Euphonia Measuring Box

[calle_jr]

Euphonia Measuring Box

 

Jag och @Peo har diskuterat mätboxar för pickupinställning med oscilloskop en längre tid, och både @AlfaGTV, @Richard, @Bebop mfl har engagerat sig i dialogen sedan ett par år tillbaka. 

 

Det blir lätt att man tänker på just de behov man har för stunden, och vi har inte alltid varit överens.

 

Min tanke har varit en box som inte är dedikerad för vinyl utan även tex tape och digital audio och att det inte enbart handlar om pickupmontering utan även andra kontroller och verifieringar. Tyvärr ökar komplexiteten mer än man kan ana om man inte ser upp. Så det finns en rad kravställningar som måste övervägas noga, och kraven blir lätt motstridiga tex funktioner kontra mobilitet och att undvika behov av PC, målgrupp kontra användarvänlighet osv. Det kan lätt bli en tulpanaros som målas upp.

 

Vi har tillverkat flera prototyper och den senaste versionen som är i bruk ser ut såhär:

 

 

 

 

Den är en ganska renodlad pickupinställningsbox avsedd att användas med oscilloskop, och fungerar väldigt smidigt för det. Den är dessutom liten och behändig att ta med sig för att hjälpa en kompis i nöd. @AlfaGTV har monterat en hel drös pickuper med den boxen.

 

Men nu pågår arbete med en ny variant...

 

[Richard]

Detta blir väldigt spännande. Hoppas det medföljer en hygglig manual så att även vi normalbegåvade får den att funka.

[calle_jr]

 

4 hours ago, calle_jr said:

nu pågår arbete med en ny variant...

Ett blockdiagram tog slutlig (?) form för några veckor sedan:

 

 

 

Kretsen är analog men styrningen är digital, med 8-bitars rotationsenkodrar, vilket innebär volymkontroll med 0.5dB steg.

PGA2310 är denna: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/pga2310.pdf

ESP32 är denna: https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-s3-wroom-1_wroom-1u_datasheet_en.pdf

 

 

4 hours ago, Richard said:

Hoppas det medföljer en hygglig manual så att även vi normalbegåvade får den att funka.

 normalbegåvade är vi allihopa.

Vi har både manual, teknisk beskrivning, schema, mönsterkort, gerberfiler, bom-lista och en oscilloskopskola för nuvarande version. 

Så det kommer åtminstone komma en manual även för denna version.

 

[Lasse]

Väldigt intressant produkt!!

[Bebop]

12 hours ago, calle_jr said:

och en oscilloskopskola för nuvarande version. 

Jag inbillar mig att för många är även ett oscilliskop (fristående eller som programvaro) en ny bekantskap. Inom ekonomi/humaniora är det inget bekant verktyg. Jag skulle även uppskatta några tankar och förslag på lämplig oscilloskops-lösning inom olika budgetramar utan att behöva gå vägen över de mest namnkunniga typ Brüel & Kjær.

[Kilgore]

Spännande!

En mycket bra produkt, fick äran att få en av prototyperna testade hemma hos mig av @calle_jr och @Peo. Det blev en oerhörd förbättring med de sista små finjusteringarna. Som ingenjör var det även kul att höra att fysiken och teorin hängde ihop med välljudet och att man kunde verifiera det med programvaran. Ser fram emot att testa ny variant.

[bigblue]

Riktigt kul. För mig som inte läst elteknisk linje, berätta lite mer vad det är man som brukare ska kunna utläsa i kombination med oscilloskop. Är det distortion, rpm, kanalseparaton etc?

[Anders65]

18 hours ago, calle_jr said:

Ett blockdiagram tog slutlig (?) form för några veckor sedan:

 

Kul - riktigt spännande!

Kan rekommendera SEEED ESP32C3 om ni skulle överväga alternativ. Lätt att integrera och enkel att jobba med  - använder den själv tillsammans med Arduino cloud som utvecklingsmiljö.

/Anders

[calm]

Precis som @bigblue så skulle det var intressant att veta vilka parametrar man skall kunna mäta och korrigera. Var med för ett bra tag sedan när olika mätprogram var på tapeten som nämnts i samband med artikeltråden "Vinyspelaren". 

Hur ser vidareutvecklingen ut och pratar vi program eller testskiva också?

 

[AlfaGTV]

Den ursprungliga boxen är framtagen för att höja kvaliteten på mätningar och oscilloskopets visuella återgivning. Jag vill hävda att Calle är på samma bana med denna version initialt, men om ni kikar på blockdiagrammet så ser ni att planen är att inkludera en AD-funktion via USB/dator. Denna öppnar för andra typer av mätningar som lämpar sig bättre för att bedöma t.ex. rotationshastighet (rpm), wow/flutter och andra typer av kvalitetskontroller.

