La forma correcta de tener altavoces amplificados que se silencian al conectar los auriculares

Question

Estoy diseñando un dispositivo portátil que tiene un DAC I2S, pequeños altavoces, amplificadores (~2 vatios) y un conector para auriculares. Me gustaría que me aconsejaras sobre la mejor manera de conectarlos. Mi objetivo es obtener un sonido de alta calidad para un amplio número de configuraciones, incluyendo diferentes tipos de auriculares, sin volverme loco en complejidad y coste.

Opciones que he explorado:

1. Haga que el DAC de salida a una toma de auriculares con interruptores internos, cuando los auriculares están presentes audio se reproduce a través de ellos directamente, de lo contrario la señal pasa a través de los interruptores de toma de auriculares a los amplificadores y luego los altavoces. Esto es lo que he estado usando hasta ahora. Funciona, pero ¿es realmente correcto alimentar los auriculares directamente desde la salida del DAC? Los amplificadores de los altavoces están siempre activos, lo que es un desperdicio y captan algo de ruido. También es potencialmente ruidoso durante la inserción.

2. El DAC alimenta directamente los amplificadores, que se conectan a los auriculares, o a los altavoces si no hay auriculares conectados. ¿Voy a reventar los auriculares (o los tímpanos del usuario) de esta forma, o los auriculares tienen una impedancia lo suficientemente alta como para que la potencia que les llegue sea baja? ¿El breve cortocircuito que se produce durante la inserción matará a los amplificadores? (Supongo que eso depende del amplificador).

3. Implementar la detección de inserción (he visto algunas formas de hacerlo con algunos pros y contras) y enrutar el audio al amplificador del altavoz, o a los auriculares (con o sin su propio amplificador). ¿Tendría que conmutar la señal, o estaría bien dirigir la señal a ambos en paralelo y simplemente desactivar los amplificadores de los altavoces cuando se detecte la inserción de los auriculares?

4. ¿Existe alguna solución integrada que pueda hacer esto por mí?

Gracias.

Relevante:

Auriculares y altavoces mutuamente exclusivos

¿Cómo detecta el teléfono si el circuito de la clavija de 3,5 mm está cerrado?

Cómo (no) dejar colgada la entrada de un amplificador de clase D

Answer 1

Los auriculares pueden conectarse a los amplificadores, mediante atenuadores, con un conmutador DPDT para seleccionar altavoces o auriculares.

Como la salida del PAM8301AAF es para un altavoz de 8Ω, la suma de R1 y R2 debería ser de 8Ω. La elección de los valores de R1 y R2 dependería del nivel de atenuación requerido. Resistencias de 1W serían suficientes.

El esquema mostrado corresponde a un canal.

Dado que las salidas del PAM8301AAF deben mantenerse aisladas entre sí y tierra, no se puede utilizar una clavija/jack de auriculares estándar.

Para el aislamiento se necesitarían clavijas/tomas de auriculares mono separadas, con cables independientes para cada elemento de auriculares.

Answer 2

¿es realmente correcto conectar los auriculares directamente a la salida del DAC?

La verdad es que no. El PCM5102 tiene una impedancia de carga nominal mínima de 1k Ω. La mayoría de los auriculares tienen alrededor de 32 Ω, que es demasiada carga para el DAC.

Deberías utilizar un amplificador de auriculares para amortiguar la señal DAC.

son auriculares con una impedancia lo suficientemente alta como para que la potencia suministrada a ellos sea baja?

Será más bajo debido a la mayor impedancia, pero posiblemente no lo suficiente. El nivel de los auriculares puede reducirse con un atenuador "L".

Otro posible problema es que el PAM8301 es 'BTL' (Bridge Tied Load) por lo que ambos lados del altavoz son accionados y no hay masa común. Podrías conectar cada auricular a un solo lado, a través de un condensador para bloquear la tensión continua. Esto reduciría el nivel en 6 dB, lo que podría ser suficiente para que el nivel de los auriculares fuera aceptable. Sin embargo, el PAM8301 no está especificado para funcionar en este modo, por lo que no sé hasta qué punto funcionará bien.

Si quieres una salida de audio de alta calidad a través de la toma de auriculares, puede que sea mejor utilizar un amplificador de auriculares independiente (analógico), que tiene menor distorsión y ruido, y no tiene problemas de EMI.

Sea cual sea la forma de hacerlo, las tomas de auriculares estéreo disponen de interruptores auxiliares que pueden utilizarse para alternar entre altavoces y auriculares y/o desactivar el amplificador de altavoces. El PAM8301 tiene una entrada 'Shutdown' activa baja que sólo necesita conectarse a tierra para apagarlo. De modo que el circuito podría ser así:-

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Answer 3

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Figura 1. (a) Las salidas del amplificador PWM de clase D no comparten ninguno de sus pines de salida con tierra. (b) Típico cableado de auriculares con jack de 3 polos.

Para responder a sus preguntas:

1. Haga que el DAC de salida a una toma de auriculares con interruptores internos, cuando los auriculares están presentes audio se reproduce a través de ellos directamente, de lo contrario la señal pasa a través de los interruptores de toma de auriculares a los amplificadores y luego los altavoces. Esto es lo que he estado usando hasta ahora. Funciona, pero ¿es realmente correcto alimentar los auriculares directamente desde la salida del DAC? Los amplificadores de los altavoces están siempre activos, lo que es un desperdicio y captan algo de ruido. También es potencialmente ruidoso durante la inserción.

Es la mejor solución si no sobrecargas las salidas del DAC. Las entradas del amplificador desconectadas deben cortocircuitarse a masa mientras se usan auriculares. Si la toma jack no dispone de interruptores adecuados, prueba a añadir una resistencia de 1 kΩ desde cada entrada de amplificador a masa.

2. El DAC alimenta directamente los amplificadores, que se conectan a los auriculares, o a los altavoces si los auriculares no están conectados. ¿Voy a reventar los auriculares (o los tímpanos del usuario) de esta forma, o los auriculares tienen una impedancia lo suficientemente alta como para que la potencia que les llegue sea baja? ¿El breve cortocircuito que se produce durante la inserción matará a los amplificadores? (Supongo que eso depende del amplificador).

Sí, eso sería un riesgo y se necesitaría atenuación para proteger al usuario, proteger los auriculares y mantener una relación señal/ruido aceptable.

3. Implementar la detección de inserción (he visto algunas formas de hacerlo con algunos pros y contras) y enrutar el audio al amplificador del altavoz, o a los auriculares (con o sin su propio amplificador). ¿Tendría que conmutar la señal, o estaría bien dirigir la señal a ambos en paralelo y simplemente desactivar los amplificadores de los altavoces cuando se detecte la inserción de los auriculares?

La ruta a ambos debería estar bien. ¿Existe alguna solución integrada que pueda hacer esto por mí?