Merakit Stereo Audio Mixer Bertenaga USB
Saya sangat terobsesi dengan audio dan elektronik sejak masih sekolah dasar, setelah bertahun-tahun mungkin ini pertama kalinya saya membuat komponen elektronik komplit dengan amplifier, setelah beberapa kali percobaan pertama kali dengan buku elektronik selalu tidak sesuai dengan yang diharapkan.
Kenapa mixer? saya tidak pernah punya sound system, kebanyakan waktu menikmati audio hanya dengan headset, dengan beberapa perangkat (pc dan laptop) biasanya saya menggunakan input aux pada komputer untuk mendapatkan sekaligus output pada laptop sekaligus, bukan hanya itu ada banyak headset yang saya miliki kebanyakan rusak dan bermasalah.
Selain itu dulu sekitar tahun 2020an dari kantor ada sound sistem yang rusak tidak digunakan, dibenahi oleh teman kantor hanya mengganti beberapa kapasitor dan resistor, ternyata beliau lulusan elektro spesifik pada amplifier. Setelah kondisi telah normal selanjutnya melakukan mod pada perangkat tersebut, input audio yang hanya berupa RCA jadi perlu di tambahkan mod bluetooth agar bisa bisa tersambung tanpa kabel.
Dengan sedikitnya bahkan tidak ada pengalaman saya menjawab diode sebagai komponen utama dalam penggabungan dua sinyal audio, tapi salah besar justru resistor untuk menurunkan kedua sinyal dan tidak menghasilkan short di kedua jalur output perangkat, maka kemudian dari kedua output tersebut menuju titik untuk di perkuat (amplified) dengan komponen op-amp, dan ini pertama kali saya tau bagaimana mixer dan amplifier bekerja.
Pada waktu yang berbeda, selain saya punya KT02H20 untuk hp android saya yang tidak punya jack 3.5 yang bisa sekaligus juga digunakan ke laptop, saya juga punya pinjaman Focusrite Scarlett 2i2 gen 4 salah satu barang impian di home studio recording khayalan saya. Masalah utama dari DAW ketika digunakan adalah delay ketika aplikasi menggunakan WASAPI khususnya ketika melakukan sound pada instrumen dan mengeluarkan output pada hardware audio. Tapi satu aplikasi atau driver yaitu ASIO4ALL yang bisa meminimalisir latensi audio, hanya saja mengorbankan aplikasi lain untuk tidak bisa mengakses WASAPI dan tidak bisa mengeluarkan output audio.
Akan tetapi dari perangkat khusus audio interface dengan driver bawaan hal ini bisa di atasi, windows bisa dengan mudah mengakses hardware audio interface begitu juga DAW secara bersamaan, sumber daya juga hanya satu kabel usb sekaligus data, apakah itu harga mahal yang di bayarkan? selain itu Scarlett ini sangat mengedepankan inputan audio analog seperti gitar dan vocal, dlu ada paket felix di toko online isinya setup lengkap Focusrite Scarlett.
Hanya saja satu masalah, atau mungkin dua, audio interface ini tidak bisa di bilang ringkas, lumayan memakan ruang penyimpanan ketika dibawa perjalanan, akan lebih menarik kalau ada audio interface yang cukup sekecil usb seperti DAC USB KT02H20 yang saya miliki, masalah kedua adalah saya tidak terlalu membutuhkan input analog seperti gitar maupun vokal, yang saya umunya gunakan adalah midi controller yang langsung di sambungkan ke usb, dan terutama adlaah audio interface ini bukan barang saya.
Mengingat ASIO4ALL ini sudah cukup bagus untuk menurunkan latensi, dan satu solusi yaitu KT02H20 untuk WASAPI tetap bisa akses output audio, jadi kesimpulan mudah yang dibutuhkan hanya satu hal yaitu mixer kecil dan portable cukup dengan USB 5v sudah bisa digunakan. Ketika mengatur ASIO4ALL ada pilihan perangkat yang digunakan untuk direct output audio hanya saja KT02H20 sepertinya tidak di desain untuk sampling 24bit 48khz atau 96khz murni akhirnya suara jadi pecah, hanya asumsi tidak begitu mendalam melakukan riset terkait itu.
