Сабвуфер своїми руками: від початкового рівня до найвищого класу. Активний домашній сабвуфер своїми руками Мікросхеми для штатних сабвуферів в авто
- Про комп'ютерні розрахунки
- Що це й навіщо?
- Який потрібен динамік?
- Структура системи
- Оформлення
- Автосабвуфери
- Простіше просто не буває
- Теж просто
- Потужний 6-й порядок
- 4-й порядок
- Електроніка
- Як розрахувати сабвуфер?
У цій статті ми подивимося, як зробити сабвуфер своїми руками, не вникаючи в надра електроакустики, не вдаючись до складних розрахунків і тонких вимірів, хоча деякі зробити все одно доведеться. «Без особливих складнощів» не означає «тяп-ляп на цеглу, гони, бабця, могорич». В наші дні на домашньому комп'ютеріможна моделювати складні акустичні системи (АС); посилання на опис цього процесу див. наприкінці. Але робота з готовим пристроєм з натхнення дає те, чого не отримаєш ніяким прочитанням і переглядом - інтуїтивне розуміння суті процесу. У науці та техніці відкриття на кінчику пера відбуваються рідко; найчастіше дослідник, набравшись досвіду, «нутром» починає розуміти, що там до чого, і тоді шукає математику, придатну для описи явища і виведення розрахункових інженерних формул. Багато великих з гумором та задоволенням згадували свої перші невдалі досліди. Олександр Белл, напр., котушки для свого першого телефону намагався спочатку мотати голим дротом: він, музикант за освітою, просто ще не знав, що дріт під струмом потрібно ізолювати. Але телефон Белл таки винайшов.
Про комп'ютерні розрахунки
Не думайте, що JBL SpeakerShop або ін. програма розрахунку акустики видасть вам єдиний можливий правильний варіант. Комп'ютерні програми пишуться за перевіреними алгоритмами, але нетривіальні рішення неможливі тільки в богослов'ї. «Всі знають, що так не можна робити. Знаходиться йолоп, який цього не знає. Він і робить винахід»- Томас Альва Едісон.
SpeakerShop з'явився нещодавно, розроблено цю програму дуже ґрунтовно і те, що користуються ним дуже активно, безумовний плюс як розробникам, так і любителям. Але чимось теперішня ситуація з ним схожа на історію з першими фотошопами. Хто юзал ще винду 3.11, пам'ятаєте? – тоді з обробки картинок просто з глузду з'їжджали. А потім виявилося - щоб зробити хороший знімок, потрібно все-таки вміти фотографувати.
Що це й навіщо?
Сабвуфер (просто – саб) у дослівному перекладі звучить курйозно: підгавкувач. Реально ж це басовий (низькочастотний, НЧ) динамік, який відтворює частоти нижче прим. 150 Гц, у спеціальному акустичному оформленні, ящику (коробі) досить складного пристрою. Сабвуфери застосовуються і в побуті, в висококласних підлогових АС і недорогих настільних, вбудовані і в автомобілях, див. рис. Якщо вдасться створити сабвуфер, що правильно відтворює баси, можна сміливо братися за будь-яку АС, т.к. відтворення НЧ, мабуть, найжирніший із китів, на яких стоїть вся електроакустика.
Компактна НЧ-ланка АС зробити набагато важче ніж СЧ і ВЧ (середньо- та високочастотні) по-перше, через акустичний короткий замикання, коли звукові хвилі від фронтальної та тильної випромінюючих поверхонь динаміка (головки гучномовця, ГГ) гасять один одного: довжини хвиль НЧ - метри, і без належного акустичного оформлення ГГ ніщо не заважає їм відразу зійтися в протифазі. По-друге, спектр спотворень звуку на НЧ тягнеться далеко в найкраще чутну область СЧ. По суті, будь-яка широкосмугова АС є НЧ-ланка, в яку вбудовані СЧ і ВЧ випромінювачі. Але до саба вже з погляду ергономіки пред'являється додаткова вимога: сабвуфер для будинку має бути якомога компактнішим.
Примітка:всі види акустичного оформлення НЧ ГГ можна розділити на 2 великі класи - одні гасять випромінювання з тилу динаміка, другі перевертають його по фазі на 180 градусів (обертають фазу) і перевипромінюють з фронту. Сабвуфер, залежно від властивостей ГГ (див. далі) та необхідного виду його амплітудно-частотної характеристики (АЧХ), може бути побудований за схемою того чи іншого класу.
Напрямок на звуки нижче 150 Гц людина розрізняє дуже погано, тому у звичайній житловій кімнаті саб можна поставити загалом будь-де. СЧ-ВЧ АС (сателіти) акустики із сабвуфером виходять дуже компактними; їхнє розташування в кімнаті можна підібрати оптимальним для даного приміщення. Сучасне житло надлишком площі і гарною власною акустикою не відрізняється, і «приткнути» в ньому правильно хоча б пару хороших широкосмугових колонок можливо не завжди. Тому виготовлення сабвуфера самостійно дозволяє не тільки заощадити солідну суму грошей, але й отримати все-таки чистий, вірний звук у цій ось хрущовці, брежнєвці або сучасному новобудові. Особливо ефективний сабвуфер у системах повнооб'ємного звуку, т.к. ставити 5-7 колонок на повну смугу кожна це надто і для «наворочених» користувачів.
Баси
Відтворення басів складно не лише технічно. Вузький НЧ ділянка всього діапазону звукових хвиль неоднорідний за своїм психофізіологічним впливом і поділяється на 3 області. Щоб правильно підібрати басовий динамік і зробити короб для сабвуфера своїми руками, потрібно знати їх межі та значення:
- Верхній бас (UpperBass) - 80-(150 ... 200) Гц.
- Середній бас чи мідбас (MidBass) – 40-80 Гц.
- Глибокий бас чи підбас (SubBass) – нижче 40 Гц.
Верха
Середина
На мідбасах головне завдання при створенні сабвуфера – забезпечити у мінімальному обсязі ящика найвищу віддачу ГГ, задану форму АЧХ та її максимальну рівномірність (гладкість). АЧХ, у бік нижчих частот близька до прямокутної, дає потужний, але жорсткий бас; АЧХ, що рівномірно падає – чистий і прозорий, але слабший. Вибір тієї чи іншої залежить від характеру, що прослуховується: рокерам потрібен звук «зліший», а для класики ніжніший. У тому й іншому випадку великі провали та сплески на АЧХ псують суб'єктивне сприйняття при формально однакових техпараметрах звуку.
Глибина
ФІ
Примітка: у всьому рівнозначений ФІ пасивний випромінювач (ПІ) – замість труби з портом ставлять басовий динамік без магнітної системи та з грузиком замість котушки. «Беззнакувальних» методик розрахунку ПІ немає, тому й у промисловому виробництві ПІ рідкісний виняток. Якщо у вас завалявся басовий динамік, що згорів, можете поекспериментувати - налаштування здійснюється зміною ваги вантажу. Але зважте - активним ПІ краще не робити з тієї ж причини, що і закритий ящик.
Про глибокі щілини
Акустику з глибокими щілинами (поз. 4, 6, 8-10) ототожнюють то ФІ, то лабіринтом, але насправді це самостійний тип акустичного оформлення. Переваг у глибокої щілини маса:
Недолік у глибокої щілини всього один, і то для початківців: неналаштовується після збирання. Як зроблено, так і співатиме.
Про антиакустику
Бандпаси
BandPass у перекладі проходить смуги, так називають АС без прямого випромінювання звуку в простір. Це означає, що АС типу бандпас не випромінюють СЧ внаслідок внутрішнього акустичного його відфільтрування: динамік ставлять у перегородку між резонуючими порожнинами, сполученими з атмосферою портами труб або глибоких щілин. Бандпас – специфічне для сабвуферів акустичне оформлення та для повністю роздільних АС не застосовується.
Бандпаси поділяють за величиною порядку, а порядок бандпаса дорівнює числу його резонансних частот. Високодобротні ГГ ставлять у бандпаси 4-го порядку, де легко організувати акустичне демпфування (поз. 5); низько-і середньодобротні – у бандпаси 6-го порядку. Відчутної різниці як звук між тими і тими, всупереч поширеному переконанню, немає: вже на 4-му порядку досягається згладжування АЧХ на НЧ до 2 дБ і менше. Різниця між ними для любителя в основному в складності налаштування: щоб точно налаштувати 4 бандпас (див. далі) доведеться рухати перегородку. Що стосується бандпасів 8-го порядку, то ще 2 резонансні частоти у них виходять внаслідок акустичної взаємодії тих же 2-х резонаторів. Тому 8 бандпаси іноді називають бандпасами 6-го порядку класу В.
