Problemen met ruis (noise) bij zelfbouw

[erhenius]

Ik ben bezig met een zelfbouw projectje maar stuit op een aantal problemen.
Het project waar ik mee bezig ben is een soort sigaardoos electro kalimba (SEK). Het verkeert nu nog in de prototype stage dus de doos is vol gepropt met electronica (en dus veel kabels).
Het probleem wat ik heb is te verwachten met slechte kabelmanagement maar heb mijn bedenkingen over het eea..
Het project bestaat uit een houten sigarendoos waar bovenop de kalimba strips op zijn bevestigd, verder niet zo spannend. Aan de binnenzijde zijn piezo pickups gelijmd. De vier piezo zijn in paralel gesoldeerd aan de microfoon input van een simpele USB audio kaart (zo'n 50 cent audio dongle). Voor het solderen heb ik de voetjes gebruikt waar de jack plug op de PCB is gesoldeerd.
De USB audio is verbonden met een Raspberry Pi Zero. De Pi draait Sunvox die als DSP dient voor audio input (het plan is om uiteindelijk alles in Pure Data te doen, maar goed dat is voorlopig nog toekomstmuziek).
Wat verder verbonden is zijn 2x 6.35mm mono plugs die ook in verbinding staan met de USB audio.
Sunvox output het signaal naar de USB audio jack, hier zijn tevens ook weer 2x 6.35mm plugs op gesoldeerd als alternatieve outputs (1 voor elk kanaal).
Om verschillende geluidsbronnen te selecteren wordt het live signal path door een dip-switch geleid. Grond is direct gesoldeerd op de ground verbinding van de USB audio.
Verder is een touchscreen scherm geïnstalleerd, een capacitive touchpad en een 2e dipswitch die verbonden is met de Pi (dient als een soort mode selector)
Het geheel wordt door de Pi aangedreven, de Pi ontvangt stroom via micro-usb.
De kabel brij bestaat voornamelijk uit jumperkabels die niet geïnsuleerd zijn. Ik ervaar, niet geheel onverwacht, best wel wat ruis. Voornamelijk static hum en een heleboel EM ruis.

Nu dan de specifieke problemen.

1. De signaal van de piezo's zijn erg laag, mogelijk kan ik dit fixen door het eerst te versterken voordat het de USB audio in gaat, maar ik ben bang dat dit gepaard gaat met nogal wat ruis van de voorversterker. Mss is er een mic boost functie.
   1. Enig advies hierover?
2. Ik weet dat de kabel soort in combinatie met de kabelbrij voor noise zorgt maar ik ervaar verschillende levels van noise bij verschillende setups.
   1. SEK gevoed door een powerbank en audio naar headphones: middel-veel ruis
   2. SEK gevoed door een powerbank en audio output naar een cabinet amp (is niet geaard, natuurlijk wel verbonden met neutraal): weinig-middel ruis (eigenlijk zo weinig dat het wel prima is maar volume mag zeker meer)
   3. SEK gevoed door een portable speaker en audio output via jack plug naar de portable speaker: lagere pickup volume (extreem lage SNR) + zeer veel ruis, voornamelijk iets wat op mains humm lijkt
   4. SEK gevoed door een pc usb poort en audio naar headphones: veel ruis maar voornamelijk EM interference
3. Als derde nog een vraag, zou het een uitkomst bieden om de pickups zo kort mogelijk te verbinden met een ADC en een DAC te gebruiken net voor de USB audio?

Alvast enorm veel dank voor jullie tijd en aandacht.

 

[flyweight]

Wat gebruik je als voeding?
lijkt mij dat zo een ultra goedkope usb audio dongle de slechte mic pre heeft die er bestaan.
zo 1 die een piep en een bak ruis toevoegt.
Heb je niet een goede usb audio kaart met mic pre om te checken?

 

[4-Tek]

Leuk project!
Dat het probleem erger en minder erg wordt afhankelijk van waar je het apparaat op aansluit en met wat voor voeding doet me vermoeden dat het probleem in ieder geval gedeeltelijk tussen de raspberry pi en de buitenwereld zit. Dat is altijd lastig op te lossen. Misschien een trafoboxje er tussen oid. Of een output boardje met gebalanceerde outputs. (ik begin hier op het forum geloof ik inmiddels mr gebalanceerde aansluitingen te worden. Ik blijf dit roepen)

Aan de input kant, tussen je pickups en je raspberry pi is ook nog wel wat verbetering te halen.
De piezo pickups hebben een hele hoge uitgangsimpedantie. Dus de kabel die daar uit komt pikt makkelijk zooi op. Dus ik zou daar zeker een kabeltje met shielding tussen zetten. Twee aders in het midden en een mantel eromheen. Die mantel kan je dan aan de kant van de usb audio interface aan de aarde verbinden.
Pre-amps zijn ook zeker geen overbodige luxe. Die voegen nauwelijks ruis toe als je goeie hebt maar zorgen er wel voor dat je signaal wat luider wordt, dus dat de ruis van de usb audio interface minder hoorbaar is. En je kan simpele piezo preamp schakelingen vinden on line waarmee het geluid van de piezos wat getemd word.

