* среди изделий в классическом понимании понятия "Бумбокс (Boombox)" - стерео и с хорошими басами
Колонка πCcolo в основном предназначена для высококачественного индивидуального прослушивания аудиоматериала, а так же в ситуациях, когда вес носимого устройства имеет значение – в походах, на пикниках, на прогулках, в компании для создания музыкального фона… Запросто умещается в кармане, в маленькой сумочке, в плотно набитом рюкзаке…
Конструктивно колонка состоит из модулей и комплектующих которые широко представлены в интернет магазинах.
Корпус выполнен на стандартном FDM 3D-принтере, стандартным соплом 0,4 мм и самым распространенным PETG пластиком.
Бюджет проекта на конец 2023 года: 1200-1600₽ в зависимости от объема партии закупленных комплектующих и наличия инструментов и расходников.
Основные преимущества:
Технические характеристики:
Данная беспроводная колонка была разработана как компиляция идей по уменьшению габаритов звуковоспроизводящих устройств при сохранении качества воспроизведения. Равномерность частотного диапазона обусловлена применением компактного кроссовера 2 порядка, и разделением частотного диапазона в районе 2100 Гц. Такое решение позволило не напрягать всем спектром сигнала низкочастотные динамики, которые работают на нижнем диапазоне своей полосы на пассивный резонатор, который в свою очередь конструктивно может выступать в качестве виброизлучающего (вибродинамик) устройства.
Сразу оговорюсь, что при таких размерах понятия "стереобаза", "линейная АЧХ" и "глубина басов" имеет условный характер, и во многом обусловлена физическими законами и окружающими условиями и объектами. Но сказать, что Звука вообще в этой колонке нельзя! Это как некий точечный источник высококачественного звука, где в формировании аудиокартинки участвуют окружающие предметы, например поверхность стола. Чисто субъективно: звучание в меру насыщенное, качественное, отчетливое на верхах и уверенное в басах, и достаточно громкое. По свидетельствам непосвященных слушателей - непонятно откуда исходящий звук. При сравнении с аналогичными проектами знаменитых производителей (которые минимум в 2 раза больше по объему), то в этой колонке нет явного провала в средних частотах и звука "исходящего из трубы". Басы может и меньше выражены, но зато носят четкий характер ("упругие"). Отсутствует, так называемая, "резонансная глубина". С одной стороны это свойство (полу)закрытых акустических систем, а данной колонке просто нет физического места для организации такого пространства. С другой стороны это отсутствие "ламповости" звука, которые, по сути, являются искажениями, и не всегда они являются полезными при прослушивании в некоторых помещениях или некоторых композиций. Более того, что такие настройки звука всегда можно сымитировать на стороне источника сигнала.
Данная статья пока не завершена в связи с ограниченностью времени для полного описания. Просьба не удалять! Будет дополнятся материалом: схемами, решениями, 3D-моделями, и списком компонентов...
Колонка πCcolo в основном предназначена для высококачественного индивидуального прослушивания аудиоматериала, а так же в ситуациях, когда вес носимого устройства имеет значение – в походах, на пикниках, на прогулках, в компании для создания музыкального фона… Запросто умещается в кармане, в маленькой сумочке, в плотно набитом рюкзаке…
Конструктивно колонка состоит из модулей и комплектующих которые широко представлены в интернет магазинах.
Корпус выполнен на стандартном FDM 3D-принтере, стандартным соплом 0,4 мм и самым распространенным PETG пластиком.
Бюджет проекта на конец 2023 года: 1200-1600₽ в зависимости от объема партии закупленных комплектующих и наличия инструментов и расходников.
Основные преимущества:
- Компактный размер, умещается на ладони.