Примітка:ідеалізовані АЧХ на НЧ для деяких типів акустичного оформлення показано на рис. червоний. Зеленим пунктиром – ідеальна АЧХ із погляду психофізіології слуху. Звідки видно, що роботи в електроакустиці ще вистачає та вистачає.
Амплітудно-частотні характеристики однієї і тієї ж головки гучномовця у різному акустичному оформленні
Автосабвуфери
Автомобільні сабвуфери ставлять зазвичай у вантажний відсік, або під сидіння водія, або за спинку заднього сидіння, поз. 1-3 на рис. У першому випадку короб забирає корисний об'єм, у другому саб працює у важких умовах і може бути пошкоджений ногами, у третьому – не всякий пасажир зможе витерпіти потужний бас біля вух.
Останнім часом автомобільний сабвуфер все частіше роблять тип стелс (stealth), вбудованим у нішу заднього крила, поз. 4 і 5. Підбаси достатньої потужності домагаються, застосовуючи спеціальні автодинаміки діаметром 12” з жорстким дифузором, мало схильним до мембранного ефекту, поз. 5. Як зробити сабвуфер для автомобіля шляхом відформування крильової ніші, див. відео.
Відео: автомобільний савбуфер "стелс" своїми руками
Простіше просто не буває
Дуже простий сабвуфер, який не вимагає окремого басового підсилювача, можна зробити за схемою з незалежними випромінювачами звуку (ІЗ), див. рис. Фактично це дві канальних НЧ ГГ, поміщені в довгий загальний корпус, що встановлюється горизонтально. Якщо довжина короба можна порівняти з відстанню між сателітами або шириною екрана телевізора, «розпливання» стерео мало помітно. Якщо ж прослуховування супроводжується переглядом, то зовсім непомітно завдяки мимовільній зорової корекції локалізації джерел звуку.
За схемою з незалежними З можна зробити відмінний сабвуфер для комп'ютера: ящик з динаміками поміщають у дальньому верхньому кутку під стільницею. Порожнина під нею – резонатор, налаштований на дуже низьку частоту, і від невеликої коробочки прорізається несподівано добрий підбас.
ФІ для сабвуфера з незалежними З можна розрахувати в спікершопі. При цьому еквівалентний об'єм Vts беруть вдвічі більше проти виміряного, резонансну частоту Fs в 1,4 рази нижче, а повну добротність Qts в 1,4 рази більше. Матеріал короба, як і всюди далі – МДФ від 18 мм; на потужність сабвуфера від 50 Вт – від 24 мм. Але краще помістити динаміки в закритий ящик, його в даному випадку можна зробити без розрахунку: довжину всередині беруть за місцем установки в межах від 0,5 м (для комп'ютера) до 1,5 м (для великого телевізора). Поперечний переріз короба всередині визначається виходячи з діаметра дифузора динаміків:
- 6” (155 мм) – 200х200 мм.
- 8” (205 мм) – 250х250 мм.
- 10” (255 мм) – 300х300 мм.
- 12” (305 мм) – 350х350 мм.
У найгіршому випадку (підстільний комп'ютерний саб на 6” динаміках) об'єм короба буде 20 л, а еквівалентний із заповненням – 33-34 л. За потужності УМЗЧ до 25-30 Вт на канал цього вистачить, щоб отримати пристойний мідбас.
Фільтри
LC-фільтри в даному випадку краще використовувати типу K. Для них потрібно більше котушок, але в аматорських умовах це несуттєво. У K-фільтрів мале згасання у смузі непропускання, 6 дБ/окт на ланку або 3 дБ/окт на півланку, зате абсолютно лінійна ФЧХ. Крім того, при роботі від джерела напруги (яким з великою точністю є УМЗЧ), K-фільтр мало чутливий до змін імпедансу навантаження.
На поз. 1 рис. дано схеми ланок K-фільтрів та розрахункові формули для них. R для НЧ ГГ береться рівним її імпеданс Z на частоті зрізу ФНЧ 150 Гц, а для ФВЧ рівним імпедансу сателіту z на частоті зрізу ФВЧ 185 Гц (формула на поз. 6). Визначаються Z і z за схемою та формулою на рис. вище (зі схемами вимірів). Робочі схеми фільтрів наведено на поз. 2. Якщо вам більше до душі докупити конденсаторів, а не мотати котушки, такі самі за параметрами можна скласти з П-ланок і напівланок.
Дані та схеми для виготовлення фільтрів простого сабвуфера з незалежними випромінювачами
Згасання ФНЧ у смузі непропускання 18 дБ/окт, а ФВЧ 24 дБ/окт. Таке відверто нетривіальне співвідношення виправдане тим, що сателіти розвантажуються від НЧ і дають звук чистіше, а відбитий від ФВЧ залишок НЧ вирушає на НЧ динаміки і робить глибшими баси.
Дані до розрахунку котушок фільтрів наведено на поз. 3. Розташовувати їх потрібно взаємно перпендикулярно, тому що K-фільтри працюють без магнітного зв'язку між котушками. При розрахунку задаються розмірами котушки і знайденої в порядку розрахунку фільтра індуктивності визначають кількість витків. Потім за допомогою коефіцієнта укладання знаходять діаметр дроту в ізоляції, він повинен вийти не менше ніж 0,7 мм. Виходить менше – збільшуємо розміри котушки та перераховуємо.
Налаштування
Налаштування даного сабвуфера зводиться до вирівнювання гучностей басовиків та сателітів на соотв. частоти зрізу. Для цього спочатку готують кімнату до акустичних вимірювань, як описано вище, та тестер з мостом та трансформатором. Далі знадобиться конденсаторний мікрофон. Для комп'ютерного доведеться зробити якийсь мікрофонний підсилювач (МКС) з подачею зміщення на капсуль, т.к. звичайна звукова карта неспроможна одночасно приймати сигнал і емулювати ГЗЧ, поз. 4. Якщо знайдеться конденсаторний мікрофон з вбудованим МУС, хоча б старий МКЕ-101, добре, його вихід підключають прямо до первинної (меншої) обмотки трансформатора. Процедура вимірювань нескладна:
- Мікрофон закріплюють напроти геометричного центру сателітів на відстані по горизонталі 1-1,5 м.
- Відключають від УМЗЧ сабвуфер та подають сигнал 185 Гц.
- Записують показання вольтметра.
- Нічого не змінюючи в кімнаті, відключають сателіти, підключають саб.
- Подають на УМЗЧ сигнал 150 Гц, записують показання тестера.
Тепер потрібно розрахувати резистори, що вирівнюють. Вирівнюють гучності, приглушуючи гучніші ланки за послідовно-паралельною схемою (поз. 5), т.к. необхідно зберегти незмінними за модулем знайдені раніше значення Z та z. Розрахункові формули для резисторів дано на поз. 6. Потужність Rг - не менше 0,03 від потужності УМЗЧ; Rд - будь-яка від 0,5 Вт.
Теж просто
Ще варіант простого, але вже справжнього сабвуфера – зі спареною НЧ МР. Спарювання НЧ динаміків – дуже ефективний спосібпідвищити клас їхнього звучання. Конструкція сабвуфера на спарці старих 10ГД-30 дано на рис. нижче.
Оформлення - дуже досконале, бандпас 6-го порядку. Басовий підсилювач – на TDA1562. Можна використовувати й інші високодобротні ГГ із відносно невеликим ходом дифузора, тоді, можливо, доведеться робити налаштування підбором довжини труб. Виробляється вона за контрольними частотами 63 і 100 Гц слід. чином (контрольні частоти не є резонансними акустичної системи!):
- Готують кімнату, мікрофон та прилади, як описано вище.
- Подають на УМЗЧ по черзі 63 і 100 Гц.
- Змінюють довжини труб, домагаючись різниці показань вольтметра трохи більше 3 дБ (в 1,4 разу). Для гурманів – не більше 2 дБ (1,26 раза).
