die programmierte Zeitverzögerung, sorgt dafür, dass der folgende Schaltbefehl garantiert erst nach dem sicheren Ende des gerade laufenden, mechanischen Schaltvorganges gestartet wird. Undefinierte Schaltzustände werden so verhindert. Diese Zeitverzögerung der Relais ist messbar, mit einem Sicherheitsfaktor von drei oder fünf ist sie Millisekunden genau festgelegt. (übrigens eine feine Sache, im Programm habe ich testhalber das delay auf 2 sec. hochgesetzt und konnte so minutenlang alle Schaltspiele ausgiebig bei einem Kaltgetränk beobachten)

Die übrige Hardware

Die Fernbedienung, hier gleich zwei mögliche, die hama Big Zapper (ca. 13.- €) oder die hama Universal Fernbedienung 4-in-1 Smart TV (8,98 €)

In beiden Fernbedienungen sind vorprogrammierte Codelisten enthalten, ich habe die Codeliste 2393 gewählt und im Programm fixiert. Diese Codelisten sind in vielen programmierbaren Fernbedienungen vorinstalliert und wer eine solche besitzt, braucht die Liste nur im Fernbedienungssetup auszuwählen.
Natürlich kann auch jede andere Fernbedienung verwendet werden, wenn die einzelnen Tastencodes ausgelesen werden.

Das 4 x 20 Display (plus dem hier nötigen I2C-Adapter) konnte für 7,49 € bei azDelivery erstanden werden. Dort gibt es auch viele PDF-Dateien zu den einzelnen Bauelementen, welche als kostenlose ebooks beworben werden. So z.B. auch für die folgende Relaisplatte, welche mit 12 € zu Buche schlägt.

Zum Stückpreis von 1,99 € hatten die Bleeder, die gelben Bauteile unten im Bild, ihren Weg von Pollin zu mir gefunden.

Der I2C Portexpander ist das Teil, auf welchem das modulare Konzept beruht. Über den seriellen, zwei drahtigen I2C Bus steuert er zwei Ports mit je 8 Bit Breite an. Er ist vergleichsweise etwas preisintensiver, mit einem 5er Pack vom großen Versandhändler liegt man bei einem Stückpreis von 3,49 €, dafür sind fünf IC-Fassungen in der Lieferung mit enthalten. Wer zu dem Portexpander fachlich ein wenig tiefer einsteigen möchte wird u.a. hier oder hier fündig.

Der Nachbauvorschlag

Als Hilfe zum hardwaremäßigen Nachbau wird ein populäres Programm aus der Arduino Welt namens fritzing verwendet. Es ist frei downloadbar und wird in diesem Beitrag als Visualisierungsprogramm zur Darstellung der Verdrahtung verwendet. Man muss das fritzing Programm nicht unbedingt downloaden und installieren. Der aus ihm exportierte Verdrahtungsplan für den Nachbau ist als JPG unten abgebildet.
Die vom fritzing-Programm exportierte Grafik zeigt die Ansicht des bestückten Steckbrettes, eine Symbiose von Verdrahtungs- und Visualisierungsansicht, quasi der Standard in der Arduino Welt

Natürlich gibt es keine 12 V Blockbatterie, welche so aussieht. Die oben fotografierten Bleeder stimmen auch nicht mit der optischen Darstellung in fritzing überein. Ich kann nur in den vorhandenen Bauteil-Bibliotheken nach Objekten suchen, welche den konkret verwendeten weitgehendst entsprechen. Zum selber erstellen, nein, dafür ist keine Zeit. Die 12V Batterie ist bei mir ein Meanwell Netzteil und die Hochlastwiderstände sind eben etwas größer.

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des LSU022 mit zwei anschließbaren Verstärkern und zwei umschaltbaren Lautsprecherpaaren verlangte es umgehend nach einer Erhöhung der maximal anschließbaren Lautsprecheranzahl, was, dem Konzept geschuldet, recht einfach zu bewerkstelligen ist. Eine weitere Relaiskarte mit zugehöriger Programmanpassung für den Mikrocontroller war schnell angeschlossen.

Der LSU026

Er erlaubt nunmehr sechs umschaltbare Lautsprecherpaare, was ich als angenehme Anzahl empfinde. An die Relaiskarte muss der Lautsprecherbus aufgeschaltet werden, die Versorgungsspannung sowie vier Adressleitungen schließen die Verkabelung ab. Die folgende Skizze zeigt das Prinzip und ist beliebig kaskadierbar.

