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AMBM - Das Analog-Meterbridge-Modul-Projekt

( English Version: AMBM - The Analog Meter Bridge Module Project)

Module für mehrkanalige analoge PPM- oder VU-Meterbridges als DIY-Kits

Mit LED-Bars, die 51 zweifarbige LEDs enthalten, ist so eine Meterbridge nicht nur technisch anspruchsvoll, sondern auch ein außergewöhnlicher Blickfang!

Inhalt

• Videos
• Ausstattung
• Was Sie bekommen und was Sie noch benötigen
• Module als Bausätze und voll bestückt
• Einige Ansichten der zusammengebauten Module
• Die LED-Skala
• Betrieb
• DIY Aspekte
• Dokumentation
• Preise und Verfügbarkeit

Videos

Sehen Sie (nach einer kurzen Einführung) das AMBM in Aktion:

→ Mittlere Auflösung (1280 x 720, 25p, 727 MB, 12 Mbit/s): Der Download ist häufig schnell genug

→ Hohe Auflösung (1920 x 1024, 50p, 1570 MB, 26 Mbit/s): Der Download ist normalerweise nicht schnell genug

Ausstattung

• Zwei Kanäle (zwei LED-Bars + dual channel controller) pro Bausatz
• 51 zweifarbige LEDs pro LED-Bar, 77,5 mm lang
• Separate LED-Bars: Beliebiger LED-Bar Rasterabstand > 17,4 mm
• Einfache 12 V (7 bis 15 V) Stromversorgung
• Zwei symmetrische Analogeingänge
• Eingangsempfindlichkeit +4 dBu oder -10 dBV bei 0 dB Anzeige
• Echte PPM- oder VU-Messungen
• Hohe Genauigkeit: Fehler < ±0,1 dB (~ ±1%)
• Skalenbereich von -50 dB bis +5,5 dB
• 6 umschaltbare Anzeigeoptionen (offener Schalter zuerst erwähnt):
  1. PPM- oder VU-Messungen
  2. Bar-Anzeige oder Dot-Anzeige
  3. Bar-Anzeige: Mit oder ohne Peak-Hold oder
     Dot-Anzeige: Mit gelbem oder grün-gelb-rotem Dot
  4. Hintergrund-LEDs an oder aus
  5. Farbmuster grün-gelb-rot oder grün-rot
  6. Anzeigehelligkeit hoch oder niedrig

Was Sie bekommen und was Sie noch benötigen

Die AMBM-Module sind als Bausätze gedacht, so sind Sie nicht nur frei bei der Installation auf verschiedenste Arten - der Nachteil ist, dass Sie auch entscheiden müssen, wie Sie es tun, und dass Sie für das mechanische Design und die notwendigen Teile selbst sorgen müssen.

Der Bausatz enthält:

• 1 Steuerungsmodul AMBM-Ctl bestückt mit allen SMDs, programmiert, getestet und kalibriert
• 2 LED-Module AMBM-LED bestückt mit allen SMDs, getestet
• 2 LED-Bars mit 51 zweifarbigen LEDs
• 4 Stiftleisten, 2 x 13 (LED-Modul Anschlüsse)
• 2 IDC Flachbandkabel, 26-adrig, 45 mm lang (LED-Modul Anschlüsse)
• 1 Stiftleiste, 2 x 3 (Optionsschalter)
• 1 IDC Flachkabelverbinder, 2 x 3 (Optionsschalter)
• 3 Schraubklemmen (Stromversorgung und Analogeingänge)

Das ist alles. Keine Schrauben, keine Muttern und Bolzen, nichts weiter. Somit müssen Sie sich um all diese Schrauben, Muttern und Abstandsbolzen, d. h., um alle mechanischen Teile, selbst kümmern.

Und Sie müssen für ein Netzteil, z. B. 12 V, mindestens 350 mA pro AMBM-Modulsatz (2 Kanäle), sorgen.

Möchten Sie die LED-Module weiter entfernt von der Steuerung installieren, als es die 45 mm IDC Flachbandkabel erlauben, lassen Sie es mich wissen. Ich kann die IDC Flachkabelverbinder und genügend Kabel alternativ separat liefern.