В сравнении с конкурентами в 2-3 раза меньше по объему при аналогичной выходной мощности. - 2-полосная стереосистема с кроссовером
- Суперглубокие низкие частоты
- Четкие и разборчивые высокие частоты
- Зарядка от USB, возможность одновременной работы и зарядки
- Фонарик
- Индикатор состояния типа «Магический глаз» (имитация)
Технические характеристики:
- Выходная мощность: 6Вт (3+3 стерео)
- Частотный диапазон: 20 – 20000 Гц
- Класс протокола Bluetooth: 5.0
- Емкость встроенной батареи Li-ion: ~1000 мА·ч (~ 4,0 Вт·ч)
- Время непрерывной работы: 4-6 часов при громкости 75%, >15 часов в режиме индивидуального прослушивания
- Время подзарядки (типовое, зависит от источника питания и применяемого модуля заряда): 1 час
- Габариты (мм, Д×Г×В): 88×32×32 (без выступающих и пристегнутых элементов, помещается в коробочку от творожного сырка с запасом)
- Вес: 100 г
Сразу оговорюсь, что при таких размерах понятия "стереобаза", "линейная АЧХ" и "глубина басов" имеет условный характер, и во многом обусловлена физическими законами и окружающими условиями и объектами. Но сказать, что Звука вообще в этой колонке нельзя! Это как некий точечный источник высококачественного звука, где в формировании аудиокартинки участвуют окружающие предметы, например поверхность стола. Чисто субъективно: звучание в меру насыщенное, качественное, отчетливое на верхах и уверенное в басах, и достаточно громкое. По свидетельствам непосвященных слушателей - непонятно откуда исходящий звук. При сравнении с аналогичными проектами знаменитых производителей (которые минимум в 2 раза больше по объему), то в этой колонке нет явного провала в средних частотах и звука "исходящего из трубы". Басы может и меньше выражены, но зато носят четкий характер ("упругие"). Отсутствует, так называемая, "резонансная глубина". С одной стороны это свойство (полу)закрытых акустических систем, а данной колонке просто нет физического места для организации такого пространства. С другой стороны это отсутствие "ламповости" звука, которые, по сути, являются искажениями, и не всегда они являются полезными при прослушивании в некоторых помещениях или некоторых композиций. Более того, что такие настройки звука всегда можно сымитировать на стороне источника сигнала.
- Низкочастотный диапазон
Естественно, компактное устройство в силу своих маленьких размеров не в состоянии воспроизводить частоты нижнего участка участка звукового диапазона, так называемые "Басы". Причин тут несколько, основные их них - это площадь звукоизлучающей поверхности, а также масса подвижной системы динамика. При уменьшении этих параметров снижается способность всей системы адекватно воспроизводить НЧ. Для того чтобы преодолеть их, в классических системах применяется ряд ухищрений, такие как эквалайзер или увеличение объема акустической системы в которой конструкционно акцентируется подъем необходимых частот и подавление нежелательных. В компактных устройствах такие принципы неприемлемы так как увеличивают объем или снижают полезную мощность (что в свою очередь - экономичность при автономной работе).
На данный момент существуют еще 2 современных способа обхода вышеизложенной проблемы - это применение пассивных звуковых радиаторов и вибродинамиков. В данном устройстве используются 2 этих принципа достаточно хитрым способом.
Разительное отличие принципа πCcolo от классических систем состоит в том, что акустические динамики "играют" обратной стороной. Излучаемая энергия с фронтальной стороны громкоговорителей поступает по маленькому закрытому звуковому каналу внутри устройства через небольшой механический фильтр (синтепон) на пассивный радиатор, который в свою очередь подчеркивает звук в области низких частот. Следует отметить, что в классических системах, звуковую энергию внутри корпуса всячески подавляли, так как она носила нежелательный и даже вредный характер. В этом решении она в максимальной мере используется для воспроизведения низких частот.
Все вышесказанное это не вновь изобретенный велосипед, но, то только до одного момента - расположение и нетипичное дополнительное назначение пассивного радиатора. Да, в случаях, когда колонка находится в подвешенном состоянии, то эта мембрана работает только на басы. А если устройство этим радиатором устанавливается на ровную поверхность, то в свою очередь она может выступать в качестве дополнительного источника звука! Система в таком случае начинает работать как классический вибродинамик с мягким сцеплением (не вызывающим чрезмерного дребезжания) и достаточно большой массой подвижной части в которой выступает сама миниколонка. При такой конструкции акустической системы, мы не только используем всю прикладываемую мощность на звук, но и путем простых и качественных решений можем поднять уровень НЧ до недостижимых значений для других аналогичных устройств.
