Kilka lat już mija od kiedy zacząłem się interesować techniką audio. W tym czasie powstało sporo konstrukcji. Budowałem kolumny małe i duże, wzmacniacze, końcówki mocy w tym o mocy dużej jak i małej ... Moim poczynaniom przyglądała się także rodzina. Na początku moje hobby budziło raczej zdziwienie ale już 2-3 lata temu gdy były okazje posłuchać bardziej udanych konstrukcji, zaczęła pojawiać się ciekawość. Z ciekawością zaczęły padać pierwsze pytanie czy przypadkiem nie pomógłbym zbudować kolumn ... No i mniej więcej w taki sposób złożyłem obietnicę 3 bliskim osobom, że pomogę. Temat odwlekałem, kombinowałem jak zrobić, żeby było szybko tanio i dobrze. W końcu jednak trzeba było stawić czoła złożonym obietnicom i podjąć działania.
Pierwotnie w planie była jedynie budowa kolumn dlatego właśnie od nich zacząłem. Chcąc uniknąć problemów postanowiłem sięgnąć po gotowy projekt na tanich głośnikach. Nie chciałem nic wymyślać ani budować czegoś nowego co wymagałoby projektowania zwrotnicy, robienia pomiarów itd.. Chciałem gotowca. Szukałem długo, aż trafiłem na projekt zrealizowany przez człowieka, który już kilka razy pomagał mi przy moich projektach. To była dla mnie wystarczająca rekomendacja. Wiedziałem, że powinno być ok.
Projekt, który wybrałem został szczegółowo udokumentowany i zawiera dokładne opisy oraz wszystkie pomiary. Szczegóły można znaleźć na stronie : Link do projektu kolumn.
Z zaproponowanych konfiguracji do realizacji wybrałem dwie:
- 1 szt. STX T.10.200.8.ALX + STX W.18.200.8.MCX
- 3 szt. STX T.10.200.8.ALX + STX W.18.200.8.FGX
Prace rozpocząłem od zakupów. Na portalu aukcyjnym w firmie zajmującą się obróbką CNC zamówiłem formatki na obudowy. Z lenistwa, u autora projektu zamówiłem też gotowe zwrotnice. Głównie dlatego, że nie potrafię pogodzić się z formą zamówień, które proponuje znana firma oferującą cewki i kondensatory do zwrotnic. Wszystko mogłem zrobić ręcznie ale zwyczajnie nie chciałem na to tracić czasu.
Budowę rozpocząłem od zestawu STX T.10.200.8.ALX + STX W.18.200.8.FGX. Proces wyglądał jak na poniższych zdjęciach. Widoczne są moje kolumny testowe a także "biały" zestaw, którego wykończeniem zajmowała się moja siostra ( każdy z obdarowywanych musi samemu wykonać prace "wykończeniowe" - takie mamy z rodziną ustalenia ).
Po kilkunastu godzinach pracy udało się uruchomić pierwszy zestaw testowy.
Podpiąłem kolumny do wzmacniacza w garażu. Wzmacniacz szczegółowo opisany: wzmacniacz. Wzmacniacz posiada selektor kolumn, umożliwiający porównywanie dwóch zestawów. W tym czasie miałem do niego podpięte tanie kolumny STX F-110n ( cena 399zł para ).
Rozpocząłem porównywanie. Wstępnie spodziewałem się, że nowa konstrukcja pod każdym względem "zmiecie" tanie STX''y. Moje zaskoczenie jednak było ogromne. W sumie nie wiedziałem co powiedzieć. Nowe kolumny w porównaniu z tanimi STX w ogóle nie miały basu co "na pierwszy rzut ucha" tworzyło wrażenie jakby grały z garnka a scena była strasznie "wąska". Oczywiście już po kilkunastu sekundach słuchania było słychać, że w nowo złożonych kolumnach góra jest o wiele lepsza, jednak ciągle ten brak basu...
Po dłuższym słuchaniu i kilku korekcjach ustawienia w pomieszczeniu poprawiło się a sam doszedłem do wniosku, że nowe kolumny choć basu mają mało to schodzi on dużo niżej niż w tanich "sklepowych" STX - do tego gra on o wiele ładniej. Fragmenty utworów, przy których z tanich STX wydobywa się jedynie buczenie kolumny DIY ciągle grają i baz jest czytelny. Wniosek zatem był prosty - nowe kolumny są lepsze mają bas schodzący niżej i grają nim zdecydowanie lepiej, jednie tego basu jest mniej. Środek i góra tak jak myślałem na początku "zmiata" tanie STX..