Налаштування резонаторів взаємозалежне, тому труби потрібно рухати згідно: висунув коротку, на стільки ж, пропорційно до її вихідної довжини, засунув довгу. Інакше можна зовсім засмутити систему: пік оптимуму налаштування у 6-го бандпас дуже гострий.
- Провал між 63 і 100 Гц – перегородку потрібно зрушити у бік більшого резонатора.
- Провали з обох боків 100 Гц – перегородку зрушують у бік меншого резонатора.
- Сплеск ближче до 63 Гц – потрібно збільшити діаметр довгої труби на 5-10%
- Сплеск ближче до 100 Гц – те саме, але для короткої труби.
Після будь-якої з підгоночних процедур проводиться переналаштування сабвуфера. Для її зручності повне складання на клею спочатку не роблять: перегородку щільно примазують пластиліном, а одну з бічних стінок ставлять на двосторонній скотч. Слідкуйте, щоб не було щілин!
Труби для резонаторів
Готові колінчасті труби для акустики продаються в музичних та радіомагазинах. Телескопічну акустичну трубу можна зробити своїми руками із обрізків пластикових або картонних труб. У тому та іншому випадку поперек внутрішнього гирла потрібно міцно приклеїти 2 відрізки волосіні: один внатяг, інший виступає назовні петлею, див. рис. праворуч. Якщо трубу потрібно розсунути, на тугу волосінь тиснуть олівцем і т.п. Якщо вкоротити – тягнуть за петлю. Налаштування резонатора з трубою таким чином прискорюється у багато разів.
Потужний 6-й порядок
Креслення бандпасу 6-го порядку під 12” ГГ дано на рис. Це вже солідна конструкція для підлоги на потужність до 100 Вт. Налаштовується, як і попередня.
Креслення сабвуфера бандпас 6-го порядку під 12? динамік
4-й порядок
Раптом у вашому розпорядженні опиниться 12” високодобротна ГГ, на ній можна буде зробити бандпас 4-го порядку тієї ж якості, але компактніший, див. рис; розміри див. Однак налаштувати його буде набагато складніше, т.к. замість маніпуляцій із трубою більшого резонатора доведеться одразу ж рухати перегородку.
Сабвуфер бандпас 6-го порядку під 12? динамік
Електроніка
До басового УМЗЧ для сабвуфера пред'являється те саме, що й до фільтрів, вимога повної лінійності ФЧХ. Задовольняють йому УМЗЧ, виконані за бруківкою, вона ж на порядок знижує нелінійні спотворення інтегральних УМЗЧ з некомплементарним виходом. УМЗЧ для сабвуфера потужністю до 30 Вт можна зібрати за схемою поз. 1 рис; 60-ватний за схемою на поз. 2. Активний сабвуфер зручно робити на одній мікросхемі 4-канального УМЗЧ TDA7385: пару каналів пускають на сателіти, а два інші включають за мостовою схемою на саб, або, якщо він з незалежними ІЗ, пускають на басовики. TDA7385 зручна і тим, що для всіх 4-х каналів має спільні входи функцій St-By і Mute.
За схемою поз. 3 виходить хороший активний фільтр сабвуфера. Посилення його підсилювача, що нормує, регулюється змінним резистором на 100 кОм в широких межах, тому в більшості випадків відпадає досить-таки муторна процедура вирівнювання гучностей саба і сателітів. Сателіти в такому варіанті включаються без ФВЧ, а підсилювачі СЧ-ВЧ вбудовують потенціометри передустановки гучності зі шліцами під викрутку.
Можливо, вам захочеться розрахувати щілинний саб з нуля, а не возитися з переналаштуванням сабвуферів-прототипів під свій динамік. У такому випадку пройдіть посилання: http://cxem.net/sound/dinamics/dinamic98.php. Автор, треба віддати йому належне, зумів на рівні «для чайників люміневих» пояснити, як за допомогою сучасних софтів розрахувати та зробити висококласний сабвуфер. Однак у великій справі не без промаху, тому, вивчаючи джерело, майте на увазі:
І все таки…
Самому зробити саб справа цікава, корисна для розвитку розуму і майстерності, до того ж хороший басовий динамік коштує в півтора рази дешевше пари класом нижче. Однак на контрольних прослуховуваннях і запеклі експерти, і випадкові слухачі «з вулиці» за інших рівних умов однозначно віддають перевагу системам озвучування з повним поділом каналів. Так що прикиньте спочатку: а чи не доведеться вам все-таки по руках і гаманцю кілька роздільних колонок?
Підсилювач для сабвуфера – необхідна частина гарної акустичної системи. Без нього не можна досягти нормального відтворення низьких частот. Однак купувати цей пристрій не обов'язково: маючи достатні знання в електроніці - його можна виготовити самостійно.
Як відтворюється звук – і навіщо потрібний сабвуфер із підсилювачем?
Для початку слід згадати, навіщо взагалі потрібні усилки для сабвуфера. Сам по собі сабвуфер – це окремий акустичний елемент (а простіше – динамік), розрахований на відтворення низьких частот. Він не є необхідною деталлю: хороші та великі колонки цілком здатні якісно відтворювати звуки частотою від 20 до 120 Гц самостійно. Однак такі колонки мають дві неминучі недоліки:
- Розміри. Проти банальної фізики не заперечиш: що нижче частота – то більше має бути площа випромінюючого звук елемента. Саме тому генератор ультразвуку можна оформити у вигляді брелка, а ось для інфразвуку буде потрібно вже пристрій розмірами іноді в кілька метрів. Якщо ж мова йде про автомобільну акустику – дві (для стереозвучання) такі колонки в салоні зазвичай просто нікуди ставити.
- Ціна. Хороші динаміки, що оптимально відтворюють всі частоти, коштують чимало і не кожному по кишені.
ПОДИВИТИСЬ ВІДЕО
Найкращий вихід тут – виділити низькі частоти на окремий елемент, який можна розмістити будь-де. Фізіологія слуху в людини така, що звуки від сабвуфера за напрямком не фіксуються, і стереозвучання не буде порушено.
Самі ж сабвуфери поділяються на два типи:
- пасивні, що живляться від аудіовиходів системи, як звичайні динаміки;
- активні, забезпечені власним підсилювачем, де від системи відтворення потрібно лише подати сигнал – а енергія на «розгойдування» дифузора йтиме з окремого джерела.
Перший тип хороший тим, що не вимагає додаткових пристроїв – проте потужний дифузор низьких частот «від'їдає» велику частину потужності. У результаті або баси не відтворюються до ладу, або починають «провалюватися» і брудно звучати високі частоти. Саме тому для якісного звуку найкраще користуватись сабвуферами активного типу із підсилювачем.
Типи підсилювачів, придатних для встановлення в машину
На практиці підсилювач для сабвуфера в машину може належати до одного з таких типів:
- Моно – живить один динамік, тобто лише сам сабвуфер. Інші динаміки задовольняються сигналом від аудіовиходу магнітоли.
- Двоканальний - енергія йде на два звичайні динаміки і один сабвуфер.
- Чотирьохканальний – забезпечує два низькочастотні і чотири звичайні динаміки.
Більш складні системи, розраховані на велику кількість елементів, що звучать, як автомобільний
підсилювач потужності для сабвуфера непрактичний і майже ніколи не використовується.
Крім того, можна вибрати потужність підсилювача для сабвуфера. По відношенню до потужності самого саба (RMS) вони поділяються на такі типи:
- Найменша потужність. Не рекомендується, оскільки не дозволить повністю використати можливості акустики.
- Рівна RMS. Безпечна для саба, але не автомобільного. Справа в тому, що напруга звичайної бортової мережі з виходами на 12 вольт може змінюватися. Якщо під час працюючого підсилювача будуть включені ще якісь електроприлади, система легко піде в кліп. Цим терміном позначають ситуацію, коли від підсилювача намагаються отримати більшу напругу, ніж є в системі живлення. А кліпований сигнал - це швидка смерть звукової колонки.
- Перевищує RMS. Тут є свої підводні камені: якщо постійно на великій гучності слухати «важку» музику з великою кількістю низьких частот – такий підсилювач теж спалить саб. Однак при обережному використанні такий варіант таки є найбезпечнішим.
Чи можна зробити простий підсилювач для сабвуфера власноруч?