Die Vorstellung des LSU026 wäre an dieser Stelle im Allgemeinen bereits beendet, die entsprechende fritzing Grafik würde noch folgen, ein Verweis auf eine dritte Relaiskarte könnte auch noch angebracht sein, womit sich der Lautsprecher-Zähler auf die Zahl 10 erhöht und man im puren Überfluss angekommen ist.

Aber alle Lautsprecher werden in diesem Design während des Schaltvorganges allpolig vom LS-Bus getrennt. Die “in der Luft” hängenden Boxen, da war ein flüchtiger Gedanke, könnte man nicht … der Controller kann auch analog …, dass muss gehen! Eine Idee war geboren.

Für den Schutz von Röhren-Amp’s ist bereits beim LSU022 gesorgt, heutige B- und D-Class Verstärker sind prinzipiell leerlauffest, gegenüber einem Kurzschluss an ihren Ausgängen allerdings empfindlich.

Im rauen, praxisnahen Betrieb des Lautsprecherumschalters sind evtl. falsch angeschlossene Kabel nicht ganz ausgeschlossen und so wurden im Pflichtenheft des LSU026 ungewöhnliche Punkte notiert. Nach dem PowerUp und vor jedem LS-Schaltbefehl ein Boxen-Scan mit:

Trennen aller LS
Anhalten des Schaltregimes
Statischer ohmscher Komplettscan aller Lautsprecher am LS-Bus
Prüfung auf Kurzschluss mit Alarmmeldung
Starre Schaltverriegelung bis Aufhebung Kurzschluss
Prüfung und Klassierung in 2, 4 oder 8 Ohm (Normalfall)
Prüfung auf Leerlauf, (Offline), zwangsweise Bleederzuschaltung!
Prüfung auf zu große Ohmwerte (Hochohm)
Prüfung auf unplausible Ohm Werte des Lautsprecher Paares (Paarfehler)
Fortsetzung Schaltregime mit variabler Bleedersteuerung
Selbst gewählte Messauflösung: kleiner 0,1 Ohm

Ich mache es kurz, es funktioniert super.

Für die Neugierigen die Prinzip-Skizze des Messmoduls:

Ein p-Channel Mosfet vom Typ IPP120P04P4L gibt die stabilisierte Betriebsspannung von +5 V als Messspannung auf 12 Metallschichtwiderstände mit 82 Ohm 0,1% frei. Diese sind über die jeweiligen NC Kontakte an jede vom LS-Bus getrennte und mit Masse verbundene Lautsprecherbox geschaltet, der Gleichstromwiderstand des Tieftonchassis wird sehr genau gemessen. Der 16-Kanal Analogmultiplexer 74HC4067 (fachlicher Background) schaltet vom Controller gesteuert die Messspannung aller Kanäle – aller Lautsprecherboxen – nacheinander an den Analogeingang des Controllers, die Messauflösung liegt bei etwa 1 mV, was eine Anzeigegenauigkeit von weniger als 0,1 Ohm problemlos ermöglicht. Nur während des wenige Millisekunden dauernden Scans aller Boxen wird eine 4 Ohm Box mit 0,015 Watt bzw. eine 8 Ohm Box mit 0,024 Watt beaufschlagt, ein akustischer Hauch, gerade so hörbar.

Im Laboraufbau wurde ein zweites Display zur gleichzeitigen Anzeige der ausgewerteten Widerstandswerte eingesetzt, der Softwareaufwand war fast schon nebensächlich. Da die Hardwarekosten mit zusätzlichen 7,49 € ebenso notiert wurden, blieb dieses zweite Display kurzer Hand erhalten, ein Hingucker auf jeden Fall.

Die fritzing Verdrahtungs-Grafik für den LSU026 als Übersicht, unter unten genannter Downloadadresse in voller Auflösung erhältlich:

Das skizzierte Messmodul benötigt ein wenig zusätzliche Hardware, welche kurz aufgezählt ist. Das bereits genannte zweite Display wäre nochmals in keinster Weise nennenswert, wenn es nicht eine eigene, einmalige Hardwareadresse benötigt. Es ist am I2C Bus aufgeschaltet, jeder Busteilnehmer muss über seine einmalige Adresse erreichbar sein.

Zur Demonstration der Adressvergabe wurde das zweite Display von der Rückseite fotografiert, oben im Bild ist seine kleine angelötete I2C-Schnittstellenplatine zu sehen. Darunter wurde zum Vergleich eine zweite I2C-Schnittstellenplatine gelegt, diese entspricht dem Auslieferungszustand und ist wie abgebildet im ersten Display verlötet.