Te kolumny świetnie nadają się do jazzu, muzyki klasycznej ale już mniej do rocka lub techno z mocnym uderzeniem. Gitary elektryczne a także klasyczne brzmią świetnie ale ciężkiej stopy z doom metalu jednak brakuje.
W takiej sytuacji trzeba było sięgnąć po korektor graficzny ( zmarli audiofile się w grobach przewracają
. Okazało się, że było warto bo już lekkie podbicie basu uczyniło cuda. Kolumny, którym jeszcze kilka minut temu zarzucałem wąską scenę zaczęły grać bardzo ładnie i bardzo poprawnie ( jak na swoją półkę cenową ).
Wzmacniacze:
W związku z "perypetiami" wynikającymi z braku basu w kolumnach trzeba było coś wymyślić. Zacząłem kombinować ze strojeniem B-R i wygłuszeniem jednak to nic nie dawało. Ostatecznie stwierdziłem, że skoro kolumny już takie są to trudno. Będziemy to jakoś korygować. Jednak żeby korygować to trzeba mieć czym. W taki sposób powstał pomysł zbudowania taniego wzmacniacza, który będzie miał opcję "korekty" dopasowanej do wyżej opisanych kolumn. Zacząłem więc projektować wzmacniacz
Zanim jednak zacząłem projektować porobiłem prototypy korektorów. Wybrałem kilka układów pasywnych. Bardzo pomógł mi przy tym świetny symulator "Tone Stack Calculator", dzięki któremu mogłem zrobić korekcję dokładnie uzupełniającą braki, które widoczne są na pomiarach kolumn a widać tam, że charakterystyka zaczyna opadać już poniżej 60Hz i właśnie ten spadek chciałem skorygować.
Po zmontowaniu kilku prototypów korektorów miałem zamiar zrobić korektor włączany na "przycsik" coś w stylu "loudness". Ostatecznie jednak postanowiłem dodać potencjometr do regulacji basu. Po pierwsze aby móc dobrać "ilość basu" w zależności od pomieszczenia, w którym staną kolumny po drugie moje zapotrzebowanie na bas wcale nie musi pokrywać się z oczekiwaniami innych - zdecydowałem, że niech użytkownik ma w tej kwestii wolność wyboru
Zastosowanie tego typu korektora pociągnęło jednak za sobą kolejne komplikacje:
1. Duży spadek sygnału - około -12dB, który trzeba było jakoś skompensować.
2. Korektor mocno "podbija" częstotliwości subsoniczne, które w niekorzystnej sytuacji mogą spowodować uszkodzenie przetwornika.
Mając powyższe założenia trzeba było wybrać jakąś końcówkę mocy. Postawiłem na znane, bogate w zabezpieczenia i tanie w implementacji LM3886 odpowiednio dostosowując jego "środowisko pracy" do swoich potrzeb. Spadek sygnału rozwiązałem stosując prosty przedwzmacniacz działający w oparciu o wzmacniacz operacyjny NE5532. Drugi problem postanowiłem rozwiązać bardziej brutalnie
Obniżyłem moc wzmacniacza i zamiast stosować wstępnie zaplanowane transformatory +/-24V 150W, zastosowałem +/-17V 100W. Dają one końcówce mocy +/-25V DC. Przy takim napięciu zasilania wzmacniacz osiąga moc około 20W przy pracy z obciążeniem 8Ohm oraz około 40W przy 4Ohm. Jako "bonus" wynikający z tego rozwiązania mogłem zastosować mniejsze radiatory bez obaw, że ktoś kiedyś przegrzeje końcówki.
