Audioswitch

Dieser Artikel zeigt den Aufbau eines Audioswitches. Dabei handelt es sich um ein Gerät, mit dem man angeschlossene Audioquellen wahlweise auf angeschlossene Ausgabegeräte schalten kann. So entfällt das ständige Umstecken, wenn man mal den PC oder mal den mobilen Mp3-Player an die Aktivboxen anschließen will, oder lieber doch den PC auf die Musikanlage im Nebenraum schalten möchte. Genau genommen handelt es sich hier sogar um einen Multiswitch: Während eine Quelle A mit einem Ausgabegerät B verbunden ist, kann eine weitere Quelle C mit einem weiteren Ausgabegerät D verschaltet werden. Der hier gebaute Audioswitch hat 3 Eingänge und 4 Ausgänge. Die Belegungen werden mit Tastern und einem Display festgelegt. Im Gerät lassen sich zudem auch Namen für alle Audioquellen und Ausgabegeräte eingeben, so dass die Zuordnung leichter fällt, als würden nur Nummern verwendet.

Anforderungen waren:

  • Multiswitch: Mehrere Audioquellen unabhängig voneinander auf freie Ausgänge schalten
  • Alle Ein- und Ausgänge (nur) in Stereo
  • Absolutes Verbot von hörbaren Störungen durch den Switch: Der Audioswitch darf weder hörbar rauschen oder brummen, noch das Audiosignal im hörbaren Bereich hörbar dämpfen.

Schaltplan und erste Tests

Zu dem Audioswitchprojekt habe ich mir natürlich zuerst reichlich Gedanken gemacht und dann nach einigen Tests auf dem Steckbrett einen Schaltplan entworfen. Der Schaltplan ist übrigens eine Weiterentwicklung von einem einfachen Audioswitch, den ich bei ELV gefunden habe: ELV Audio-Input-Selektor AIS100. Die Schaltvorgänge werden mit Multiplexer-ICs mit geringem Übersprechverhalten und guten (Nicht-) Dämpfungseigenschaften realisiert. Ein Microcontroller übernimmt die Ansteuerung der Schalter, sowie die Bedienung mithilfe von 2 Tastern und der Anzeige eines Menüs auf dem Display.

Die ICs auf dem Schaltplan habe ich für euch zum Teil mal eingefärbt. Es ist nämlich oft üblich, ICs im Schaltplan aufzuteilen um den Schaltplan übersichtlicher und modularer zu halten. „Blöcke“ der gleiche Farbe gehören also zusammen und sind in Wirklichkeit auch nur ein Bauteil. Man erkennt das aber auch an den gleichen Bezeichnungen der Blöcke, z.B. „IC5“.

Links oben ist der Spannungsversorgungsteil. Dort wird aus einer Eingangsspannung eine 5 V‐ und eine 8 V‐Gleichspannung erzeugt. Links unten ist der Logikteil. Dort befindet sich zentral der Microcontroller und daran angeschlossen die Multiplexer-ICs und das Display, sowie zwei Bedientaster. Am rechten Schaltplanrand ist zweimal ein etwa gleicher Schaltungsteil zu sehen: Es handelt sich um die Schalteinheiten für den linken und den rechten Stereokanal. Hier werden die Ein- und Ausgänge miteinander verschaltet. Die abgebildeten Schalter auf den ICs sollen deren Wirkungsweise verdeutlichen.

Im folgenden Foto sind die für den Audioswitch benötigten Bauteile abgebildet. Ich habe alles bei Reichelt bestellt. Zwar soll dieses kleine Projekt günstig sein, aber ein Gehäuse für ca. 6 € habe ich dann doch bestellt, um die Elektronik geschützt einbauen zu können und eine halbwegs anspruchsvolle Optik zu erzielen.

Das Gehäuse ist aus schwarzem Kunststoff und hat vorne und hinten Aluminiumblenden, auf denen momentan noch eine Schutzfolie klebt. Es wirkt etwas billig, aber ich wollte nicht zu viel investieren. Ansonsten sieht man ein Steckernetzteil (Karton auf dem Gehäuse) und in der roten Polsterfolie ist das Display. Direkt vor dem Gehäuse liegt der dicke ATmega 8535 und ein Haufen weiterer kleiner Elektronikbauteile.


