Aktív 2.2 álló PC hangdoboz

A honlapommal kapcsolatos emailes megkeresések alapján megérlelődött bennem a gondolat, hogy kellene csinálnom egy minta projektet, aminek alapján a kezdő hangdobozépítők megfelelő betekintést nyerhetnek a hangdobozépítés alapjaiba, és kézhez kapnak egy olyan tervet, amit könnyen meg tudnak maguknak építeni. A főbb szempontok ennek alapján a következők lettek:
- minél olcsóbb legyen az egész, ahol lehet, mindent megspórolni,
- aktív PC hangszóróként működjön,
- ne a szokásos "kétutas állódoboz 3 kHz-en váltva" kaptafára készüljön, hanem inkább fullrange + mélynyomós megoldásként. Ennek van egy olyan előnye, hogy ízlés szerint megépíthető 2.2 helyett 2.1 konfigurációban, külön mélynyomóval (nyilván hatásfokveszteség árán), ekkor a két szélessávú elfér az asztalon, a mélynyomó meg alatta,
- mindemellett lehetőleg teljes értékű dobozpár legyen az eredmény.
Az olcsóságnál a cél az volt, hogy az egész tokkal-vonóval ne (nagyon) lépje át a lélektani 20 eFt-os határt. Aki már valaha épített dobozt, az tudja, hogy egy passzív kétutas sem nagyon áll meg ennyi pénzből, pláne egy aktív. Mint a költségvetésből látható lesz, ez gyakorlatilag teljesíthetetlen. A következő pontokon lehet némi pénzt megspórolni:
- a PC-ben rendelkezésre áll +12V-os táp - nem kell hálózati tápegységet építeni (ez az erősítő költségeit drasztikusan csökkenti),
- aktív keresztváltó használatával meg lehet takarítani a méregdrága tekercsek és kondenzátorok árát - elmarad a passzív váltó.
- a hangszórókat a Somogyi kínálatából választottam: könnyen beszerezhetők és olcsóak, a minőségük egy kezdő építőnek bőven jó.

Doboztervezés

Konkrétan az SBX-1010 és az SBX-1620 lett a kiválasztott. A doboz méretét a nagyobbik határozza meg: 22 literes reflexdobozban, megfelelően méretezett reflexcsővel 41 Hz a -3 dB-s pont, ez PC-s használatra bőven elegendő. A reflexcső természetesen a doboz anyagából lesz kialakítva: ekkora költségvetés mellett nem megengedhető luxus :-) külön megvenni. Mivel karcsú állódobozt akartam, ezért a mélyközép oldalra kerül. A kis hangszóró beépítési átmérője 9 cm, így a doboz nettó szélességét 11 cm-re választottam. 16 mm-es MDF-ből építve így 14,2 cm lesz a teljes szélesség + amennyire a nagy hangszóró kiáll, de még így is kevesebb, mint 15 cm. Ha a mélyközépre jutó nettó magasság 85 cm, akkor a teljes dobozmagasság 100 cm-ben elfér. Ebből mélységre nettó 23,5 cm, ezt felkerekítve 24-re, a bruttó mélység 27,2 cm lesz: egyáltalán nem drabális. :-) A kis hangszórónak így 2,9 liter jut. A doboz magasságát némileg megnöveli az elektronika helye, erre alul lesz kialakítva egy üreg (így a végső méretek az itt leírtaktól kismértékben eltérnek, lásd a rajzot a Letöltések rovatban).

Aktív 2.2 PC speaker

Elektronika tervezés

Aktív váltóról lévén szó, az elektronika csatornánként egy 24 dB/oktávos, 100 Hz-re méretezett Linkwitz-Riley keresztváltóból és ezt követő két, MP7720 kapcsolóüzemű végerősítő IC-re épülő végerősítőből áll. Ezekből néhány Watt kijön 12V-on, PC hangszórónak többet nem is szabad adni. :-)
Az SBX-1010-nek van egy kiemelése 6 és 9 kHz között, ezt egy Notch szűrővel semlegesítjük. Ez elég kellemetlen a költségvetésre nézve: még ha nem is használunk légmagos tekercset meg fóliakondenzátort, hanem csak bipoláris elkót és ferritmagos fojtót, akkor is jelentős többlet.