Pozostałe założenia dotyczące wzmacniacza to:
1. Selektor wejść - wybór in-A lub in-B ;
2. Opóźnione załączanie głośników ;
3. Szybkie odłączanie głośników po zaniku zasilania / wyłączeniu ;
4. Wyjście słuchawkowe ;
5. Selektor wyjść pracujący w trybach A, B, A+B, nic ( gdzie A to kolumny a B to słuchawki ) ;
6. Czytelny wyświetlacz informujący o stanie urządzenia ;
7. Tryb alarmowy w przypadku przekroczenia ustalonej temperatury radiatora ( po obniżeniu napięcia zasilania nie zastosowałem choć na płytce są odpowiednie wyprowadzenia na wyłącznik termiczny ) ;
Końcówka mocy i przedwzmacniacz:
Składając wszystkie powyższe informacje w całość po kilku godzinach pracy powstał wstępny projekt PCB dla końcówki mocy z przedwzmacniaczem.
Wypadkowa wzmocnienia przedwzmacniacza ( opamp + korektor ) to około x1. Op-amp skonfigurowany na wzmocnienie x11, które bilansuje spadek na korektorze barwy.
Wzmocnienie na LM3886 zostało skonfigurowane na x21. Także finalne wzmocnienie płytki wzmacniacza to około x22. Wg mnie jest to wielkość całkowicie zaspokajająca potrzeby słuchania muzyki w mieszkaniu.
Co do korekcji to ograniczyłem się jedynie do korekcji tonów niskich ponieważ przy opisywanych kolumnach nie dostrzegam problemu braku tonów wysokich a kolejne korektory to kolejne szumy i kolejne zniekształcenia. Stwierdziłem, że skoro ma być łatwo i tanio to im mniej tym lepiej ( mowa oczywiście o tym przypadku ). Zastosowane potencjometry głośności i regulacji basu to ALPS 50kOhm.
Sterownik i panel frontowy:
Funkcje sterownika wymienione zostały już wcześniej. Sam projekt sterownika miałem prawie gotowy ale trzeba było wprowadzić kilka drobnych przeróbek. Przy ich okazji całą konstrukcję uprościłem i teraz jest "czytelniejsza" niż jej poprzednie wersje. Biorąc pod uwagę, że nie planowałem sterowania pilotem ani stosowania cyfrowych potencjometrów funkcje sterownika ograniczają się do sterowania wejściami, sterowania wyjściami i podświetlania odpowiednich kontrolek na panelu frontowym. Na płytce sterownika umieszczone są także zasilacz dla części analogowej oraz zasilacz dla części cyfrowej. Masy ani linie zasilania tych dwóch zasilaczy nigdzie się nie łączą. Wszystko jest od siebie galwanicznie odizolowane/odseparowane.
Skoro jesteśmy przy zasilaczach warto wspomnieć, że w związku z obniżeniem napięcia zasilania końcówek mocy postanowiłem zrezygnować z modułu softstart finalnie wywalając go z projektu. Dodatkowo eksperymentowałem z kondensatorami filtrującymi z głównego zasilacza. Finalnie zastosowałem pojemności 2200uF na każdą gałąź zasilania. Podczas słuchania na prawie maksymalnej głośności dopiero dając 1000uF było słychać coś niepokojącego ale i tak na tyle mało, że niewprawne ucho i tak by tego nie "zauważyło". Uzupełnieniem tej pojemności są kondensatory 470uF zamontowane na płytce wzmacniacza tuż obok LM3886 ( brumu nie słychać ).
Panel frontowy:
To właściwie 2 przyciski i 4 diody ... Jeden przycisk do selekcji wejść, drugi do selekcji wyjść 4 diody opisujące wybrane stany oraz kilka diod informujących o włączeniu zasilania. Zniechęcony nieco korzystaniem z wyświetlaczy OLED z poprzedniej konstrukcji chciałem zrobić coś zdecydowanie czytelniejszego i widocznego z większej odległości niż 1m. Efekt widać na zdjęciach poniżej.
Informacja: zarówno moduł zasilania (sterownik+panel) jak i sama końcówka mocy mogą być używane bez jakichkolwiek modyfikacji w innych projektach. Moduł sterownika można wykorzystać do każdej innej końcówki mocy a moduł wzmacniacza może działać z dowolnym innym zasilaczem.
Budowa wzmacniaczy.
Wszystkie prace były poprzedzone wykonaniem jednego prototypu (mojego), który nie był bez błedów - kolejne wersje zostały jednak poprawione. Zdjęcia z tych prac są jednak wymieszane żeby nie mieszać w niniejszym opisie.