Über diese Schnittstellenplatinen werden die I2C-Adressen hardwaremäßig vergeben. Der Auslieferungszustand ist A0, A1 und A2 geöffnet, damit ist es die Adresse 0x27. Wird oben bei A2 eine kleine Zinnbrücke gelötet, adressiert sich das zweite Display auf die Adresse 0x23, im sketch (dem Programm) können damit beide Displays getrennt beschrieben werden.

Noch ein eher beiläufiger Tipp zu den kleinen, blauen Regelwiderständen. Selbstverständlich kann man es wie ich halten, wenn absolut keine Anzeige im Display sichtbar ist und die Verkabelung ein halbes Dutzend Mal überprüfen. Immerhin sind es unglaubliche vier Adern an der kleinen Schnittstelle. Diese sind beschriftet mit GND, VCC, SDA und SCL. Diese kann man wiederholt ausmessen auf dem Steckbrett, ob da alles richtig gesteckt ist oder das Steckbrett defekt ist. Oder man schickt eine Panikmail an den Vorarbeiter, worauf die Antwort kommt, dass man als erstes die Verdrahtung überprüfen soll. Mein Tipp ist das zugehörige ebook oder ein anderes Datenblatt aus den Tiefen des www zu Ende zu lesen und mittels eines kleinen Schraubenziehers den LCD-Kontrast …

Der folgende Mailverkehr war wieder mal üppig und köstlich. Die Betriebsspannung von + 5V für den Portexpander sowie das Messmodul wird jetzt von einem separaten LM25965 Step-Down Wandler bereitgestellt, ich verzichte auf die Ausnutzung des LM25965 von der Relaisplatte(n) – sorry, rückwärts speisen von externen Baugruppen ist verpönt, ich weiß – u.a. waren die Spannungsabfälle über die Kontaktstellen doch merklich. Im Bild ist eine Luxusvariante mit integrierter Spannungsanzeige zu sehen, die einfachen Modelle genügen vollends. Für diese werden gerade beim großen Versandhändler 1,98 € incl. Versand für ein Stück aufgerufen.

Der abgebildete analoge Multiplexer 74HC4067 für das Messmodul muss noch mit den Stiftleisten komplettiert werden, über die gängigen Suchmaschinen habe ich drei Stück für insgesamt 5.99 € ergattert.

Der P-channel Mosfet mit der kryptischen Herstellerbezeichnung IPP120P04P4L-03 (Marking 4PP04L03) wurde auf einen hinreichend kleinen Einschaltwiderstand ausgesucht. Wird ein anderer Typ eingesetzt, muss zwingend auf seine Logic Level Fähigkeit geachtet werden. Nicht alle P-channel Typen schalten bereits bei 3V Gate-Source Spannung durch, in den Datenblättern sind diese Diagramme immer vorhanden. Über mouser war er schnell bestellt und ebenso schnell die Lieferung aus dem Zentrallager bei Memphis, USA. Auch er ist mit etwas über zwei Euro recht preiswert, aber unter 50 € Bestellwert sind die Transportkosten extrem hoch, was nur so gelöst werden konnte, indem eine ausreichend große Stückzahl geordert wurde.
Zurück von der Hardware, den Bezugsquellen und den “in etwa” Preisen zu den jetzt realisierbaren Anzeigen im zweiten Display, im Laboraufbau war noch ein grün leuchtendes angeschlossen.

Der Kurzschluss-Fall

Es ist der GAU, er wird immer vorrangig überprüft und angezeigt. Im Kurzschlussfall – multiple sind möglich – kommt es zur sofortigen Verriegelung aller Schaltvorgänge, die Kurzschlussstränge sowie sämtliche weitere Lautsprecherpaare bleiben vom L/S Bus getrennt! Alle Bleeder sind natürlich ON. Der LSU026, befindet sich in diesem besonderen Fall im Alarmmodus, es erfolgt ein permanent zyklischer Scan mit ununterbrochen blinkender Nennung aller Kurzschlüsse am Display, die Fernbedienung ist wirkungslos. Beispielhaft folgende LCD Anzeige, zur Veranschaulichung wurden die linken und rechten Polklemmen des Lautsprechers 1 und zusätzlich die Rechten vom Lautsprecher 2 kurzgeschlossen.

Wenn jetzt vom Lautsprecher 1 der Kurzschluss rechts aufgehoben ist LS: 1/L 2/R immer noch blinkend zu sehen. Erst nach Beseitigung des letzten Kurzschlusses wird der Scan beendet, der aktuell gültige Schaltbefehl im Anschluss ausgeführt, die Fernbedienung wieder frei geschaltet und die Anzeige aktualisiert.