Költségvetés (oldalanként)

A költségvetés áttekintése nagyon tanulságos, és jól mutatja a választ az első kérdésre, amit kezdő építőknek fel szoktam tenni: azért építesz, hogy olcsóbb legyen? Mert nem lesz az, ha megfeszülsz sem...
Az árakat nagyjából 100 Ft-ra kerekítettem, és nem írtam fel az összes filléres alkatrészt, a lényeg úgyis a nagyságrend, nem a hajszálpontos összeg.
- SBX-1620 mélyhangszóró: 3900 Ft,
- SBX-1010 mélyközép hangszóró: 2000 Ft,
- MDF vagy pozdorja, 16 mm-es, méretre vágva: 3000 Ft,
- MP7720, 2 db, összesen: 1000 Ft,
- műveleti erősítők a keresztváltóba: 200 Ft,
- Notch szűrő: 500 Ft,
- Belső kábelezés: antenna koax a MM-ból :-), mert a koax az jó: 500 Ft,
- kondenzátorok, ellenállások, induktivitások: 900 Ft.
Nincs még nyomtatott áramkörünk, és PC oldali csatlakozónk, de mondjuk ez utóbbi tényleg nem tétel. Viszont nincs se festék, se tapéta, se furnér, és így tartunk 12,000 Ft-nál dobozonként, vagyis a még hiányzó tételekkel jó eséllyel át fogja lépni a projekt a 30 eFt-os határt! Oké, ez nem egy passzív dobozpár, de az akkor sem kevés.

Doboz

A doboz aránylag egyszerű konstrukció, a nehézséget ezúttal két apróság okozta az építésben: vásárláskor nem kaptam MDF-et, csak pozdorját, és ahhoz, hogy ezt festeni lehessen, komolyabb felületelőkészítés kell. Ráadásul mivel a frontot másféle színűre szeretném, az előlap felragasztása csak a festés után lehetséges. A két dobozt értelemszerűen tükörszimmetrikusan kell megépíteni.

A pozdorját minimum kétszer kell fatapaszolni, hogy elég sima felületet kapjunk. Utána neki lehet esni alapozóval.

Mindig megfogadom, hogy nem váalsztok többé felületkezelésnek festést, és mindig rájövök, hogy miért nem volt jó ötlet megszegni ezt a fogadalmat. :-) Ezúttal matt akril festéket választottam, a doboz testének fehér, az előlapnak szürke színben. Mindez nagyon kellemesen harmonizál a hangszórók fekete és sárga színeivel... miután sikerült nagyjából hét réteg szürke festék felhordása után végre homogén felületet kialakítani. Enyhítő körülmény, hogy az akril hihetetlenül gyorsan szárad, így egy nap három-négy réteget is rá lehet kenni. A festés elkészülte után már sok tennivaló a dobozzal nincs: behúzni a kábeleket, felragasztani az előlapot és beszerelni a hangszórókat. A "passzív" rész ezzel kész.

Elektronika megvalósítás

A mellékelt blokkvázlat mutatja az elektronika felépítését csatornánként. Ez lényegében megfelel a fent leírtaknak. Lévén egyszeri +12V a tápellátás, mesterséges nullapont van féltápon a keresztváltónak; ugyanez kell az MP7720-nak is. A végerősítők indítását egy egyszerű késleltető végzi. A szélessávú hangszóróval sorbakötött RLC kör biztosítja a karakterisztika egyengetését.