Bevor ich mühevoll etwas aufbaue, wird natürlich getestet, ob das zu erwartende Ergebnis auch den Ansprüchen genügt. Hier habe ich ein Audiosignal auf Einflüsse durch die Elektronik untersucht. Ich wollte prüfen, ob der Audioswitch später nicht rauscht, brummt oder dämpft.


Das oben gezeigte Display von Reichelt ist mir bei den Versuchen elektrisch kaputt gegangen. Daraufhin habe ich bei eBay ein Display geschossen, welches den Text invertiert rot anzeigt, statt schwarz auf grün wie beim Reichelt-Display. Sieht besser aus und hat etwa gleichviel gekostet.


Das neue Display funktioniert im Test. Die Softwareansteuerung ist exakt gleich wie beim Reichelt‐Display. Nur die Pinbelegung ist anders und ich musste erstmal was basteln, um das Backlight anzusteuern, was hier 7 V braucht und beim Display von Reichelt nur 4,3 V. Da soweit aber alles kompatibel ist, kann ich euch trotzdem diesen Artikel schreiben und alles für das Reichelt-Display planen. In meinem Aufbau verdrehe ich mir dann heimlich das Pinning.


So sieht das Steckbrett beim Test aus. Hier ist nur ein sehr minimalisierter Aufbau zu sehen: Zwei Eingänge, zwei Ausgänge und nur jeweils der linke Kanal. Zum Testen reicht es aber. Das Display zeigt in der ersten Zeile die jeweils ausgewählte Audioquelle und in der zweiten Zeile das Ausgabegerät.


Software

Der Audioswitch ist – wie oben geschildert – für 3 Eingänge und 4 Ausgänge vorgesehen. Die Software ist aber so allgemein geschrieben, dass man leicht auch mehr einbauen könnte. Der Switch unterstützt das gleichzeitige verbinden mehrerer Quellen mit verschiedenen Ausgängen. Auf dem Display wählt man immer nur eine Quelle aus, deren Zuordnung man ändern möchte, aber im Hintergrund bleiben währenddessen alle anderen Quellen mit ihren jeweiligen Ausgängen verbunden. Ist ein Ausgang z.B. von Quelle1 in Benutzung und möchte man ihn nun der Quelle2 zuordnen, muss man das bestätigen, man kann also nicht versehentlich die Ausgänge einer anderen Quelle wegnehmen. Der Switch unterstützt zudem einen Multilinkmodus, mit dem mehrere Ausgänge einer Quelle zugeordnet werden können (allerdings ohne Impedanzanpassung, daher mäßiges akkustisches Ergebnis, aber es geht).
Zudem ist die Software konfigurierbar: Hier z.B. ein Bildschirm aus dem Einstellungsmenü. Rechts wird immer die Belegung der Tasten angezeigt. Hier kann mit der oberen Taste durch die Einstellungsmöglichkeiten geblättert werden und mit der unteren Taste kann man in die Einstellung „reingehen“, um sie zu verändern.

Folgende Einstellungen existieren:

  • Man kann Namen für alle Quellen und Ausgänge selber eingeben
  • Man kann Quellen und Ausgänge auch abschalten, falls man sie nicht verwenden möchte, dann werden sie auch auf dem Display beim durchswitchen nicht angezeigt
  • Man kann eine Umschaltverzögerung einstellen. Wenn ich eine Quelle ausgewählt habe und dann durch die Ausgänge blättere, würde man auf jedem Ausgang kurz das Signal hören, was evtl. unerwünscht ist und durch eine kleine Verzögerung von z.B. 2 Sekunden umgangen wird.
  • Man kann eine Displayleuchtdauer einstellen, danach wird das Displaylicht abgeschaltet. Man kann auch „immer an“ wählen.


Im folgenden Bild bin ich gerade bei der Namenseingabe für Quelle 1. Das „v“ ist der Cursor, der anzeigt, welches Zeichen gerade verändert wird. Der Name darf 16 Zeichen lang sein, deswegen wird hinter dem Name der „>“-Pfeil dargestellt, weil es noch weiter gehen kann. Hier sind 4 Softkeys vorgesehen. Die linken Softkeys gelten für kurzen Tastendruck und die rechten für langen Tastendruck (> 400 ms). Mit „>“ wird das Zeichen durchgeblättert, auf dem gerade der Cursor steht. Mit „>>“ geht man zum nächsten Zeichen, mit „Clr“ löscht man ein Zeichen und mit „Ok“ wird der Name übernommen und man gelangt zurück ins Einstellungsmenü.

