Изготовление кабинета

В 2008 году нам в голову пришла идея сделать самим комбоусилитель. Причин было несколько: самая первая, естесственно, нехватка наличных, но были и другие... Нам нужен был не гитарный или басовый комбоусилитель, как это обычно бывает, а универсальный кабинет с универсальным усилителем, способный воспроизводить как гитарный звук, так и звук микрофона. К тому же мы хотели иметь одно устройство для всех - то есть при выезде мы хотели иметь минимум необходимого оборудования для звучания (имеется ввиду не концертное выступление, а музицирование в узком кругу, для своих). В то время у нас была акустическая гитара с пьезодатчиком, электрогитара с цифровым процессором и микрофон. То есть усилитель должен был содержать в себе еще и микшер... Если вы попробуете найти подобные устройства, вы будете разочарованы. Таких почти нет. Действительно, "почти". У Ерасова (yerasov.ru) мы нашли подобное устройство. Оно называется универсальный комбоусилитель KEYamp R2 (есть еще модификация R3 — отличается мощьностью). Имеет три канала, двухполосную акустику... В принципе, нас бы оно вполне устроило, если бы не два "НО": во-первых оно довольно громоздкое (440х620х305 мм), а во-вторых — цена!... Может, еще какие есть — не знаю!

За основу проекта были взяты размеры ерасовского же комбоусилителя Repetitor R1-50w. При проектировании была проштудирована книга Г.С.Гендина "Конструирование и расчет радиолюбительских акустических систем". Некоторые рекомендации, касательно создания акустических систем были перенесены на наш проект. Например, изоляция передней несущей стенки (на которой крепится динамик) от боковых ограждающих стенок резиной. Также для изготовления была применена 19-тимиллиметровая фанера, а не ДСП или еще какой материал. Все соединения были проклеены специальным влагостойким клеем для дерева Titebond II Premium Wood Glue (сделано в США), что обеспечило им хорошую герметичность. В итоге после установки овального динамика Pioneer TS-A6990 8x6 дюймов китайского производства, мы получили почти hi-fi звук... (На фото видно, что сначала на динамике спереди закреплена декоративная панель, на дальнейших снимках ее нет — ее пришлось оторвать, потому что она страшно дребезжала, к тому же малюсенькие динамики на ней оказались фальшивыми; еще пришлось закрепить на герметик конденсатор на среднем динамике по той же причине; стойку на которой крепиться средний динамик от вибраций постоянно сворачивало — налили суперклей на крепежный винт с обратной стороны и закрутили от души...). По крайней мере, это акустическое оформление выжимает максимум из этого динамика. На некоторых снимках видно, что фанера растрескалась во врема обработки, но это все было замаскировано обтяжкой из кожезаменителя. Внутреннее заполнение — синтепон.

Электроника собрана в коробке из-под компьютерного блока питания (виден на последнем фото). В качестве микшера мы взяли 5-тиканальный Lilliput опять же Ерасова. Более подробно читайте далее.

В заключение добавлю — мы начали этот проект в надежде достигнуть две цели: сэкономить деньги и получить именно то, что нужно. Второй цели мы достигли полностью. Насчет первой цели можно сказать так: если есть увлечение, желание и некоторый фанатизм что ли в этом деле, то это то, что нужно. Если нет — лучше потратить деньги. По цене, конечно, получилось дешевле, но здесь не учтены время и силы, затраченные на реализацию проекта. Поэтому я бы не рекомендовал этим заниматься только из-за экономии. Большой выгоды не почувствуете.

Электронная начинка комбоусилителя

Так как за основу проекта был взят ерасовский комбик Repetitor R1-50w, обладающим эффективной мощностью 50 Вт, а в гараже завалялся трансформатор типа ТПП307-127/220-50, имеющий по 1,5 А во вторичных обмотках и напряжение на них 2×22 В, при последовательном включении, было принято решение — в качестве УМЗЧ использовать микросхему TDA7295 (datasheet TDA7295.pdf). Питание микросхемы может быть в пределах ±40 В. Источник питания на таком трансформаторе может выдать два напряжения по 26 В и ток, примерно, 1,5 А в плечо. Следовательно, можно раскачать в нагрузке до 60 Вт, что вполне достаточно.