- Высокочастотный диапазон
При выборе компонентов, к сожалению был ограниченный выбор, чтобы сделать все так как было задумано. В качестве низкочастотных динамиков были выбраны китайского производителя SOTAMIA - всего 4 Ом, диаметром 27мм! Ранее они позиционировались как сабвуферный, но потом производитель внес изменения в конструкцию, и они стали "широкополосными". Для реализации 2 полосной системы в пару им были выбраны пленочные динамики для ноутбука 8 Ом, 16 мм. Позиционировались как широкополочные, но, естественно, в таких габаритах они будут естественнее звучать на средних и высоких частотах.
В качестве кроссовера была выбрана схема параллельного подключения. Достоинствами такой схемы является то, что используется минимум компонентов (1 индуктивность + 1 емкость) для организации фильтра второго порядка. Второе преимущество заключается в том, что частота среза и фазовые изменения находятся в балансе, а усилитель сам нивелирует все эти искажения. Так как компоненты имели различные некомплиментарные параметры, то пришлось прибегнуть к симуляции этой схемы.
На приведенной схеме сопротивление R1 - это эквивалент высокочастотного динамика. R2 - низкочастотного. При указанных номиналах частота среза составила примерно 2100 Гц, что соответствует верхней части основного диапазона человеческого голоса (вокал). Все высшие гармоники (окраска голоса) при таком делении уходят на "твитеры".
Сразу уйду к моменту усовершенствования всей звуковой системы. Как оказалось, несмотря на повышенное сопротивление, высокочастотные динамики оказались сильно орущими. Внесение в схему дополнительного конденсатора С2 превратило ВЧ фильтр в 3-й порядок, но при таком решении затухание в этом тракте составило дополнительные 10 дБ, и позволило совместить фазовые расхождения вплоть до 30 град. (до этого было 90).
Второй график как раз показывает изменение фазы вблизи частоты среза. Так как все динамики имеют сложную пространственную ориентацию, то такие фазовые наложения особо не играют роли при такой их разнице. Сразу оговорюсь, что если НЧ и ВЧ динамики стояли в одной плоскости, то их полярности необходимо было включать встречно-последовательно. Данное обстоятельство отражено на графиках.
Но, при сборке схемы, обратите внимание, что НЧ динамики конструктивно развернуты, а значит их подключение должно быть плюс к минусу ВЧ.
Естественно, компактное устройство в силу своих маленьких размеров не в состоянии воспроизводить частоты нижнего участка участка звукового диапазона, так называемые "Басы". Причин тут несколько, основные их них - это площадь звукоизлучающей поверхности, а также масса подвижной системы динамика. При уменьшении этих параметров снижается способность всей системы адекватно воспроизводить НЧ. Для того чтобы преодолеть их, в классических системах применяется ряд ухищрений, такие как эквалайзер или увеличение объема акустической системы в которой конструкционно акцентируется подъем необходимых частот и подавление нежелательных. В компактных устройствах такие принципы неприемлемы так как увеличивают объем или снижают полезную мощность (что в свою очередь - экономичность при автономной работе).
На данный момент существуют еще 2 современных способа обхода вышеизложенной проблемы - это применение пассивных звуковых радиаторов и вибродинамиков. В данном устройстве используются 2 этих принципа достаточно хитрым способом.
Разительное отличие принципа πCcolo от классических систем состоит в том, что акустические динамики "играют" обратной стороной. Излучаемая энергия с фронтальной стороны громкоговорителей поступает по маленькому закрытому звуковому каналу внутри устройства через небольшой механический фильтр (синтепон) на пассивный радиатор, который в свою очередь подчеркивает звук в области низких частот. Следует отметить, что в классических системах, звуковую энергию внутри корпуса всячески подавляли, так как она носила нежелательный и даже вредный характер. В этом решении она в максимальной мере используется для воспроизведения низких частот.
