Коммутатор сигналов аудио своими руками. Видео-аудио коммутаторы

Интернет

Функциональность. В ассортименте брендов есть аудио-коммутаторы, которые можно использовать самостоятельно или синхронно с устройствами коммутации видеосигналов. Практически все видео-коммутаторы имеют встроенную функцию коммутации стереосигналов.
Управление. В каталоге есть простое механическое оборудование, которое работает без электропитания - контакты замыкаются при помощи переключателей. Более сложные цифровые модели способны работать в автоматическом режиме, они могут управляться дистанционно по протоколу RS232, укомплектованы программным обеспечением для приема команд с компьютера.
Исполнение. Предлагаем коммутаторы в рэковых корпусах (со специальным крепежом) для эргономичной установки на стойках. Также имеются компактные настольные варианты, при помощи рэковых адаптеров их можно размещать на стандартных 19" стойках.

При выборе нужно учесть тип входящих сигналов - есть оборудование для приема аудио, VGA, аудио и VGA, композитного видео CV, компонентного видео YUV и YPbPr, RGBHV, DVI, HDMI, USB, Ethernet, RS232, 422 и 485. Также учитывайте количество коммутируемых источников. Для прогрессивных инсталляционных систем оптимально купить многофункциональную технику. К примеру, матричные коммутаторы Kramer VS-808xl и VS-804xl могут передавать звук независимо от изображения (функция задержки аудио), задавать очередность коммутаций, сохранять в памяти до 6 предустановок для быстрого доступа к часто применяемым конфигурациям.

По заказу мы можем выполнить системную интеграцию инсталляционной системы - разработаем проект, подберем оптимальное оборудование, в том числе коммутационную технику, смонтируем все элементы комплекта, заключим договор на сервис.

Коммутатор - прибор для замыкания и прекращения действия электрического тока, а также для перемены его направления. Матрица - двухмерный массив однотипных элементов. Положение элемента в матрице определяется номером строки и номером столбца

Начнем с основных терминов.

Коммутатор — прибор для замыкания и прекращения действия электрического тока, а также для перемены его направления. Матрица - двухмерный массив однотипных элементов. Положение элемента в матрице определяется номером строки и номером столбца. Матричный коммутатор - это двухмерное устройство размерностью NхM, позволяющее направлять сигналы N входов на М выходов.

Коммутатор может быть пассивным или активным . В пассивном устройстве происходит только коммутация сигналов: замыкаются или размыкаются контакты. Сам процесс коммутации может быть механизирован и автоматизирован, а может быть и ручным, именно так был устроен сто лет назад телефонный коммутатор.

В активном коммутаторе предполагается возможность какого-то воздействия на сигнал, это может быть усиление, регенерация или синхронизация, индикация и другие функции.

Наконец, коммутатор может быть реальным прибором, а может быть виртуальным, когда потоки данных перенаправляются программными средствами.

Наука о контактах

Механический контакт

Исторически именно механический контакт был первым - в гнездо вставлялся штекер. Простота и наглядность - вот достоинства решения. Используются такие коммутаторы и поныне. Даже не разбирая патч-панель, легко предсказать ее недостатки - невелик ресурс работы: в процессе эксплуатации изнашиваются контактирующие поверхности разъемов, ухудшаются контакты. Атмосфера не очень положительно воздействует на открытые поверхности, не спасает даже покрытие благородными металлами.

Использование кнопок или тумблеров позволяет разделить разъемы, кабели и коммутацию. В итоге удается оптимизировать каждое звено комплекса к решаемой им задаче, - по крайней мере, потенциально. Но все равно, сто тысяч переключений - несбыточная мечта и для разъема, и для тумблера.

И разъемы, и тумблеры предназначены для работы с ручным управлением. Автоматизировать процесс или обеспечить дистанционное управление механическим коммутатором весьма непросто.

Тем не менее, и «штекерные», и «кнопочные» коммутаторы пользуются заслуженной популярностью: просто, понятно и дешево - вот основные свойства этой линейки оборудования.

Механический контакт с электрическим управлением

Электромеханическое реле вполне подходит для решения коммутационных задач. Электрическое управление снимает трудности автоматизации и дистанционного управления. Для защиты можно поместить контактирующие поверхности в инертную атмосферу, в этом случае ощутимо улучшаются эксплуатационные характеристики. Именно так устроены реле с контактами, помещенными в герметичную стеклянную колбу, то есть герконовые. Сто тысяч переключений - не предел для коммутаторов на основе реле.