Зазвичай підсилювач звуку для сабвуфера купується у спеціалізованих магазинах. Однак це не обов'язково. Маючи певні знання в електротехніці і навички роботи з паяльником, можна зібрати практично будь-яку конструкцію самостійно. За сучасної доступності мікросхем і транзисторів придбати будь-які деталі нескладно.
Для того, щоб виготовити підсилювач для сабвуфера своїми руками, знадобляться:
- мікросхема;
- резистори;
- конденсатори;
- транзистори.
Залежно від використовуваної схеми можуть бути потрібні додаткові елементи (наприклад, готовий або саморобний трансформатор), але на простий підсилювач для сабвуфера цих деталей повинно вистачити.
Схема автопідсилювача на 12 вольт
Для того щоб зібрати підсилювач, необхідно спочатку визначитися зі схемою для нього. Варіантів тут кілька:
Найпростіший варіант на базі мікросхеми TDA1562. Її переваги:
- простота монтажу;
- низьке енергоспоживання.
Недоліком схеми є те, що потужність понад 50 Вт з нього не витягнеш.
Найскладніша схема підсилювача для сабвуфера – варіант на базі TDA7294. Вона включає перетворювач для сабвуфера та НЧ-фільтр, змонтовані на загальній друкованій платі.
Нарешті, ось схема, що дозволяє зібрати підсилювач для сабвуфера 1000Вт на базі TDA2500. Два канали приблизно за кіловат на кожен. Однак цей варіант рекомендується використовувати лише в крайніх випадках: для того, щоб використовувати настільки потужний підсилювач для сабвуфера, доведеться вирішувати проблеми з харчуванням.
Нарешті, трохи простіший підсилювач для сабвуфера 800w. Ось схема його харчування:
Як зібрати підсилювач?
Для надійності та компактності складання монтаж необхідно робити на друкованій платі. Для цього потрібно:
- Комп'ютер.
- Програма Sprint-layout (або аналогічна) для розрахунку та проектування плат.
- Лазерний принтер.
- Фольгований текстоліт.
- Розчин хлорного заліза.
Послідовність дій тут буде така:
- У програмі створюється схема плати.
- Плата роздруковується за допомогою лазерного принтера. Надзвичайно бажано використовувати фотопапір і фірмовий картридж – у перезаправлених може бути занадто низька щільність тонера. Повинно вийти приблизно таке:
- Отриманий малюнок акуратно вирізується по контуру та накладається на текстолітову заготовку. Заготівля перед цим повинна бути зашкурена дрібною наждачкою (щоб прибрати оксиди) та знежирена ацетоном. Потім накладений вниз малюнком листок паперу прогладжується гарячою праскою. Це найвідповідальніша операція, від неї залежить якість плати. При правильній роботі вийде заготовка з нанесеним на неї малюнком тонером розведення. Температуру треба виставляти максимальну, щоб тонер знову розплавився і прикипів до фольги.
- Заготівлю, що остигнула після праски, замочують у воді, після чого обережно видаляють розмоклий папір.
- Малюнок перевіряється. Якщо якісь елементи не продрукувалися, їх можна домалювати перманентним маркером. Однак зловживати цим не варто: маркер не такий надійний, як тонер.
- Потім заготівля протравлюється у хлорному залозі. У результаті виходить чистий текстоліт із міддю, що збереглася лише там, де її захищав шар тонера чи маркера.
На платі, що вийшла, вже можна монтувати мікросхему та інші деталі відповідно до обраної конструкцією. Але перед цим потрібно визначитись із харчуванням. Тут знову буде потрібно комп'ютер і програма для розрахунку трансформаторів: необхідно бортові 12 В перетворити як мінімум на 80. Після розрахунку обмотка монтується на сердечнику з ізоляцією кожного шару. Відмінний варіант для саморобного автомобільного сабвуфера - використання старих трансформаторів від телевізора з відповідним перерахунком обмотки.
ПОДИВИТИСЬ ВІДЕО
В останню чергу монтується фільтр НЧ. Без нього на саб підуть сигнали високих частот – і тоді використання сабвуфера безглуздо. Монтується фільтр так само, як і інші частини підсилювача, а після цього можна перейти до тестування на бортовій мережі та магнітолі.
Важливо: під час тестування підсилювача необхідно підключати його тільки через резистори та лампу розжарювання! В іншому випадку є ризик спалити деталі ще до того, як конструкція буде готова.
Встановлення підсилювача в корпус та використання проводів
Після того, як електронна частина готова, потрібно подумати про корпус та проводи для живлення та сигналів. Тут є безліч варіантів виконання, залежно від того, які матеріали доступні. Зокрема, можна використати:
- фанеру;
- алюмінієвий профіль;
- ДВП і т.д.
Окремо потрібно подбати про дроти. Вони повинні бути якісно ізольовані, щоб уникнути електромагнітних наведень та спотворення сигналу.
У цій статті йдеться про сабвуфер на основі відомого та поширеного динаміка 75ГДН.
Динамічна головка
Отже, мені майже задарма дісталася динамічна головка 75ГДН, правда в не дуже хорошому стані і в поганому зовнішньому вигляді, весь динамік припав порохом, ковпачок пилозахисний вирізаний з картону, та ще й не дуже рівно.
Досвід ремонту динаміків у мене був, тому залишити його в такому стані просто не зміг, вирішив зробити невеликий апгрейд.
Отже, я розібрав динамік. Всі деталі цього процесу не буду розписувати, це робиться за допомогою розчинника, підручного інструменту, наприклад викрутки, пінцета і прямих рук.
У кошику динаміка, для кращого охолодженнякотушки, було зроблено 8 отворів діаметром 8мм. Потім кошик був прошкуреним, місця де приклеюються центруюча шайба і підвіс заклеєні ізолентою і пофарбовано. Було також поставлено позолочені затискачі.
Дифузор динаміка був почищений від пилу та залишків клею, зашкурений, а також приклеєний новий, плоский полізахисний ковпачок (вирізаний з картону). Після цього, голівка була знову зібрана. Дифузор динаміка був покритий шаром клею ПВА і пофарбований. З кольорової клейкої плівки було зроблено декоративну наклейку на ковпачок.
З динаміком закінчено можна братися до виготовлення ящика.
Корпус сабвуфера
Корпус виготовлений з меблевого ДСП, що ламінується, товщиною 16мм. Усередині розміщені дві перегородки жорсткості. Бічні стінки втоплені для покращення зовнішнього виглядута зручності перетягування саба. Передня стінка стовщена, товщиною 32мм, склеєна з двох плит ДСП. Також попереду в ній зроблено отвір, де розміщується плата індикаторів, а також зроблено поглиблення для посадки голівки. Стінки корпусу з'єднані між собою шурупами та склеєні клеєм ПВА, також по всьому периметру всередині брус 20х20мм. У бічній стінці зроблений додатковий окремий відсік, де розташований підсилювач. Чистий об'єм близько 40л.
Усередині саб обклеєний поролоном завтовшки 10мм, середньої щільності. Фазоінвертор краще налаштовувати на слух, оскільки параметри ТС динаміків можуть відрізнятися. Його внутрішній діаметр 70мм, довжина порту може змінюватись від 18 до 25 см з налаштуванням на частоту 30-40 Гц.
В принципі ящик вийшов досить міцним і глухим, хоча можна зробити трохи товщі бічні стінки, наприклад 18мм.
Зверху саб обтягнутий чорним карпетом.
Електроніка
Підсилювач потужності
Схема підсилювача наведена нижче
Про роботу схеми можна прочитати у статті "Автомобільний підсилювач моноблок" або у статті автора схеми, у журналі "Радіо". Єдине, що змінилося – це друкована плата. Підсилювач налагодження не вимагає, все працює з першого увімкнення.
Перетворювач напруги та стабілізатор
Схема перетворювача напруги та стабілізатора також залишилася без змін. Єдине, що змінилося – це друковані плати та доданий ще один стабілізатор напруги на 15В для живлення індикатора вихідної потужності. Перетворювач та стабілізатор змонтовані на двох платах розмірами 160х85мм та 45х50мм відповідно.
Заглиблюватися в роботу схеми також не буду, однак із досвіду попередньої статті розповім ще раз про намотування трансформатора, оскільки через відсутність фото виникало багато питань.