ESP aktív váltó MP7720 adatlap

Az áramkörök hosszú szünet után elkészültek. Tekintve, hogy semmi tapasztalatom nincs a digitális végfok IC-vel, úgy döntöttem, először a keresztváltó részt élesztem fel. Ennek megfelelően a NYÁK itt még csak félig van beültetve.

A karakterisztika elég jól emlékeztet arra, amire kellene... bár ez a mellékelt képről nehezen olvasható le. :-) Az egyszerűség kedvéért vastag fehér vonal jelzi a 100 Hz-et. Ami érdekes, hogy mindkét szűrőnek van kiemelése pont a határfrekvencián. Gőzöm sincs, mi okozhatja... lehet, hogy a csatolókondenzátor által behozott plusz időállandó, ami remélhetőleg eltűnik majd, ha rendesen le lesz zárva a kimenet. Meglátjuk.

Kapcsolóüzemű erősítő

Valahogy nagyon fáztam a kapcsolóüzemű erősítő felélesztésétől, főleg miután rájöttem, hogy a NYÁK tervezésnél nem igazán sikerült az IC adatlapjában leírtaknak megfelelően eljárni... az eredmény így nem is lett tökéletes. A főbb tapasztalatok:
- a cucc gyakorlatilag a "jég hátán is elindul" kategória, és elég "ütésálló",
- meglepő hangerő és (a hangdoboz bejáratása után) meglepően jó hang (oké, a magas frekvenciák nem borotválnak, de nem is szól tompán),
- az erősítő IC-k gyakorlatilag semmit nem melegszenek, ellenben a külső induktivitás rendesen fűt - ide valami komolyabb alkatrész kellene,
- valószínűleg a NYÁK tervezési problémák miatt a rendszernek van egy sistergős alapzaja (ha szól a zene, kevésbé zavaró, de akkor is megvan),
- célszerűbb lett volna az erősítőt nem a hangdobozba tervezni és építeni.
Szóval ez az egyik szemem sír, a másik nevet kategória. Egy új NYÁK tervezésével a cuccot egészen biztosan fel lehet javítani használhatóan alacsony zajszintig, de félek, hogy erre nem lesz sem energiám, sem időm. Ugyanakkor viszont már ebben a változatban is van annyira jó, hogy megéri befejezni, és megépíteni a másik dobozhoz tartozó erősítőt is (a nyaralóba pont jó lesz :-)). A sztereo hangzásról értelemszerűen akkor tudok majd nyilatkozni, amikor kész a másik fele is...

Újratervezés

A projekt évekkel ezelőtt elakadt, ráadásul a tavalyi pincebeázáskor az egyik doboz tönkrement, szóval ha azt akarom, hogy valaha legyen belőle valami, akkor neki kell állnom elölről, a hangszórókat leszámítva. A következő változtatásokat eszeltem ki:
- mivel 16 cm-es hangszóróról van szó, és a doboz méretei nem túl nagyok, valószínűleg nem lesz probléma a merevséggel akkor sem, ha 16 mm helyett 10 mm-es MDF-et használok - elvégre az volt a mondás, hogy minél olcsóbbnak kell lennie az egésznek,
- a digitális erősítő helyett egy építőkészletben megvehető sztereo integrált végfokot fogok használni, az aktív keresztváltót pedig megtervezem külön panelen,
- a kis hangszórót kímélendő, a keresztezési frekvenciát feltolom 150 Hz-re,
- a dobozrezonanciákat csökkentendő, a nagy hangszórót lejjebb, az üregének a felső harmadánál helyezem el.
Néhány részleten még morfondírozok, például kábelezés a két doboz között: legyen vajon egy dobozban a két erősítő, és csak hangszóróvezeték menjen a kettő között, vagy legyen ténylegesen mindkettő aktív?