Die Software speichert alle Einstellungen sowie auch den letzten „Spielstand“ immer im Controller. Auch wenn man einfach den Strom absteckt, weiß der Audioswitch beim erneuten Einschalten, welche Ausgänge wie verschaltet waren und was alles eingestellt war.


Die Software kann hier heruntergeladen werden. Es handelt sich um unkompilierten C-Quellcode, der z.B. in AVR Studio 4 mit WinAVR übersetzt werden kann.

  Audioswitch Firmware (16,3 KiB, 458 mal heruntergeladen)

  Audioswitch Stückliste (79,7 KiB, 218 mal heruntergeladen)

Stückliste (ergänzt am 26.10.2015, enthält Preise vom 26.10.2015)

Keine Gewähr! Bitte selbst aufmerksam prüfen und mitdenken. Bei Fehlern freue ich mich über eine Rückmeldung.

Layout

Ich hätte nie gedacht, dass das Platinenlayout so ein wesentlicher Bestandteil dieser Bastelei ist. Zeitlich betrachtet, nahm das Layout aber einen großen Teil in diesem Projekt ein. Irgendwann nach einigem geschiebe passte endlich alles auf die Platine drauf. Aus Platzgründen sind die meisten Bauteile nicht schön in Reihen und parallel zueinander angeordnet und auch Widerstände müssen zum Teil aufrecht stehen. Aber ich habe trotzdem darauf geachtet, dass ich so wenig Fusch wie möglich mache, also z.B.
nur rechte Winkel oder 45° Winkel für Leiterbahnen und Bauteile.

Hier sieht man das geplante Platinenlayout. Ist schon fast eine Duallayerplatine, da sich auch auf der Oberseite sehr viele Leiterbahnen befinden, was bei Lochrasterplatinen unüblich ist.


Hier sieht man die Rückseite. Es handelt sich jedoch um eine Durchsicht und nicht um eine gewendete Platine.


Bevor man nun den zeitaufwändigen Aufbau beginnt, ist eine flotte Fehlersuche ratsam. Das kann man konsequent durchführen, so dass ich hier auch mit Sicherheit sagen kann, dass meine Platine fehlerfrei ist. Ich habe einfach den Schaltplan und die Platine von vorne und hinten ausgedruckt und dann mit einem Stift die Leitung auf dem Schaltplan und entsprechend auf der Platine nachgezeichnet. So kann man nichts übersehen und auch keine falschen Verbindungen machen.


Aufbau

Platine ausgesägt, Befestigungslöcher gebohrt und ein 10er Raster aufgezeichnet, um Zählfehler zu vermeiden. Ich bin hier mal etwas großzügiger mit Fotos.




Dann habe ich schonmal alle Drahtbrücken aufgelötet. Man kann anhand der Lücken zwischen den Drähten schon jetzt ahnen, wo nachher die ICs sitzen werden.  :BEKLOPPT:


Hier sitzen nun auch die „kleinen“ ICs drauf und ein Sockel für den Microcontroller.


Nun ist noch etwas mehr Elektronik drauf.


Und schließlich ist die Platine im folgenden Foto fertig.

Die roten Kondensatoren sitzen teilweise etwas schief, weil sie ein wenig größer sind als im Layoutprogramm geplant. Ist aber nur ein optischer Makel und daher unwichtig.


Die Rückseite. Bis heute (Überarbeitung des Artikels war im Dez 2011) habe ich keine Lochrasterplatine mehr mit einer so enormen Packungsdichte gebaut. :HUTAB:


Hier habe ich die Platine in das Unterteil des Gehäuses geschraubt.


Am Display habe ich die Kontaktleiste entfernt und stattdessen ein 16‐poliges Flachbandkabel angelötet. Der entsprechende Pfostenstecker auf meiner Platine ist aber von der Belegung für das Reichelt‐Display geplant und weil dieses Display eine minimal andere Pinbelegung hat, sind ein paar Adern des Flachbandkabels gekreuzt. Beim Reichelt‐Display kann das Kabel 1 zu 1 angeschlossen werden.




An das Ende des Flachbandkabels habe ich einen Pfostenstecker gequetscht. Die rote Ader muss auf die mit einem Pfeil markierte Steckerseite zeigen (im Foto nicht erkennbar).