При выборе компонентов, к сожалению был ограниченный выбор, чтобы сделать все так как было задумано. В качестве низкочастотных динамиков были выбраны китайского производителя SOTAMIA - всего 4 Ом, диаметром 27мм! Ранее они позиционировались как сабвуферный, но потом производитель внес изменения в конструкцию, и они стали "широкополосными". Для реализации 2 полосной системы в пару им были выбраны пленочные динамики для ноутбука 8 Ом, 16 мм. Позиционировались как широкополочные, но, естественно, в таких габаритах они будут естественнее звучать на средних и высоких частотах.
В качестве кроссовера была выбрана схема параллельного подключения. Достоинствами такой схемы является то, что используется минимум компонентов (1 индуктивность + 1 емкость) для организации фильтра второго порядка. Второе преимущество заключается в том, что частота среза и фазовые изменения находятся в балансе, а усилитель сам нивелирует все эти искажения. Так как компоненты имели различные некомплиментарные параметры, то пришлось прибегнуть к симуляции этой схемы.
На приведенной схеме сопротивление R1 - это эквивалент высокочастотного динамика. R2 - низкочастотного. При указанных номиналах частота среза составила примерно 2100 Гц, что соответствует верхней части основного диапазона человеческого голоса (вокал). Все высшие гармоники (окраска голоса) при таком делении уходят на "твитеры".
Сразу уйду к моменту усовершенствования всей звуковой системы. Как оказалось, несмотря на повышенное сопротивление, высокочастотные динамики оказались сильно орущими. Внесение в схему дополнительного конденсатора С2 превратило ВЧ фильтр в 3-й порядок, но при таком решении затухание в этом тракте составило дополнительные 10 дБ, и позволило совместить фазовые расхождения вплоть до 30 град. (до этого было 90).
Второй график как раз показывает изменение фазы вблизи частоты среза. Так как все динамики имеют сложную пространственную ориентацию, то такие фазовые наложения особо не играют роли при такой их разнице. Сразу оговорюсь, что если НЧ и ВЧ динамики стояли в одной плоскости, то их полярности необходимо было включать встречно-последовательно. Данное обстоятельство отражено на графиках.
Но, при сборке схемы, обратите внимание, что НЧ динамики конструктивно развернуты, а значит их подключение должно быть плюс к минусу ВЧ.
Тут приводится компоненты без указания места приобретения. Если будут вопросы - пишите в теме или личку.
2. Портативный мини-динамик (сабвуфер) SOTAMIA, 27 мм, 4 Ом, 3 Вт, - 2 шт
3. Литиевый перезаряжаемый пальчиковый аккумулятор типоразмера AAA 10440, 3,7В, 320мАч - 3 шт
4. Винт под шестигранник M1.6х10 - 8 шт
5. Пассивный овальный звуковой радиатор 2040 - 1 шт
6. Светодиод 8 мм, белый, ультраяркий, с пологой линзой (для фонарика, имитация "Магического глаза") - 1 шт
7. Светодиод RGB 5050 для индикации работы/заряда и режима Bluetooth - 1 шт
8. Кнопка тактовая 6x6x4,3мм для управления питанием - 1 шт
9. Кнопка тактовая SMD 4x4x1,5мм для сброса контролера Bluetooth - 1 шт
...
21. Конденсатор SMD 10мкФ, 10 В мин. - 4 шт
22. Индуктивность SMD CD104R 220 мкГн, 10х10х4 - 2 шт
...
...
- Основной блок колонки:
2. Портативный мини-динамик (сабвуфер) SOTAMIA, 27 мм, 4 Ом, 3 Вт, - 2 шт
3. Литиевый перезаряжаемый пальчиковый аккумулятор типоразмера AAA 10440, 3,7В, 320мАч - 3 шт
4. Винт под шестигранник M1.6х10 - 8 шт
5. Пассивный овальный звуковой радиатор 2040 - 1 шт
6. Светодиод 8 мм, белый, ультраяркий, с пологой линзой (для фонарика, имитация "Магического глаза") - 1 шт
7. Светодиод RGB 5050 для индикации работы/заряда и режима Bluetooth - 1 шт
8. Кнопка тактовая 6x6x4,3мм для управления питанием - 1 шт
9. Кнопка тактовая SMD 4x4x1,5мм для сброса контролера Bluetooth - 1 шт
...