A doboz újraméretezésénél úgy döntöttem, a vékonyabb anyagnak hála, megnövelhetem a nettó szélességet. Változatlan magasság mellett persze így csökkent a doboz mélysége, ami egyáltalán nem baj, kecsesebb tőle a forma, ráadásul abszolút értékben többet csökken a mélység, mint amennyit a szélesség nő, így ténylegesen még van plusz anyagmegtakarítás is.

FAST doboz új változat

Új elektronika, avagy egyszeres táp vs. középnullás táp

Az egyik érdekes kihívás az elektronika tekintetében, hogy az aktív keresztváltó középnullás tápellátást igényel, ellenben a választott TDA2005-ös végfok egyszeres tápról megy. A két áramkör összekapcsolása korántsem triviális, érdemes beszélni róla.

Mivel az audio jel tipikusan a nulla körül ingadozik, az egyszeres tápnál viszont nincsen negatív feszültség, ezért a TDA2005 IC bemenete jelszint illesztést végez. A gyári adatlapon szereplő belső kapcsolási rajz vonatkozó részlete látható az ábrán. Az 5-ös pont a bemenet, a tranzisztor bázisa fel van húzva akkora munkaponti feszültségre, hogy névleges jelszint mellett végig a pozitív tartományban maradjon.

Ennek megfelelően a gyárilag javasolt kapcsolásban a bemeneti csatolókondenzátor polarizált, és értelemszerűen a pozitív pólusa néz a bemeneti pont felé.

Most nézzük a teljes rendszer blokkvázlatát. A keresztváltó szimmetrikus tápellátását egy osztóval valósítjuk meg, lényegében egy virtuális nullpontot létrehozva. Ide kapcsolódik a forrásból érkező audio jel, így az audio föld a virtuális földpont lesz. A probléma lényege, hogy a TDA2005 földpontja viszont a táp negatív pontja, így jelen esetben nem köthetjük össze az audio földponttal , hiszen fél tápfeszültségnyire vannak egymástól. Két oka van, hogy ez mégsem probléma: - az audio jel váltófeszültség, így alapvetően mindegy, hogy mekkora egyenfeszültség eltolás van rajta. Mivel a táp negatívja össze van kötve, és a virtuális föld feszültsége ehhez képest konstans, lényegében van referencia "földpont" is audio szempontból. - a TDA2005 bemeneti szinteltolását nem zavarja, hogy a bemenetet felfelé vagy lefelé húzzuk, a különbség csak abban van, hogy a csatolókondenzátor ellenkező előjelű nyugalmi feszültségre töltődik fel - a gyári kapcsoláshoz képest fordítva kell bekötni.

A fent leírtaknak van néhány komoly következménye, amit mindenképpen szem előtt kell tartani , ha nem akarunk problémákat a rendszer működésében:
Ha földelt tápegységet használunk, és földelt jelforrásról hajtjuk meg az áramkört, akkor a hálózati védőföldön keresztül valósítjuk meg a két földpont leírt nem kívánatos összekapcsolását, és az egész úgy, ahogy van, nem fog működni.
Nézzünk néhány nem földelt jelforrást: mobiltelefon, hordozható MP3 lejátszó, tablet (amíg nincsenek mondjuk egy asztali PC USB portjába bedugva!), akkumulátorról használt notebook, valamint azok a 230V-ról üzemelő eszközök, amiknek sima kétpólusú dugója van védőföld érintkező nélkül.
Persze ha a tápegységünk nem földelt, akkor az sem probléma, ha a jelforrás az, lényeg, hogy a kettő egyszerre ne legyen. A notebook tápegységek részben földeltek, részben nem, egyedileg meg kell győződni róla, hogy éppen mink van, ha ilyet használunk.

Újraépítés

A múltkor közzétett új verzióhoz képest csavartam még egyet a dobozterven: úgy döntöttem, kimarad az elektronikát a belsőtől elválasztó belső fal. Ezzel megint nem keveset nyertem, ami a magasságot illeti. Volt még néhány egyéb apró

FAST doboz végleges változat

Első lépésben elkészült az aktív keresztváltó külön panelen. Igyekeztem úgy megtervezni, hogy többféleképpen is használható legyen: a tápfeszültség például lehet egyszeres vagy dupla. Jelen esetben az egyszerest használom - lásd az előző részben leírtakat.