Трансформатор намотаний на феритовому кільці розмірами 40х25х11. Спочатку, напилком округляються всі гострі грані кільця і обмотуються ганчірковою ізолентою.
Первинна обмотка намотана 5-ма жилами дроту 0.8-0.9мм і містить 2х6 витків. Спочатку мотається перша половина обмотки, вона поступово розбита по всьому кільцю.
Потім друга.
На кінцях жили скручуються та виходять 4 висновки. Підгинаємо ці висновки під отвори в платі та обмотуємо первинну обмотку все тією самою ізолентою.
Тепер можна братися за вторинну обмотку, в моєму варіанті вона намотана проводом 1.5мм і містить 2х16 витків, намотується так само як і первинна обмотка. В результаті отримуємо ще 4 висновки вторинної обмотки.
Підгинаємо під плату та замотуємо ізолентою. Трансформатор готовий, зачищаємо висновки та припаюємо на друковану плату.
Також, можливо, в схему варто ввести вихідні дроселі на кожне плече харчування, вони можуть бути намотані на феритових стрижнях висотою 2см і діаметром 8мм і містити 6-8 витків дротом 1.2-1.8мм. Вхідний дросель намотаний на феритовому кільці з комп'ютерного блоку живлення двома проводами 1мм і містить 10 витків, рівномірно розподілених на кільці.
Зібрана плата стабілізаторів має такий вигляд:
Блок фільтрів
Та сама, 100 разів перевірена мною схема фільтрів:
Індикатор вихідної потужності
Індикатор вихідної потужності зібраний на мікросхемі LM3915 за наступною схемою.
S1 перемикає режим роботи індикатора, при замкнутому контакті режим "стовпець", при розімкнутому - "хвиля". Підстроювальним резистором R5 можна виставити необхідний рівень індикатора. Світлодіоди в принципі можна використовувати будь-які.
Конструкція та монтаж
Оскільки місця для електроніки було відведено не так і багато, "впхнути" її туди виявилося не так і просто, довелося мудрувати. Отже, всі плати, конектори та ручки керування закріплені на пластині з МДФ товщиною 8мм. На зовнішню сторону виведені радіатор, клеми живлення та REM, гнізда входів, а також регулятори блоку фільтрів. Зовні ця пластина разом із радіатором забарвлена у чорний колір. Зсередини, у місці, де мають кріпитися транзистори, у пластині було зроблено прямокутний отвір. За цим отвором було вирізано дюралюмінієву пластинку, щоб "наростити" радіатор до потрібного рівня і було зручно кріпити транзистори. Ця пластинка прикручується до радіатора двома болтами, між платівкою та радіатором природно шар термопласти. Болти спеціально залишені довше, оскільки пізніше на них сідає дюралюмінієва платівка, яка притискає всі транзистори до радіатора. (На фото перший варіант підсилювача, одна ТДА7294 без транзисторів. Схема себе не показала, тому пізніше був реалізований інший РОЗУМ)
Плата перетворювача кріпиться до МДФ пластики за допомогою дюралюмінієвих куточків, два маленьких безпосередньо прикручені до плати та пластини, а два великих віддалені від плати та за допомогою 2-х розтяжок з мідного дроту не дають платі хитатися.
Для плати підсилювача потужності зроблений пластмасовий куточок, який підтримує одну її частину, проте вона в основному тримається за рахунок вихідних транзисторів та мікросхеми, які сильно притиснуті до радіатора дюралюмінієвою платівкою. Між радіатором, мікросхемою і всіма вихідними транзисторами обов'язково має бути діелектрична пластинка і термопаста, корпуси транзисторів і мікросхеми ізольовані від радіатора.
Плата стабілізаторів кріпиться на два пластмасові куточки, а плата фільтрів тримається за допомогою дюралюмінієвої пластики, до якої прикручені три регулятори.
Проводи від клем живлення до плати ПН максимально товсті, щонайменше 4-6 кв.мм. Для приєднання плати індикатора та індикаторів роботи сабвуфера використано 8-ми контактний роз'єм. Також, можна для зручності ввести 2-х контактний роз'єм для підключення динамічної головки.
Плата індикатора вихідної потужності та індикаторів включення закріплені у відведеному місці, отвори для проводів після монтажу заклеюються пластиліном. Індикатори закриті затемненою скляною пластинкою.
Остаточний результат
Кінцевим результатом на той час залишився задоволеним. Сабвуфер грав дуже м'який, приємний і глибокий БАС і міг створити дуже непоганий як для десятки звуковий тиск. Однак грати в мене йому судилися не довго, оскільки після покупки авто було заплановано будувати іншу систему з іншим сабом. Цей сабвуфер був проданий і досі він радує нового господаря.
Почалося все з того, що півтора роки тому купив 12-дюймовий низькочастотний динамік з метою зібрати автомобільний сабвуфер. Але часу не вистачало, і динамік залежав у мене в квартирі. І ось півтора роки по тому, нарешті, зважився зібрати, але не автомобільний, а активний домашній сабвуфер. У цій статті описуватиму покрокову інструкціюз розрахунку та складання сабвуферів такого типу.
1. Розрахунок та конструювання корпусу (ящика) сабвуфера
Для розрахунку корпусу сабвуфера нам знадобляться:
- Параметри Тіля-Смолла для гучномовця,
- Програма для розрахунку акустичних оформлень
1.1.Вимірювання параметрів Тіля-Смолла для гучномовця
Зазвичай ці параметри вказуються виробником у паспорті гучномовця або на сайті. Але зараз більшість гучномовців, що продаються на ринках (у тому числі і мій гучномовець), не мають зазначених цих параметрів або не відповідають їм (попри численні спроби, мені так і не вдалося знайти мій динамік в інтернеті, а про параметри Тіля-Смолла вже і мови не могло бути). Тому нам доведеться виміряти все самому.
Для цього нам знадобиться:
- Комп'ютер або ноутбук з ДОБРОЮ (тобто з лінійною АЧХ) звуковою картою,
- Програмний генератор звукового сигналу, що використовує вихід навушників звукової карти (мені особисто подобається програма
- Вольтметр змінної напруги зі здатністю вимірювати напругу порядку 0,1мВ,
- Скринька з фазоінвертором,
- Резистор 150-220 Ом,
- Роз'єми, дроти і т.д.
1.1.1. Спочатку перевіримо лінійність АЧХ звукової карти. Існує велика кількість програм, що автоматично вимірюють АЧХ в діапазоні 20-20000Гц (при підключеному стані виходу навушників до входу мікрофона звукової карти). Але тут я описуватиму ручний метод вимірювання АЧХ в діапазоні 10-500Гц (для вимірювання параметрів Тіля Смолла низькочастотного випромінювача важливий тільки цей діапазон). Якщо під рукою не опинився вольтметр змінної напруги зі здатністю вимірювати напругу порядку 0,1мВ, не турбуйтеся, можна використовувати звичайний недорогий мультиметр (Тестер). Зазвичай такі мультиметри вимірюють змінну напругу з точністю 0,1В а постійну напругу з точністю 0,1 мВ. Щоб вимірювати змінну напругу порядку кілька мВ, потрібно лише поставити діодний міст перед входом мультиметра і вимірювати в режимі вольтметра постійної напруги в діапазоні до 200мВ.
Спочатку підключаємо вольтметр до виходу навушників (або до правого або до лівого каналу).
Відключаємо всі звукові ефекти та еквалайзери, відкриваємо властивості динаміків та ставимо рівень гучності на 100%.
Відкриваємо програму, натискаємо "Options", в "Tone Interval" вибираємо "Frequency", і ставимо крок на 1Гц.
Закриваємо Options, ставимо рівень гучності на 100%, ставимо початкову частоту на 10Гц і натискаємо Play. Кнопкою "+" починаємо плавно, кроком 1Гц, підвищувати частоту генератора до 500Гц.
У цьому дивимося значення напруги на вольтметрі. Якщо максимальна різниця амплітуди знаходиться в межах 2дБ (1,259 рази), то така звукова карта підходить для вимірювання параметрів динаміка. У мене, наприклад, максимальне значення становило 624мВ, а мінімальне 568мВ, 624/568 = 1,09859 (0,4 дБ), що цілком допустимо.