Den gamla boxen var avsedd att hjälpa dig ställa in pickupen baserat på samspelet med testskivor, i första hand Ultimate Analog TestLP men även andra. Nu är hygienkontrollerna jätteviktiga också för bästa kvalitet på mätningarna, men man får blanda in andra typer av instrument för det i det första skedet.

 

Jag tänker en hastighetsapp i telefonen, kanske HiFi News Test LP för att bedöma horisontell och vertikal resonans på kombinationen av arm och pickup, en vettig nålvåg för VTF osv osv.

 

[conan]

Kanske ska ta med två VU mätare om man vill använda boxen enskilt. Logaritmiska visarinstrument är oslagbara om man saknar dator eller oscilloskop.

[calle_jr]

13 hours ago, Bebop said:

Jag inbillar mig att för många är även ett oscilliskop (fristående eller som programvaro) en ny bekantskap. Inom ekonomi/humaniora är det inget bekant verktyg. Jag skulle även uppskatta några tankar och förslag på lämplig oscilloskops-lösning inom olika budgetramar utan att behöva gå vägen över de mest namnkunniga typ Brüel & Kjær.

Återkommer mycket snart.

 

8 hours ago, bigblue said:

berätta lite mer vad det är man som brukare ska kunna utläsa i kombination med oscilloskop. Är det distortion, rpm, kanalseparaton etc?

Ja, allihop.

Det viktigaste ur vår synvinkel är väl kanske att kunna montera pickuper korrekt. Då är det i första hand fasskillnad och kanalseparation.

Därefter är det lite olika inställningar och egenskaper som påverkar distorsion.

Därefter är det några kontroller som handlar mer om ifall det är något fel på pickup, tonarm, drivverk, motor eller motorstyrning. Eller att verifiera att det inte är det.

 

6 hours ago, Anders65 said:

Kan rekommendera SEEED ESP32C3 om ni skulle överväga alternativ

Nätt!

 

6 hours ago, calm said:

Precis som @bigblue så skulle det var intressant att veta vilka parametrar man skall kunna mäta och korrigera. Var med för ett bra tag sedan när olika mätprogram var på tapeten som nämnts i samband med artikeltråden "Vinyspelaren". 

Hur ser vidareutvecklingen ut och pratar vi program eller testskiva också?

Återkommer!

 

1 hour ago, conan said:

Kanske ska ta med två VU mätare om man vill använda boxen enskilt. Logaritmiska visarinstrument är oslagbara om man saknar dator eller oscilloskop.

Hehe.

Detta är en funktion som alldeles nyss är borttagen. Om man ska mäta spänningar med en box så behöver de vara ganska exakta åtminstone för relativa nivåer, men i viss mån även för absoluta nivåer. Vi bedömde att både OS och en inspelad signal är enklare och bättre.  Speciellt som man ändå kommer behöva antingen OS eller dator för i princip allt annat som kommer ifråga.

 

[calle_jr]

 

Här är ett aktuellt schema, exklusive nätdel och 24/96 ADC med I2S->USB-kort:

 

 

 

En illustration av hur vi har tänkt oss frontpanelen:

 

 

I korthet; man börjar med att justera nivån grovt med den stora ratten till vänster. Man kalibrerar också eventuell obalans i insignalen genom att trycka in och vrida ratten med- eller moturs i 0.5dB-steg. Därefter kommer 4:e ordningens låg- och högpassfilter som normalt står på 10Hz - 60kHz. För mätning av tex enbart 100Hz, 1kHz och/eller 10kHz så väljs med fördel 70Hz och/eller 22kHz för att filtrera bort låg- och högfrekventa störningar från signalen.

Knapparna "SET" och "RST" används för att spara nya respektive återkalla defaultvärden (från EEPROM). Om man ofta tex vill öka gain 10dB så kan man spara det som default i stället för att vrida en massa varv på ratten varje gång. Defaultvärdena återkallas vid omstart av boxen eller om man trycker på RST.

De två knapparna däröver används för att boosta signalen. Som default görs detta med 20dB, vilket är stor fördel tex för att mäta den tysta kanalen vid azimutinställning. Det blir mycket lättare att avläsa en vettig signal.

 

Den andra stora ratten i mitten används för att öka/minska gain och finjustera utsignalen så att signalen på ett oscilloskop fyller ut spänningsaxeln så mycket som möjligt. Det är åtta indelningar (DIVs) på ett oscilloskop och varje indelning representerar tex 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2 eller 5V osv, så det är mycket värt att kunna anpassa utnivån till vald V/DIV.