A doboz felépítését meglepő módon a két kamrát elválasztó fallal érdemes kezdeni. Ha ez pontosan a helyére került, és a ragasztás megszáradt, a többi darabot már könnyen hozzá igazíthatjuk. Érdemes odafigyelni, melyek a doboznak azok a darabjai, amiket nem lehet simán a helyükre ragasztani, mert fúrni vagy fűrészelni kell.

Végül az lett a döntés, hogy az elektronika teljes egészében az egyik dobozba kerül, a másikban csak hangszórók lesznek. Ezzel a dobozzal kezdtem az építést. A második oldalfal felragasztása előtt célszerű megcsinálni a kábelezést, és persze a kis kamra csillapítását. A falra "tojástartó" szivacs helyett szokás szerint padlószőnyeget ragasztottam.

A 16-os hangszórót tartó oldallap dupla. Ez egyrészt megoldja a hangszóró besüllyesztését, másrészt a belső tartó 19 mm-es MDF-ből készült, így plusz merevítést illetve rezgéscsillapítást ad. Ügyeljünk a koncentrikus kivágásra, és figyelni kell arra, hogy ha a doboz felépítése miatt nem egyforma a jobb és a bal oldal, hanem tükörszimmetrikus!

Csiszolás és festés előtt célszerű a kis kamra bejáratát leragasztani, hogy ne jusson be fölösleges por. A képen megfigyelhető a dupla oldalfal, és az alsó merevítők. Ezek többek között azért szükségesek, hogy az alaplapot (talpat), ami a javíthatóság érdekében nem lesz hozzáragasztva a dobozhoz, legyen mihez csavarozni, a 10 mm-es MDF ehhez túl vékony.

A hangfalcsatlakozó helyét alaposan elő kell készíteni (persze még a doboz összerakását megelőzően). A légmentes zárást a hangszórók pereme alá is használt tömítőgyurma biztosítja.

Miután helyére került az előlap is, beszereltem a hangszórókat. Eddig tartott a történet egyszerűbbik fele - a másik doboz az elektronika miatt (is) lényegesen bonyolultabb.

Az áramkörök az alaplapra kerültek, persze gondosan meg kell tervezni az elhelyezésüket. Hiába kicsik a panelek, a rendelkezésre álló alapterület sem túl nagy. A keresztváltók előtt hagytam helyet tápelosztónak, közöttük pedig egy méretes pufferkondenzátor kap majd helyet.

A kondenzátor önmagában nem férne be a panelek közé, így faragtam neki egy kis tartót.

Az elektronika kitölti a rendelkezésre álló helyet. :-) Érdemes megfigyelni a részleteket: a kondenzátor rögzítése és bekötése, a forrfüles tápelosztó, a kábelvezetők a kondenzátor tartó oldalán: egészen rendezett az összkép. :-) Az áramkör bevetésre kész, már csak a hangszórókábelek nincsenek bekötve. Update: a végleges verzióban bekerült még egy egyszerű feszültségstabilizátor IC is a keresztváltó elé, enélkül használhatatlan módon búgott az egész.

Hangolás és tanulságok

Ahogy elkészült a doboz, rögtön nekiálltam mérni. Először természetesen a keresztváltó karakterisztikáját ellenőriztem, ahogy a kép is mutatja, elég tankönyvi lett. :-) A két hangszóró eredményei már kevésbé voltak szépek. Három problémát lehet megfigyelni: a mélynél túl nagy a reflexcső kiemelése, 100 Hz környékén lyuk van, a magasnál pedig van egy brutális kiemelés 7500 Hz körül - ez látszik az adatlapból, ide eleve terveztem egy párhuzamos Notch szűrőt.