Der Normalfall

Er kennt alle im Folgenden genannten außergewöhnlichen Fälle nicht, ganz bescheiden erfolgt eine allgemeine Anzeige des angeschlossenen Lautsprecherpaares in den gängigen Ohmklassen. Folgende Anzeige ist bei meinen beiden Chorus 71 sichtbar. An Hand der gemessenen Gleichstromwiderstände der Tiefton-Chassis – plus des ohmschen Anteils der verwendeten Tiefpass Induktivität – sehen wir diese Normalanzeige.

Der Controller ordnet an Hand vorgegebener Ohm-Grenzen die tatsächlich gemessenen Werte den verschiedenen 8, 4 oder gar 2 Ohm Klassen zu.

Der Offline-Fall

Sobald die Fernbedienung ein neues Lautsprecherpaar anfordert und diese Lautsprecher einzeln oder beide nicht angeklemmt sind, bedingt dies – neben der obligatorischen, schützenden Bleeder-Zuschaltung – eine ausführlichere Information. Im Display wird neben dem jetzt exakten Widerstand der angeschlossenen Box der Offline-Partner angezeigt, ein beidseitiger Offlinezustand folgerichtig mit ‘‘OFF / OFF“ :

Der Hochohm-Fall

Auch höherohmige Werte, welche unsere allgemein üblichen 8 Ohm Boxen deutlich übersteigen, bewirken eine erklärende Anzeige. Dass jetzt wieder die rein vorsorgliche Bleederzuschaltung im Programm des kleinen Mikrocontrollers verankert ist, bedarf keiner besonderen Nennung mehr. Ursache für hochohmige Werte könnten exotische Boxen sein, evtl. auch ein Wackelkontakt in der Verkabelung, schlecht abisolierte Litzen oder mechanisch ‚müde‘ Bananenstecker. Die ausgemessenen Widerstandswerte – samt zugeordnetem Lautsprecher – kommen jetzt auf ein Zehntelohm informativ zur Anzeige. Zur Demonstration wurden ein paar Moxe in die Lautsprecherleitungen zu den Chorus 71 geschaltet.

Der Paarfehler

Unterscheiden sich die linke und die rechte Box in ihren Widerstandswerten um einen vorgegebenen Grenzwert (momentan sind 5% definiert) voneinander, werden ihre Gleichstrom-Widerstandswerte auf 0,1 Ohm genau auf dem Display angezeigt. Solch ein Paarfehler ist im Allgemeinen sehr selten, zur Demonstration war bereits ein 47 Ohm Bleederwiderstand bereitgelegt, er sollte parallel zu einer von beiden U_Do 2 geschaltet werden. Das war aber überflüssig.

Was jetzt folgt ist ein Debakel, mein persönliches Debakel. Der erste Schaltvorgang auf meine beiden angeschlossenen U_Do 2 Boxen erbrachte tatsächlich folgende Anzeige:

Zum Jahresabschlusstreffen waren genau diese beiden Boxen mit vor Ort, was ist das für eine Anzeige? Das ist falsch, stimmt mein Messprogramm nicht oder die Hardware-Vverdrahtung vom LSU026?

Fast die Hälfte! Habe ich links ein 8 Ohm TT-Chassis und rechts ein 4 Ohm TT-Chassis, könnte ja sein. Eine Mail an den ADW-Shop war nach ein paar Minuten beantwortet, ich habe zwei Stück 13-4 Chassis erhalten, 4 Ohm! Es hilft nichts, was der LSU026 kann, sollte mein recht genaues Multimeter auch können, die Boxen abgeklemmt und das Multimeter mit der Ohm-Messung ran an die Polklemmen.

Der Nackenschlag war perfekt. Der LSU026 hat richtig gemessen, mein Multimeter bestätigte es, keine Diskussion. Nach 20 Minuten war das Tieftonchassis aus der 8 Om Box herausgeschraubt, die Dämmwatte lag auf dem Fußboden und die Weiche war auch schon außerhalb des Gehäuses. Ein 4 Ohm Chassis. Nach weiteren 15 Minuten befand sich die Weiche wieder an ihrem vorgesehenen Platz (jetzt mit korrekt angelöteten Litzen) und die Box wieder angeschlossen. Die LCD Anzeige sagte nun ganz unaufgeregt das zwei Boxen aus der 4 Ohm Klasse mit 4 Ohm / 4 Ohm angeschlossen sind, was tatsächlich die richtige Wahrheit ist. Oh Mann.

Der Steckbrett-Laboraufbau befand sich mehrere Wochen im realen Feldversuch, es kamen verschiedene Lautsprecherboxen wie die MiniACL, die Chorus 71, die U_Do 2 sowie einige weitere Kaufexemplare zum Einsatz. Unterschiedlich lange, teils chaotisch verlegte Verkabelungen wurden getestet, abgeklemmte Kabel und Mehrfachkurzschlüsse wurden praxisgerecht durchgespielt, die Punkte im Pflichtenheft gelten als erfüllt. Alle zugehörigen fritzing-Dateien stehen beim Filehoster unter https://filehorst.de/d/dduJrfmw zum Download bereit, Passwort @ADW@.