В ПП PCAD 2002 была разработана топология печатной платы, спасибо за помощь в создании топологии Андрею Митяеву и Виталию Запевалову, преподавателям ЮУрГУ.
Топология печатной платы УМЗЧ.

http://s7.uploads.ru/t/odjxh.jpg

После первых испытаний пришли к выводу — необходимо использовать предоконечный усилитель. Принимая во внимание, что нам нужно иметь регулируемый линейный выход и микрофонный компрессор, родилась следующая функциональная схема.
Функциональная схема электроники комбоусилителя.

http://s8.uploads.ru/t/7M3ZU.jpg

Предоконечный усилитель собран на микросхемах NE5532 (datasheet NE5532.pdf), с питанием ±15 В. Схема достаточно простая, поэтому накидав элементы в PCAD, была сразу создана топология, минуя этап проектирования схемы.
Топология предоконечного усилителя.

http://sa.uploads.ru/t/9WyDg.jpg
.

Проштудировав немало литературы и просмотрев немало схем по построению компрессоров было принято решение использовать готовую микросхему компрессора/лимитера типа SSM2166 (datasheet SSM2166.pdf), которую пришлось приобретать в московском магазине радиодеталей.
Схема компрессора/лимитера.

http://sg.uploads.ru/t/Jewqf.jpg

Топология компрессора/лимитера.

Топология компрессора/лимитера.

Печатные платы УМЗЧ и предоконечного усилителя удалось заказать на предприятии ООО «Планар», за что огромное спасибо Владимиру Кузнецову, а плату компрессора пришлось выполнять по лазерно-утюжной технологии.
Печатные платы со впаянными элементами.

http://sg.uploads.ru/t/GVC6f.jpg

Внутренний вид комбика после установки узлов.

http://s5.uploads.ru/t/T3VHa.jpg
http://s9.uploads.ru/t/n5w2T.jpg

Компрессор подключили к точке, показанной на схеме микшера LILIPUT (pdf).
Точка включения компрессора на схеме микшера LILLIPUT.

http://s8.uploads.ru/t/hWCXv.jpg

В процессе эксплуатации устройства были проведены некоторые доработки и найдены ошибки:

    Питание микшера увеличено до +15 В, чтобы отодвинуть точку компрессии сигнала.
    В микшере заменены микросхемы с большим входным сопротивлением TL062 на микросхемы NE5532, что снизило уровень шумов устройства.
    Подключение канала линейного выхода предоконечного усилителя необходимо было сделать до регулятора общего выходного уровня микшера, хотя этот недостаток компенсируется наличием собственного регулятора.
    Уровень выходного сигнала с компрессора слишком велик, его пришлось гасить большим резистором (150 кОм), отчего появился сильный подъем на НЧ, поэтому пришлось уменьшить разделительный конденсатор до 50 нФ.
    Четыре регулятора компрессора усложняют настройку вокала и согласование его уровня с инструментами. Возможно, лучше применить микросхему типа SSM2167 с двумя изменяемыми параметрами и добавить регулятор выходного уровня.

Фильтр высоких частот

Поскольку собранный нами комбоусилитель — универсальное устройство, мы его используем также и для вокала. Используемый для вокала микрофон очень хорошо передает низкие частоты, компрессор помогает их вытягивать за пределами нормальной АЧХ микрофона. Чтобы вокал перестал «бубнить», необходимо снизить уровень НЧ сигналов после компрессора. Для этого необходимо собрать и установить фильтр высоких частот (Статья из Википедии о фильтре высоких частот (ФВЧ)) и подключить его после компрессора.

При выборе фильтра можно руководствоваться следующей таблицей.