Sebenarnya ada banyak audio mixer jadi dijual di toko online, umum dengan equalizer di masing-masing channel, fitur tambahan seperti gain, filter, dll. atau justru paling ringkas beberapa channel hanya dengan knob volume, begitu juga dengan varian aktif dan passive. Hanya saja semua itu tidak sesuai dengan spesifikasi yang saya maksud, jadi ayo kita merakit sendiri.
A. Persiapan
Proses pembuatan akan kita pecah jadi dua bagian yaitu bagian Passive Mixer dan Active Mixer, dimana active mixer akan menggunakan komponen yang sama juga, hanya saja dalam versi protoryping saya belum berani melakukan solder permanen pada PCB karena saya juga akan masih belajar.
Maka nanti ketika sudah memahami bagaimana dan seperti apa schema dan manajemen kabel, mungkin bisa lebih mudah memperbaiki, karena saya hanya memiliki komponen yang terbatas, kita akan beli komponen untuk versi kedua di papan dot matrix.
Make It Exist First, You Can Make It Good Later.
Jika mencari komponen dan barang apa saja yang akan saya beli bisa langsung loncat ke bagian Kesimpulan. Begitu juga dengan beberapa kesalahan yang saya lakukan.
Ada beberapa target spesifikasi yang akan saya gunakan, diantaranya adalah:
- Kecil ringkas mudah dibawa kemana-mana sangat cukup untuk masuk di saku.
- Tiga Channel Input dam satu output, audio jack semua pada 3.5mm.
- USB Powered Input (5v) pada komponen aktif penguat suara (Op-amp).
- Usable USB Output, input USB v2 untuk DAC jadi tidak membuang port lainnya.
Mari kita mulai dengan...
B. Prototyping Passive Mixer
sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Passive_Mixer.jpg#/media/File:Passive_Mixer.jpg
Komponen passive mixer intinya hanya memberi hambatan pada setiap inputan selain ground, pada schema diatas bisa di sebutkan rangkaian mono dengan tiga input dengan satu output, maka schema stereo cukup menduplikasi dengan rangkaian yang sama.
Sebagai permulaan saya mungkin merangkai dengan beberapa komponen berserakan di rumah, beberapa 1k resistor, tiga socket female audio jack 3.5mm yang saya punya dari mobo bekas dulu di sekolah, beberapa kabel headset yang juga saya miliki.
Karena kita akan menggunakan komponen yang sama sekaligus untuk Active Mixer maka saya sediakan kapasitor sekaligus ada beberapa di modul amplifier rusak yang saya ambil, semua bernilai 470uF.
Kapasitor berindak sebagai filtering jika ada lonjakan listrik khususnya DC pada rangkaian, karena kapasitor silinder biasanya memisahkan antara sisi plus (+) dan minus (-) maka disarankan minus menghadap pada socket input, dan membuat rangkaian seri diantara kapasitor, dan resistor.
Kemudian sambungkan masing-masing sisi kapasitor ke setiap input jack, dan begitu juga kedua ujung resistor yang lainnya sebagai titik akhir output dan menuju output jack, Maka hasil akhir ketika rangkaian di satukan kurang lebih menjadi seperti berikut.
Sampai disini mixer sudah jadi tidak diperlkukan komponen aktif, bisa dicoba langsung dan seperti namanya passive berarti hanya bertindak sebagai menurunan tegangan dan suara tercampur dengan rendah, dibutuhkan volume tinggi untuk dapat mendengarkan suara dengan normal.
Maka oleh karena itu kita bisa bisa beralih ke tambahan komponen aktif Penguat (Op-amp).
C. Prototyping Active Op-amp
Disini kita memerlukan satu komponen penting yaitu dual opamp karena kita gunakan untuk stereo, dan spesifikasi penting adalah bisa beroperasi dengan 5v USB, yang saya tidak punya maka mari kita cari di toko online.
Ada beberapa kandidat, diantaranya adalah LMV358 atau MCP6022. Di toko online LMV358 sering kali merujuk ke IC LM358 dengan berbeda operasi voltase, MCP6022 yang sedikit lebih mahal ketimbang LM358, jadi mungkin untuk pemanasan akan saya coba adalah LMV358 dan yang saya temukan hanya versi sop8 walau dip8 juga akan saya solder, karena adapter hanya menambah biaya saja.