Module als Bausätze und voll bestückt

Die Bausätze werden mit aufgelöteten SMDs und getestet geliefert, aber Sie müssen die wenigen THDs (through-hole-devices) selbst einlöten. Dadurch bietet sich Ihnen die Möglichkeit, sie anders als nach meiner ursprünglichen Absicht und der Beschreibung hier zu bauen und zu verbinden.

		Die Module, wie sie als Bausätze geliefert werden...		... und bestückt mit Schraubklemmen, Stiftleisten und LED-Bars
Das Steuerungsmodul AMBM-Ctl
Zwei LED-Module AMBM-LED

Einige Ansichten der zusammengebauten Module

Die LED-Skala

Die Skala des AMBMs ist identisch für VU und PPM. Sie reicht von -50 dB bis +5,5 dB. 0 dB Skalenanzeige bezieht sich auf entweder +4 dBu oder -10 dBV (andere sind möglich), was meiner Meinung nach weit verbreitet in Nicht-Rundfunk-Studios verwendet wird. Pegel über 0 dB werden mit roten LEDs angezeigt, Pegel zwischen -5 dB und 0 dB entweder gelb oder grün und alle anderen LEDs darunter sind grün. Die Skalenwerte sind:

Mustervorlage(n) für die Skalenbeschriftung

Könnten so ähnlich aussehen:

  or    or    or  

+4 dBu, -10 dBV und andere Bezugspegel

Die Auswahl zwischen +4 dBu und -10 dBV für 0 dB Anzeige wird durch 4 Lötverbindungen (Lötbrücken) auf der Lötseite vom AMBM-Ctl hergestellt.

• Lötverbindungen offen (wie auf dem Foto): +4 dBu
• Lötverbindungen kurzgeschlossen: -10 dBV
  

Sollten Sie einen anderen Bezugspegel für 0 dB Anzeige als +4 dBu oder -10 dBV benötigen, so können Sie diesen mit 2 externen Widerständen für jeden Kanal an seinen Eingangspins erreichen, sofern der Bezugspegel höher als -10 dBV (= 316,2 mV_eff) ist, mehr dazu erfahren Sie weiter unten.

Betrieb

Die Einstellungen sind im Detail:

Schalter 1: PPM- oder VU-Messungen

PPM- und VU-Messungen unterscheiden sich sehr voneinander:

• VU (Volume Unit)-Messungen wurden schon sehr früh eingeführt, als es kaum andere als elektromechanische Instrumente zur Anzeige von Messwerten gab. Also nahm jemand einen einfachen Gleichrichter und ein verfügbares Drehspul-Instrument und nannte es VU-Meter. (Ok, das ist etwas vereinfacht.) Um vergleichbare VU-Messungen durchzuführen, waren die dynamischen Eigenschaften dieses Instruments natürlich wichtig, und deshalb sollten alle anderen VU-Meßgeräte dieselben dynamischen Eigenschaften aufweisen. So wurde das VU-Messgerät in ANSI C 16.5 / IEC 268-17 standardisiert:
  
  
• Die Anstiegszeit, d. h., die Zeit, die die Anzeige eines Sinus-Signals benötigt, um 90% des tatsächlichen Wertes zu erreichen, ist 300 ms.
• Das Überschwingen liegt bei 1 bis 1,5%.
• Die Abfallzeit beträgt genau wie die Anstiegszeit 300 ms.

VU-Meter haben eine hohe Ansprechzeit, so dass kurze Peaks weitgehend unsichtbar bleiben. Um die Gefahr von Übersteuerungen zu reduzieren, werden VU-Meter deswegen üblicherweise mit einem sogenannten "Lead", also "Vorlauf" eingestellt. Das bedeutet, dass ein Sinus-Dauerton bei Vollaussteuerung nicht mit 0 VU angezeigt wird, sondern mit einigen dB mehr. Üblich, aber nicht standardisiert, sind z. B. +6 dB. Das ist historisch bedingt und daher verständlich, aber für eine genaue Pegelanzeige ist das (und damit ganz allgemein VU-Meter) natürlich eher eine Katastrophe.