Тип фильтра Бесселя Линквица-Райли Баттерворта
Порядок фильтра    
1      Каким бы ни был фильтр первого порядка, его главным достоинством является возможность одновременного достижения идеальной (плоской) АЧХ и идеальной (нулевой) ФЧХ. Недостаток всех фильтров первого порядка – слабые фильтрующие (частотно-разделительные) свойства.
2      Хорошие фильтры с хорошим звуком: отличительная особенность — великолепные импульсные характеристики.      Обеспечивает гладкую АЧХ при очень хороших ФЧХ и импульсных характеристиках.      Дает выброс 3 дБ на частоте раздела.
3      Фильтры третьего порядка отличаются тем, что обеспечивают достаточно высокую степень разделения при все еще приемлемых ФЧХ и ГВЗ. Наиболее перспективны в большинстве устройств.
     Применяется редко, имеет небольшое отклонение АЧХ от идеала в районе частоты раздела. Обладает улучшенными импульсными характеристиками.      Применяется редко.      Является основным среди фильтров третьего порядка, так как единственный обеспечивает плоскую АЧХ. Широко применяется в системах d’Appolito.
4      Независимо от типа фильтры четвертого и более высоких порядков применяются только в специальных случаях, когда по каким-то причинам требуется очень жесткое частотное разделение. ФЧХ и импульсные характеристики на грани допустимого.
     Практически не имеет отличий от фильтра Линквица-Райли.      Обладает гладкой АЧХ.      Используется редко.
5 Используются чрезвычайно редко.

Было решено применить активный ФВЧ Баттерворта 3-го порядка (требуется два ОУ — один корпус микросхемы NE5532). Для расчета номиналов фильтров использовалась программа Texas Instruments FilterPro (FilterProSetup.exe). ФВЧ Баттерворта является основным среди фильтров третьего порядка, так как единственный обеспечивает плоскую АЧХ. Широко применяется в профессиональных системах, например d’Appolito.

Получилась следующая схема ФВЧ:
http://sd.uploads.ru/t/D61Qy.jpg

Схема ФВЧ.

Разработана следующая топология:
http://sa.uploads.ru/t/IpSzu.jpg

Топология ФВЧ.

Далее проведена проверка работы ФВЧ с использованием двухканального осциллографа, собранная схема заработала сразу, с расчетными характеристиками.
http://sd.uploads.ru/t/S8clo.jpg

Тестирование ФВЧ.

На осциллограммах показаны входной (не изменяющийся по амплитуде) и выходной («зарезанный») сигналы.
Входной сигнал.

http://s3.uploads.ru/t/feIdR.jpg
http://s8.uploads.ru/t/ugWlr.jpg
http://sh.uploads.ru/t/BtIDL.jpg

Выходной сигнал.

Полученные значения выходного напряжения на выходе ФВЧ сведены в таблицу и для наглядности построена логарифмическая амплитудно-частотная характеристика (ЛАЧХ).
http://sd.uploads.ru/t/0AI9v.jpg

Спад характеристики около 40 дБ/октава.

F, Гц U, мВ K, дБ
20000 870 -1
19000 950 0
18000 1000 0
10000 1000 0
1000 1000 0
500 990 0
190 700 -3
24 8 -42
0 5 -46

Получилась маленькая плата, которая легко интегрировалась в корпус компрессора. Однополярное питание +5 В взято с этого же компрессора. Во как это выглядит:
http://s5.uploads.ru/t/Z4mur.jpg

Реализация.

Собираем, тестируем в комплексе.
http://sa.uploads.ru/t/Rafnh.jpg

Тестирование.

Цель достигнута, вокал перестал «бубнить».

Предоконечный усилитель

Предоконечный усилитель предназначен для создания необходимого уровня сигнала для оптимального усиления в УМЗЧ и формирования выходного линейного сигнала. Используется инвертирующее включение операционного усилителя и двуполярное питание. Коэффициент усиления по напряжению DA1:1 подбирается от 3 до 7 (K=1+R8/R4). Важно, чтобы при максимальном сигнале не происходило ограничение.
http://sh.uploads.ru/t/tyjIO.jpg

Схема предоконечного усилителя.

Ссылка

Отредактировано uhoffp (17.05.2018 18:44)