Für meinen praktischen Aufbau sind, wenn man so will, drei Module wie der Controller, der Adressmultiplexer und das Messmodul gemeinsam auf einer kleinen Lochrasterplatte verdrahtet. Die Anschlüsse von den Messwiderständen sowie Schalteingängen zu den Relaisplatinen, der I2C Bus für die Displays, der IR Sensor sowie alle Versorgungsspannungen sind durch Schraubklemmen erreichbar.

Zu den beiden Relaisplatinen müssen neben + 12V und GND lediglich die vier Adressleitungen gelegt werden, das war es. Der große Verdrahtungsaufwand ist dann zwischen den unzähligen Relaiskontakten und den zugehörigen Buchsen an der Rückwand vorhanden.

Die Rückwand, so viel Gold

Da wir schon beim Thema sind, das Gehäuse und die Klemmen bieten das größte finanzielle Einsparpotenzial. Ein selbst gebautes Holzgehäuse, andere Klemmen. Beispielsweise kostet ein Satz der verwendeten Dynavox-Polklemmen (vier Stück, Pollin) knapp vier Euro, immerhin ebenso viel wie der Mikrocontroller.

Ich muss die fertige Frontansicht auf einen späteren Zeitpunkt verschieben, die 10 mm Aluminiumfrontpartie wartet noch auf die ihr zustehende Bearbeitung an der CNC Fräsmaschine. Leider ist sie auch vom Lockdown betroffen, bei sich erster bietender Gelegenheit geht es weiter.

Auf meiner Lochrasterplatine sind vorsorglich alle acht Kanäle des Portexpanders für die Relaiskarten auf Schraubklemmen gelegt. Eine dritte Relaiskarte liegt bereits auf der Werkbank und wenn im Programm die Variable MAX_LAUTSPRECHER von 6 auf 8 geändert wird, wäre es ganz schnell der LSU028. Wenn alle vorsorglich und überreichlich verschraubten Buchsen an der Rückwand verwendet werden reicht es für den LSU638, tatsächlich ist das doch ein unsinniges Zahlenspiel. Jedenfalls im Moment.

Die wichtigste Schraubklemme ist die universelle Schnittstelle des I2C Busses für alle weiteren, z.T. bereits in Entwicklung befindlichen Erweiterungen. Bevor ich genau dazu den Staffelstab weitergebe an den Thread-Opener, unserem LianenSchwinger, sei mir noch eine kleine Randbemerkung erlaubt. Es hat unheimlich Spaß gemacht, die letzten vielen Wochen in dieser schon recht schweren Zeit. Mit jemand professionell zusammen arbeiten zu dürfen, viele E-Mails zu senden und im ADW eigenen Zeitraster ebenso beantwortet zu bekommen, so etwas setzt Synergien frei im Home-Werkstatt-Office. Danke.

Lieber Rundmacher, liebe Foren-Freunde,

zuerst möchte ich ein großes Lob an Rundmacher aussprechen. Nicht nur für diesen tollen und bis ins kleinste Detail ausgearbeiteten Bericht, sondern insbesondere für die Arbeit, die er in den letzten Wochen in das Projekt investiert hat, um Euch den LSU026 zu präsentieren. Wer den Thread „Lautsprecher-Umschalter Nordhausen 2019“ bisher verfolgt hat, wird schon festgestellt haben, dass sich die Entwicklung des LSU zwischen mir und Rundmacher etwas unterscheidet. Wie man am LSU022 und LSU026 von Rundmacher sieht macht er Nägel mit Köpfen, sprich den Bau eines Komplettsystems.

Ich verfolge einen leicht anderen Ansatz. Ich versuche, eigenständige Module zu entwickeln, die einfach per Kabel an die Prozessoreinheit gesteckt werden und dann automatisch vom Programm erkannt, eingebunden und konfiguriert werden. Die Module können hierbei jeweils auch in eigenen Gehäusen verbaut sein. Dazu ein kleines Beispiel:

Udo lädt zum Lautsprechertreffen 2020. In den verschiedenen Bereichen bestehen unterschiedliche Anforderungen an einen LSU. Nehmen wir die ACL-Abteilung. Hier hat sich gezeigt, dass ein Umschalter für 4 Lautsprecherpaare, der für den heimischen Lautsprechervergleich ausreichend ist, zu wenig ist. An dieser Stelle nimmt man ein weiteres Lautsprechermodul und verbindet es einfach mit dem LSU und hat dann z.B. statt eines LSU024 einen LSU028.