1.1.2. Перейдемо до довгоочікуваних параметрів Тіля-Смолла. Мінімум параметрів, за якими можна розрахувати та сконструювати акустичне оформлення (в даному випадку сабвуфер) це:
- Резонансна частота (Fs),
- Повна електромеханічна добротність (Qts),
- Еквівалентний обсяг (Vas).
Для більш професійного розрахунку знадобиться ще більше параметрів, такі як механічна добротність (Qms), електрична добротність (Qes), чутливість (SPL) тощо.
1.1.2.1. Визначення резонансної частоти (Fs) гучномовця.
Збираємо таку схему.
Динамік при цьому повинен знаходитися у вільному просторі якнайдалі від стін, підлоги та стелі (я повісив його з люстри). Знову відкриваємо програму NCH Tone Generator, наполягаємо на гучності так, як було описано вище, ставимо початкову частоту на 10Гц і починаємо плавно, кроком 1Гц збільшувати частоту. При цьому знову ж таки дивимося на значення вольтметра, яке спочатку зростатиме, досягне максимальної точки (Umax) на частоті власного резонансу (Fs), і почне зменшуватися до мінімальної точки (Umin). При подальшому збільшенні частоти напруга плавно зростатиме. Графік залежності напруги (активного опору динаміка) від частоти сигналу має такий вигляд.
Та частота, де значення вольтметра максимальна, і є приблизна резонансна частота (при кроці 1Гц). Щоб визначити точну резонансну частоту, потрібно області приблизної резонансної частоти змінювати частоту кроком не на 1Гц, а 0,05Гц (точність 0,05Гц). Записуємо резонансну частоту (Fs), мінімальне значення вольтметра (Umin), значення вольтметра на резонансній частоті (Umax) (надалі вони стануть у нагоді для розрахунку наступних параметрів).
1.1.2.2.
Визначення повної електромеханічної добротності (Qts) гучномовця.
Знаходимо UF1,F2 за такою формулою.
Змінюючи частоту, досягаємо значень вольтметра відповідних напрузі UF1,F2. Частот буде дві. Одна нижче резонансної частоти (F1), інша вище (F2).
Перевіряти правильність розрахунків можна такою формулою.
Якщо різниця Fs і Fs не перевищує 1Гц, то сміливо можна продовжити вимірювання. Якщо ні, треба все зробити спочатку. Знаходимо механічну добротність (Qms) за цією формулою.
Електричну добротність (Qes) знаходимо за цією формулою.
І, нарешті, визначаємо повну електромеханічну добротність (Qts) за цією формулою.
1.1.2.3. Визначення еквівалентного об'єму (Vas) гучномовця.
Для визначення точного еквівалентного обсягу нам знадобиться заздалегідь виготовлений, міцний, герметичний ящик-фазоінвертор з отвором для динаміка.
Об'єм ящика залежить від діаметра динаміка, і вибирається згідно з цією таблицею.
Закріплюємо динамік до ящика та підключаємо до схеми описаної вище (Рис.9). Знову відкриваємо програму NCH Tone Generator, ставимо початкову частоту на 10Гц і кнопкою + починаємо плавно, кроком 1Гц, підвищувати частоту генератора до 500Гц. При цьому дивимося на значення вольтметра, яке знову ж таки почне зростати до частоти FL потім зменшуватися, досягнувши мінімальної точки на частоті налаштування фазоінвертора (Fb), знову зростати і досягти максимальної точки на частоті FH, потім зменшаться і знову повільно зростати. Графік залежності напруги від частоти сигналу має вигляд двогорбого верблюда.
І нарешті, знаходимо еквівалентний обсяг (Vas) за цією формулою (де Vb-обсяг ящика з фазоінвертором).
Повторюємо усі наші виміри 3-5 разів і беремо середнє арифметичне значення всіх параметрів. Наприклад, якщо ми отримали значення Fs відповідно 30,45 Гц 30,75 Гц 30,55 Гц 30,6 Гц 30,8 Гц, то беремо (30,45+30,75+30,55+30,6+30,8)/5= 30,63 Гц.
В результаті всіх моїх вимірювань я отримав такі параметри для динаміка:
- Fs = 30.75 Гц
- Qts=0.365
- Vas=112.9≈113 л
1.2.Моделювання та розрахунок корпусу (ящика) сабвуфера програмою JBL Speakershop.
Існує кілька варіантів акустичних оформлень, у тому числі найбільш поширені такі варианты.
- Vented box-ящик з фазоінвертором,
- Band-pass 4-го, 6-го та 8-го порядку,
- Passive radiator-ящик з пасивним випромінювачем,
- Closed box-закритий ящик.
Тип акустичного оформлення вибирається, виходячи з параметрів Тіля-Смолла гучномовця. Якщо Fs/Qts<50, то такой громкоговоритель можно использовать исключительно в закрытом оформлении, если Fs/Qts>100, то виключно у Vented box або Band-pass або Closed box. Якщо 50
Спочатку скачуємо та встановлюємо програму. Ця програма написана для Windows XP і не працює у Windows 7. Щоб змусити програму працювати у Windows 7, потрібно завантажити та встановити віртуальну машину Windows Virtual PC-XP Mode (завантажити можна з офіційного сайту Microsoft) і запустити установку JBL Speakershop через неї. Відкривати JBL Speakershop також потрібно через віртуальну машину. Після відкривання програми бачимо такий інтерфейс.
Натискаємо "Loudspeaker" і вибираємо "Parameters - minimum", у відкритому вікні пишемо, відповідно, значення резонансної частоти (Fs), значення еквівалентного об'єму (Vas), значення повної електромеханічної добротності (Qts) і натискаємо "Accept".
При цьому програма запропонує два оптимальні (з найбільш рівною АЧХ) варіанти, один у закритому оформленні (Closed box), інший у Vented box (ящик з фазоінвертором). Натискаємо “plot”(і в області Vented box та в області Closed box) та дивимося на графік АЧХ. Вибираємо те оформлення, АЧХ якого найбільше підходить до наших вимог.
У моєму випадку це Vented box, оскільки на низьких частотах (20-50Гц) у Closed box спад амплітуди набагато більший, ніж у Vented box (Малюнок вище).
Якщо обсяг ящика в оптимальному варіанті влаштовує, можна побудувати ящик з таким обсягом і насолодиться звучанням сабвуфера. Якщо ні (при надто великих обсягах), то потрібно задати свій обсяг (чим ближче до оптимального обсягу, тим краще) і розрахувати оптимальну частоту налаштування фазоінвертора.
Для цього в області Vented box натискаємо "Custom", у вікні пишемо свій обсяг ящика, натискаємо "Optimum Fb" (при цьому програма розрахує оптимальну частоту налаштування фазоінвертора, при якому АЧХ акустичного оформлення буде найбільш лінійною) а потім "Accept".
Натискаємо “Box” і вибираємо “Vent…”, у вікні в області “Custom” пишемо діаметр труби (Dv), який будемо використовувати як фазоінвертор. Якщо використовувати два фазоинвертора, то ставимо крапку на “Area” і пишемо сумарну площу перерізу труб.
Натискаємо "Accept" та в області "Custom" на рядку Lv з'явиться довжина труби фазоінвертора. Тепер, коли ми знаємо внутрішній обсяг ящика, діаметр і довжину труби фазоінвертора, то сміливо можна перейти до конструювання акустичного оформлення, проте якщо дуже хочеться дізнатися оптимальне співвідношення сторін ящика то можна натиснути "Box", вибрати "Dimensions ...".
1.3.Конструювання корпусу (ящика) сабвуфера
Для здобуття високоякісного звучання необхідно не тільки правильно розрахувати, але і ретельно виготовити корпус акустичного оформлення. Після визначення внутрішнього обсягу ящика, довжини та діаметра труби фазоінвертора, можна сміливо надійти до виготовлення корпусу сабвуфера. Матеріал ящика має бути досить міцним та жорстким. Найбільш підходящий матеріал для корпусів акустичних оформлень великої потужності є двадцятиміліметровий МДФ. Стіни ящика кріпляться один до одного шурупами, а щілини між ними намазуються герметиком або силіконом. Після виготовлення ящика робляться отвори для ручок і приступають до обробки зовнішньої поверхні. Усі нерівності вирівнюються за допомогою замазки або епоксидної смоли (в замазку я додаю трошки клею ПВА, що запобігає появі тріщин з часом та знижує рівень вібрацій). Після висихання замазки поверхні потрібно відшліфувати до отримання рівних стін. Готовий ящик можна як пофарбувати, так і покрити декоративною плівкою, що самоклеїться, або просто приклеїти щільну тканину. Зсередини до стін ящика клеїться звукопоглинаючий матеріал, що складається з вати та марлі (у моєму випадку я приклеїв ватину). Як фазоінвертор можна використовувати пластикову каналізаційну трубу або паперову стрижень від різних рулонів, а також готовий фазоінвертор який можна купити майже в будь-якому музичному магазині.
