Бюджетный многозонный усилитель низкой частоты

Вы не можете ни минуты обходиться без любимой музыки? А как быть, если нужно заниматься разнообразными домашними делами, а из кухни или ванной комнаты уже плохо слышны любимые мелодии? Сделать погромче? Все равно качество звука пострадает, а соседи начнут стучать по батареям и названивать в дверь.

Похожая проблема может существовать и в офисе. Программистам и другим работникам умственного труда как правило нужна тишина для концентрации, в то время как на складе или в производственном помещении уровень громкости должен перекрывать повышенный уровень фонового шума.

Выход прост – сделать такую акустическую систему, которая будет звучать в каждом помещении с нужной громкостью без потери качества звука. На первый взгляд эта задача кажется затратной и трудноразрешимой. На самом же деле все очень просто. В предлагаемой к прочтению статье я расскажу о бюджетном подходе для занятых людей. Бюджетном как по затраченным средствам, так и по времени реализации (т.к. известно, что время =деньги).



Многозонный усилитель можно собрать из готовых дешевых узлов, которые продаются на eBay. К нему можно также подключить разношерстные пары колонок накопившиеся за годы эксплуатации разнообразных аудиосистем. Вот как может выглядеть блок-схема такого устройства.



Параллельное подключение сразу четырех усилителей мощности к источнику звука может сильно повлиять на уровень и качество сигнала. Для развязки линейного выхода источника звука и распределения его по четырем каналам использован усилитель распределитель CE Labs AV 400. На eBay можно подобрать бывшее в употреблении устройство такого типа стоимостью около $10. Несмотря на то что новое стоит заметно дороже, на рынке много предложений устройств в отличном состоянии. Устройство снабжено удобно расположенными разъемами типа RCA и выполнено в виде плоской панели которую легко прикрутить к стене. Если требуется сделать более 4-х зон, существует также 7-ми канальная версия CE Labs AV 700.

В качестве усилителя мощности низкой частоты могут быть использованы следующие готовые модули доступные для покупки на Ebay:

Чип	Мощность	Цена в у.е.	Класс *	Коэффициент нелинейных искажений, % **	Фото
TDA7297	2x15W	2.76	AB	0.1
TDA7377	2x20W	9	AB	0.03
TDA2030	2x18W	10	AB	0.1
PAM8610	2x10W	4	D	0.1
TPA3123	2x25W	7.4	D	0.08
TDA7492	2x50W	9	D	0.05-0.1
TA2024	2x15W	11	T	0.04
TDA7498	2x100W	13	D	0.03-0.1

* AB — аналоговые линейные, D и T — импульсные/цифровые усилители.
Подробнее о классах усилителей можно прочитать здесь:
Классификация электронных усилителей

** Коэффициент нелинейных искажений приведен для рабочего диапазона выходных мощностей усилителя и частоты 1 kHz. Информация добыта из соответствующих datasheet чипов.

Обратите внимание на усилитель TA2024. В каком-то смысле выпуск в 1998 году полностью цифрового усилителя TA2020 компанией Tripath был прорывом в схемотехнике импульсных усилителей низкой частоты. Разработчикам удалось совместить высокое качество звука и экономичность. Несмотря на то что Tripath не выдержала конкуренции и ушла с рынка, линейка усилителей класса «Т» продолжена. Четыре круглые синие детали на снимке – катушки выходных фильтров.

Каждый из читателей кто захочет воплотить у себя дома описанную систему, может выбрать себе усилитель по вкусу руководствуясь критериями:

• Стоимость. Наш проект – бюджетный, следовательно, о цене комплектующих приходится думать прежде всего. Этот параметр лучше всех у усилителя на чипе TDA7297.
• Выходная мощность. Она должна соответствовать размеру помещения и мощности выбранных колонок. Превышение допустимой мощности приведет к искажению звука или даже выгоранию динамиков. В приведенной выше таблице приведен «RMS» рейтинг усилителей («Root-Mean-Square»), т.е. фактически усредненная мощность неискаженного звука. Если же усилитель загнать в режим ограничения подачей слишком сильного сигнала на вход, он может выдать вдвое большую мощность. Поэтому RMS рейтинг динамика должен быть не меньше соответствующего показателя усилителя. Eсли в проигрываемом контенте много басов, то рекомендуется выбирать колонку с удвоенным значением RMS.
• Качество звука. Вообще говоря, эта характеристика достаточно субъективна. Усилитель на базе чипа TDA2030 позиционируется китайскими производителями как «Hi-Fi». Класс усилителя – тоже понятие условное. Важно понимать, усилители классов А, АВ имеют традиционную аналоговую схемотехнику, а все остальные – цифровую или импульсную. Знатоки постоянно находятся в поиске некоего «теплого» и «лампового» звука и никаких преобразований аналогового сигнала не признают.
• Экономичность. Эксплуатация многозонной системы тоже не должна быть дорогой. Если этот параметр для вас важнее качества звука, то выбирайте усилитель класса D, T. Их КПД приближается к 90-100%, то есть ни одного ватта электроэнергии не пропадет впустую.
• Наличие регулятора громкости звука. Из множества вариантов готовых модулей нам годятся только те, на которых уже установлен регулятор звука. Иначе не удастся настроить индивидуальный уровень громкости звука в каждом помещении.

Для моего проекта я решил выбрать TDA7297. У него самая низкая стоимость, достаточно высокое качество звука, он компактен и оснащен регулятором уровня звука. Мощности этого усилителя вполне хватает для озвучивания моих небольших помещений (10-15 квадратных метров). На плате установлены все необходимые клеммы и подсоединение усилителя не требует использования паяльника. Единственный недостаток заключается в том что для подключения входного сигнала используется 3.5 мм разъем для наушников. Он не очень надежен и может стать источником помех и неудовлетворенности от проекта в целом. Для меня этот недостаток не так важен поскольку я планирую экспериментировать с этим усилителем и буду в дальнейшем выпаивать некоторые компоненты.

Для соединения усилителя-распределителя с 4-мя усилителями мощности нам понадобится 4 кабеля у которых есть 3.5 мм стерео штеккер с одной стороны и 2 x RCA коннектера с другой. Еще один такой кабель нужен для подключения входа усилителя-распределителя к источнику сигнала.

В качестве источника питания использован силовой блок от старого компьютера. Моральное устаревание современных персональных компьютеров происходит намного быстрее их физического износа. Старые блоки питания уже не могут быть использованы для питания материнских плат нового поколения. Но и выбрасывать их – слишком расточительно. Усилителю TDA7297 на максимальной мощности необходим ток около 2 Ампер. Таким образом, среднего блока питания для РС хватит для питания до 8 усилителей.

Блок питания построен по импульсной схеме и работает на высокой частоте. Для уменьшения наводок по питанию необходимо установить на его выходе дополнительный шунтирующий конденсатор сравнительно небольшой емкости, порядка 500 -1000 мкф. Его следует подключить к клеммнику внутри корпуса нашего устройства как можно ближе к усилителям. Чем больше емкость конденсатора, тем лучше, меньше наводок и меньше негативный эффект от просаживания напряжения при пиках потребления тока.

Все компоненты смонтированы в коробке от телефонного сервиса. Она удобна тем что обеспечивает легких доступ к внутренностям, а в закрытом состоянии полностью экранирует наводки на усилитель. От прежнего содержимого оставлены только клеммы, к которым подключены выходы усилителей и цепи их питания. В крышке коробки просверлены несколько отверстий для крепления усилителей. Конктакт корпуса необходимо «заземлить» на -12V (Общий черный провод от блока питания). Вот как выглядит вся система в сборе:

Вся конструкция прячется в каком-нибудь укромном уголке (к примеру, в кладовке). После этого настраиваем уровень звука для каждой комнаты и наслаждается любимой звуковой атмосферой. Вот как выглядит система в рабочем, то есть закрытом состоянии:

Подведем итоги. В результате несложных манипуляций с готовыми недорогими модулями получилась удобная и достаточно качественная система акустического оформления четырех зон жилого помещения. Работа заняла несколько часов, зато удовольствия теперь хватит надолго.

Если читателям будет интересно, то в следующей статье будет рассказано о том, как модифицировать усилитель для управления им с телефона или другого гаджета с операционной системой Android.