Een ADC en een DAC tussen de piezos en je board zetten is denk ik niet een hele goeie oplossing. Die extra omzetting voegt ook ruis toe. Ik denk dat pre-amps dan een betere oplosing zijn. Die kan je ook vlak bij de piezo pickups plaatsen. Het signaal tussen de pre-amps en je usb interface zou vrij ongevoelig voor storing moeten zijn omdat het al een stuk sterker is en een lagere impedantie heeft.

 

[erhenius]

Wat gebruik je als voeding?
lijkt mij dat zo een ultra goedkope usb audio dongle de slechte mic pre heeft die er bestaan.
zo 1 die een piep en een bak ruis toevoegt.
Heb je niet een goede usb audio kaart met mic pre om te checken?

Voeding is altijd via micro USB en tot zover heb ik 3 bronnen geprobeerd: powerbank (minste ruis tot zover), USB poort van laptop (ook de docking station) en de Powerbank poort van een portable speaker (meeste ruis tot zo ver)
Ik heb het gisteren met een Roland DUO-Capture geprobeerd, in essentie blijft het zelfde probleem bestaan (ook bij inschakelen preamp).

Leuk project!
Dat het probleem erger en minder erg wordt afhankelijk van waar je het apparaat op aansluit en met wat voor voeding doet me vermoeden dat het probleem in ieder geval gedeeltelijk tussen de raspberry pi en de buitenwereld zit. Dat is altijd lastig op te lossen. Misschien een trafoboxje er tussen oid. Of een output boardje met gebalanceerde outputs. (ik begin hier op het forum geloof ik inmiddels mr gebalanceerde aansluitingen te worden. Ik blijf dit roepen)

Aan de input kant, tussen je pickups en je raspberry pi is ook nog wel wat verbetering te halen.
De piezo pickups hebben een hele hoge uitgangsimpedantie. Dus de kabel die daar uit komt pikt makkelijk zooi op. Dus ik zou daar zeker een kabeltje met shielding tussen zetten. Twee aders in het midden en een mantel eromheen. Die mantel kan je dan aan de kant van de usb audio interface aan de aarde verbinden.
Pre-amps zijn ook zeker geen overbodige luxe. Die voegen nauwelijks ruis toe als je goeie hebt maar zorgen er wel voor dat je signaal wat luider wordt, dus dat de ruis van de usb audio interface minder hoorbaar is. En je kan simpele piezo preamp schakelingen vinden on line waarmee het geluid van de piezos wat getemd word.

Een ADC en een DAC tussen de piezos en je board zetten is denk ik niet een hele goeie oplossing. Die extra omzetting voegt ook ruis toe. Ik denk dat pre-amps dan een betere oplosing zijn. Die kan je ook vlak bij de piezo pickups plaatsen. Het signaal tussen de pre-amps en je usb interface zou vrij ongevoelig voor storing moeten zijn omdat het al een stuk sterker is en een lagere impedantie heeft.

4-Tek, super bedankt. Met jouw advies denk ik dat ik het volgende ga doen. Ik trek het gehele doos uit elkaar (het lot van een prototype hahaha). Heb er veel van geleerd maar het eea moet anders denk ik.
Ten eerste, inderdaad, alles wat audio draagt moet shielded zijn. De scherm die er op zit heeft een immens hoeveelheid aan kabel, vreet veel stroom en is naar m.i. meer uit luiheid in programmeren dan voor user friendlyness. Daarnaast trekt de hele setup natuurlijk veel rekenkracht van de al slome Pi Zero. Alles bij elkaar is de meerwaarde van een scherm een beetje dubieus. Hoewel het er wel super cyberpunk uit ziet (ik zal nog een foto uploaden) denk ik dat het zijn functie niet optimaal vervult. Ik denk dat ik voorlopig het volgende ga doen:

1. Alle audio kabels (die nu eigenlijk jumper cabels zijn) vervangen met shielded twisted pair kabels
2. Betere kabelmanagement
3. Dipswitches waar audio doorheen loopt met tuimelschakelaren vervangen, ?goed idee?
4. Elk piezo en input krijgt zo dicht mogelijk zijn eigen pre-amp met zo goed mogelijk isolatie. ?en/of mogelijk ook de boel balanceren?
   1. Hier heb ik een methode gevonden om een piezo signaal te balanceeren (Zij sandwitchen de boel maar is m.i. niet nodig)
   2. ? MAAR, ik heb geen idee hoe ik dit in het project verder moet uitwerken omdat de jack plugs daar natuurlijk niks mee kunnen. Als in.. ik begrijp waarschijnlijk je suggestie over balanceren niet helemaal. Heb je mss iets meer uitleg (b.v. heb ik dan wel of niet een pre-amp nodig etc)? Voor mij is het gebruiken verschillende componenten geen issue zolang het klein en goedkoop is.
5. Mijn build van Raspbian vervangen met PatchBox OS en MODEP op draaien (en dus de TFT te verwijderen)
   1. Alle nodige controls zijn dan gewoon via elk willekeurig browser te bereiken
   2. Met alle GPIO pinnen die nu vrij zijn kan ik (later) een boel encoders, knoppen, LEDs en zelfs een klein OLED schermpje aansluiten voor "offline" gebruik.
   3. Na dat ik Pure Data helemaal eigen ben kan ik iets leuks maken voor de hardware setup zoals die staat. icm met de vrijgemaakte pins denk ik dat zelfs een mini patch-bay/-matrix zo mogelijk wordt.
   4. Boven alles heeft de setup minder stroom nodig en verminderd de kabelbrij (wat ook voordelen heeft op noise).
6. Stroom moet ook anders denk ik.
   1. Een manier vinden dat met zo min mogelijk noise de RPi van stroom voorziet, een accu of een aantal 18650 met een regulator. Moet nml zeggen dat de goedkope powerbank het minste noise geeft van alles wat ik geprobeerd heb. Maar heb er wel wat vragen bij combinatie met de preamps. De preamp die ik denk te gaan gebruiken zijn gebaseerd op de 5v AD828, verbruiken iets van 10-20 mA per stuk dus zouden opzich door de RPi gevoed kunnen worden.
      1. ?Ik weet dat de RPi best wel noisy is met het stroom dat het voorziet. Is het handiger om de amps aan te sluiten op hun eigen power supply?
      2. ?Kan ik alles (RPi en preamps) in serie op de accu aansluiten? (dacht van wel, zolang de accu de nodige amperage kan leveren en de voltages niet met 100 volt ofzo verschillen)

Advies of oordeel over dit plan is zeer welkom.
Is het mss ook een goed idee om een ground contact punt te maken waar men de CEK vasthoudt? Iets als een geleidende strip/plaat waar de handpalmen op rusten?

 

[flyweight]

usb voeding werkt bij mij alleen met een usb isolator zoals deze: https://arduino-shop.cz/arduino/347...FdbvnwP7fmS096SzfvNBye0KSTZnHR3UaAkZOEALw_wcB

ik gebruik powerbanks voor pre-amps en gitaar pedalen.

 

[4-Tek]

Ik bedoelde eigenlijk gebalanceerde outputs van het apparaat naar de buitenwereld. Dus de outputs van je R-Pi. Binnen het apparaat gebalanceerde aansluitingen kan ook, maar is mogelijk overkill, daar zou ik meer letten op dat je een ster-aarde gebruikt, dus zorgen dat alles maar 1 route naar de aarde heeft.
Shielded kabels zijn vooral belangrijk voor signalen met een hoge impedantie en lage sterkte, dus tussen de piezo's en de pre-amps. Tussen de pre-amps en je usb-audio interface maakt het weinig meer uit als het goed is.

Ik weet eigenlijk niet hoeveel de voeding uit gaat maken. Gebalanceerde uitgangen zouden je hier veel minder afhankelijk van moeten maken en dat is volgens mij een goed plan want zelfs met een schone voeding gaat je R-Pi zelf ook nog voor flink wat storing zorgen.
Ik zou voor een wat incrementelere aanpak gaan dus. Een voor een de volgende dingen doen tot het ruis-niveau naar je zin is.

- Pre-amps achter je piezo pickups plaatsen
- Shielded kabels gebruiken tussen de pickups en de pre-amps
- Gebalanceerde outputs maken achter je R-Pi

Voor de gebalanceerde outputs heb je misschien nog wat aan dit project van mij;
https://github.com/mendelt/eurorack_balanced_out
Dit zijn gebalanceerde outputs voor een eurorack case. Maar het zou makkelijk aan te passen moeten zijn voor andere projecten.

 

[erhenius]

Ah ok duidelijk. Heb onderhand wat preamp boards besteld, hopelijk biedt het de nodige uitkomst. Ben reuze benieuwd. Zodra ik het resultaat heb dan laat ik het weten, kan wel ff duren gezien de boards uit het verre oosten moeten overvliegen.

 

[flyweight]

Toch denk ik nog steeds dat ruis via de usb bus binnen kan komen.
Dus die usb isolator kan je oplossing zijn.
ik heb er 1 voor weinig van ebay.

 

[kroznaxsz]

Volgens mij heb je te veel weerstand tussen die kalimba strips en ground/0v/aarde/whatever