Корпус активного сабвуфера складається із двох відсіків. У першому відсіку розташовується власне гучномовець, тоді як у другому вся електрична частина (формувач сигналу, підсилювач, блок живлення……). У моєму випадку я розташував блок суматорів та блок фільтрів в окремому відсіку від блоку підсилювача потужності, блоку живлення та блоку охолодження. Зсередини до стін відсіку блоку суматорів та блоку фільтрів приклеїв фольгу, яку підключив до землі (GND). Фольга запобігає впливу зовнішніх полів і зменшує рівень шумів.
Якщо використовуватимете мої друковані плати, то ці відсіки повинні мати такі розміри.
2. Електрична частина активного сабвуфера
Перейдемо до електричної частини активного сабвуфера. Загальна схема та принцип роботи пристрою є цією схемою.
Пристрій складається із чотирьох блоків, зібраних на окремих друкованих платах.
- Блок суматорів (Summators),
- Блок фільтрів (Subwoofer driver),
- Блок підсилювача потужності (Power amplifier),
- Блок живлення (Power supply) та блок охолодження (Heatsink fun).
Спочатку звуковий сигналнадходить у блок суматорів (Summators), де відбувається підсумовування сигналів правого та лівого каналів. Потім надходить у блок фільтрів (Subwoofer driver), де йде формування сигналу сабвуфера, що включає регулятор гучності, subsonic filter (фільтр інфра низьких частот), bass booster (збільшення гучності на певній частоті) і Crossover (фільтр нижніх частот). Після формування сигнал надходить у блок підсилювача потужності (Power amplifier), а потім у гучномовець.
Обговоримо ці блоки окремо.
2.1.Блок суматорів (Summators)
2.1.1.Схема
Спочатку розглянемо схему суматорів, наведену малюнку нижче.
Звуковий сигнал із зовнішніх пристроїв (комп'ютер, CD-плеєр……..) надходить у блок суматорів, який має 6 стерео входів. 5 з них є звичайними лінійними входами, що відрізняється один від одного тільки типом роз'єму. А шостий це високовольтний вхід, до якого можна підключати вихід динаміків (наприклад, музичний центр чи автомагнітола, які не мають лінійного виходу). Кожен вхід має окремий суматор на операційних підсилювачах, що зміщує сигнали правого та лівого каналів, що запобігає надходженню звукового сигналу з одного зовнішнього пристрою в іншу, при цьому дозволяє одночасно підключати до сабвуферу кілька зовнішніх пристроїв. А також є виходи (п'ять виходів, шість просто не помістився на платі, тому і не поставив), які дають можливість подати той же сигнал, який надходить у сабвуфер, до входу широкосмугової стерео системи. Це дуже зручно, коли джерело звуку має лише один вихід.
2.1.2.Компоненти
Як операційні підсилювачі використані TL074 (5шт.). Резистори розраховані потужність 0,25Вт чи вище (номінали опорів показані на схемі). Усі електролітичні конденсатори мають номінальну напругу 25 Вольт або вище (номінали ємностей показані на схемі). Як неполярні конденсатори можна використовувати керамічні або плівкові конденсатори (краще плівкові), але якщо дуже хочеться, можна поставити спеціальні аудіо конденсатори (конденсатори, призначені для використання у високоякісних аудіо системах). Дроселі в ланцюзі живлення операційних підсилювачів призначені для придушення шумів, що надходять з блоку живлення. Котушки L1-L4 містять 20 витків, намотаних мідним проводом з діаметром 0,7мм, на стрижні гелевої ручки (3мм). Також використані рознімання типів RCA, 3.5mm audio jack, 6.35mm audio jack, XLR, WP-8.
2.1.3.Друкована плата
Друкована плата виготовлена за . Після паяння деталей друковану плату слід покрити для уникнення окислення міді.
2.1.4.Фото готового блоку суматорів
Живиться блок суматорів від двополярного джерела живлення напругою ±12В. Вхідний опір становить 33кОм.
2.2.Блок фільтрів (Subwoofer driver)
2.2.1.Схема
Розглянемо схему драйвера сабвуфера, наведену малюнку нижче.
Підсумовований сигнал із блоку суматорів надходить у блок фільтрів, який складається з наступних частин:
- Регулятор гучності (volume regulator),
- Фільтр інфра низьких частот (subsonic filter),
- Підсилювач басу певної частоти (bass booster),
- Фільтр нижніх частот (crossover).
Регулювання гучності відбувається на двох рівнях. Перший при вході сигналу в блок фільтрів, який зменшує рівень власних "шумів" блоку суматорів, другий при виході сигналу з блоку фільтрів, який зменшує рівень власних "шумів" блоку фільтрів. Регулює гучність за допомогою змінного резистора VR3. Після першого рівня регулювання гучності сигнал надходить у так званий "бас бустер", що є пристрій, який збільшує амплітуду сигналів певної частоти. Тобто якщо частота налаштування бас бустера вставлений, наприклад на 44Гц, а рівень посилення на 14дБ, то АЧХ має такий вигляд ( Ряд1).
Ряд2- частота налаштування = 44Гц, рівень посилення = 9дБ,
Ряд3- частота налаштування = 44Гц, рівень посилення = 2дБ,
Ряд4- частота налаштування = 33Гц, рівень посилення = 3дБ,
Ряд5- Частота налаштування = 61Гц, рівень посилення = 6дБ.
Частота налаштування бас бустера вставляється за допомогою змінного резистора VR5 (не більше 25...125Гц), а рівень посилення резистором VR4 (не більше 0...+14дБ). Після бас бустера сигнал надходить у фільтр інфранізких частот (subsonic filter), який є фільтром, що зрізає небажані, ультранизькі сигнали, які вже не чують для людини, але можуть сильно перевантажити підсилювач, тим самим зменшуючи дійсну вихідну потужність системи. Частота зрізу фільтра регулюється за допомогою змінного резистора VR2 у межах 10...80Гц. Якщо, наприклад, частота зрізу вставлена на 25Гц, то АЧХ має такий вигляд.
Після фільтра інфранізких частот сигнал надходить у фільтр нижніх частот (crossover), який зрізує верхні, непотрібні для сабвуфера (середні + високі) частоти. Частота зрізу регулюється з допомогою змінного резистора VR1 не більше 30…250Гц. Крутизна згасання становить 12дБ/октава. АЧХ має такий вигляд (при частоті зрізу 70Гц).
2.2.2.Компоненти
Як операційні підсилювачі використані TL074 (2шт.), TL072 (1шт.) та NE5532 (1шт.). Резистори розраховані потужність 0,25Вт чи вище (номінали опорів показані на схемі). Усі електролітичні конденсатори мають номінальну напругу 25 Вольт або вище (номінали ємностей показані на схемі). Як неполярні конденсатори можна використовувати керамічні або плівкові конденсатори (краще плівкові). Дроселі в ланцюзі живлення операційних підсилювачів призначені для придушення шумів, що надходять з блоку живлення. Також використано три здвоєних (50кОм-2шт., 20кОм-1шт.) і два лічильників змінних (50кОм-6шт.) резисторів. Як четвірковий змінних резисторів можна використовувати два здвоєних.
2.2.3.Друкована плата
Файли друкованої плати у форматі *.lay та *.pdf можна завантажити наприкінці статті.
2.2.4.Фото готового блоку фільтрів
Живиться блок фільтрів від двополярного джерела живлення напругою ±12В.
2.3.Блок підсилювача потужності (Power amplifier).
2.3.1.
Як підсилювач потужності використовується підсилювач Ентоні Холтона з польовими транзисторами у вихідному каскаді. Статей, що описують принцип роботи, складання та налаштування підсилювача в інтернеті дуже багато. Тому я обмежусь вкладенням схеми та моєї версії друкованої плати.