Ganz anders sieht es in der Abteilung Mona, MiniAcl und weiteren Lautsprechern aus. Hier benötigt man evtl. nur einen Verstärker, dafür aber eine Erweiterung um auch Subwoofer mit einzubinden.

Wieder ein Stockwerk höher in der Hörergunst kommen dann noch die aktivierten Lautsprecher hinzu.

Nochmal zur Nomenklatur, die erste Ziffer gibt die Anzahl der Quellen, die zweite die Anzahl der Verstärker und die letzte Ziffer dann die Anzahl der Lautsprecherpaare/Subwoofer an.
Bei mir ist die kleinste Einheit quasi ein LSU004 oder falls jemand nur einen Verstärkerumschalter mit den Optionen Bleeder-Zuschaltung und Widerstands- Messfunktion braucht ein LSU020.

Bisher umgesetzt sind folgende Module:

Das Herzstück, die Prozessoreinheit mit IR-Empfänger, LCD-Display und Bluetooth-Adapter sowie dem I2C-Bus für den Anschluss der einzelnen Erweiterungsmodule

Das Lautsprecher-Modul für jeweils 4 oder 8 Lautsprecherpaare (hier habe ich im Programm eine Deckelung für 2 Lautsprecher-Module und somit maximal 16 Lautsprecherpaare eingebaut)

Das Verstärker-Modul für 2 (3) Verstärker mit den Optionen Bleeder-Zuschaltung oder Anschluss eines 3. Verstärkers und Widerstands-Messfunktion der Lautsprecher sowie der Möglichkeit eine Quelle auf die Verstärker umzuschalten.

Mittlerweile gibt es ein Kombiboard, welches ein Lautsprecher- und das Verstärker-Modul kombiniert und somit mit der Prozessoreinheit einen kompletten LSU124 darstellt.

Subwoofer-Modul für bis zu 8 passiven Subwoofern (1:1 Zuschaltung zu den Lautsprecherpaaren, später per Konfiguration auch freie Zuordnung, auch Mehrfachzuweisung)

Signal-Modul für die optische Signalgebung, welcher Lautsprecher/ Subwoofer gerade läuft für den Maximalausbau von 16 Lautsprecherpaaren und 8 Subwoofern

In der fortgeschrittenen Entwicklung:

Konfiguration und Steuerung des LSU über eine Android-App, die per Bluetooth gekoppelt ist

Offene und in der Ideenfindung befindliche Module:

Quellen-Modul für die Umschaltung von RCA, Toslink und Coax Quellen mit den Optionen Integration von Aktiv-Lautsprecher  und Lautstärkeanpassung für RCA (diese ist softwaremäßig bereits realisiert mittels PGA2311)

Evtl. eine Erweiterung für die zusätzliche Bedienung über ein Frontpanel

Die fertigen Module werde ich in Kürze im Ursprungs-Thread, mit ein wenig Hintergrundwissen und -überlegungen detailliert zum Nachbau vorstellen. An dieser Stelle braucht niemand Angst zu haben. Es handelt sich, wie oben zu sehen, um kleine Platinen, die einfach auf die 16-fach Relaiskarten aufgesteckt oder per 5-adrigen Kabel und Flachbandkabel verbunden werden. Neben den im Bericht vorgestellten Relaiskarten kann man natürlich auch, wie in meinem Ur-LSU, andere Relais verwenden.

Zum Schluss noch der Aufruf, dass Rundmacher und ich uns auch weiterhin auf Anregungen und Wünsche eurerseits freuen.

VG LianenSchwinger und Rundmacher

Auch wenn das Script nur einen Autor zulässt, gilt unser Dank beiden Communarden. Großartig die Idee des einen und die Umsetzung des anderen.

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Hallo zusammen,

das sind schöne Projekte. Mein eigenes Elektronik-Lebenswerk, ein Old School-Class AB-Verstärker, hängt nach jahrelanger LTSpice-Simulation und Beschaffung aller Schlüsselkomponenten an der Erstellung des Leiterplattenlayouts. Steckbretter und Lochraster-Platinenverdratung würden dabei wahrscheinlich zu sehr unerwünschten Effekten führen. Für solche Relais-Schaltprojekte ist das aber sicher gut genug. Obwohl… ?