- Кроссовер (для начала можно собрать вариант без него):
21. Конденсатор SMD 10мкФ, 10 В мин. - 4 шт
22. Индуктивность SMD CD104R 220 мкГн, 10х10х4 - 2 шт
...
- Блок зарядки аккумуляторов и питания (для начала можно собрать без него, с внешним зарядным устройством):
-- вариант 1, с фонариком.
Плата на м/с IP5306 (SM5308, иногда маркируется MH-CD42...) 2,4А, 4 индикатора на плате.
Потребуется схемотехническая доработка индикаторов с четырех на 2 светодиода, ограничение тока заряда и детекции слабой нагрузки.
- USB модуль зарядки повербанка 20х25мм (иногда маркируется CKCS, требуется доработка платы) - 1 шт
или
- Модуль питания MH-CD42 - 1 шт
- Клей типа B-7000 для приклейки динамиков и пассивного радиатора
- Клей эпоксидный 2-компонентный для фиксации навесного монтажа
- Расщепленный слой синтепона толщиной 2-3 мм, 60х30 мм, для акустического НЧ фильтра
- Лист из луженой/никелированной/нержавеющей жести ~0,2 мм для создания контактных площадок к элементам питания
Печать модели осуществляется распространенным пластиком на самых распространенных моделях FDM принтера.
Требования печати:
Основное требование - передача детализации и механическая прочность на удар во всех плоскостях.
Корпус колонки представлен следующими частями (см. приложение):
Требования печати:
- Пластик: PET-G предпочтителен для прочности, ABS (не тестировался)
- Сопло: 0,4мм (возможно уменьшение для передачи детализации)
- Толщина слоя: 0,2 мм
- Стенки: 2
- Сплошные слои (верх-низ): 3/3
- Заполнение: 20-50% (гироидное, для вида, при применении полупрозрачных пластиков)
- Поддержка: обязательна везде >50 град. (органическая лучше), нужно исключить только под вертикальными отверстиями в основном корпусе и под рельефными надписями в крышке.
Основное требование - передача детализации и механическая прочность на удар во всех плоскостях.
Корпус колонки представлен следующими частями (см. приложение):
- Основной корпус - на столе модель лучше повернуть на 45 град. по Z. Вместе с монотонным заполнением верхней поверхности получите интересный рисунок на лицевой поверхности (см. рисунок)
- Задняя крышка
- Корзины динамиков (правая + левая)
- Колпачок кнопки
- Декоративные колечки твитеров - 2 шт
Для всех реализаций схем крайне желательно наличие защиты от разряда батареи. Контроллер Bluetooth AC6925C остается включенным до напряжения питания 2,2 В, что может губительно повлиять на батарею, разрядив ее ниже допустимого порога. При выборе платы также нужно следить чтобы зарядное устройство обеспечивало отключение устройства ниже допустимого напряжения разряда применяемых батарей. Оптимальным порогом будет 2,9...3,3 В.
Для уменьшения габаритов зарядной платы (ЗУ) можно отпаять разъем USB или подрезать платы в местах, где отсутствуют элементы. Если будут перерезанные проводники то их необходимо соединить перемычками. Подпаиваться необходимо к соответствующим укороченным дорожкам, соответственно подготовив площадку для пайки.
Светодиодный индикатор RGB может использоваться при подключении к различным схемам. Режим Bluetooth (синий) требует подключения общего провода к катоду, индикаторы заряда и работы (красный и зеленый) - в разных случаях различны и зависят от схемы. Расположение выводов светодиодной матрицы уточняйте индивидуально у каждого типа прибора.
В качестве готового решения используется плата заряда, такая как показана ниже:
в частности реализация данного блока может быть реализована на ряде однотипных микросхем:
другое решение - модуль заряда MH-42CD. Как правило в ней может быть установлена любая из вышеперечисленных микросхем, и прогарантировать удачную работоспособность тут не возможно.