Sauber gearbeitet: Der Microcontroller, das Display und die ISP‐Schnittstelle (zum Programmieren) funktionierten auf Anhieb.


Die Klinkenbuchsen habe ich alle an Kabel gelötet.


Aus diesen Kontaktleisten (wie im nachfolgenden Bild am oberen Rand sichtbar) habe ich mir die kleineren 3‐poligen und 2‐poligen Kontaktleisten geschnitten. Die kann man
dann auf die Stiftleisten auf der Platine stecken.


Die Kontaktleisten habe ich mit den Kabeln an den Klinkenbuchsen verlötet.


Das hier ist die Rückblende. Wegen derzeitigem Werkzeugmangel ist mir präzises Arbeiten kaum möglich. Wird bald anders sein. Aber für dieses Spielzeug reicht das völlig.


Die Klinkenbuchsen, die Buchse für den Stromanschluss und ein Schalter befinden sich hier in der Rückblende.



Das hier ist ein Stück weißes Plexiglas.


Das Plexiglas soll im Gehäuse hinter der Frontblende in die hier gezeigte Führung eingelassen werden und das Display und die beiden Taster tragen.


Passt.


Hier ist das Plexiteil und das Frontblech eingesetzt. In den Zwischenraum passen gerade das Display und die Taster, sowie eine Power-LED.


Und hier sind die Ausschnitte in der Frontblende.


Nun habe ich die beiden Bedientaster an Kabel angelötet…


… und sie dann an das Plexiglas geklebt. Sie sind natürlich genau so positioniert, dass sie durch die Löcher in der Frontblende ragen und auch die Tiefe ist genau gemessen, dass sie nicht zu weit vorstehen oder zu tief im Gehäuse sitzen.


Auf der linken Seite wird noch eine Power-LED eingebaut, also eine LED, die anzeigt, ob das Gerät gerade in Betrieb ist. Das ist dazu gut, weil die Displaybeleuchtung sich ja (je nach Einstellung) nach einiger Zeit abschaltet und bei meinem Displaytyp kann man ohne Beleuchtung nicht erkennen, ob das Gerät überhaupt eingeschaltet ist. Verwendet man das grüne Reichelt‐Display, ist das Display auch ohne Licht lesbar.

Die Power-LED ist eine 3 mm-Standard-LED.


Hier ist die LED eingeklebt und mit einem Stecker versehen.


Das Display habe ich ebenfalls in die Front eingelassen. Der Ausschnitt war glücklicherweise so passend, dass sich das Display nur mit recht viel Kraft in den Ausschnitt stecken ließ und nun ziemlich eingequetscht und dadurch schon gut befestigt sitzt. Zur Sicherheit habe ich rechts und links noch etwas Heißkleber eingesetzt.

Die 3mm‐LED habe ich vorne platt geschliffen, weil ich nicht diese typische runde Form haben wollte.


Dann habe ich mir noch zwei solche Metallstreifen genommen…


… und sie gebogen und rechts mit einem kleinen Loch versehen.


Weil kein Platz für herkömmliche Kühlkörper ist, dienen diese Metallstreifen nun etwas zur Wärmeabfuhr der Festspannungsregler. Die Regler werden eigentlich nicht heiß, da der Audioswitch kaum Strom verbraucht. Lediglich auf der Einstellung „Display immer an“ können sie warm werden, weil das Display mitsamt Beleuchtung schon ca. 300 mA Strom zieht.


Zur Sicherheit habe ich die Stromversorgungsbuchse mit Isolierband umklebt, weil sie die Kühlstreifen fast berührt und dort kein elektrischer Kontakt entstehen darf.


Nun ist das Gerät fertig und das Gehäuse kann geschlossen werden.


Hinten habe ich noch die Anschlüsse beschriftet.


Von unten habe ich die mitgelieferten Füße angeklebt.


Nun ist der Audioswitch fertig. Mehrere Ansichten:




Und er funktioniert. Ich habe natürlich auch alle Ein‐ und Ausgänge durchgeschaltet und darauf geachtet, ob alles funktioniert und ich auch keine Kanäle vertauscht habe. Aber es ist unglaublich, mir ist beim Aufbau nicht ein einziger Fehler unterlaufen. Diese Platine war doch gerade dazu prädestiniert, dass ich mich verzähle, verlöte oder etwas vergesse.