Auch wenn es Hobby-Projekte sind, habt ihr evtl. an so etwas wie eine FMEA oder FTA gedacht? Im Fehlerfall sehe ich durchaus ein Restrisiko, angeschlossene Verstärker zu beschädigen, zum Beispiel wenn, aus welchem Grund auch immer, zwei Verstärkerausgänge parallel geschalten werden oder ein noch schwingender Lautsprecher an einen anderen Verstärker angeklemmt wird. Kann nie passieren? Was ist, wenn sich eine Schaltverbindung am Steckbrett löst oder ein Relais hängt oder die Software doch nicht immer das tut, was der Programmierer wollte, etc.?
So what, wenn es eigene Geräte sind… Aber teure Geräte anderer würde ich nur bedingt daran anschließen.
Nix für ungut, ich möchte das Projekt nicht abwerten. Aber ich arbeite seit 25 Jahren in der Elektronik- und Embedded-Software-Entwicklung, davon 20 Jahre in der Automobilindustrie. Ich habe die absurdesten Ursachen für millionenteure Rückrufaktionen gesehen … da wird man paranoid 😉

Martin „Murphy“ F aus Eh.

Guten Abend Martin.

gegen etwas gesunde Skepsis ist ja nichts einzuwenden.
Wenn mir jemand erzählen will, er arbeitet an umfangreichen technischen Projekten und wäre zu 100% fehlerfrei, den bezichtige ich schlichtweg der Lüge. Je umfangreicher ein System ist, desto mehr Möglichkeiten für Fehler gibt es. Glaub mir, selber als Elektrokonstrukteur tätig, finde ich auch noch nach Jahren Fehler in den eigenen Anlagen. Ob es für oder gegen einen spricht, dass diese nach all der Zeit erst einem selbst auffallen, man sich dann mit der Hand ins Gesicht schlägt und sich fragt, was man da fabriziert hat, sei dahingestellt. Glücklicherweise war noch nichts dabei, was einen Rückruf bedingt hätte. Natürlich ist daher eine gute Fehleranalyse wichtig. Was den Schutz des Materials angeht, als auch insbesondere den Schutz von Personen (bin im Maschinenbau tätig / Automobilzulieferer). Da wird natürlich eine Null-Toleranz-Politik gefahren was derart gefährliche Maschinenausfälle angeht, man will daher alle gängigen Normen berücksichtigen und ist sich dennoch bewusst, eigentlich immer irgendwie mit einem Bein im Knast zu stehen. Wer sich dafür verantwortlich zeichnet, kann also nicht vorsichtig genug zu Werke gehen 🙂
Für den Rest gilt manchmal einfach: “Augen zu und durch!”

Was unsere Hobbybasteleien hier angeht: Von allem, was über 50 Volt Wechselspannung und 120 Volt Gleichspannung angeht, rate ich immer allen “Hobbyelektrikern” ab. Damit wäre dann zwar noch nicht dem Zimmerbrand, aber immerhin schon mal der Elektrikution Einhalt geboten. Der Rest ist halt… Hobby.
So ein Umschalter, wie der hier präsentierte, oder auch alles andere was hier so gebastelt wird in der Community, müsste natürlich noch einige Hürden nehmen, bevor es kommerziell am Markt eingeführt werden könnte. Einfach, um das Haftungsrisiko zu minimieren und das Produkt “narrensicher” zu machen.

Wenn es jedoch im Hobbybereich genutzt wird, obliegt die Nutzung ja dem Vertrauen in den Erbauer. Wenn ich z.B. ein sehr teures Gerät zu so einer Veranstaltung mitnehmen würde, dann würde ich ja nicht jeden daran herumfummeln lassen. Das muss in der Tat jeder selber wissen, an was und durch wen er eigenes Equipment anschließen lässt.

Wenn ich mir aber so manche “Flugverdrahtung” auf manchen Hörungen mit vielen Geräten und Lautsprechern ansehe, ist die größte Fehlerquelle der Mensch, die Flüchtigkeit und die Hektik. Da kann so ein Umschalter schon nützen. Wenn er sauber funktioniert. “Hoffentlich”, wie Du nun sagen würdest 😉

Gruß,
-Sparky

Nabend LianenSchwinger und Rundmacher,

datt nen ich mal FETT! Respekt vor dieser Leistung und Bericht.

Auch wenn ich so einen Umschalter garnicht brauche, hätte ich schon Interesse diesen zu bauen. Der Bericht ist nur einfach so klasse, dass ich direkt angefixt bin!

Dazu mal eine Frage: Was kostet das Projekt, so wie es ist, zu realisieren?
Habe eigentlich noch genug zu bauen aber das Dingen fixt mich echt an.

Mich kribbelt! Danke für den klasse Bericht und dass Ihr diese Arbeit allen zur Verfügung stellt und das kostenlos.