Az összesített görbe sem néz ki túl jól. A mély hallhatóan gyenge (ez a bejáratás alatt rengeteget javult, csak utána már lusta voltam újra mérni :-)). A reflexcső okozta kiemelés csökkentésére úgy döntöttem, rakok némi csillapítóvattát a csőbe. A Notch szűrő alkatrészeit végül kísérletezéssel sikerült belőni, konkrétan semmi közük az elvileg szükséges értékekhez. :-(

A javításokkal sikerült a karakterisztikát kicsit kiegyengetni, és a hangzás végül egész kellemes lett. Nyaralóba "csak hogy zörögjön valami" :-) doboznak abszolút használható, ha nem is tökéletes, de egyáltalán nem zavaró vagy fárasztó a hangja.

És íme a bekábelezett elektronika. Látszik, hogy sikerült értelmes hosszúságúra levágnom a kábeleket, ha levesszük az alaplapot, nem a drótokon lóg az egész.

Hangsúlyozva a doboz barkácsjellegét, alkoholos filctollal rajzoltam fel a bekötést a csatlakozókhoz.

Próbaüzem :-), és még egy kis járatás. A kapcsoló szépen világít az előlapon. Ja és most nézem, egy szót sem írtam a feliratról. :-)

Szóval hobbiboltban vettem fából kivágott betűket, befestettem őket feketére, és simán Technokollal felragasztottam. Ragasztás előtt célszerű előzetesen kirakni a feliratot, hogy minden jó helyre kerüljön. A pozícionáláshoz pillanatszorítókkal felrögzítettem egy vonalzót az előlapra, és ahhoz igazítottam a betűket. A főkapcsoló, mint pont jelenik meg, így a doboz "hivatalos" :-) neve végül... nos, az lett, amit a képen láttok. :-)

És akkor lássuk, mibe is fáj ez az egész... Somogyi hangszórók, olcsó csatlakozók, olcsó erősítő építőkészlet... minden olcsó, és az eredmény mégis közelebb van a 40 ezer forinthoz, mint a 30 ezerhez. Szóval mik is a tanulságok?

- Nagyon sokan úgy állnak neki hangdobozt építeni, hogy szert tesznek egy(két) olcsó hangszóróra, és azt gondolják, hogy abból majd olcsó doboz lesz. Nos, nem. Persze mondhatjátok, hogy ez azért ennyi, mert aktív doboz, erősítővel... csak a szomorú helyzet az, hogy ha passzív hangváltót építesz, akkor az abba kerülő tekercsek és kondenzátorok ára lesz csillagászati. Ezért most ideírom, bár lehet, hogy a gyakran ismétlődő kérdések rovatba is oda kéne tenni: Ha azért akarsz hangdobozt építeni, hogy olcsóbb legyen, akkor ne építs, hanem menj el és vegyél. Építeni csak az alkotás öröméért szabad.
- A 37 ezer forintos számlának a négy hangszóró alig a harmadát teszi ki. Ha az SBX-1010 helyett Visaton FRS8-at, az SBX-1620 helyett pedig Visaton W170S-t használok, akkor az összköltség 37 eFt helyett 53 eFt lett volna, vagyis csak kb. 40%-kal több, és akkor tessék összehasonlítani a karakterisztikáikat a két felhasznált hangszóróéval... Ég és föld, mondom ezt úgy, hogy alapvetően nem szoktam elutasítani a SAL hangszórókat. Viszont ennek a felismerésnek köszönhetően most én is elgondolkodtam egy ilyen kombón. :-)

Az érdekesség kedvéért a költségek eloszlása, három fő csoportba sorolva. Ahogy fentebb is írtam, a hangszórók csak a költségek harmadát teszik ki.

A cikk utoljára frissítve: 2015.05.

Vissza a lap tetejére | Vissza a nyitóoldalra