Das AMBM im VU-Modus hat die dynamischen Eigenschaften des ANSI C 16.5 / IEC 268-17 Standards, aber es hat im Gegensatz zu den klassischen VU-Metern keinen Lead. Ein Sinus-Signal wird sowohl im PPM- als auch im VU-Mode mit gleichem Pegel angezeigt, also bei Vollaussteuerung am Beginn des roten Bereichs mit 0 dB. Als Ersatz für den Lead kann beim AMBM im VU-Modus der gelbe Anzeigebereich, der mit -5 dB beginnt, betrachtet werden. Für normale Audiosignale mit dynamischem Inhalt (Sprache, Musik) sollte der Pegel ungefähr bis zum gelben Bereich eingestellt werden. Je nach Art des Audiosignales kann mal mehr (z. B. ein langer Orgelton) oder mal weniger (z. B. Percussion) zulässig sein.

Abgesehen von dem weder standardisierten noch vorhandenen Lead verwendet das AMBM, anders als die ursprünglichen VU-Meter, die eine lineare Skala von 0 bis +3 VU (+3 VU sind 3 dB über 0 VU) aufweisen, die gleiche logarithmische Skala wie für die PPM-Skala. Die Messwerte bleiben dabei identisch.

Bei den in (Heim-)Tonbandgeräten üblichen Aussteuerungsanzeigen mit der Beschriftung "VU" kann man allerdings davon ausgehen, dass diese Anzeigen allem anderen, aber nicht dem VU-Standard entsprechen. Es wird lediglich "irgendwas", was mit Aussteuerung zusammenhängt, anzeigt.


• PPMs (Peak Program Meter) wurden viel später entwickelt und standardisiert. Diese Standards sind weltweit nicht identisch. Besonders die Referenzniveaus unterscheiden sich. Hier habe ich die IEC 60268-10 übernommen.
  
  
• Die Anstiegszeit, d. h., die Zeit, die die Anzeige benötigt, um 90% des tatsächlichen Wertes zu erreichen, ist 10 ms.
• Die Abfallzeit beträgt 20 dB pro 1,5 s.

PPMs reagieren viel schneller auf Peaks, so dass Übersteuerungen, die möglicherweise noch hörbar sind, viel besser sichtbar sind. Deswegen werden sie in der professionellen Audiotechnik eingesetzt.

Der PPM-Modus wird als Standard gewählt, d. h., wenn Schalter 1 aus ist.

Schalter 2: Bar-Anzeige oder Dot-Anzeige

 Bar-Anzeige

 Dot-Anzeige (Dot-Farbe = gelb)

Schalter 3, Bar-Anzeige: Mit oder ohne Peak-Hold

 Bar-Anzeige mit Peak-Hold

(Dies ist die Standard-Anzeige, d. h, wenn alle Schalter aus sind bzw. wenn es keine Schalter gibt)

Schalter 3, Dot-Anzeige: Gelb oder mehrfarbiger Dot

 Dot-Anzeige mit Dot-Farbe = Hintergrundfarbe

Schalter 4: Hintergrund-LEDs an oder aus

 Hintergrund-LEDs aus

Schalter 5: Farbmuster grün-gelb-rot oder grün-rot

 Farbmuster grün-rot

Schalter 6: Anzeigehelligkeit hoch oder niedrig

 Anzeige gedimmt

DIY Aspekte

Aufbau

Die LED-Module können auf dem Steuermodul mit Distanzbolzen mit einer Länge von mindestens 30 mm, wie auf den Fotos gezeigt, gestapelt werden. Wenn beide LED-Bars auf diese Weise montiert werden, ist ein Rasterabstand von entweder 21,59 mm (0,85") oder 27,305 mm (1,075") möglich.

Wenn die LED-Module getrennt vom Steuerungsmodul aufgebaut werden, ist ein minimaler Rasterabstand von 17,4 mm (0,675"), der Breite der LED-Leiterplatte, möglich. Die Leiterplatte des LED-Moduls kann durch Schneiden oder Brechen an der vorgesehenen Perforation verkürzt werden.

Die Befestigungslöcher sind für M3 Schrauben (ca. #4-40 UNC) vorbereitet.

Wenn Sie eine große Entfernung zwischen Steuer- und LED-Modulen wünschen, können Sie auch sehr lange Flachbandkabel verwenden. Bis zu 1 m ist kein Problem. Ich biete Flachbandkabel mit einer Länge von 45 mm an, die für die Stapelmontage des Moduls vorgesehen sind, wie in der Nahansicht auf der rechten Seite gezeigt wird.

