![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/34b/2c4/aa7/34b2c4aa701024d66fcb26376f24d4e1.jpg)
Написать эту статью меня попросил @Artyom_Silchenko, за что ему большое спасибо.
Сначала я отказался от этой идеи, т.к. в процессе переделки почти не снимал промежуточные результаты (а речи о хороших фото, достойных публикации, и подавно не идёт), и по части электроники почти ничего своими руками не сделал. Но потом я подумал, что статья может оказаться полезной тем, кто вообще не в курсе, какие великолепные копеечные вещи для аудио можно купить на Aliexpress.
В статье будут упрощения, т.к. мы здесь не про прогрев проводов собрались поболтать. Также будет широко применяться термин «колонка», который мне совсем не по душе, но который прочно устоялся в обиходе.
Если вам неинтересна графоманская предыстория и теоретическая часть проблемы, можете переходить сразу к практической части.
И да, это моя первая публикация, потому прошу строго не судить и указать на ошибки/недочёты.
Предыстория
Что только не придёт в голову, когда её владелец скучает в пробке в час пик. В один прекрасный вечер, наблюдая за пешеходами, с гордостью превышающими скорость автомобильного потока, я почувствовал непреодолимое желание заиметь Bluetooth‑колонку. Желание это для меня весьма странное и одновременно вполне закономерное.
Закономерное потому, что я нередко бываю в ситуациях, когда неплохо было бы включить музыку для приятного фона. Музыка — довольно серьёзная часть моей жизни, так уж сложилось.
А странное потому, что моё отношение к портативной аудиотехнике долгое время было крайне негативным. Отчасти из‑за отвратительного качества звука (а я испытываю жуткие страдания от неприятного звука в музыке), отчасти из‑за любителей громко послушать современное творчество на улице или на природе.
И если вторая причина со временем только набирала обороты, то первую частично решило использование в портативном аудио пассивных излучателей. На том, что это такое, и как устроено, я здесь останавливаться не буду, т.к. в сети таких материалов хватает и эта объёмная тема выходит далеко за рамки данной статьи. Да и я в этой теме — лицо не самое компетентное.
Основная задача у таких штук — расширение диапазона воспроизводимых частот в нижней части спектра. Проще говоря, усиление баса.
Пассивные излучатели применяются давно, были установлены в нескольких моделях советских акустических систем (далее — АС), но в компактные устройства массово пришли именно с появлением портативных колонок из Поднебесной.
Впервые я был шокирован возможностями относительно небольшой акустики, когда на отдыхе услышал, как у соседей по пляжу из динамиков Harman/Kardon Go + Play божественно разливалась тюремная лирика 90-х годов (кстати, если я не ошибаюсь, у этой модели пассивных излучателей нет). Сам факт того, что такая компактная штука, да ещё из пластика (далеко не самый лучший материал для оформления АС) может так хлёстко и громко отыгрывать низ, причём на открытом воздухе, казался невероятным.
Тем же вечером я твёрдо решил, что просто обязан обзавестись такой же штуковиной. Твердость значительно обмякла, когда я загуглил цену (на тот момент около 24000 рублей). Не скажу, что это какие-то запредельные деньги, но отдать такую сумму за устройство, которое всё-таки является компромиссом и в сравнении со стационарной акустикой звучит откровенно плохо, я не готов и по сей день.
Спустя несколько месяцев, стоя в вышеупомянутой пробке, я понял, что момент настал. В ста метрах от меня был расположен магазин дешёвой одежды. Не знаю, везде ли так, но у нас в городе в этих магазинах возле касс Bluetooth-колонки представлены в изобилии и по ценам ниже онлайна.
В магазине продавец любезно включил мне несколько штук для прослушивания, я выбрал наименьшее из зол (цена вопроса — 1000 рублей), довольный вернулся в автомобиль и втиснулся обратно в затор. Надо сказать, терпения такая покупка не прибавила и хотелось поскорее приехать домой, чтобы примерить к обновке любимые композиции. Но радость моя была не такой долгой, как хотелось бы, так как по приезду домой быстро выяснилось, что в каждом из динамиков воспроизводится сумма двух каналов стереозаписи, проще говоря — моно.
Фото пациента. Не моё.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/fbb/de3/d0c/fbbde3d0cad98e7941fa508d106c3c35.jpg)
Почему моно плохо
Ну моно и моно, скажет обыватель. Буцки буцкают, слова слышно, всё хорошо. Но креативный звукорежиссёр отвесит обывателю оплеуху за такое пренебрежение его трудами. Первая проблема состоит в том, что два независимых канала позволяют расставить инструменты в стереополе, создавая тем самым объём. Лучше всего это слышно в наушниках — какие‑то инструменты звучат левее, какие‑то правее, а какие‑то прямо в центре головы. А сигнал в моно лишает нас этой красоты. Всё звучит в центре.