Электронный ключ

Канал полевого транзистора проводит или не проводит ток в зависимости от приложенного к затвору напряжения. Теоретически матрица из полевых транзисторов представляет собой великолепный коммутатор: элементарно решается вопрос автоматизации, нет изнашивающихся контактов, срок службы увеличивается на несколько порядков. Отсутствует и дребезг контактов - вечная проблема механических коммутаторов.

Но достоинства электронных ключей оказались настолько значимыми, что они перевесили недостатки.

Основные свойства коммутаторов и переключателей

Анализ эквивалентной схемы показывает, что по мере роста частоты сигнала будет уменьшаться затухание разомкнутой цепи. Конкретные цифры зависят от множества причин, прежде всего - от входного сопротивления приемника сигнала: чем R ВХ выше, тем легче проникает сигнал через емкость разомкнутого контакта.

При неудачном стечении обстоятельств затухание на верхней границе звукового диапазона частот может понизиться до 60 дБ, что заметно на слух. Вероятность такой ситуации невелика, потому что большинство устройств профессионального назначения имеют входное сопротивление 600 Ом или 10 кОм. Устройства с высокоомным входом (так называемый инструментальный вход - 100 кОм и более) подключать к механическому матричному коммутатору нужно с осторожностью.

Омическое сопротивление изоляции (порядка 10 9 Ом) механического реле обычно ничем себя не проявляет, и им можно пренебречь.

Собственно контакт может дать о себе знать. Хотя его сопротивление невелико (порядка 0,1 Ом), но оно оказывается зависимым, в частности, от протекающего через контакт тока и от других дестабилизирующих факторов. В результате по мере износа контактирующих поверхностей и изменения усилия их сжатия появляются дополнительные шумы, в цепях аналогового звукового сигнала они могут быть заметны. Нельзя забывать и про нелинейные свойства контакта в режиме микротоков. (В последнее время усилился интерес еще и к режиму нанотоков - прим. ред). Выпускаются специализированные реле, предназначенные для коммутации именно малых токов. Тарированные механические параметры контактирующих поверхностей, их особая конструкция и применение специальных материалов обеспечивают стабильную работу и при малых токах. У таких реле производитель гарантирует параметры контакта в диапазоне токов, например, от 10 -6 до 0,01 А. Простые реле предназначены для коммутации токов в существенно более узком диапазоне, обычно от 10 -3 А.

Иногда приходится сталкиваться с помехами от цепей управления: при подаче напряжения на обмотку реле появляется щелчок в сигнальной цепи.

Электронный ключ обладает несколько худшими электрическими характеристиками - сопротивление открытого ключа достигает десятков ом. Через запертый ключ протекает ток (порядка 10 -8 А). Для уменьшения влияния этих параметров на качество коммутации применяют различные схемотехнические решения. Дополнительный ключ замыкает сигнальную цепь, ощутимо увеличивая затухание: выигрыш может достигать 30…40 дБ.

Скорость срабатывания электронных ключей высока, весь процесс переключения заканчивается за время, не превышающее 10 -6 секунд. Механические коммутаторы работают не так быстро: задержка срабатывания реле составляет единицы-десятки миллисекунд, ручной коммутатор работает еще медленнее, речь идет о секундах на сам процесс переключения. Сюда же надо добавить еще и время, которое требуется оператору для того, чтобы обдумать решение, подойти к коммутатору и найти на нем нужный разъем или кнопку.

Электронные коммутаторы аналоговых сигналов защищены от помех от цепей управления ощутимо хуже, чем обычные механические реле. Совместными усилиями разработчиков микросхем и коммутаторов удалось снизить эти помехи до вполне приемлемых значений, но этот результат мы видим не во всех устройствах - высокое качество дешевым не бывает.

Несколько слов о качестве

Коммутатор предназначен для обеспечения взаимодействия источников и приемников сигналов, в том числе - исключения взаимного несанкционированного влияния. Именно поэтому кроме собственно переключателей в состав матричного коммутатора аналоговых сигналов могут входить буферные усилители, устройства для гальванической развязки и другие сервисные «мелочи». В этом случае качество коммутации практически не зависит от параметров источника и приемника сигналов, а трансформаторная развязка радикально уменьшает взаимное влияние устройств в коммутируемом комплексе.

На основе копеечных тумблеров или разъемов можно сделать матричный коммутатор с впечатляющими параметрами, и измерения покажут отличную картину. Напряжение собственных шумов составляет буквально единицы микровольт. Потери в замкнутой цепи - тысячные доли децибела, затухание разомкнутой цепи - далеко за сотню децибел. Нелинейные искажения - на пределе разрешающей способности лучших приборов.