Die Schutzfolien der LED-Bars sind vor dem endgültigen Einbau zu entfernen. Sie sind meist unsichtbar, können aber Reflexionen erzeugen, während die Oberfläche der LED-Bars selbst matt ist. Wie auch immer, auf allen Fotos kann man immer noch die Folien sehen, und bei genauer Betrachtung auch Reflexionen von ihnen.

Verdrahtung

Richtige Verdrahtung ist entscheidend.

• Stromversorgung: In der Regel haben Sie eine zentrale Stromversorgung für alle Module.
• Verwenden Sie ein Paar Stromversorgungsleitungen für jedes Steuerungsmodul und verbinden Sie sie an der Stromversorgung (→ Stern-Verdrahtung).
• Verwenden Sie - wenn möglich - verdrillte Leitungen oder führen Sie beide Leitungen wenigstens dicht nebeneinander her.
• Halten Sie die Stromversorgungsleitungen von allen Audiosignalen fern, insbesondere von jenen mit niedrigen Signalpegeln (Mikrofoneingänge).
• Je länger die Leitungen sind, desto dicker sollten sie sein. Für kurze Entfernungen sollte 0,25 mm² (AWG 23) ausreichen, aber unter normalen Umständen würde ich 0,5 mm² (AWG 20) oder 0,75 mm² (~AWG 18) verwenden.
• Audioeingang:
• Führen Sie für jeden Kanal ein Paar Leitungen zur Quelle.
• Verbinden Sie auch bei unsymmetrischen (üblicherweise -10 dBV) Signalen einen Eingang mit der Masse der Signalquelle.
• Verwenden Sie - wenn möglich - verdrillte Leitungen oder führen Sie beide Leitungen wenigstens dicht nebeneinander her.
• Die Polarität des Audiosignaleingangs ist irrelevant.
• Anzeigeoptionsschalter:
• Der Anzeigeoptionen-Eingang ist ST2 auf dem AMBM-Ctl-Modul. Diese Eingänge können mit allen Steuermodulen durch ein 6-adriges IDC Flachbandkabel beliebiger Länge und mit beliebiger Anzahl von Abzweigungen parallelgeschaltet werden, so dass ein Satz Schalter die Anzeigeoptionen aller Module steuern kann.
• Die Schalter- und Pin-Nummern bei ST2 stimmen überein. Pin 1 (= Schalter 1) ist auf der Leiterplatte markiert.
• Es gibt keinen Masse-Pin auf der 6-poligen Stiftleiste, das ist wichtig: Eine Masseverbindung zwischen den Steuerungsmodulen würde starke AC-haltige Ausgleichsströme zwischen den Modulen verursachen, die wiederum starke Störsignale den gemessenen Signalen hinzufügt. Deswegen muss die Masse der Schalter mit einer separaten Leitung an der Stromversorgungsmasse angeschlossen werden.
• Zu guter Letzt muss der Masseanschluss der Meterbridge mit der Masse der Konsole verbunden werden, vorzugsweise von der Stromversorgungsmasse bis zum Chassis der Konsole.

Andere Bezugspegel

Wie oben schon erwähnt, können Sie, wenn Sie einen anderen Bezugspegel für 0 dB Anzeige als +4 dBu oder -10 dBV benötigen, diesen mit 2 externen Widerständen für jeden Kanal an seinen Eingangspins erreichen, sofern der Bezugspegel höher als -10 dBV (= 316,2 mV_eff) ist. Schalten Sie diese Widerstände in Reihe mit den Analogeingängen vom AMBM. Für jede Eingangsleitung ist ein Widerstand erforderlich. Die Werte für diese Widerstände können berechnet werden aus:

R = (U_Quelle - U_Eingang) × 42 kΩ/V

Beispiel:

• Der Bezugspegel soll +6 dBu sein (U_Quelle = 1,545 V)
• Das AMBM-Ctl ist konfiguriert für +4 dBu (U_Eingang = 1,228 V)
• → die Differenz ist 0,317 V
• → die Widerstandswerte sind 0,317 V × 42 kΩ/V = 13,3 kΩ

Tipp: 13,3 kΩ ist kein gängiger Wert aus der E24-Reihe (aber es ist zumindest ein Wert aus der E48-Reihe). Um leichter verfügbare Widerstandswerte verwenden zu können, kann man sich auch mit zwei ungleichen Widerständen pro Eingang behelfen. Es gilt:

• Für eine präzise Einstellung des Bezugspegels muss die Summe der beiden Widerstandswerte stimmen, also im Beispiel 2 x 13,3 kΩ = 26,6 kΩ.
• Für eine optimale Gleichtaktunterdrückung müssen beide Widerstandswerte identisch sein.

