Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Mały, niedrogi subwoofer aktywny

Granat :) 08 Apr 2023 16:22 3513 23
Altium Designer Computer Controls
  • Mały, niedrogi subwoofer aktywny

    Witam,

    Chcę przedstawić moją koncepcję na mały, niedrogi subwoofer do domu. Wiadomo, że im większa obudowa, tym więcej basu. Załóżmy jednak, że akceptowalny rozmiar to coś w granicach 30 x 30 x 50 cm. Kolejnym ograniczeniem jest cena, nie chcemy żeby była zbyt wysoka, więc użyjemy przeciętnego głośnika o mocy 50W, zamiast np. 5 razy droższego o mocy 200W. Swoją drogą użycie mocniejszego głośnika, bez mocniejszego wzmacniacza nic nie da, a przeciwnie, może jeszcze zaszkodzić, więc koszty rosły by do kwadratu.

    W tej objętości najlepiej sprawdzi się głośnik 20cm średnicy. Wybrałem markę do której mam dostęp i zaufanie. Jest to głośnik SB20PFCR30-4
    https://sbacoustics.com/product/8-sb20pfcr30-4-paper/
    Wersja 4 omy, łatwiej i taniej napędzić.
    Głośnik został wybrany według wytycznych, że powinien grać dobrze od 40Hz (wgląd na parametry ts), oraz wytrzymać termicznie (moc) i mechanicznie (Xmax) pełną deklarowaną moc.
    Teraz gdy rozpatruję już konkretny model głośnika, mogę obliczyć dokładnie parametry obudowy. (przedtem to były zgrubne założenia, teraz konkrety). Okazało się, że potrzebna będzie obudowa o objętości 30L i strojona na ~44Hz. Narysowałem i wykonałem (z pomocą kolegi) obudowę z laminowanej płyty meblowej 18mm.
    Mały, niedrogi subwoofer aktywny
    Takie rozwiązanie okazało się najtańsze. Nie trzeba tego w żaden sposób wykańczać, szlifować, malować, oklejać, itd. Wystarczy dobrze rozkroić formatki. Poza tym takie płyty są powszechnie dostępne i tanie. Odpowiednią sztywność zapewnia wewnętrzny łącznik krzyżowy, wykonany również z 18mm płyty.
    Obudowę odpowiednio wytłumiłem, górną część 4 warstwy waty 2cm, dolna połówka oklejona została kocykiem.

    Przyszedł czas na elektronikę. Potrzebny był wzmacniacz około 50W na 4om. To jedna z niewielu rzeczy, której nie warto było samemu robić, gdyż koszt gotowca jest bardzo dobry. Moduł z układem scalonym TPA3116 doskonale się do tego celu nadaje. Nie ma na swojej płytce niczego zbędnego, żadnych dodatkowych filtrów. Można go wysterować jak się chce. Ma też wyprowadzone wyjście mute, które przydatne jest do tłumienia stuków generowanych przez przedwzmacniacz podczas jego wyłączania.
    Teraz ktoś pomyśli: przecież mogłeś kupić gotowy moduł do subwoofera z filtrami, zamiast robić wszystko na piechotę.
    I tak i nie. Wszystko zależy jakie kto ma wymagania. Poza tym wtedy nie byłoby zabawy w elektronikę, a przecież o to tutaj chodzi!

    Dzięki temu, że sam zbudowałem moduł filtrów, mogłem umieścić wszystkie potrzebne układy na jednej płytce. A są to między innymi: regulowany filtr dolnoprzepustowy 4-rzędu. Tak, 4, a nie jak zazwyczaj drugiego. Umieszczenie głośnika między ścianą subwoofera a podłogą daje mocne podbicie w zakresie około 800Hz. Przy filtrze czwartego rzędu (24dB/okt) mamy pewność, że żadne niepożądane rezonanse się nie wydostaną. Kolejna sprawa to filtr subsoniczny, zapewniający głośnikowi komfortowe warunki pracy, filtrujący wszystkie infradźwięki, których sub normalnie by nie odtwarzał, a które niepotrzebnie zużywałyby prąd i męczyły głośnik mechanicznie. Następnie zastosowane zostało eq, którego zadaniem jest podbić o kilka dB niskie pasmo, w okolicach strojenia portu bass-reflex. Dokładne parametry korekcji to +3dB Q3 f44Hz. Dzięki temu sub brzmi jeszcze pełniej, mimo niewielkiej obudowy. Jest też rozwiązana kwestia ograniczenia mocy. Jak wiadomo przy wszelakich głośnikach o małej i średniej mocy, bardzo łatwo jest doprowadzić do przesterowania. Wówczas dźwięk jest nieprzyjemny i można popalić wszystko w środku. Jednym z rozwiązań jest zastosowanie limitera, kóry w momencie przekroczenia ustalonego progu napięcia wejściowego zacznie je ograniczać aby zapobiec przesterowaniu wzmacniacza. Są też w końcu takie drobne rzeczy jak przełącznik polaryzacji, wskaźnik stanu pracy i wyłącznik.

    Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny

    Całość filtrów została opracowana na jednej płytce drukowanej, z możliwością przykręcenia do niej od spodu płytki wzmacniacza. Wtedy wystarczy tylko podłączyć transformator i głośnik, bez dodatkowych kabli.

    Na płytce widać dwa duże potencjometry: są to regulator głośności i częstotliwość odcięcia filtra dolnoprzepustowego. Obok jest przełącznik polaryzacji. Oprócz tego dodatkowych regulacji dokonuje się za pomocą potencjometrów montażowych. Za pomocą potencjometru rv1 i rv2 ustawia się częstotliwość i głębokość korekcji eq. Potencjometrem rv5 ustawiamy próg zadziałania limitera. Użyty moduł wzmacniacza TPA3116 ma ustawione wzmocnienie 32dB. Oznacza to, że do pełnego wysterowania 50W 4om, potrzebne będzie napięcie 0,4V rms. I takie należy ustawić.
    Podczas normalnej pracy dioda led świecić się będzie na zielono, gdy dojdzie do ograniczenia sygnału zaświeci się na pomarańczowo.

    Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny

    Gdyby ktoś chciał zbudować, taki lub podobny subwoofer, mogę udostępnić pliki gerber do wykonania płytki.
    Zapraszam do komentowania i zadawania pytań.

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    Granat :)
    Level 34  
    Offline 
    Zwrotnice głośnikowe na zamówienie -- >> Link << --
    Has specialization in: kolumny głośnikowe
    Granat :) wrote 3034 posts with rating 648, helped 202 times. Live in city Jaworzno. Been with us since 2004 year.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #2
    rosomak19
    Level 22  
    Granat :) wrote:
    Wersja 4 omy, łatwiej i taniej napędzić.
    Nie wiem, co autor miał na myśli formułując to zdanie? To nie te czasy, że nic niedostępne. Bardziej by do do mnie przemawiało, jeśli by chodziło o SPL.
  • Altium Designer Computer Controls
  • #3
    Granat :)
    Level 34  
    Autor to ja, dzień dobry :)
    Względy praktyczne panie kolego. Łatwiej dobrać części dla niższych napięć. Większość tanich wzmacniaczy jest przystosowana do pracy z obciążeniem 4 omy. A przypominam, że względy ekonomiczne były równie istotne co walory użytkowe.
  • #4
    Zvirek
    Level 14  
    Bardzo sympatyczna konstrukcja - prosta, tania i z wykresu poprawnie zestrojona a więc zapewne i grająca.
    Tylko nie wiem po co to podbicie i to aż 3db?
  • #5
    Granat :)
    Level 34  
    Żeby uzyskać płaską charakterystykę całości. Powiedziałbym raczej, że tylko 3dB ;)
    To co widzicie na wykresach to funkcja przejścia przez samą elektronikę, z pominięciem strony akustycznej (głośnik-obudowa). Nie wrzucałem pomiarów całości.
  • #8
    pawlik118
    Level 31  
    Zastanawiam się, czy wyłącznik sieciowy jest przystosowany do napięcia 230V. Prąd rozruchowy toroida zapewne uszkodzi go w niedługim czasie.
    Odległości izolujące jak i brak uziemienia poddają w wątpliwość bezpieczeństwo użytkowania.
    Swego czasu przetoczyła się przez moje ręce niemała ilość subwooferów z oderwanymi elementami od drgań, tutaj będzie podobnie..
  • #9
    keseszel
    Level 26  
    Za 30 PLN kupiłem jakiegoś Logitecha 2+1. Ładny, zgrabny- wymiata.
    Ze śmietnika przyniosłem 4 zestawy kina domowego z różnymi subwooferami. Koszt zero. Teraz jak przechodzę koło śmietnika to głowę w drugą stronę odwracam, by znów czegoś nie przynieść.
    To tak apropos kosztów. Ale fajnie opisałeś i może się zmotywuję do zrobienia czegoś takiego.
    Schludnie zrobiłeś projekt w KiCad.
    Robiłeś pomiary pasma przenoszenia?
    Z jakich programów korzystałeś?
    Płyty cięte pod skosem? Na zdjęciu widać dobre połączenie płyt.
    Nózki z czego wykonałeś? Widze jakieś śruby- standardowo daje się jakieś stożkowe dzyndzle.
  • #10
    Granat :)
    Level 34  
    Co do wyłącznika - bez przesady, oczywiście że jest przystosowany do napięcia 250V.