Danke und Gruß Jörg

Guten Morgen LianenSchwinger und Rundmacher,

Chapeau!
Umschalter kursieren hier ja mittlerweile einige Varianten von rein mechanisch bis zu elektromechanisch – mit Eurer digitalisierten Version, sozusagen ein “Umschalter 4.0”, habt Ihr vermutlich die Mutter aller Umschalter geschaffen, die sich vor nichts am Markt erhältlichen verstecken muss. Hätte ich Ahnung von der Programmierung von Microcontrollern, so ein Projekt würde mir ebenfalls Spaß machen. Ich könnte es mit einer SPS nachbilden, dann würde das gerät aber nicht mehr zu transportieren sein und den Preis eines Kleinwagens aufrufen 😀
Da macht so ein Microcontroller schon Sinn.

Gerade auch, was die “Features” angeht – die Fehlererkennung über das integrierte “Multimeter” finde ich astrein! Theoretisch ist es auch möglich, so etwas diskret aufzubauen und bspw. per LED zu visualisieren (Stichwort Lautsprecher-Schutzschaltung), aber spätestens bei einer Textanzeige, welche auf das genaue Problem hinweist, kommt man da an Grenzen.

Für den rein privaten Gebrauch würde ich ein solches Projekt ehrlich gesagt nicht angehen.
Dazu ist es “zu mächtig” bzw. kann zu viel, für einen einfachen A/B-Vergleich tut es da doch ein mechanischer Umschalter.
Aber ich glaube, das war auch nicht in Eurem Sinne, als dieses Gerät entstand.
So ein Umschalter drängt sich gerade zu auf für ein Event, wo viele Boxen / Verstärker und Akteure gleichzeitig am Werken sind. Wenn viele Hände parallel irgend wo herumfummeln, wie schnell ist ein Fehler in die Verkabelung eingebracht?
Da hat eure Erfindung das Potential, (elektronische) Leben zu retten, seien es Boxen oder Verstärker.
Und sogar Hinweise zu geben, wo der Hase im Pfeffer liegen könnte 😉

Eurer Ausfertigung konnte ich fachlich folgen und zolle Euch meinen größten Respekt.
Nicht viele hätten einen anfangs “einfachen” Umschalter in diesem Umfang auf die Beine gestellt, noch dazu als unentgeltliches Open Source Projekt, so dass jeder Interessierte es nachbauen kann.

Gruß,
-Sparky

noch eine Idee um das Problem der teuren polklemmen zu umgehen: auf dem Markt müssten doch billig irgendwelche defekten AVR Boliden aus der Anfangszeit zu haben sein, die mit guten Polklemmen aufwarten und dann auch gleich schon ein ansehnliches Gehäuse liefern können 🤔

Moin Matthias. Die Idee ist nicht verkehrt. Bei meinem alten Marantz war es eine üble Fummelei weil die Buchsen im 4er-Block direkt auf der Platine verlötet waren. Dann waren da noch die vielen anderen Löcher in der Rückseite und die Front war arg zerklüftet. Habs dann sein lassen……
Aber vielleicht gibt es ja auch geeignetere Geräte.
Gruß Martin

Sensationell was ihr da auf die Beine gestellt habt. Genau so etwas brauche ich auch wieder, nachdem mein Canton LSU altershalber aufgegeben hat.
Perfekt wäre eine Stückliste mit den benötigten Bauteilen und, für Elektro-Laien wie mich, eine Schritt-für-Schritt-Anleitung.
Gruß Paul

Da schließe ich mich gerne Paul an. Absolut klasse das Teil, schon die Urversion in Nordhausen war zum daniederknien. Obwohl ich einen Schaltplan lesen kann und den Lötkolben auch von der richtigen Seite anpacke, klingen Begriffe wie P-Channel Mosfet, IC2 Bus oder Step Down Wandler für mich wie Chinesisch. Nachbau unmöglich, leider. Bedarf für einen LSU026, besser LSU224, hätte ich auf jeden Fall.
Grüße
Hermann

Moin Moin,

meinen größten Respekt. Die Idee, die professionelle und durchdachte Umsetzung … und dann noch öffentlich zu teilen … andere würden das nur gegen ein gewisses Endgeld in Umlauf bringen!
Vielen Dank,
Gruß, Markus

Perfekte Arbeit!

Gran
Di
Os
!

Was ein Bericht! Klasse wirklich! Ich habs gern durchgelesen, auch wenn ich günstigenfalls höchstens die Hälfte verstanden hab, und eigentlich auch keinen Nachbaubedarf, hab ich jetzt bock das nachzubauen 😉

Wow!!!!!!!!!!!!!!!

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