Hier bin ich im Einstellungsmenü bei der Eingabe des Namens für einen Ausgang.


Personalisiert kann das dann z.B. so aussehen. Das lässt sich wie gesagt alles am Gerät selbst eingeben und dafür ist keine erneute Programmierung notwendig. Die erste Zeile ist die eingestellte Audioquelle und die zweite das Ausgabegerät. Hier wird also die Musik von meinem PC auf die Musikanlage im Wohnzimmer geleitet. Da das aber ein Multiswitch ist, können gleichzeitig andere Quellen mit anderen Ausgängen verschaltet sein. Auf dem Display steht immer nur die letzte Änderung an den Verschaltungen.


Fazit

Zum Zeitpunkt der Überarbeitung dieses Artikels im Dezember 2011 ist der Audioswitch bereits über 3 Jahre alt und täglich im Betrieb. Zeit für ein Fazit:

Er lebt noch und leistet tolle Arbeit. Nach etwa einem Jahr fiel die Beleuchtung des Displays aus. Da ich von diesen Dingern aber direkt eine handvoll gekauft habe (kosteten nur 4 €), habe ich das Display einfach ausgetauscht und das zweite hält nun schon über 2 Jahre.

Der Audioswitch wirkt sich für mich nicht hörbar auf das Audiosignal aus. Mit guten Ohrhöhrern für 200 € kann man das schon ganz gut beurteilen. Jedoch bleibt es bei subjektiven Tests, da ich keine qualitative Messeinrichtung habe. Folgendes kann ich sagen:

  • Rauschen/Brummen: Ich höre kein durch den Audioswitch verursachtes Rauschen oder Brummen.
  • Dämpfung: Subjektiv kann ich keine Frequenz wahrnehmen, die hörbar durch den Audioswitch gedämpft wird.
  • Knacksen: Beim Umschalten ist kein oder manchmal ein sehr geringes Knacksen zu vernehmen.
  • Übersprechen: Ein leichtes Übersprechen kann man vernehmen, wenn man die Audioquelle auf einem nicht verschalteten Kanal sehr laut stellt (aber den Ton nicht ausgibt) und dann bei völliger Ruhe auf einem anderen stillen Kanal hört. Der Effekt kommt vermutlich durch die ICs und nicht die äußere Verschaltung. Er ist jedoch in der Praxis nicht wahrnehmbar, weil man die Musik schon extrem laut machen muss, so dass die Lautsprecher fast abbrennen.
  • Einen Designfehler hat der Audioswitch: Mit den Masseleitungen der Audioleitungen bin ich wohl falsch umgegangen. Ich weiß aber nicht, wie es besser zu machen ist. Wenn man z.B. mehrere PCs anschließt, kann es vorkommen, das ein angeschlossener aber nicht verschalteter PC ein Rauschen oder Brummen auf einem anderen PC mit Lautsprechern einbringt.

Dann vielen Dank für’s lesen. Ich freue mich über Kommentare.

Movergan

8 Gedanken zu „Audioswitch

      • Hi Emaunel.
        Ich hab da nochmal eine Frage. Und zwar ist in deinen farbigen Layoutplänen der Anodenanschluss der Diode D1 mit den grünen Leiterbahnen verbunden. In der real gelöteten Platine von dir, ist der Anschluss aber mit nichts verbunden. Was ist denn jetzt richtig???

        • Hallo Dominik,
          im Schaltplan habe ich den entsprechenden Pin am Display mit 5V/8V gekennzeichnet. Und im Layout habe ich ein „!!!“ an die Stelle geschrieben. Hintergrund ist der, dass ich den Schaltplan für das Reichelt-Display entworfen habe, selbst aber ein anderes Display verwendet habe. Wenn du ein Display mit 5V-Versorgung nutzt, kannst du alles so anschließen, wie im Schaltplan und Layoutplan gezeigt. Die „!!!“ habe ich für mich reingezeichnet, da mein Display auf 8V (oder 7V hinter der Diode) lief und definitiv nicht mit 5V verbunden werden sollte. Vermutlich habe ich eine Drahtbrücke an die 8V gelegt, aber das kann ich aus dem Gedächtnis gar nicht mehr so genau sagen, ohne das Gerät nochmal zu öffnen. Wenn du es genauer wissen willst, sag bescheid, dann mach ich den Audioswitch nochmal auf und guck rein.
          Gruß, Emanuel

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