    A co do obudów i subwooferów z odzysku: :D 20 lat temu robiłem dokładnie tak jak kolega wyżej opisał :D Dobre strony to takie, że taniej się nie dało, ale nie zawsze grało to najlepiej :) Tak czy siak, dla kogoś kto nie miał nigdy do czynienia z porządnym audio, nawet taki partyzancki subwooferek robił wrażenie ;) Stare dobre czasy :)

    Dzięki za dobre słowo. Płytek w ki-cadzie zrobiłem już, a może dopiero, kilkanaście i dopiero kilka dni temu dowiedziałem się, że 'V' (via) robi przelotkę i nie trzeba zworek umieszczać na schemacie ;)
    Natomiast co do projektu filtrów i samych pomiarów to tak, robiłem wszystkie potrzebne pomiary i symulacje. Łącznie z pomiarem końcowym pasma przenoszenia suba. Akurat tym się zajmuję na co dzień, więc pod tym względem nie mam wątpliwości, ze konstrukcja jest dobrze policzona.

    Płyty cięte pod skosem, klejone na klej poliuretanowy. Nóżki to zwykłe śruby M8 z taką plastikową końcówką. W meblowym można znaleźć. Akurat takie były dostępne.
  • #11
    viayner
    Level 42  
    Witam,
    Granat :) wrote:
    ...Chcę przedstawić moją koncepcję na mały, niedrogi subwoofer do domu. Wiadomo, że im większa obudowa, tym więcej basu. Załóżmy jednak, że akceptowalny rozmiar to coś w granicach 30 x 30 x 50 cm. Kolejnym ograniczeniem jest cena, nie chcemy żeby była zbyt wysoka, więc użyjemy przeciętnego głośnika o mocy 50W, zamiast np. 5 razy droższego o mocy 200W. Swoją drogą użycie mocniejszego głośnika, bez mocniejszego wzmacniacza nic nie da, a przeciwnie, może jeszcze zaszkodzić, więc koszty rosły by do kwadratu.

    Konstrukcja wyglada OK i tu pochwala, moze tylny panel nie grzeszy uroda a z przenaczenia nie jest do "ogladania", kolega autor zachecal do dyskusji, mam pare uwag/zapytan:
    - na wstepie przepraszam nie jestem zwolennikiem atrap w postaci subwoofera.
    - "im wieksza obudowa tym wiecej basu" - no chyba nie do konca, prosze przeanalizowac co bedzie gdzy obudowa bedzie za duza, nawet sporo za duza, dalej majac slabszy glosnik co osiagniemy dajac wieksza obudowe?
    - ograniczenie cenowe, wystepuje zawsze ale oczekiwanie cudow od tanich glosniczkow moze rozczarowac.
    - moc wzmacanicza/glosnika - jak mala moc moze zaszkodzic? Chyba ze z zalozenia przyjmiemy niepoprawne uzytkowanie zestawu/silne przesterowania itd. ale tu juz nie ma mowy o jakosci dzwieku jezli od tego zaczynamy.
    - wybor TPA jako stopien mocy, to ogolnie generator znieksztalcen jak dla mnie ale sa jego zwolennicy.
    - subwoofer aktywny, tu jest wieksze pole do popisu, jako ze mamy elektronike wewnatrz mozna dolozyc "filtry" i wycisnac nieistniejace z niemozliwego, czyli to co oferuja obecne aktywne uklady z DSP.
    Zycze powodzenia w dalszych projektach
    Pozdrawiam
  • #12
    Granat :)
    Level 34  
    Cześć,