Ну в наушниках‑то понятно, скажет обыватель, потирая затылок, а колонка‑то от нас чаще всего далековато. Да и динамики не слишком далеко друг от друга расположены. И здесь отчасти есть доля здравого смысла. При нахождении в нескольких метрах от колонки, у которой пара динамиков расположена в десяти сантиметрах друг от друга, стереополе действительно почти не воспринимается должным образом (хотя разница таки слышна, я специально проверял и в слепом AB‑тесте легко определю, стерео это либо моно из двух динамиков). Но вторая проблема при воспроизведении суммы двух каналов более серьёзная, и имя ей — смещение фазы.
Полагаю, на Хабре много людей, знакомых с понятием фазы в переменном токе. Сильно углубляться в эту тему не буду, для понимания проблемы достаточно будет знать, что:
Звуки, смещённые в стереополе влево/вправо при прослушивании в стерео не воспринимаются тише, чем звуки в центре, а в сумме они фактически гарантированно будут тише. т. е. в композиции уровни разных звуков, просто раскинутых по панораме, будут согласованы не так, как должны.
Существует масса эффектов и приёмов, используемых в музыкальном производстве, которые смещают фазу одного из каналов для придания объёма звуку. Но если суммировать такой стереосигнал в моно, то чем дальше смещена фаза, тем тише будет звук. И так вплоть до 180 градусов, при которых в сумме звук полностью исчезнет.
С одной стороны, современные звукорежиссёры, особенно работающие на коммерческих рельсах, используют фазовые анализаторы для того, чтобы визуально контролировать моносовместимость, но такой компромисс порядком связывает руки для творчества.
Анализатор спектра и фазы от Waves
![Взял первую попавшуюся под руку популярную композицию коммерческого артиста. Как видим, противофаза присутствует. Взял первую попавшуюся под руку популярную композицию коммерческого артиста. Как видим, противофаза присутствует.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/fca/286/9a1/fca2869a1f88aeb896c4e0b540775d0e.jpg)
С другой стороны, всё же существуют не‑моносовместимые записи, и причины тому самые разные: недостаток квалификации инженеров, их творческий замысел, пожелание самих артистов и т. д.
Ну что ж, проблема обозначена, будем решать.
Решение 1
Первым делом вскроем нашего пациента и посмотрим, что под капотом. Фото содержимого в первозданном виде, к сожалению, нет. Внутри расположены два динамика, пассивный излучатель, аккумулятор в форм‑факторе 18650 и основная плата.
Фото основной платы
![Уже знатно завандалена вашим покорным слугой. Уже знатно завандалена вашим покорным слугой.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d09/1a0/1fc/d091a01fc2d2f152d5ba93ba96005865.jpg)
На плате нам интересны основная микросхема (1) и два (!) усилителя (2). Даташита на основную микрушку я найти не смог, но для китайских устройств это обычное дело (бывает, ставят микросхемы вообще без маркировки). Тот факт, что две стоящие рядом микросхемы являются усилителями, установить можно и без даташита. Если присмотреться, от них в сторону отходят по паре пятачков. С другой стороны платы это разъёмы, к которым подключаются динамики.
Найдя даташит на NS4165B, убеждаемся, что это Power Amplifier (усилитель). Вход на 4-й ноге. Включаем колонку, тыкаем пальцем по 4-м пинам обоих микросхем и вуаля — фон то в левом, то в правом канале.
Столь кликбейтный заголовок я выбрал неспроста. Во‑первых, проблема с моно, как оказалось позднее, была у всех представленных в том магазине экземпляров, вне зависимости от цены. А во‑вторых, мы видим на борту два усилителя и два аудио вывода из основной платы. Соответственно, можно предположить, что суммирование реализовано в прошивке. Иначе для чего делать выводы для двух каналов, если в них всегда сумма? И похожие микросхемы с такой же распиновкой и одинаковым голосовым интерфейсом (наверняка, многие слышали это неповторимое Зе блючус дивайс из риди ту пэл) я встречал в разных устройствах с нормальным стерео. Это ли не заговор?
Объективную причину я могу предположить только одну. Эти колонки, если верить производителю, умеют в TWS (я не пробовал). Это такой режим работы, при котором к Bluetooth‑источнику подключаются две колонки и одна воспроизводит правый канал, другая — левый. Хотите стерео? Берите две! Но через USB/microSD/AUX придётся довольствоваться суммой.