Cek pada kesimpulan hasil suara ada distorsi kecil, banyak poin penting yang saya belum paham seperti THD+N, ultra low noise, khususnya audio grade IC, karena belum coba belum tau.
Setidaknya ada beberapa komponen yang diperlukan terlebih dahlulu di prototype pertama ini:
- 1 kabel usb type A 2.0 untuk power.
- 3 input dan output 3.5mm jack, 1 input jack male, 2 female jack untuk input dan ouput. Input dan output ini bisa sesuai dengan kebutuhan.
- 7 kapasitor 470uF, 2 di masing-masing input untuk L & R = 4, 2 untuk masing output L & R, kemudian 1 untuk virtual ground filter.
- 8 resistor 1k (10k lebih baik), sama 2 di masing-masing input L & R = 4, 2 untuk feedback output input Op-amp, 2 lagi untuk membuat virtual ground.
Karena IC sudah ada, kita bisa melihat pinout dari IC dual Op-amp pinout tidak berbeda dengan keluarga Op-amp yang lain, jadi gambar diatas saya rasa lebih mudah di lihat dengan beberapa perbandingan, dengan butuh sedikit soldering pertama-tama adalah mendapatkan plus dan minus 5v dari USB, kemudian bisa di pasang minus menuju GND atau pin 4 kemudian plus 5v menuju Vcc atau pin 9.
Selanjutnya adalah membuat virtual ground untuk referensi non inverting input, untuk membuatnya kita cukup menyediakan dua resistor 1k yang saya miliki dengan seri, satu pin menuju minus dan satunya menuju plus, kemudian di tengah-tengah pertemuan kedua resistor bisa di sambungkan menuju kedua non inverting input plus A dan B.
Terakhir adalah menentukan input dan output, komponen yang sebelumnya sudah di rakit pada passive mixer, kita pisahkan di pertemuan kedua resistor pararel menuju output, kedua output L dan R bisa di pasangkan kapasitor terlebih dahulu sebagai filter, sama seperti sebelumnya minus menuju ke output kemudian sebaliknya menuju output pada masing-masing pin 1 dan 7, begitu juga rangkaian seri resistor langsung menuju ke pin 2 dan 6 IC, kemudian yang tidak kalah penting adalah dua resistor lagi untuk limit output, dengan menyambungkan pin output dengan inverting input, masing-masing pada A & B.
Bingung? pada bagian selanjutnya akan saya buatkan schematic agar lebih mudah di pahami.
Lumayan kacau, saya juga tidak punya breadboard untuk mempersimple bentuk dan mempermudah troubleshooting, kebanyakan proses perkabelan langsung menggunakan pin komponen atau kabel headset.
Akan tetapi hasil review sangat lah menarik, sesuai dengan apa yang saya harapkan, dari beberapa tes audio, instrument, dan noise. Terdapat noise kecil sepertinya pada power yang tidak bersih, menambahkan kapasitor antara plus dan minus USB tidak menyelesaikan masalah, selain itu kondisi laptop ketika di cas juga menambahkan noise tersendiri, ketika port USB lain terhubung dengan perangkat MIDI juga ada noise yang sangat kecil bahkan hampir tidak terdengar tapi noise itu ada walau tidak ada input yang masuk.
Itu adalah noise external, tapi terdapat noise internal yang saya belum pasti penyebabnya, jadi setiap ada instrumen pasti ada bayangan distorsi harmonik kecil, entah bagaimana saya bilangnya itu terdapat di setiap frekuensi, walau begitu hasinya tetap memuaskan bagi saya.
Jadi karena hasil yang saya pikir bisa di terima, maka kita bisa lanjut ke bagian finalisasi.
D. Make it Better
Karena saya janji membuat schematic agar lebih mudah di pahami saya akan menginstall dan membuat pada KiCad 10.0. Saya menambahkan satu input lagi untuk contoh dan akan kita rakit nanti. Begitu juga target utama untuk menggunakan jalur USB untuk socket DAC KT02H20.
Oh iya saya juga sedikit memodifikasi kapasitor input ketimbang menggunakan 470uF yang relatif besar dari kebanyakan komponen, sepertinya MLCC ukuran 1uF jadi kandidat, begitu juga seluruh resistor saya jadikan 10k, karena input bertambah maka total resistor yang di perlukan adalah 10, tapi untuk 3 filter pada virtual ground dan output akan tetap menggunakan cap 470uF.