Простота конструкции и «короткий путь сигнала» выглядят заманчиво, но не всегда позволяют получить хороший или хотя бы приемлемый звук. Взаимные помехи цепей, «петли» и контактные явления могут свести на нет все преимущества этой простой и красивой конструкции. Не будем забывать и про эксплуатационные свойства: механический коммутатор останется механическим, и автоматизировать его затруднительно. Напомню, что удобство работы - одна из составляющих качества прибора.

Параметры реально хороших коммутаторов выглядят не так красиво. Буферные каскады вносят искажения, развязывающие трансформаторы - тем более. В результате в таблицах появляются почти неприличные для сегодняшнего уровня техники параметры «К г = 0,1%», «диапазон частот от 20 Гц до 20 кГц при неравномерности 0,5 дБ». Такие приборы покупают не для глаз, а для ушей.

Цифровая механика

«Механический» коммутатор с кнопками и разъемами XLR может быть использован не только для цепей с аналоговыми сигналами. Его можно употребить и для коммутации цифровых сигналов формата AES/EBU. Некоторое отличие волнового сопротивления от номинального значения не повлечет за собой фатальных последствий. Дело в том, что физическая длина кабелей в таком коммутаторе существенно меньше длин волны и дополнительные потери оказываются несущественными.

При такой механической коммутации нас поджидают неприятности совершенно иного свойства. Отключение одного источника цифрового сигнала AES/EBU и подключение другого приведет к срыву синхронизации. Звук прервется на некоторое время, достаточное для того, чтобы заметить сбой. Аналогичная картина имеет место в телевидении: при «механическом» переключении источников картинка срывается. Через небольшой промежуток времени восстанавливается кадровая синхронизация, и изображение стабилизируется. Аналогично получается и при коммутации сигнала AES/EBU - нарушается кадровая синхронизация со всеми вытекающими последствиями.

Для исключения коммутационных артефактов принимаются специальные меры по синхронизации потоков данных и задающих генераторов устройств комплекса.

Польза коммутации

Вариантов использования коммутаторов много. В частности, этот прибор полезен в студии радиостанции для организации резервирования. Сигналы основных источников заведены на матричный коммутатор, через него же выходной сигнал студии подается на линию доставки.

Возникает вопрос: зачем это может потребоваться, ведь конфигурация студии остается постоянной? Действительно, в целом студия неизменна, но есть еще и частности. Самый совершенный пульт не обеспечивает абсолютной надежности. Выходят из строя блоки питания, ломаются разъемы, рвутся провода, цифровые системы «зависают».

При наличии матричного коммутатора нажатием на одну кнопку сигнал с выхода эфирного компьютера направляется на вход канала, все остальное оборудование исключается из тракта. Такая конфигурация студии дает возможность мгновенно, без перерыва вещания, перейти на резервную схему работы и спокойно заняться, например, ремонтом вышедшего из строя пульта.

Есть и другие примеры использования матричного коммутатора в радиовещании - обеспечение взаимодействия нескольких студий. Повинуясь воле выпускающего редактора, студия живого эфира становится репетиционной, вторая студия переходит в режим живого эфира, а в третьей начинается пресс-конференция с трансляцией видео. Для полноценного использования нескольких студий потребуется матричный коммутатор большой размерности или каскадное включение нескольких «маленьких».

В сложном цифровом комплексе встает вопрос организации управления потоками данных, то есть маршрутизации, а не просто переключения звуковых сигналов. Эта задача тоже решена, и пользователь получает в свои руки полное решение, включающее в себя, в частности, и матричный коммутатор. Но реализован маршрутизатор может быть не только как аппаратное устройство, но и как прикладная программа управления компьютером.

Что ж, компьютер - наше будущее. Еще немного, и именно компьютер без всякого участия человека будет сам направлять сигналы, вынимая и вставляя разъемы - развитие идет по спирали.

Реже встречаются коммутаторы только звукового сигнала. Это связано с тем, что частично функции коммутации звукового сигнала выполняют также такие распространенные устройства обработки звука, как микшеры, цифровые микшеры, цифровые аудиоплатформы. Однако, несмотря на новые технологии и функции коммутации присущие микшерам, для профессиональных инсталляций требуются коммутаторы звуковых сигналов различных типов.

Группа компаний «Атанор» представляет на российском рынке и предлагает для использования высококачественные коммутаторы компаний:

Kramer (о компании )
ATEN (о компании )

Просмотрите наш прайс-лист оборудования. Скачать актуальный прайс можно здесь:

Для чего нужны коммутаторы?

Коммутаторы нужны в нескольких случаях.