Но это всё лирика. Какие есть варианты? Можно было бы заморочиться, поискать прошивки (тот ещё квест), но, изучив тему, я понял, что эти платы кирпичатся прошивками на раз‑два (например, нередко после прошивки перестаёт работать USB порт, через который, собственно, девайс и шьётся). Да и не хардкорно.
Для меня функция Bluetooth не принципиальна, достаточно будет одной карты microSD. На мою радость, в коробках со всякой электронщиной нашёлся китайский mp3-плеер, который не жалко раздербанить.
Образец плеера
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/09e/42f/e72/09e42fe72f0e9525205def41d39bfc11.jpg)
План такой:
Поднимаем на плате колонки 4-ые ножки усилителей.
Подводим к ним аудиовыход с платы mp3-плеера через конденсатор и резистор (по даташиту).
Снимаем разъём microSD на плате mp3-плеера.
Шлейфом соединяем выводы разъёма microSD mp3-плеера с ножками разъема microSD на плате колонки.
На плате колонки
топоромножом перерезаем все дорожки, идущие к разъёму microSD.Ищем на плате питание и запитываем оттуда плату плеера.
На плате колонки перерезаем все дорожки, идущие к кнопкам управления.
Шлейфом соединяем выводы кнопок плеера с кнопками управления на плате колонки.
Вот тут я сильно жалею, что нет фото. Работа была, по моим меркам, ювелирная. Но осталась нерешённая проблема — наша колонка постоянно включена. Тут я прям заморачиваться не стал. Выкинул антенну и поставил на её место брутальный тумблер (ниже будут фото) в разрыв аккумулятора. На моё счастье, при отключении/подключении питания плата включалась не в STAND BY, а в рабочем режиме.
Запускаем. Всё работает. Но не без проблем. Во‑первых, заряжать устройство получится только во включённом состоянии, что не очень удобно. Во‑вторых, карта памяти периодически отваливается (скорее всего, проблема в длинном шлейфе). В‑третьих, есть небольшие наводки (скорее всего, от длинных проводов от источника к усилителю или из‑за навесного монтажа сопротивления с конденсатором). Будем искать другое решение.
Решение 2
Не хотелось сильно портить внешний вид колонки, но, как вы могли заметить, я не особо эстет =))) Поэтому было решено полностью избавиться от основной платы.
Я, полный решительности
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f24/9b3/a6c/f249b3a6c6677172aedf1c314d9c782d.jpg)
Я
В качестве источника звука использовать вот такой Bluetooth/mp3/FM/SD/USB/AUX‑модуль (далее mp3-модуль для краткости), в качестве усилителя взять плату усилителя на микросхеме PAM8403 (у меня давно лежали без дела пару штук), запитать всё это счастье платой заряда на основе TP4056 (тоже было пару штук).
Блок-схема 1
![Красные лини это питание, синие — сигнал. Красные лини это питание, синие — сигнал.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/22b/4bb/a6f/22b4bba6f39c6e2bc550051af629b403.jpg)
По приезду mp3-модуля разобрал колонку, вырезал в корпусе полотном от ножовки по металлу отверстие для него, всё соединил по блок‑схеме, включил и... mp3-модуль не работает. Проблема в том, что ему нужно питание 5–12 В, а на нашем аккумуляторе диапазон питания будет в пределах 2,5–4,2 В. Но у меня в шкафу, слава богу, чего только не найдёшь. На помощь пришёл повышающий DC‑DC преобразователь на MT3608. Ставим нашего спасителя в разрыв между выходом TP4056 и питанием mp3-модуля и всё готово.
Блок-схема 2
![Красные лини это питание, синие — сигнал. Красные лини это питание, синие — сигнал.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/f8b/0e7/5db/f8b0e75dbd5e31a4b4dbb69eb4645e12.jpg)
У нашего mp3-модуля есть один существенный недостаток, присущий многим китайским Bluetooth‑аудиоустройствам: громкость звукового интерфейса Bluetooth не зависит от установленной громкости воспроизведения. И когда вы включаете колонку, следом слышите громкий звук, сигнализирующий о готовности принять соединение. Эту проблему я решил также не самым утончённым способом — поставил в разрыв питания усилителя отдельный тумблер. Теперь можно включить mp3-модуль, подключиться по Bluetooth и только потом включить усилитель.