Das bedeutet, dass wenn an die Gleichtaktunterdrückung im System keine große Anforderungen gestellt werden, ggf. auch mit zwei verschiedenen Widerständen der Bezugspegel leichter erreicht werden kann. Im Beispiel also z. B.  12 kΩ + 15 kΩ = 27 kΩ, was nahe an den gewünschten 26,6 kΩ liegt. Auch mit nur einem 27 kΩ-Widerstand wäre nur die Gleichtaktunterdrückung weiter verringertert.

Kontrastfilterfenster

Ich empfehle die Verwendung von grauem Filterglas vor den LEDs. Das macht die Anzeige dunkler, verbessert jedoch den Kontrast in beleuchteten Umgebungen erheblich. Mit dem Foto rechts habe ich versucht, dies zu veranschaulichen, aber es zeigt die Wirkung in der Praxis nicht wirklich.

Sie können gut geeignete Acryl-Anzeigefenster bei TTV GmbH kaufen, sogar in kundenspezifischen Größen. Eine graue Farbe mit einer Lichtdurchlässigkeit von 30% ist ein guter Kompromiss. Eine kratzfeste und blendfreie Oberfläche ist vorzuziehen. Solch ein Material ist ANTIFLEX-AR, das üblicherweise als ANTIFLEX-AR 1220 mit Stärken von 1,5, 2 und 3 mm auf Lager ist.

Stromversorgung

Das AMBM kann mit 7 bis 15 V versorgt werden. Die typischen maximalen Durchschnitts- und Spitzenversorgungsströme sind:

(Hinweis: Auf dem Labortisch ist auch 5 V möglich, jedoch mit sehr geringer oder keiner Reserve für Kabelverluste und Toleranzen.)

Durch die gemultiplexten LEDs kommt es zu einer starken Welligkeit des Versorgungsstroms mit Spitzenwerten bis zu 25% mehr als der oben aufgeführte maximale Durchschnittsstrom, auch wenn nicht alle LEDs eingeschaltet sind. Aus diesem Grund dürfen die Massen der AMBMs nirgendwo anders zusammengeschlossen werden als an ihren Stromversorgungseingängen, vorzugsweise am Netzteil.

Dokumentation

• Schaltplan AMBM-Ctl
• Schaltplan AMBM-LED
• Maßzeichnung AMBM-Ctl
• Maßzeichnung AMBM-LED (Hinweis: Die LED-Bars werden zwischen den Schrauben an ihren Enden genau zentriert.)
• Datenblatt LED-Bar

Preise und Verfügbarkeit

Für dieses bereits vor längerer Zeit gestartete Projekt habe ich die Modulsätze jetzt am Lager.

AMBM-Bausatz, bestehend aus

• 1 Steuerungsmodul AMBM-Ctl bestückt mit allen SMDs, programmiert, getestet und kalibriert
• 2 LED-Module AMBM-LED bestückt mit allen SMDs, getestet
• 2 LED-Bars mit 51 zweifarbigen LEDs
• 4 Stiftleisten, 2 x 13 (LED-Modul Anschlüsse)
• 2 IDC Flachbandkabel, 26-adrig, 45 mm lang (LED-Modul Anschlüsse)
• 1 Stiftleiste, 2 x 3 (Optionsschalter)
• 1 IDC Flachkabelverbinder, 2 x 3 (Optionsschalter)
• 3 Schraubklemmen (Stromversorgung und Analogeingänge)

  * Ein Bausatz wird auch als "zusätzlich" betrachtet, wenn Sie ihn irgendwann später bestellen.
** Weitere Einzelheiten sowie ausgeschlossene Länder finden Sie auf Wie man bestellt.

Lassen Sie mich wissen, wenn Sie Einzelteile anstelle der vorgefertigten 45 mm IDC Flachbandkabel haben möchten. Und schreiben Sie mir gern eine E-Mail, wenn Sie andere Fragen haben.