Звуковая коробка

Предназначена для озвучивания помещений и небольших площадок от различных источников сигнала.

О конструкции.

При «постройке» звуковой коробки были применены в качестве основы конструкции модули, приобретенные на Алиэкспресс. А именно:
1. Миниатюрный ресивер фирмы Kebidu с Bluetooth и радиоприемником диапазона FM, разъемами USB, AUX, слотом для TF-карт, поддержкой большинства популярных форматов цифрового звука.
Содержит встроенные пресеты эквалайзера. Так же ресивер имеет память установленных уровней громкости, пресетов и настроек приемника. Управление возможно как с пульта, прилагаемого к ресиверу, так и с помощью кнопок, расположенных на панели ресивера. Напряжение питания ресивера +5В…+12В.
Вид ресивера приведен на рис.1

Рис.1 Модуль ресивера

2. Плата цифрового усилителя 2.1, собранная на паре чипов ТРА3116D2 со следующими параметрами (заявленными производителем платы):
Напряжение питания +12В…+26В;
Выходная мощность при +15В и нагрузке (для каждого из каналов) 8Ом – 2Х18Вт + 36Вт; 4Ом – 2Х32Вт + 64Вт;
Выходная мощность при +19В и нагрузке (для каждого из каналов) 8Ом – 2Х32Вт + 64Вт; 4Ом – 2Х45Вт + 90Вт;
Выходная мощность при +15В и нагрузке (для каждого из каналов) 8Ом – 2Х38Вт + 76Вт; 4Ом – 2Х55Вт + 100Вт;
Максимальный потребляемый ток 6А;
Полоса усиления 14Гц…100кГц;
отношение «сигнал/шум» - 100дБ;
Частота коммутации – 1,2МГц.
Плата усилителя содержит регулятор уровня общей громкости, регулятор балланса стерео-каналов, регулятор НЧ (мощности сабвуфера).
Внешний вид платы усилителя приведен на рис.2

Рис.2 Плата цифрового 2.1 усилителя

3. Модуль DC-DC с регулировками выходного напряжения и ограничения по току на микросхеме XL4015E1 со следующими параметрами:
Диапазон входного напряжения +8В…+36В;
Диапазон регулирования выходного напряжения +1,25В…+32В;
Максимальный выходной ток – 3А.
Внешний вид модуля приведен на рис.3

Рис.3 Внешний вид регулируемого DC-DC модуля

Следующие модули были изготовлены самостоятельно:
1. Модуль задержки подключения нагрузки к выходу усилителя с элементами питания для модуля ресивера.
Время задержки подключения составляет 1,5с…3с.
Принципиальная схема модуля приведена на рис.4, внешний вид модуля показан на рис.5

Рис.4 Принципиальная схема модуля задержки подключения нагрузки

Рис.5 Внешний вид модуля задержки

Время задержки определяется напряжением питания (стабилизировано интегральным стабилизатором U1 - +9В) емкостью конденсатора C3, и установленным значением подстроечного резистора PR1. Примененные реле – РЭС-47 (0602) с напряжением срабатывания +5В. Соответственно, в цепь катушки каждого из реле включен токоограничивающий резистор (на схеме не показано). На плате модуля так же установлены светодиоды индикации питания +9В (красный) и срабатывания реле (синий). Напряжение +9В с выхода U1 так же обеспечивает питание ресивера. Несмотря на небольшой общий ток (около 120мА при работающих реле и подключенном ресивере), потребляемый по +9В, на корпус интегрального стабилизатора установлен небольшой радиатор.

2. Модуль защиты аккумуляторов от разряда.
Принципиальная схема модуля приведена на рис.6, внешний вид модуля показан на рис.7
Модуль предназначен для отслеживая уровня напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, обеспечивая отключение нагрузки от батареи при ее разряде до определенного некритичного значения (в данном случае Umin=+12В) и подключает нагрузку при достижении уровня напряжения до некоторого значения (в данном случае Umax=+13,5В) на клеммах батареи, обеспечивая, таким образом, работу нагрузки от АБ, недозаряженной до максимального значения.
Схема выполнена таким образом, что переключение в каждое из состояний (при достижении одного из пороговых значений) происходит лавинообразно (без плавно нарастающих процессов). Установка одного из порогов (в зависимости от состояния схемы) производится с помощью подстроечного резистора PR2, установка гистерезиса (межпорогового окна) производится с помощью подстроечного резистора PR1.

Рис.6 Принципиальная схема модуля защиты аккумуляторов от глубокого разряда

Рис.7 Внешний вид модуля защиты аккумуляторов

Один из возможных вариантов печатной платы модуля защиты аккумуляторов от глубокого разряда приведен в ранее опубликованной статье здесь:
https://cxem.net/pitanie/5-428.php?ysclid=lycwlk52dl937193043.

Теперь, когда имеется в распоряжении все необходимое для сборки звуковой коробки, можно приступить к рассмотрению схемы соединения всех модулей (рис.8) в единое устройство.

Рис.8 Схема соединения модулей

В качестве основного источника питания звуковой коробки (ЗК) применен блок питания от ноутбука мощностью 65Вт/19В, что при достаточно высоком КПД платы усилителя должно обеспечить максимальную выходную суммарную мощность не менее 55Вт…58Вт с учетом работы всех устройств (ЗК). Естественно, что мною учитывается то обстоятельство, что заявленные производителем параметры усилителя, - несколько (этак – вдвое) завышены. Значит, и работа БП облегчается.
Как видно (схема на рис.8) питание с основного БП (+19В) через диод VD1 подается на нормально разомкнутый контакт реле К1.2, только при замыкании которого возможна подача напряжения питания на модули ресивера, усилителя и платы задержки. Замыкание К1.2 обеспечивается подачей питания на обмотку реле К1 фиксируемой кнопкой SB1. После подачи напряжения питания +19В на модули ресивера, усилителя и задержки, отрабатывает схема задержки и ЗК готова к работе. Если в разъем USB вставлен флэш-накопитель (например), то начнется воспроизведение звукового файла с того самого момента, на котором воспроизведение было прервано.
Напряжение +19В подается так же и на вход DC-DC преобразователя, выходной плюсовой контакт которого через развязывающий диод VD2 соединен с плюсом батареи АБ1. Минусовой провод выхода DC-DC модуля разделен с общим для ЗК проводом встроенным в DC-DC токозадающим резистором. Поэтому заданное ограничение тока имеет значение только для заряда аккумулятора АБ1. Ток заряда АБ1 ограничен с помощью регулировки DC-DC на уровне 1А, а напряжение на выходе DC-DC модуля установлено на уровне +16,4В (4Х4,1В).
АБ1 работает в буферном режиме и не участвует в питании ЗК при работающем БП благодаря диодной развязке (VD1, VD3), когда VD3 заперт положительным напряжением +19В при гораздо меньшем напряжении на АБ1. При отключении БП от сети потребление устройств ЗК производится от АБ1, мгновенно подключаемой к модулям. Если в процессе автономной работы напряжение батареи будет снижено до +12В, питание модулей от АБ1 будет прервано устройством защиты АБ. Работу ЗК можно будет возобновить только при подключении ЗК к электросети. При этом АБ1 вновь будет заряжаться. Выключение ЗК можно произвести в любой момент кнопкой SB1, отжав ее. Контакт К1.1 при этом так же будет разомкнут, предотвращая разряд АБ1 через схему модуля защиты батареи.

Компоновка модулей внутри коробки – произвольная, с расчетом соединений проводами минимальной длины. Соединение выхода ресивера со входом усилителя – витая пара.
Вид монтажа в коробке показан на рис.9.
Внешний вид ЗК показан на рис.10.

Параметры ЗК приблизительно следующие
Выходная измеренная максимальная неискаженная мощность с установленными параметрами громкости ресивера и питанием от сети (+18,5В)
для стерео-каналов с динамиками 8Ом – 2Х8Вт
для сабвуфера – 15Вт
с питанием от аккумулятора
для стерео-каналов – 6Вт
для сабвуфера – 13Вт
Шумов паузах практически не слышно.

Рис.9 Монтаж модулей в ЗК

Звук ЗК вполне приличный. ЗК вполне может вполне быть альтернативой компьютерным колонкам или озвучить гараж.
Радиоприемник ЗК, к сожалению, разочаровал малым количеством чисто принимаемых станций (в отличии от автомагнитолы).
Для стерео-каналов использованы динамики 10Вт/8Ом, в НЧ-канале работает динамик 20Вт/6Ом.

Рис.10 Внешний вид незакрытой ЗК.

Сама коробка довольно прочная и лишь слегка усилена проклейкой дополнительных листов картона изнутри и обклеена декоративной пленкой (на фото этого еще нет).
В качестве аккумуляторной батареи использована сборка из 4-х последовательно включенных сдвоенных элементов 18650, изъятых из неисправной батареи самоката. Длительность звучания ЗК от батареи специально не проверялась, но при средней мощности ЗК проработала около 5 часов без отключения устройством защиты, после чего уже не раз кратковременно использовалась при работе с ноутбуком.
Основной минус описываемой конструкции заключается в том, что все устройство действительно размещено в объеме большой картонной коробки. Коробка остается коробкой со всеми вытекающими: малой механической прочностью, гигроскопичностью, низкими акустическими свойствами (оговорюсь: относительно качественно изготовленного корпуса).

Основной плюс конструкции – в ее быстром изготовлении, возможностью макетирования и экспериментами в компоновке непосредственно в объеме коробки. А т.к. стоимость начинки невысока, конструкцию можно использовать практически везде (тем более, что «коробка» снабжена аккумуляторами), где жалко было бы эксплуатировать приличный покупной аппарат.

Ранее статья под одноименным названием была мною опубликована здесь https://cxem.net/sound/raznoe/soundbox.php