    Ok, widocznie nie dość precyzyjnie się wyraziłem. Stosuję skróty myślowe, bo jak już pisałem, z głośnikami mam do czynienia na co dzień.
    Chodziło mi o to, że im większy subwoofer tym więcej basu. Nie obudowa w oderwaniu od reszty, tylko jako całość. Wiadomo, że zwiększanie litrażu bez zmiany pozostałych parametrów niewiele da.
    Głośnik jest tani, ale bez przesady. Użyłem możliwie najtańszego, przy zachowaniu racjonalnych parametrów, a nie najtańszego w ogóle.
    Nie bardzo rozumiem do czego kolega się odnosi pisząc o małej mocy Chyba do tego: słaby wzmacniacz, mocny głośnik. Otóż nie jest to szkoda w rozumieniu popalenia czegoś. Chodzi o to, że tracimy w ten sposób nieco spl. Mocny głośnik to większa, cięższa cewka, w raz z całym układem drgającym. Podając tę sama moc otrzymamy trochę mniej dźwięku. Nie są to duże różnice, ale warto o tym wspomnieć.
    Ok, jasne, TPA3116 ma zniekształcenia, jak każdy wzmacniacz - chyba nawet większe niż dobry klasyk w klasie AB. Nie można jednak tego rozpatrywać w oderwaniu od liczb. Po pierwsze pytanie: jakie są to zniekształcenia? Producent kostki to pomierzył i udostępnił. Okazuje się, że zniekształcenia te są i tak mniejsze niż wytwarza większość dobrych głośników. Maksimum zniekształceń wypada w zakresie kilo herców, a więc daleko poza pasmem subwoofera. Biorąc to pod uwagę i jeszcze kwestię sprawności oraz powszechnie wysoki w klasie D współczynnik tłumienia (damping factor), uważam, że ten wzmacniacz jest świetny właśnie do subwoofera.
  • #13
    viayner
    Level 42  
    Witam,
    nie chce tu z kolega rozpoczynac dyskusji nieco oderwanej od tematu ale:
    - opieralem sie na stwierdzeniu z pierwszego postu "...Swoją drogą użycie mocniejszego głośnika, bez mocniejszego wzmacniacza nic nie da, a przeciwnie, może jeszcze zaszkodzić..." ktorego nie bardzo rozumiem w tym kontekscie.
    - oczywiscie ze moc = glosnosc ale czy nie mamy regulacji wysterowania we wzmacniaczu? wiec jezeli ustawimy ja dosc nisko to cos to zmieni czy mamy 15W czy 200W wzmacniacz? Oczywiscie ma to sens przy maksymalnej mocy, tylko kto tak slucha?
    - nie do konca moge tez sie zgodzic w prost ze stwierdzeniem "...Chodziło mi o to, że im większy subwoofer tym więcej basu..." raczej bym tu uzyl okreslenia dobrze dobrany bo czy lepiej zagra dzuy subwoofer w jakiejs obudowie czy mniejszy ale dobrze zestrojony?
    Pozdrawiam
  • #14
    Granat :)
    Level 34  
    Kwestię niedopasowania mocy głośnika do wzmacniacza już wyjaśniłem w poście nr 12.
    Zazwyczaj nie używamy pełnej mocy, ale to nie znaczy, że mamy ten aspekt pominąć. Trzeba wypracować optymalny kompromis na podstawie pewnych założeń. Im bliższe rzeczywistości one będą tym lepiej. Nie można pomijać istotnych szczegółów zasłaniając się stwierdzeniem: nikt tak głośno nie słucha. To skoro wiesz, że będzie za głośno, zbuduj mniejszy subwoofer. Oszczędzisz miejsce i pieniądze.

    Tak, oczywiście, że dobrze dobrany. Może być duży, dobrze dobrany, jak i mały, też dobrze dobrany. I ten duży z pewnością będzie w stanie zagrać głośniej :)
  • #15
    viayner
    Level 42  
    Witam,
    moze inaczej, mamy wzmacniacz 200W i subwoofer 200W ale wysterowuje go 5% wiec zasila on subwoofer moca powiedzmy 10W i jaka tu bedzie roznica miedzy wzmacniaczem 15W wysterowanym do okolo 70% skoro oba zasila gosnik podobna moca?
    Pozdrawiam
  • #16
    Granat :)
    Level 34  
    Żadna.
    Tylko, że u Ciebie stałą jest głośnik a zmienia się wzmacniacz. Natomiast ja pisałem o sytuacji w której zmieniamy głośnik, a wzmacniacz się nie zmienia. :)
  • #17
    viayner
    Level 42  
    Witam,
    zachowanie bedzie identyczne, ale chyba nie do konca sie rozumiemy.
    To idzie w kierunku dywagacji teoretycznych i nie do konca jest w temacie.
    Mozemy to jezeli chcesz zakonczyc.
    Pozdrawiam
  • #18
    Granat :)
    Level 34  
    Prawie, ale jednak nie identyczne. W poście nr 12 wytłumaczyłem, dlaczego tak się dzieje.
    Granat :) wrote:
    Chodzi o to, że tracimy w ten sposób nieco spl. Mocny głośnik to większa, cięższa cewka, w raz z całym układem drgającym. Podając tę sama moc otrzymamy trochę mniej dźwięku.