Если у Вас есть несколько источников аудиосигнала и одна система озвучивания или аудиоустройство, на которые Вы хотите выводить по очереди сигнал с источников
Если у Вас есть несколько источников аудиосигнала и несколько устройств или систем, на которые Вы хотите выводить сигналы с источников
Если у Вас есть несколько источников аудиосигнала и несколько звуковых зон в системе озвучивания или оповещения, на которые Вы хотите выводить сигналы с источников
Прочие случаи...

Типы профессиональных коммутаторов звуковых сигналов

Коммутаторы звука. Типы по количеству выходных каналов и принципу работы.

Коммутаторы позволяют переключить любой из входных каналов на выходной канал. Если прибор имеет один выходной канал, то его обычно называют просто "коммутатор" (или, коммутатор аудиосигнала). Такой видеокоммутатор позволяет переключить аудиосигнал с любого из входных каналов на выходной. Аудиокоммутатор с одним выходным каналом может иметь один или несколько дублирующих выходов для подключения к нему второго звукового устройства или системы. В этом случае на все выходные каналы подается одинаковый звуковой сигнал.

Отдельным случаем коммутации звуковых сигналов является коммутатор с одним входным каналом. В этом случае не требуется переключение входных каналов и коммутатор по сути является прибором, который распределяет и усиливает входной звуковой сигнал в выходные тракты. Такие приборы называются "усилители-распределители" аудиосигнала.

В случае, если аудиокоммутатор имеет два и более выходных канала при двух и более входных, такой коммутатор назвается "матричный коммутатор звука". Матричный коммутатор может переключать любой из входных каналов аудиосигнала на любой из выходных каналов. В названии или описании матричного аудиокоммутатора обязательно присутствует указание количества входных и выходных каналов. Например: Kramer VS-88A. Матричный коммутатор аудио симметричных сигналов 8:8

Таким образом, по количеству выходных каналов и по принципу работы видеокоммутаторы делятся на:

Коммутаторы
Матричные коммутаторы
Отдельно - усилители-распределители

Усилители-распределители Kramer

Коммутаторы. Типы по управлению

Если коммутатор может осуществлять переключение только при механическом нажатии на кнопку, расположенную на панели самого прибора, в этом случае такой коммутатор называется механическим. В случае, если коммутатор имеет порт для подачи управляющих сигналов, то такой коммутатор называется управляемым. Коммутаторы, которые поддерживают управление по какому-либо стандарту (например RS-232) легко встраиваются в сложные интегрированые системы. Таким образом по возможности управления коммутаторы делятся на:

Механические коммутаторы звукового сигнала
Коммутаторы, управляемые замыканием сухих конактов
Коммутаторы, управляемые через инфракрасный порт
Коммутаторы, поддерживающие управление по рекомендованным стандартам (RS-232, RS-485 и другие)

Коммутаторы. Типы по стандарту коммутируемого звукового сигнала.

Основные типы коммутаторов Kramer по стандарту коммутируемого аудиосигнала следующие:

Коммутаторы аналогового звукового симметричного моносигнала
Коммутаторы аналогового звукового несимметричного моносигнала
Коммутаторы аналогового небалансного стерео аудиосигнала
Коммутаторы аналогового балансного стерео аудиосигнала
Коммутаторы линейного звукового сигнала
Коммутаторы микрофонного сигнала
Коммутаторы цифрового звукового сигнала AES/EBU
Коммутаторы цифрового звукового сигнала IEC 958
Коммутаторы цифрового звукового сигнала S/PDIF
Коммутаторы цифрового звукового сигнала EIAJ CP340/1201

Услуги по коммутаторам

Группа компаний «Атанор» предлагает следующие услуги по коммутаторам звуковых сигналов:

Консультации по коммутаторам Kramer и ATEN
Подбор коммутаторов в проекты различных типов
Проектирование систем озвучивания и оповещения с использованием коммутаторов Kramer и ATEN
Проектирование систем трансляции звука с использованием коммутаторов Kramer и ATEN
Поставка коммутаторов Kramer и ATEN
Монтаж коммутационных систем и коммутаторов Kramer и ATEN
Шеф-монтаж коммутационных систем и коммутаторов Kramer и ATEN
Обучение применению и подбору коммутаторов в рамках обучения проектированию залов и реализации проектов различных типов
Создание и внедрение централизованных автоматизированных систем управления совместимых с коммутаторами
Аренда коммутаторов (для презентационных мероприятий, выставок, конференций)

Чтобы подробнее узнать о профессиональном коммутационном оборудовании и услугах, предлагаемых Группой компаний «Атанор»,

К преимуществам матричного коммутатора аудио стоит отнести:

гибкая модульная архитектура, позволяющая «как из кубиков» собирать устройство под нужную задачу и доступный бюджет;
наличие множества функций и возможностей обработки звука, в том числе 15 различных фильтров, эквалайзеры, эхо и шумоподавители, лимиттры, АРУ, задержку т.д.;
комплектацию устройствами и интерфейсами дистанционного управления;
большое количество входов/выходов для подключения различного оборудования;
дополнение аппаратными и программными средствами подавления шумов, эха и т. д.

Среди интерфейсов в таких устройствах присутствуют микрофонные и линейные входы и выходы, телефонные разъемы, порты Ethernet и USB, выходы для усилителей. Кроме этого, данное оборудование имеет широкие возможности коммутации и микширования этих интерфейсов между собой, а также дополнения в виде ручных и автоматических микшеров.

Где применяется матричный коммутатор аудио?

Ситуация для которой разрабатывался этот коммутатор была следующей: есть некое помещение, где установлена звуковоспроизводящая система, которая непрерывно воспроизводит музыку с компьютера (ПК), однако имеется также ещё один источник сигнала - телевизор (ТВ), и соответственно при появлении звукового сигнала на его выходе, система должна переключиться на воспроизведение звукового сопровождения ТВ.

Как видно из схемы , управляющим для коммутатора является сигнал правого канала (R), поступающий с ТВ, он подаётся на усилитель, выполненный на основе ОУ - U1A. Необходимый для чёткого срабатывания устройства коэффициент усиления, этого каскада, можно настроить при помощи подстроечного резистора RV1. Далее усиленный сигнал подаётся на схему выпрямителя напряжения, выполненного на элементах C2, D1, D2, C3.

Выпрямленное напряжение используется для управления транзистором Q1, в базовой цепи которого имеется подстроечный резистор RV2, включенный параллельно электролитическому конденсатору C3, этим резистором можно настроить время «обратного» переключения, т.е. время через которое переключатель вернётся в режим ПК, после пропадания управляющего сигнала. Необходимо выбрать оптимальное время «обратного» переключения, чтобы оно не было слишком большим - например, звук с ТВ уже не поступает, а музыки с ПК всё ещё нет, и не было слишком маленьким - в этом случае коммутатор может переключаться в режим ПК даже на паузах в звуковом сопровождении ТВ.

С коллектора Q1 сигнал управления, для приведения к «цифровому» виду, поступает на вход инвертора с триггером Шмитта - элемента U3E. Переключатель SW1 позволяет выбрать режим работы устройства - автоматический, или ручное включение режима ТВ. Основой коммутатора является микросхема U2 4053 (CD4053, КР1561КП5), представляющая собой три двунаправленных аналоговых переключателя (используются только два из них - X и Z). Управление осуществляется по объединённым вместе входам A (11) и C (9), вход разрешения работы переключателей микросхемы Inh (6) подключён к общему проводу. При работе с аналоговыми сигналами, для микросхемы 4053, необходимо использовать источник отрицательного напряжения - вывод VEE (7).

Питание коммутатора осуществляется от простейшего двуполярного источника, выполненного по следующей схеме: сетевой трансформатор 6-0-6V / 500mA, четыре диода FR103, два электролитических конденсатора 2200uF/16V, интегральные стабилизаторы типа L78L05 и L79L05.

Операционный усилитель U1A - LM358M, в корпусе SO8 (используется только один усилитель из двух имеющихся в корпусе); микросхема U3 - типа 74HC14, в корпусе SO14 (входы 1, 3, 5, 9 неиспользуемых элементов этой микросхемы, необходимо подключить к её выводу 16 - «+» напряжения питания); в качестве подстроечных резисторов RV1, RV2 использованы миниатюрные типа 3329H; все постоянные резисторы - SMD (0805); электролитические конденсаторы C2, C3 - любые, подходящих габаритов; конденсаторы C1, C4, C5 - керамические SMD (1206).

Схемы коммутатора и его источника питания, смонтированы навесным монтажом на отрезках макетной платы, размещённых в пластиковом корпусе типа Gxxx, разъёмы для входных и выходных сигналов - типа «тюльпан», размещены на задней панели корпуса. На переднюю панель выведены переключатель SW1 и светодиод индикатора включения питания.

Данная схема разрабатывалась в сравнительно сжатые сроки, с использованием комплектующих которые, что называется «были под рукой», поэтому в ней есть некоторые «некрасивости» и неоптимальности, но тем не менее, устройство было сделано, и вполне успешно используется.

На сайте "Электрон55.ру" работает