 

Den blå displayn visar alltid total gain (volym) i kanal 1 och 2 (normalt vänster och höger kanal) så man ser hela tiden hur man ligger till. "Alltid", utom när man trycker in eller trycker in och vrider den stora ratten till vänster - då visas kalibreringen av insignalen, tex +0.0  +2.5 dB. Tanken är att då ska signalerna för kanal 1 och 2 ligga exakt över varandra på ett oscilloskop.

 

RCA-kontakterna är för anslutning av insignal tex från RIAA och utsignal till oscilloskop.

 

Själva boxen kalibreras på mönsterkortet med mångvarviga trimpotar. Kretsen är förberedd för kalibrering av nivå för kanalerna och av HP-filternas avskärningsfrekvens. Det går även att bygla bort båda filterna helt på mönsterkortet.

 

Om man mäter utan riaa eller direkt på tonhuvud så behöver insignalen en belastning. Det sitter byglar med 6 olika val för resistans och 6 olika val för kapacitans.

 

Bättre beskrivning med fler bilder kommer.

 

Man ska i första hand kunna använda alla möjliga MM- och MC-pickuper med riaa, tonhuvuden, rullbandspelare och de flesta digitala audiosignaler.
För mätningar utan riaa behöver pickupen ha minst 0.2-0.3mV utsignal eller stepup.

Här är en tabell med lite olika exempel:
 

 

[Double A]

Ja fattar ingenting!☺️ (inte så mycket i alla fall)

Men vilket jobb ni gör! Hatten av!👍 Jag är väldigt imponerad av er kunskap och driv👌❤️

[calle_jr]

4 hours ago, Double A said:

Ja fattar ingenting!☺️

Sorry, jag är lite insnöad kring detaljer som berör utvecklingen av själva boxen.

 

Tänk att du ska montera en pickup.

För att rotera pickupen rätt på tonarmen behöver du bland annat spela en ton i vänster kanal och minimera hur mycket det då låter i höger kanal.

Tonen i höger kanal behöver då förstärkas minst tio gånger för att den ska vara mätbar.

Det är den typ av mätningar man ska använda boxen till.

Det finns ett 20-tal liknande kontroller och verifieringar man kan utföra med olika test-LP i mån av ork; fasskillnader, kanalseparation, övertoner, imd, frekvensgång, rpm, svaj och fladder mm.

 

[figge]

1 hour ago, calle_jr said:

Sorry, jag är lite insnöad kring detaljer som berör utvecklingen av själva boxen.

 

Tänk att du ska montera en pickup.

För att rotera pickupen rätt på tonarmen behöver du bland annat spela en ton i vänster kanal och minimera hur mycket det då låter i höger kanal.

Tonen i höger kanal behöver då förstärkas minst tio gånger för att den ska vara mätbar.

Det är den typ av mätningar man ska använda boxen till.

Det finns ett 20-tal liknande kontroller och verifieringar man kan utföra med olika test-LP i mån av ork; fasskillnader, kanalseparation, övertoner, imd, frekvensgång, rpm, svaj och fladder mm.

 

Nu förstår t.o.m jag.🥹

[Double A]

3 hours ago, calle_jr said:

Sorry, jag är lite insnöad kring detaljer som berör utvecklingen av själva boxen.

Det är okej,vi är alla på olika tekniska nivåer här i ankdammen😊, men toppenbra förklarat👍👍👍

Då hänger jag med bättre! Jätte intressant detta, jag följer med i tråden😊👍

[Vox]

Kommer den även att fungera för optiska pickuper?

 

 

[Anders65]

17 hours ago, calle_jr said:

Här är ett aktuellt schema, exklusive nätdel och 24/96 ADC med I2S->USB-kort:

Snyggt! 

Kollade lite snabbt på schemat. Såg inte de pull-up som normalt behövs på I2C bussen (brukar inte räcka med interna pull i uC). 

 

Man kan sätta in mindre seriemotstånd på klockor mm för att bandbreddsbegränsa dem lite, vilket minskar högfrekvent brus. Vill man göra det riktigt bra matchar man mot impedansen hos själva signalen. Men det kan vara overkill här. 

 

Hur är kopplingen mellan GNDA och GNDD tänkt?

[calle_jr]

3 hours ago, Vox said:

Kommer den även att fungera för optiska pickuper?

 

 

Absolut.