    To nie dywagacje teoretyczne, tylko sprawdzone fakty.
    Oczywiście, że różnice są małe i pewnie w większości przypadków pomijalne. Tyle, że jak się je wszystkie zbierze do kupy (te drobne subtelności), to nagle okazuje się, że jednak jest różnica. Na tym polega postęp, do przodu małymi kroczkami.
  • #19
    Zvirek
    Level 14  
    Wrzuciłem na szybkiego Twój projekt do WinISD i jedna rzecz od razu rzuca się w oczy - masakrycznie wysoki group delay aż do 50Hz, a przyzwoity jest dopiero od 70Hz w górę - znaczy się do KD sub jest OK, ale do muzyki już nie bardzo - chyba, że taki był zamysł.
  • #20
    Granat :)
    Level 34  
    Może poda kolega konkretne liczby? Jest dokładnie odwrotnie, ten subwoofer bardziej nadaje się do muzyki niż do kina.


    Opóźnienie grupowe, czyli faza jest zawsze podobna dla wszystkich obudów bass reflex. To znaczy stromość fazy jest podobna i wynika ze stromości zbocza filtra górnoprzepustowego, który owa obudowa tworzy. Stromość przejścia w punkcie strojenia, zależy też od tego jaką wypadkową dobroć ma obudowa. Im niższa dobroć, tym łagodniejszy przebieg fazy, a na wykresie opóźnienia grupowego niższa wartość, rozlana na szersze pasmo częstotliwości (mniejsze dzwonienie). Najlepiej jest gdy dobroć jest w okolicach między 0,5 a 1.
    Natomiast sama wartość opóźnienia grupowego zależy od częstotliwości strojenia, im niższe tym większa.

    Dobra, pokażę to na wykresach, żeby było łatwiej zrozumieć:
    Na zielono parametry korzystne, na czerwono niekorzystne.
    Amplituda:
    Mały, niedrogi subwoofer aktywny
    Faza i opóźnienie grupowe (wykresy wzajemnie jednoznaczne, obrazujące to samo zjawisko tylko w na różnych skalach, przesunięcie kątowe, lub czasowe):
    Mały, niedrogi subwoofer aktywny Mały, niedrogi subwoofer aktywny

    A co koledze Zvirek pokazał symulator?
  • #22
    Zvirek
    Level 14  
    Granat :) wrote:

    A co koledze Zvirek pokazał symulator?


    Podobnie jak u Ciebie:
    Mały, niedrogi subwoofer aktywny
    Próbowałem kombinacji ze zmniejszeniem/zwiększeniem litrażu i strojenia, ale faktycznie nic bardziej rozsądnego już się nie da wycisnąć z tego głośnika. Teoretycznie absurdalnie niskie strojenie plus stromy filtr subsoniczny mogłyby rozwiązać sprawę, ale "fizycznie" taka konstrukcja jest niemożliwa. Niestety obudowa zamknięta też dla niego odpada. Tak więc to jest chyba kres jego możliwości i lepiej po prostu się "nie da"

    Choć i tak jego konstrukcja mi się podoba, bo ma trzy podstawowe zalety DIY - jest prosty, tani i w miarę dobrze działający.
  • #23
    Granat :)
    Level 34  
    No i w czym problem według Ciebie?
    Czy zdajesz sobie sprawę, że każdy filtr IIR (czyli każdy nie będący FIR), wprowadzi tego typu przesunięcie fazy? Każdy, nie tylko elektryczny, ale także akustyczny, oraz programowy (dsp). Obudowa bass-reflex jest swego rodzaju filtrem. Grunt, żeby trzymać się dobroci filtra w rozsądnym zakresie. Czyli takim który daje wynik z zielonego wykresu, a nie czerwonego. Po to są te wszystkie symulatory obudów.

    Stromy filtr i niskie strojenie nie spowodują, że faza będzie miała łagodny przebieg, wręcz przeciwnie, będzie bardzo stroma. Czyli duże opóźnienie grupowe. Ale to nie jest najgorsze. Gorsze jest jeśli któraś częstotliwość ma wyraźnie większy czas opóźnienia niż sąsiednie. Wtedy może brzmieć to nienaturalnie.

    Nie przejmuj się, mało kto na początku ogarnia te wszystkie wykresy. A jeszcze mniej zdaje sobie sprawę jak to się przekłada na praktykę :-)
  • #24
    Oddawajsanki
    Level 7  
    Bardzo fajna konstrukcja ;)