Obudowy zrobiłem ze sklejki, kupionej w markecie budowlanym. Swój prototyp pomalowałem lakierem bezbarwnym, siostra wybrała biel. Wszystko robiłem ręcznie wiertarką i piłami dlatego otwory na panele przednie nie wyglądają tak jak to sobie zaplanowałem - ale myślę, że dramatu też nie ma. Fatalna też była sklejka, którą kupiłem. Producent chyba "zapomniał" dodać kleju co skutkowało tym, że strasznie się kruszyła i łupała.
Pomiary:
Pomiar został wykonany przez złącze słuchawkowe przy podłączonym sztucznym obciążeniu 8 Ohm na obu kanałach. Niestety pomiar został wykonany trochę niezgodnie ze sztuką gdyż przewody do wyjścia słuchawkowego są nieekranowane a sam selektor wyjść jest dość blisko transformatorów. Sygnał powinienem brać z końcówek do kolumn poprzez dzielnik napięcia ale jakoś nie miałem już siły tego sklecać. Z tego powodu na pomiarach widać dużo zakłóceń pochodnych od przydźwięku sieciowego 50Hz i jego harmonicznych. Przy zwartych do masy wejściach w kolumnach nic nie słychać nawet przy maksymalnej głośności - trzeba się bardzo ale to bardzo wsłuchać żeby było słychać lekki szum z głośnika wysoko-tonowego. Przy wejściach "rozwartych" i wiszących w powietrzu rzeczywiście przydźwięk jest słyszalny jednak po podłączeniu dowolnego urządzenia znika.
Wyniki pomiarów:
- Moc RMS przy obciążeniu 8Ohm ~2x20W ( sinus 1kHz )
- Moc RMS przy obciążeniu 4,7Ohm ~2x35W ( sinus 1kHz )
- Dynamika 93dB
- SNR 93dB
- THD 0,01%
- Wymiary : szerokość 21cm, głębokość 25cm, wysokość 12cm.
Komplet pomiarów z RMAA jest w załączniku.
Kod źródłowy sterownika:
Kod sterownika został napisany w c++ i udostępniony jest w załączniku zarówno w wersji źródłowej jak i HEX. Nie zamieszczam szczegółowego opisu kodu ponieważ funkcje, które realizuje są bardzo proste i każdy kto ma pokęcie o programowaniu szybko się "połapie".
Procedura działania programu.
Po restarcie program uruchamia procedurę "testową", podczas której miga diodami. Trwa to kilka sekund. Celem jest oczekiwanie na ustabilizowanie się zasilania i wszystkich sygnałów. Dopiero po tej procedurze przywracane są z pamięci EEPROM ostatnie usatawienia i załączane są odpowiednie wejścia i wyjścia. Ma to na celu uniknięcie trzasków i stuków, które mogłyby podczas uruchamiania przedostawać się do głośników. Rozwiązanie jest proste ale skutecznie reaizuje swoje zadanie.
Podsumowanie
Cena jednego wzmacniacza to około 250zł - 370zł ( w zależności od jakości zastosowanych elementów mechanicznych). Poniżej szacunkowa kalkulacja ( opcja średnia ). Ja zastosowałem dobrej jakości gniazda głośnikowe po 12zł sztuka i 8zł szt. za chinch. W kalkulacji nie uwzględniałem radiatora.
Cena kolumn już jest większa bo za parę wyszło około: 1100zł (gdyby nie moje lenistwo i brak czasu można było zrobić parę za około 600 zł - zakładając, że obudowy robimy samemu a nie zamawiamy formatek na CNC oraz lutujemy samodzielnie zwrotnice).
Myślę, że jeśli ktoś zabierze się za to i będzie robił wszystko samemu to bez problemu zmieści się w budżecie do 900zł ( kolumny + wzmacniacz );
Wydaje mi się, że jak na tak prosty układ wyszło chyba całkiem nieźle a stosunek jakości do ceny jest bardzo dobry.
p.s.
Jeden szczęśliwy użytkownik już jest. Czekam teraz na pozostałe 2 osoby - zobaczymy jaki jest ich gust
Załączniki:
- Schematy i projekty PCB zostały przygotowane w programie KICAD ;
- Do kompilacji korzystałem z AtmelStudio ;
Cool? Ranking DIY
W jaki sposób wykonałeś panel przedni wzmacniacza? tzn chodzi mi o ten czarny z podświetleniem 