2.3.2.Друкарська плата
Файли друкованої плати у форматі *.lay та *.pdf можна завантажити наприкінці статті. Живиться блок підсилювача потужності від двополярного джерела живлення напругою ±50…63В. Вихідна потужність підсилювача залежить від напруги живлення та кількості пар польових транзисторів (IRFP240+IRFP9240) у вихідному каскаді.
2.4. Блок живлення та блок охолодження (Power supply)
2.4.1.Схема
2.4.2.Компоненти
Як трансформатор живлення можна використовувати як готовий, так і саморобний трансформатор потужністю приблизно 200Вт. Напруги вторинних обмоток показано на схемі.
Діодний міст Br2 розрахований на струм 25А. Конденсатори C1…C12, С29…С31 повинні мати номінальну напругу 25В. Конденсатори C13…C28 повинні мати номінальну напругу 63В (при напрузі живлення нижче 60В), або 100В (при напрузі живлення вище 60В). Як неполярні конденсатори краще використовувати плівкові конденсатори. Усі резистори розраховані на потужність 0,25Вт. Терморезистор R5 намазується термопастою і прикріплюється до підсилювача радіатора. Робоча напруга вентилятора 12В.
2.4.3.Друкована плата
Файли друкованої плати у форматі *.lay та *.pdf можна завантажити наприкінці статті.
3. Завершальний етап складання сабвуфера
Список радіоелементів
| Позначення | Тип | Номінал | Кількість | Примітка | Магазин | Мій блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U1-U5 | Операційний посилювач | TL074 | 5 | До блокноту | |||
| C1-C4, C15, C16, C25-C27, C29, C39-C42 | 10 мкФ | 14 | До блокноту | ||||
| C5-C10, C23, C24, C28, C30, C35-C38 | Конденсатор | 33 пФ | 14 | До блокноту | |||
| C11-C14, C19-C22, C31-C34 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 12 | До блокноту | |||
| C17, C18 | Електролітичний конденсатор | 470 мкФ | 2 | До блокноту | |||
| R1, R2 | Резистор | 390 Ом | 2 | До блокноту | |||
| R3, R12 | Резистор | 15 ком | 2 | До блокноту | |||
| R4, R16-R18 | Резистор | 20 ком | 4 | До блокноту | |||
| R5, R13-R15 | Резистор | 13 ком | 4 | До блокноту | |||
| R6, R10, R23, R24, R31, R33, R40, R41, R46, R47 | Резистор | 68 ком | 10 | До блокноту | |||
| R7, R11, R21, R22, R32, R34, R37, R38, R45, R48 | Резистор | 22 ком | 10 | До блокноту | |||
| R8, R9, R25, R26, R29, R30, R39, R42, R49, R50 | Резистор | 10 ком | 10 | До блокноту | |||
| R19, R20, R27, R28, R35, R36, R43, R44 | Резистор | 22 Ом | 8 | До блокноту | |||
| L1-L4 | Котушка індуктивності | 20x3мм | 4 | 20 витків, провід 0.7мм, оправа 3мм | До блокноту | ||
| L5-L13 | Котушка індуктивності | 100 мГн | 10 | До блокноту | |||
| Блок фільтрів | |||||||
| U1 | Операційний посилювач | TL072 | 1 | До блокноту | |||
| U2, U4 | Операційний посилювач | TL074 | 2 | До блокноту | |||
| U3 | Операційний посилювач | NE5532 | 1 | До блокноту | |||
| C1-C5, C7-C10, C15-C17, C20, C23 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 14 | До блокноту | |||
| C6 | Конденсатор | 15 нФ | 1 | До блокноту | |||
| C11-C14 | Конденсатор | 0.33 мкф | 4 | До блокноту | |||
| C21, C22 | Конденсатор | 82 нФ | 2 | До блокноту | |||
| VR1-VR3, VR5 | Змінний резистор | 50 ком | 4 | До блокноту | |||
| VR4 | Змінний резистор | 20 ком | 1 | До блокноту | |||
| R1, R3, R4, R6 | Резистор | 6.8 ком | 4 | До блокноту | |||
| R2, R10, R11, R13, R14 | Резистор | 4.7 ком | 5 | До блокноту | |||
| R5, R8 | Резистор | 10 ком | 2 | До блокноту | |||
| R7, R9 | Резистор | 18 ком | 2 | До блокноту | |||
| R12, R15-R17, R20, R22, R26, R27 | Резистор | 2 ком | 8 | До блокноту | |||
| R18, R25 | Резистор | 3.6 ком | 2 | До блокноту | |||
| R19, R21 | Резистор | 1.5 ком | 2 | До блокноту | |||
| R23, R24, R30, R31, R33 | Резистор | 20 ком | 5 | До блокноту | |||
| R28 | Резистор | 13 ком | 1 | До блокноту | |||
| R29 | Резистор | 36 ком | 1 | До блокноту | |||
| R32 | Резистор | 75 ком | 1 | До блокноту | |||
| R34, R35 | Резистор | 15 ком | 2 | До блокноту | |||
| L1-L8 | Котушка індуктивності | 100 мГн | 1 | До блокноту | |||
| Блок підсилювача потужності | |||||||
| T1-T4 | Біполярний транзистор | 2N5551 | 4 | До блокноту | |||
| T5, T9, T11, T12 | Біполярний транзистор | MJE340 | 4 | До блокноту | |||
| T7, T8, T10 | Біполярний транзистор | MJE350 | 3 | До блокноту | |||
| T13, T15, T17 | MOSFET-транзистор | IRFP240 | 3 | До блокноту | |||
| T14, T16, T18 | MOSFET-транзистор | IRFP9240 | 3 | До блокноту | |||
| D1, D2, D5, D7 | Випрямний діод | 1N4148 | 4 | До блокноту | |||
| D3, D4, D6 | Стабілітрон | 1N4742 | 3 | До блокноту | |||
| D8, D9 | Випрямний діод | 1N4007 | 2 | ||||
Головне, мати під рукою якісний низькочастотний динамік, краще за імпортний тип, але в крайньому випадку можна використовувати динамічні головки радянського виробництва, наприклад 25гд з колонок радіотехніка С-30. Оскільки наша мета зібрати лише високої якості, то від стерео підсилювача ми відмовимося і будемо використовувати мікросхему TDA2050.
Це підсилювач досить високої якості і має пристойну вихідну потужність 32 Вт. У статті не наведені розміри ящика, оскільки важливо дотримуватися літражу 7 літрів, а конструкція нехай буде на ваш смак та індивідуальний дизайн. Використані дошки ДСП завтовшки 0,5 мм, фазоінвератор розрахований на 35 герц. Схема сабвуфера:
Підсилювач прикріплюють на тепловідведення. Як видно з схеми включення, з неї виключені діоди на виході, оскільки у TDA2050 ці діоди вбудовані в мікросхему і ставити додаткові немає сенсу. Схема пасивно низькочастотного фільтра показана нижче. Живленням служить трансформатор з мошністю 50-70 ват, на якій намотані дві обмотки з напругою 10-12 вольт кожна і силою струму не менше 2-х ампер. Трансформатор можна виготовити самим. Для цього беремо будь-який мережевий трансформатор із потужністю від 50 ватів і на ньому мотаємо вторинну обмотку, яка містить 60 витків з відведенням від середини. Намотування роблять проводом з діаметром 1 - 1,5 мм. Схема блоку живлення показана нижче.
Найголовніше в проектуванні сабвуферів – дотримання герметичності, тому потрібно після закінчення складання все акуратно помістити в ящик, акуратно прикріпивши підсилювач потужності та трансформатор до стінки ящика, потім закрити кришку сабвуфера клеєм пва та саморізними шурупами. Потім потрібен час для того, щоб клей висоx, і через кілька годин сабвуфер готовий до використання.
Регулятор гучності і гніздо входу краще зробити ззаду. До сабвуфера можна включити все, що завгодно - комп'ютер, телевізор, двд програвач і навіть мобільний телефон; і запам'ятайте - якщо до сабвуфера підключаємо посилений звуковий сигнал, наприклад від ноутбука або телевізора, то він грає значно голосніше, оскільки у фільтрі немає додаткового підсилювача і там великі втрати. Ось і все – слухайте на здоров'я! АКА