Saya juga akhirnya membeli PCB Dot Matrix setidaknya agar komponen sedikit lebih rapi, begitu juga beberapa female jack, IC masih dengan LMV358 karena sebelumnya minimal pembelian adalah 4 pcs.
Berikut adalah tempilan sebelum di folder sepertinya saya ada sedikit penyesuaian penembatan resistor di bawah IC, bisa di hitung juga 3 input audio berasarkan setiap pasang kapasitor MLCC.
Begitu juga belum termasuk 2 kabel external, satu untuk input audio jack 3.5mm dan satu kabel USB. Sama saat seperti membuat prototype hal tersulit adalah memasang IC karena tidak punya adapter. Jadi seperti yang dibayangkan, saya solder saja dengan kabel headset, dan ini adalah inti tersulit karena berulang kali terputus dan ujung solder yang sudah tidak lancip lagi.
Tahap berikutnya adalah memasang setiap pin IC ke header strip, begitu juga kabel input jack dan USB, begitu juga soldering semua komponen dibawah papan.
Hasil Akhir sebelum memotong papan untuk menjadi bagian kecil, Hasil akhir setelah dipotong bisa diliat seperti cover pada artikel ini.
Woah saya buru-buru, karena besok akan pulang ke rumah orantua jadi saya perlu cepat-cepat membereskan ini, bahkan lupa menerima klik penerima pesanan di toko online. Saya yang memulai perakitan pada jam 11 siang selesai di jam 4 tapi juga dengan beberapa aktivitas lain, terdapat tambahan waktu karena IC yang saya solder beberapa kali lepas sebelum di plaster agar diam di satu tempat.
Hal terakhir yang saya lupa adalah adaptor male to male, yang tidak saya jumpai di toko online jadi saya membuat satu, dari barang bekas yang saya temukan di kotak komponen elektronik saya, ketimpang menggunakan kabel audio jack male to male sepanjang 1 meter.
Sesuai dengan target spesifikasi yang sebelumnya saya sebutkan di Persiapan diatas, dan juga seperti yang saya bilang pada noise di akhir prototype masalah noise ini tetap sama, sepertinya masalah berada pada IC spesifik, jadi mungkin akan ada riset lebih lanjut kita di kesimpulan.
E. Riset Lanjutan & Kesimpulan
Karena masalah utama adalah noise yang sebenarnya relatif kecil, maka fokus riset utama adalah pada IC, kita coba bandingakan dengan IC yang kita sebutkan di atas tadi, hasil google langsung dijawab AI dan kesimpulannya yah mungkin spesifik IC audio processing relatif lebih mahal, saya masih agak ragu dengan kesimpulan ini.
Kalau dari kedua datasheet IC ini relatif tidak menyebutkan audio processing pada pengaplikasiannya, tapi jika dibutuhkan untuk ujicoba tidak ada masalah, mungkin kedepan saya akan mencoba IC MCP6002 ini.
Saya pernah membaca sedikit artikel dari forum, tentang teardown atau diassembly dari audio interface Focuscrite Scarlett saya lupa dimana tapi sepertinya https://www.audiosciencereview.com/forum/index.php?threads/teardown-few-basic-measurements-and-personal-thoughts-of-the-focusrite-solo-gen3.9101 ini, diantaranya IC dual Op-amp yang digunakan adalah NJM2122 pada input, dan juga ada NJM8065 pada ouput, tertulis pada datasheet fitur utama adalah ultra-low-noise mungkinkah ini yang dibutuhkan, masalahnya adalah saya tidak menemukan kedua chip ini di toko online. jadi kandidat pertama kita adalah MCP6002 semoga kata AI bener.
Untuk barang-barang, komponen, dan IC yang sudah saya beli akan saya buat listnya kedepan.
Dokumen Dataset:
- https://www.st.com/resource/en/datasheet/lmv321.pdf
- https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/MCP6001-1R-1U-2-4-1-MHz-Low-Power-Op-Amp-DS20001733L.pdf
- https://www.nisshinbo-microdevices.co.jp/en/pdf/datasheet/NJM2122_E.pdf
- https://www.mouser.com/datasheet/2/294/NJM8065_E-346769.pdf
Semoga membantu.