После того, как мы отказались от заводской платы, сзади остались сквозные отверстия от портов карты памяти, USB и AUX. Хотя ниша платы акустически изолирована от основного рабочего объёма, и на звук эти отверстия не повлияют, раздражать они от этого не перестанут. Заливаем их синим ABS‑пластиком, а к отверстию для microUSB советским болтом приколхозим плату с разъёмом, через который будем колонку заряжать. Некрасиво, зато надёжно.
Фото. Слабонервным лучше не смотреть.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/fcf/5c1/0e8/fcf5c10e8328e9cbbe86bdef98c813d1.jpg)
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/6d6/56a/58f/6d656a58f972502446a24bd40e2f34d9.jpg)
Вижу, как Барни Стинсен играет на воображаемой гитаре
Собираем, включаем. Работает. Но плохо. Во‑первых, есть фон по питанию; во‑вторых, есть дополнительный фон при включении режима Bluetooth; в‑третьих, громкости мало.
Беда. Будем переделывать.
Решение 3
Очевидно, чтобы поднять громкость, нужен другой усилитель. В этот раз мой выбор пал на PAM8406 с регуляторами громкости. Они нам помогут выставить максимальный уровень громкости, при котором наша акустика будет играть без искажений.
Ставим на место предыдущего усилителя новый, включаем. Работает. Но плохо =))) Фон по питанию и от Bluetooth никуда не делся. Ставим полярный конденсатор 2200 мкФ на входе питания усилителя. Помогло, но отчасти. Пробуем зайти с другой стороны. Ставим полярный конденсатор на 470 мкФ на входе питания mp3-модуля, параллельно его заводскому фильтру.
Фото
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/626/acc/272/626acc272faf0c3df2f0e68a2ebe6053.jpg)
Фона уже значительно меньше, но он всё ещё есть. Меняем три сигнальных провода от модуля к усилителю на один экранированный. Готово. Во всех режимах, кроме Bluetooth, полная тишина. В режиме Bluetooth ВЧ‑писк слышен, только если поднести ухо вплотную к динамику. Большой конденсатор с питания усилителя я снял, т.к. он перестал на что‑либо влиять.
Всё готово, ура? Как бы не так. При работе на ~30% громкости полного заряда аккумулятора хватает на 6 часов. Мало. Будем менять аккумулятор.
Автономность
На сайтах, где продаются такие же колонки, в характеристиках указана ёмкость аккумулятора 1200 mA*h, об этом же говорит надпись на самой батарее. Увеличения автономности хотелось бы, как минимум, в два раза. Заказываю аккумулятор 18650 на 3000 mA*h, а пока он едет, делаю замеры реальной ёмкости штатного аккумулятора. Как и ожидалось, заявленные цифры далеки от реальности. LiitoKala Lii‑S2 показала 596 mA*h.
После установки нового аккумулятора (его ёмкость я также проверил — действительно 3000 mA*h, даже чуть больше) наша колонка проиграла без малого 40 часов в течение недели. Полностью заряжается за 4 часа.
Также по предыдущему опыту использования стало понятно, что хорошо бы добавить индикацию завершения зарядки. Сверлим отверстие, вставляем в него светодиод и подводим к нему провода от платы заряда.
Фото
![Новая рана на здоровом теле колонки. Новая рана на здоровом теле колонки.](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/076/8ff/b4f/0768ffb4f7563b0e63e01b6fb1dae5f6.jpg)
В комплекте с mp3-модулем шёл пульт ДУ. Дабы не потерялся и всегда был под рукой, прилепим его на липучку прямо к корпусу. Внешний вид уже особо ничем не испортить =)))
Внимательный читатель заметит два электролитических конденсатора, последовательно подключённых к каждому динамику. Они здесь для того, чтобы срезать те нижние частоты, звук которых такая акустика выдавать не сможет.
Итоги
Фото внутри
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/bc6/ace/9a5/bc6ace9a50369f596e346b657fa03f86.jpg)
Фото снаружи
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d53/179/311/d5317931172fbdfd38074610235b7152.jpg)
Стоила ли игра свеч? Если бы я не любил заниматься такими вещами, то, однозначно, нет. Если посчитать количество потраченных часов работы, то на заработанные за то же время деньги я мог бы себе купить ту же Harman/Kardon Go + Play. Но процесс подарил мне массу удовольствия, да и пользоваться устройством, к разработке которого ты приложил, хоть растущую не совсем откуда надо, но всё же свою руку, намного приятнее. Кстати, вся история заняла полтора года =))
Надеюсь, я не утомил вас не относящимися к основной теме подробностями. Если у вас есть вопросы, пишите в комментарии, отвечу. Спасибо за внимание.