Vi har inte testat, men jag kan inte se några hinder för till exempel den typ av transducer som DS Audio tillverkar.

De kräver bara 21dB för eq, så även mätning utan phonosteg bör fungera utmärkt.

 

 

2 hours ago, Anders65 said:

Snyggt! 

Kollade lite snabbt på schemat. Såg inte de pull-up som normalt behövs på I2C bussen (brukar inte räcka med interna pull i uC). 

Tack!

Vi har använt de interna pull-up resistorerna. Värt att kolla det!

 

2 hours ago, Anders65 said:

Man kan sätta in mindre seriemotstånd på klockor mm för att bandbreddsbegränsa dem lite, vilket minskar högfrekvent brus. Vill man göra det riktigt bra matchar man mot impedansen hos själva signalen. Men det kan vara overkill här. 

Det kommer nog alltid finnas utrymme för förbättringar 

 

 

2 hours ago, Anders65 said:

Hur är kopplingen mellan GNDA och GNDD tänkt?

Ett analogt kort med GNDA och ett fysiskt åtskilt digitalt kort med GNDD. GNDA och GNDD är ihopkopplade i en punkt med kontakter och kabel.

Jord från audiosignalen är endast anslutet på det analoga kortet.

GNDA på det analoga kortet är anslutet till chassijord.

Jord till ADC och XMOS är i nuläget GNDA för audiosignalen och GNDD för spänningsmatning. Jag vet inte om det blir bäst så i slutändan.

 

[AlfaGTV]

2 hours ago, calle_jr said:

5 hours ago, Vox said:

Kommer den även att fungera för optiska pickuper?

 

 

Absolut.

Vi har inte testat, men jag kan inte se några hinder för till exempel den typ av transducer som DS Audio tillverkar.

De kräver bara 21dB för eq, så även mätning utan phonosteg bör fungera utmärkt

Jomän det är inget bekymmer. Insignal tas ju i första hand efter RIAA/EQ-korrigering och gain, till "linje-nivå". Jag har ju skruvat flera optiska med hjälp av både oscilloskop och box. De har samma krav på azimuth, zenith och alla andra parametrar, som elektromagnetiska puppor.

Med det sagt är gain tillräcklig för att mäta på direktsignal från elektromekaniska, men optiska kräver ju matning också, och det tillgodoses inte.

[SOUND BY VINYL]

Spännande, bra och kul! Jag ser fram emot att få testa detta och se hur det är att jobba med i jämförelse med analysprogrammet AnalogMagik V2. Vi kan väl ta en dag @AlfaGTV?

[calle_jr]

On 2025-09-09 at 22:04, AlfaGTV said:

gain tillräcklig för att mäta på direktsignal från elektromekaniska, men optiska kräver ju matning också, och det tillgodoses inte.

Sant.

Det går inte med den speciallösning som åtminstone en del har för spänningsmatning via rca-kontakternas minusledare.

Det är iofs enkelt att modifiera en rca-kabel om man vet vad det är för matningsspänning till LEDn.

 

[calle_jr]

 

Arbete pågår!

 

 

[calle_jr]

 

Schemat har kompletterats en del pga tillkommande funktioner.

Vi försöker göra klart funktionerna steg för steg i en prioriteringsordning.

Funktionerna för gain, kalibrering, balans, boost och filter är oförändrade.

24/96 ADC är skippad eftersom det finns små bra produkter som den som vill kan ansluta till boxen i stället. Jag har själv en Tascam DR-40X som spelar in 24/96 pcm och är superenkel att använda.

Däremot har vi kompletterat med hastighetsmätning, svaj (W&F AES6-2008 2σ) samt en mer automatiserad zenit- och azimut-mätning.

Och en VU-krets har därav kommit tillbaka, och då kan vi även visa aktuell in- och utspänning, inte bara gain i dB.

Ett 40dB riaa med 2x6 val för lastimpedans finns också med i planen. Mätförstärkaren har gain -95dB -- +66dB, så det kommer fungera med godtycklig pickup.

 

 

 

 

 

[calle_jr]

 

Testning av vu-krets:

 

 

 

Här med Kuzma Stabi M och AT33 PTG/II:

 

 

Faktor 6.0 i diff utspänning -> 15.6dB + 20dB boost i tyst kanal -> Crosstalk=35.6dB

 

[calle_jr]

 

Arbetet pinnar på!

 

 

 

 

 

 

 

Både jag och @Peo behöver pannlampa och förstoringsglas för att kunna se de små tecknen på ESP och breakout-kort:

 

 

[Richard]

Fantastiskt arbete ni gör!!!  