Все выше указанные микросхемы поддерживают индикацию до 4-х светодиодов, но так же позволяют переподключить схему на использование двух, что используется в этой конструкции колонки. Так же возможно использование других аналогичных плат заряда но использующие индикацию в 2 светодиода:
Для уменьшения габаритов зарядной платы (ЗУ) можно отпаять разъем USB или подрезать платы в местах, где отсутствуют элементы. Если будут перерезанные проводники то их необходимо соединить перемычками. Подпаиваться необходимо к соответствующим укороченным дорожкам, соответственно подготовив площадку для пайки.
Светодиодный индикатор RGB может использоваться при подключении к различным схемам. Режим Bluetooth (синий) требует подключения общего провода к катоду, индикаторы заряда и работы (красный и зеленый) - в разных случаях различны и зависят от схемы. Расположение выводов светодиодной матрицы уточняйте индивидуально у каждого типа прибора.
- Вариант начальной схемы колонки 3W
- Вариант схемы колонки 6W
В качестве готового решения используется плата заряда, такая как показана ниже:
в частности реализация данного блока может быть реализована на ряде однотипных микросхем:
- IP5306 (ток заряда до 2,1А)
- SM5308 (ток заряда до 2,1А) - на данной микросхеме происходит переход питания в дежурный режим из-за недозагруженности по линии питания.
- FM5324** (ток заряда до 2,0А) - на данной микросхеме происходит переход питания в дежурный режим из-за недозагруженности по линии питания. Наблюдается интересный эффект перехода в ждущий режим - сначала гаснет зеленый светодиод, затем, через 5 секунд, отключается питание.
- IP5305 (ток заряда до 1,2А)
другое решение - модуль заряда MH-42CD. Как правило в ней может быть установлена любая из вышеперечисленных микросхем, и прогарантировать удачную работоспособность тут не возможно.
Все выше указанные микросхемы поддерживают индикацию до 4-х светодиодов, но так же позволяют переподключить схему на использование двух, что используется в этой конструкции колонки. Так же возможно использование других аналогичных плат заряда но использующие индикацию в 2 светодиода:
- IP5303 (ток заряда до 1,2А)
- для уменьшения искажений звука на большой громкости установите незапаянный конденсатор. Принцип: чем больше - тем лучше. Мин. напряжение 6.3 В, лучше 10 В. Нужно учитывать тот факт, что некоторые платы питания не работают на емкостную нагрузку.
- если используется зарядное устройство (ЗУ) внутри корпуса, то следует перерезать питающую дорожку от разъема USB, и подать от него питание на вход ЗУ.
- для выноса индикации состояния Bluetooth нв фронтальную сторону, требуется отпаять светодиод на плате. Точка подключения на анод внешнего светодиода указана на схеме.
- в случае, если не используется ЗУ с кнопкой, то кнопку включения устройства можно вывести на верхнюю сторону колонки.
- плата была разведена с ошибкой, когда усилитель не уходил в спящий режим при выключении устройства и потреблял от батареи значительный ток. Соединение ножек MUTE (5) и SHDN (12) решает эту проблему, причем последний вывод нужно отвязать от питания через резистор (отпаяв его), и соединив его на землю через подтягивающий резистор 1...100 кОм. Он нужен для надежного отключения усилителя.
- Иногда при работе схемы на линии питания возможны всплески напряжения до губительных 6 В для всех микросхем. Связано это как с применением достаточно мощных низкочастотных динамиков, так и с применением индуктивностей в кроссовере, или в фильтре питания для некоторых ЗУ. Иногда такие всплески могут вызвать перебои в работе BT контроллера, что так же может вывести схему из строя. Для предотвращения таких случаев рекомендуется применение защитного стабилитрона на 5,6 В на линии питания.
- при питании от 5 В или от повышающего модуля, иногда не хватает внутренней громкости, чтобы раскачать систему. Можно поменять указанные сопротивления на 20 кОм, или подобрать их. В оригинале установлены 47кОм.
-- Добро пожаловать в обсуждение! --
---------Данная статья пока не завершена в связи с ограниченностью времени для полного описания. Просьба не удалять! Будет дополнятся материалом: схемами, решениями, 3D-моделями, и списком компонентов...
Изменено:
