30 апреля 2015 в 21:16

Бюджетный многозонный усилитель низкой частоты

image

Вы не можете ни минуты обходиться без любимой музыки? А как быть, если нужно заниматься разнообразными домашними делами, а из кухни или ванной комнаты уже плохо слышны любимые мелодии? Сделать погромче? Все равно качество звука пострадает, а соседи начнут стучать по батареям и названивать в дверь.

Похожая проблема может существовать и в офисе. Программистам и другим работникам умственного труда как правило нужна тишина для концентрации, в то время как на складе или в производственном помещении уровень громкости должен перекрывать повышенный уровень фонового шума.

Выход прост – сделать такую акустическую систему, которая будет звучать в каждом помещении с нужной громкостью без потери качества звука. На первый взгляд эта задача кажется затратной и трудноразрешимой. На самом же деле все очень просто. В предлагаемой к прочтению статье я расскажу о бюджетном подходе для занятых людей. Бюджетном как по затраченным средствам, так и по времени реализации (т.к. известно, что время =деньги).



Многозонный усилитель можно собрать из готовых дешевых узлов, которые продаются на eBay. К нему можно также подключить разношерстные пары колонок накопившиеся за годы эксплуатации разнообразных аудиосистем. Вот как может выглядеть блок-схема такого устройства.



Параллельное подключение сразу четырех усилителей мощности к источнику звука может сильно повлиять на уровень и качество сигнала. Для развязки линейного выхода источника звука и распределения его по четырем каналам использован усилитель распределитель CE Labs AV 400. На eBay можно подобрать бывшее в употреблении устройство такого типа стоимостью около $10. Несмотря на то что новое стоит заметно дороже, на рынке много предложений устройств в отличном состоянии. Устройство снабжено удобно расположенными разъемами типа RCA и выполнено в виде плоской панели которую легко прикрутить к стене. Если требуется сделать более 4-х зон, существует также 7-ми канальная версия CE Labs AV 700.

В качестве усилителя мощности низкой частоты могут быть использованы следующие готовые модули доступные для покупки на Ebay:
Чип Мощность Цена в у.е. Класс * Коэффициент нелинейных искажений, % ** Фото
TDA7297 2x15W 2.76 AB 0.1
TDA7377 2x20W 9 AB 0.03
TDA2030 2x18W 10 AB 0.1
PAM8610 2x10W 4 D 0.1
TPA3123 2x25W 7.4 D 0.08
TDA7492 2x50W 9 D 0.05-0.1
TA2024 2x15W 11 T 0.04
TDA7498 2x100W 13 D 0.03-0.1

* AB — аналоговые линейные, D и T — импульсные/цифровые усилители.
Подробнее о классах усилителей можно прочитать здесь:
Классификация электронных усилителей

** Коэффициент нелинейных искажений приведен для рабочего диапазона выходных мощностей усилителя и частоты 1 kHz. Информация добыта из соответствующих datasheet чипов.

Обратите внимание на усилитель TA2024. В каком-то смысле выпуск в 1998 году полностью цифрового усилителя TA2020 компанией Tripath был прорывом в схемотехнике импульсных усилителей низкой частоты. Разработчикам удалось совместить высокое качество звука и экономичность. Несмотря на то что Tripath не выдержала конкуренции и ушла с рынка, линейка усилителей класса «Т» продолжена. Четыре круглые синие детали на снимке – катушки выходных фильтров.

Каждый из читателей кто захочет воплотить у себя дома описанную систему, может выбрать себе усилитель по вкусу руководствуясь критериями:

  • Стоимость. Наш проект – бюджетный, следовательно, о цене комплектующих приходится думать прежде всего. Этот параметр лучше всех у усилителя на чипе TDA7297.
  • Выходная мощность. Она должна соответствовать размеру помещения и мощности выбранных колонок. Превышение допустимой мощности приведет к искажению звука или даже выгоранию динамиков. В приведенной выше таблице приведен «RMS» рейтинг усилителей («Root-Mean-Square»), т.е. фактически усредненная мощность неискаженного звука. Если же усилитель загнать в режим ограничения подачей слишком сильного сигнала на вход, он может выдать вдвое большую мощность. Поэтому RMS рейтинг динамика должен быть не меньше соответствующего показателя усилителя. Eсли в проигрываемом контенте много басов, то рекомендуется выбирать колонку с удвоенным значением RMS.
  • Качество звука. Вообще говоря, эта характеристика достаточно субъективна. Усилитель на базе чипа TDA2030 позиционируется китайскими производителями как «Hi-Fi». Класс усилителя – тоже понятие условное. Важно понимать, усилители классов А, АВ имеют традиционную аналоговую схемотехнику, а все остальные – цифровую или импульсную. Знатоки постоянно находятся в поиске некоего «теплого» и «лампового» звука и никаких преобразований аналогового сигнала не признают.
  • Экономичность. Эксплуатация многозонной системы тоже не должна быть дорогой. Если этот параметр для вас важнее качества звука, то выбирайте усилитель класса D, T. Их КПД приближается к 90-100%, то есть ни одного ватта электроэнергии не пропадет впустую.
  • Наличие регулятора громкости звука. Из множества вариантов готовых модулей нам годятся только те, на которых уже установлен регулятор звука. Иначе не удастся настроить индивидуальный уровень громкости звука в каждом помещении.


Для моего проекта я решил выбрать TDA7297. У него самая низкая стоимость, достаточно высокое качество звука, он компактен и оснащен регулятором уровня звука. Мощности этого усилителя вполне хватает для озвучивания моих небольших помещений (10-15 квадратных метров). На плате установлены все необходимые клеммы и подсоединение усилителя не требует использования паяльника. Единственный недостаток заключается в том что для подключения входного сигнала используется 3.5 мм разъем для наушников. Он не очень надежен и может стать источником помех и неудовлетворенности от проекта в целом. Для меня этот недостаток не так важен поскольку я планирую экспериментировать с этим усилителем и буду в дальнейшем выпаивать некоторые компоненты.

Для соединения усилителя-распределителя с 4-мя усилителями мощности нам понадобится 4 кабеля у которых есть 3.5 мм стерео штеккер с одной стороны и 2 x RCA коннектера с другой. Еще один такой кабель нужен для подключения входа усилителя-распределителя к источнику сигнала.

В качестве источника питания использован силовой блок от старого компьютера. Моральное устаревание современных персональных компьютеров происходит намного быстрее их физического износа. Старые блоки питания уже не могут быть использованы для питания материнских плат нового поколения. Но и выбрасывать их – слишком расточительно. Усилителю TDA7297 на максимальной мощности необходим ток около 2 Ампер. Таким образом, среднего блока питания для РС хватит для питания до 8 усилителей.

Блок питания построен по импульсной схеме и работает на высокой частоте. Для уменьшения наводок по питанию необходимо установить на его выходе дополнительный шунтирующий конденсатор сравнительно небольшой емкости, порядка 500 -1000 мкф. Его следует подключить к клеммнику внутри корпуса нашего устройства как можно ближе к усилителям. Чем больше емкость конденсатора, тем лучше, меньше наводок и меньше негативный эффект от просаживания напряжения при пиках потребления тока.

Все компоненты смонтированы в коробке от телефонного сервиса. Она удобна тем что обеспечивает легких доступ к внутренностям, а в закрытом состоянии полностью экранирует наводки на усилитель. От прежнего содержимого оставлены только клеммы, к которым подключены выходы усилителей и цепи их питания. В крышке коробки просверлены несколько отверстий для крепления усилителей. Конктакт корпуса необходимо «заземлить» на -12V (Общий черный провод от блока питания). Вот как выглядит вся система в сборе:

Вся конструкция прячется в каком-нибудь укромном уголке (к примеру, в кладовке). После этого настраиваем уровень звука для каждой комнаты и наслаждается любимой звуковой атмосферой. Вот как выглядит система в рабочем, то есть закрытом состоянии:

Подведем итоги. В результате несложных манипуляций с готовыми недорогими модулями получилась удобная и достаточно качественная система акустического оформления четырех зон жилого помещения. Работа заняла несколько часов, зато удовольствия теперь хватит надолго.

Если читателям будет интересно, то в следующей статье будет рассказано о том, как модифицировать усилитель для управления им с телефона или другого гаджета с операционной системой Android.
Интересует ли вас продолжение?

Проголосовало 612 человек. Воздержалось 80 человек.

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

@apple01
карма
11,0
рейтинг 0,0
Самое читаемое Дизайн

Комментарии (29)

  • +2
    Интересно, спасибо. Мне приходила в голову идея, что я хотел бы акустику в ванной. Странная мысль, возможно, но приятно, когда душ идет под аккомпанемент шума тропического ливня в лесу. Или будильник в спальне из смонтированных колонок. Думать надо) Спасибо за статью.
    • 0
      В какой-то из статей на тематику умного дома этот вопрос решили дешевым mp3 плеером под навесным потолком. Плеер+усилитель с динамиком+блок питания. Включили свет в ванной — mp3 плеер продолжил играть с места остановки.
      • 0
        Надо подумать)
  • +1
    Спасибо за комментарий. Для ванной вам наверное нужны влагозащищенные колонки. Я планирую использовать Pyle PylePro PDWR30B для открытой веранды.
    • 0
      Благодарю, посмотрю)
  • 0
    А сам БП не модифицировали?
    • 0
      Единственное что было сделано — замкнут зеленый проводок в разъеме P1 на черный. Таким образом блок питания включается.
      • +1
        У него линия 12В может сильно проседать из-за отсутствия нагрузки на линии 5В. Оба напряжения формируются на одном трансформаторе, но обратная связь для ШИМ контроллера обычно делается через 5В линию.
        • 0
          В моем блоке я не наблюдал такого явления, но это не значит что оно не существует. Нужно будет проверить на других моделях, спасибо за комментарий. Вообще-то я планировал в будущем подключить к линии 5V контроллер для мониторинга влажности и температуры в помещении.
      • +1
        Ну это понятно, я просто тоже подумывал в качестве источника питания ПБ от ПК использовать но чтобы из него выжать нормальную мощность народ кучу переделок делает (нагружают 5V линию и т.п.). Посмотрел схемы, ролики, прикинул время и возможные проблемы и в итоге заказал на али за $30 БП 12V на 33A.
  • 0
    Я что-то вообще музыкальный наркоман какой-то. Любая работа под музыку. Когда нужно сконцентрироваться, то что-то поспокойней, конечно. Но если забыл наушники, то буквально ломка какая-то, нервируют звуки вокруг и постоянное чувство, что чего-то не хватает.
    • 0
      Это нормально, расценивайте эту особенность как легко регулируемый внешний синхронизирующий сигнал для мозга.
  • +2
    Я думал о таком устройстве, но хотел сделать доставку мастер-сигнала в зоны цифровым способом, и может быть даже беспроводным. В вашей схеме по всей квартире придется разводить десятки метров силовых аудиокабелей, что не очень интересно, и не полезно с точки зрения качества звучания и отношения сигнал-шум в частности

    Вообще схема с разнесением аналогового аудио по всей квартире — это, мягко говоря, слегка прошлый век — современное решение включало бы либо внутриквартирный бродкаст цифры по воздуху (скорее всего, каким-нибудь проприетарным протоколом для гарантии относительной синхронизации приемных сторон), либо вообще пуляние с головного устройства в облако, и забор оконечниками данных из облака — также с какими-нибудь дополнениями формата медиастрима для точной временной (вплоть до фазовой) синхронизации — но здесь скорее всего пришлось бы писать еще и самодельный облачный медиасервер
    • 0
      Про беспроводную аккустическую систему писали здесь. У меня немного другая тема, хотя я согласен с вами что беспроводное решение было бы более «современным».

      В вашей схеме по всей квартире придется разводить десятки метров силовых аудиокабелей, что не очень интересно, и не полезно с точки зрения качества звучания и отношения сигнал-шум в частности


      Здесь я с вами не согласен. При адекватном сечении аудиокабелей никаких проблем с качеством не будет, не говоря уже о соотношении сигнал/шум. Никакого шума на силовые цепи не наводится. Наводки могут быть наоборот на слаботочные цепи, и они должны экранироваться.
      • 0
        Обратите внимание на схемы радиотрансляционной сети тогда уж если действительно нужен аналог по всему помещению. После усилителя поставьте аудио трансформатор повышающий на необходимую мощность, а на точках перед колонками поставьте понижающие. Это даст очень большую экономию на сечении провода, что полезно ибо прокладка проще, вес меньше, стоимость меньше. Вполне приличное по АЧХ оборудование сейчас за копейки купить можно.

        Совсем недавно новость попадалась по теме, вот (VK), даже отписался там, процитирую:
        В детстве тоже баловался, ибо был самый простой и удобный способ послушать что-либо на кухне, когда источник находился в моей комнате, т.е. через несколько стен. Прокладывал отдельную линию лапши не по плинтусу, а прямо под ковром. Линия была 30 В для моих нескольких метров этого хватало за глаза. На кухне стояла обычная радиоточка, а в моей комнате трансформатор от такой же точки (только от очень древней) и всё это безобразие было подключено к выходу магнитофона с радио. Слушать можно было много чего и с радио и с кассет. Было удобно вполне :) Это были 90е :)

        P.S. автор поста конечно молодец, но вот зачем он всё это делал я так и не понял :)
        25 апр в 18:23


        Ещё добавлю по поводу цифры, есть ведь и проводные цифровые интерфейсы, даже оптические, даже специально для звука. через которые и многоканалку передавать можно, а усилить и передать сигнал гораздо проще ибо цифра и требования к соотношению сигнал/шум на порядки ниже.

        Прекрасно понимаю зачем и в каких условиях может понадобиться проводные соединения, так же понимаю почему есть места где без этого никак. Но зачем городить такие суровые схемы да ещё аналоговые не понимаю. Почему не проложить Ethernet, например, получится и удобнее и универсальнее, а на выходе поставить, к примеру, малину с приличным ЦАП, схем и вариантов расписанных досконально очень много ибо сейчас уже только очень ленивый инженер коробочку «инет радио» себе не сделал тем или иным способом.
      • 0
        Забыл кое что:
        При адекватном сечении аудиокабелей никаких проблем с качеством не будет, не говоря уже о соотношении сигнал/шум.

        Не забывайте тогда о индуктивности и ёмкости совсем длинного и толстого кабеля. На всякий случай говорю об этом ибо не имею ни малейших понятий о конкретной длине кабелей.
        • 0
          Погонные емкость и индуктивность для аудиокабеля составляют соответственно 30-60 пикофарад/метр и 0.3-0.6 микрогенри/метр. В диапазоне звуковых частот потерями связанными с ними можно принебречь.
    • +1
      Можно попробовать использовать готовые мосты bluetooth-аудио. Можно сделать индивидуальное управление каждой зоной, без проводов, хотя и не на очень большие расстояния.
      • 0
        спасибо, полезная опция для доставки сигнала от источника до кладовки в которой расположен усилитель.
  • 0
    Может быть я невнимательно читал, но не увидел колонок, работающих в противофазе с другими. Т.е. если в какой-то комнате я хочу полную тишину, то чем может помочь предложенный метод?
    • +1
      Я правильно понимаю что вы хотите заглушить звук, проникающий из другого помещения путем противофазного включения колонок? Я думаю это невозможно.
      В предложенном методе вы можете уменьшить соответствующий регулятор громкости до нуля и плотно прикрыть дверь.
  • 0
    Блок питания от компьютера? любопытно… :) Чтобы получить звук, 12 вольт маловато, надо бы ± 12 или 24 — как минимум.
    Иначе усилитель просто не выдаст заявленной мощности.
    • 0
      У TDA7297 однополярное питание в диапазоне 6.5-18 Вольт. При 12 вольтах мощность составляет около 6 Ватт при искажениях 1%. Datasheet
      • 0
        Спасибо за комментарий. Уточню: при напряжении питания 12V и частоте 1 kHz, линейная область рабочих мощностей (если ограничить допустимые искажения величиной 0.1%) лежит в районе 1-4 W или 1-5W при допустимых искажениях до 0.5%

        Если напряжение питания увеличить до 18 вольт, то при тех-же параметрах диапозон рабочей мощности расширяется до 0-7.5 W или 0-10W при допустимых искажениях до 0.5%



        Для небольшого помещения такого как кухня мне достаточно мощности чтобы оставаться в линейной области. Могу посоветовать выбрать такой 18V блок питания, правда стоимость решения увеличивается на $50.
      • 0
        Я это знаю, читал даташиты. Мне непонятно другое: для чего автор пишет про усилители от 15 до 100 ватт и в качестве источника питания предлагает порнуху в виде компьтюерного блока питания.
        Чёрт с ним, с напряжением, но тут, по-хорошему, нужен трансформатор и большие конденсаторы. Нормальный источник питания для усилителя стоит чуть ли не больше, чем сам усилитель.
  • 0
    Спасибо за статью, очень интересна. Не могли бы подсказать, что-либо для развязки линейного выхода источника звука и распределения его по четырем каналам, типа указанного усилителя распределителя CE Labs AV 400, но для питания от бортовой сети машины?
    • 0
      AV400 требует источника постоянного напряжения 15V 400 ma. Его можно попробовать запитать через step-up converter 12V->15V наподобие такого. А можно по-подробнее узнать для чего вы его хотите применить?
      • 0
        Давно вынашиваю мысль по созданию Car-PC или чего-то DIY подобного для проигрывания музыки (в основном онлайн радио). Формат 2 DIN. В принципе подходящее мне нашел: <a href=«http://»>Высококачественный усилитель мощности, но надо заморочиться с доставкой. Поэтому пока еще думаю.
        Пока вот такой подклчил — пока вполне устраивает, чтобы делать задуманное потихоньку.
        • 0
          Да что такое… ссылки не вставляются… ставлю просто текстом
          Давно вынашиваю мысль по созданию Car-PC или чего-то DIY подобного для проигрывания музыки (в основном онлайн радио). Формат 2 DIN. В принципе ий мне нашел: carmonitor.ru/ru/-p-162.html, но надо заморочиться с доставкой. Поэтому пока еще думаю.
          Пока вот такой www.aliexpress.com/snapshot/6201845901.html?orderId=63506390349878 подключил — пока вполне устраивает, чтобы делать задуманное потихоньку.

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.