[calle_jr]

 

Några steg längre och här är aktuellt schema.

Även mjukvaran är klar, men det återstår en hel del testning och avlusning.

 

 

 

 

 

 

[calle_jr]

 

Boxen är i första hand ett hjälpmedel vid mätning av 2-kanals analoga audiosignaler med oscilloskop. Allt från streaming till vevgrammofon, cd-spelare, rullbandspelare etc. Koppla källan till boxens ingångar och koppla boxens utgångar till ett oscilloskop (OS) och välj förstärkning med 0.5dB steg tills signalen på OS fyller upp vertikalskalan. Då är du igång!

 

I huvudfunktionen ingår också visning av gain i dB på OLED-skärm samt om man behöver kalibrera insignalen. Tex om man har ett riaa med 1dB obalans så kan detta kalibreras bort med boxen.

 

Det finns också val av hög- och lågpassfilter. Grundinställning är 4:e ordn sallen-key-filter för audiobandet med marginal, 10Hz -- 60kHz (-1dB). Vid mätning av toner tex 100Hz, 1kHz, 10kHz är det oftast en fördel med snävare band för att minimera störningar och då är det valbart med 4:e ordn HP 70Hz (-1dB) och 4:e ordn LP 22kHz (-1dB). Det går även att koppla bort filterna helt och hållet på PCB, men inte på fronten. Filterna är relästyrda.

 

För vissa mätningar blir det ett farligt rattande med 0.5dB-steg på gain-enkodrarna. Därför finns det även en boost-knapp för respektive kanal som ökar gain med 20dB.

 

 

Utöver detta finns det ett antal verktyg och hjälpmedel:

• VU-mätning av in- och utsignal i Volt (V_P) ^*)
• PU-inställning: Mätning av fasfel mellan vänster och höger kanal för inställning av zenit med 10kHz test-LP.
• PU-inställning: Mätning av crosstalk för inställning av azimut med 1kHz Stereo, 1kHz Left och 1kHz Right test-LP.
• Skivspelarkontroll: Mätning av drivverkets hastighet för 3150Hz test-LP. Mäter 33⅓ och 45rpm med två decimalers visning.
• Skivspelarkontroll: Mätning av svaj och fladder (W&F) med 3150Hz test-LP i bandet 1-20Hz och redovisas i %2σ viktad enligt AES6-2008. Även lägsta moduleringsfrekvens visas på OLED. 0.55Hz som normalt utgör ocentrerad LP är bortfiltrerad.
• Realtidsklocka för loggning av datum och tid för mätning.
• SD-kortläsare för att spara mätningar och för att vid ev behov skriva till EEPROM.
• Tongenerator för sinus-, triangel- och fyrkantsvågor som styrs med den ena enkodern med OLED-meny. Nivå kan väljas 0-100%. Frekvens kan väljas linjär, oktavband, tersband eller logaritmisk.
• RIAA-steg. Vi har implementerat ett 40dB riaa-steg som en option med 6 val av belastningar R och C. Syftet med det är att vid behov kunna mäta direkt på en skivspelare.

 

*) @conan vi har tagit in denna funktion igen eftersom den är praktisk och att vi har fått till den att vara hyfsat exakt. Man vill dock inte klassa det som ett absolut ac-mätningsinstrument.

 

 

På analogkortet sitter all förstärkning (2st PGA2310), analoga aktiva filter och reläer. Både förstärkning och filter styrs dock digitalt från digitalkortet.

Hjärtat i digitaldelen är en ESP32-S3 mikrokontroller. Till denna är breakout-enheter anslutna för gainmätning och -styrning, OLED, komparator, ADC, nivåomvandlare, filterreläer, tongenerator, RTC och SD-kortläsare.

 

Vi har valt single-end med rca-kontakter eftersom det är det vanligaste för konsumenter med skivspelare och för enkel anslutning till OS.

 

Vi har inte verifierat nätdel än men siktar på att driva med 5V usb-c laddare / powerbank.

 

Vi har strävat efter att göra en så liten och mobil låda som möjligt. Den blir inte liten, men den är hanterbar i en väska. Reglagen sitter på toppen eftersom boxen oftast hamnar på ett golv och då syns reglage och skärmar bäst uppifrån. In- och utgångar till OS är på fronten. Tongenerator, SD-kortläsare och nätanslutning sitter bak.

 

 

 

 

 

Vi tar gärna emot synpunkter och önskemål, högt och lågt.

Kretsen är dock maxad nu (ESP är kompletterad med 2st I/O-expanderkort), och det är inte enkelt att implementera mer. Kanske en fjärrkontroll.