Идея собрать что-то по-настоящему басовитое зрела у меня давно — пожалуй, с того самого момента, как предыдущая самодельная колонка впервые заставила стол вибрировать на 50 герцах. Это был, конечно, момент триумфа, но одновременно и понимание предела: крошечный усилитель класса D на 5 вольтах и пара трёхваттных каналов физически не способны выдать больше. На низких частотах синусоида срезалась, динамик начинал биться о магнитную систему, и вместо чистого баса получалось скорее героическое хрипение с букетом гармоник.
Тем не менее тот опыт стал отправной точкой. Стало ясно: если хочется действительно глубокого и контролируемого низкочастотного диапазона от 30 до 300 герц, нужно менять саму философию проекта. Маленькая колонка-малышка останется жить на прикроватном столике, а я отправляюсь в сторону более серьёзного звука — пусть и собранного почти из подручных материалов.
Кстати, именно та колонка наглядно показала, насколько важно не упираться в потолок возможностей каждого компонента. Работа на пределе — это всегда компромисс, и рано или поздно он оборачивается либо искажениями, либо выходом из строя. Поэтому в новом проекте я решил закладывать запасы по мощности, напряжению и току буквально на каждом этапе.
При этом бюджет остаётся почти символическим. Большинство деталей можно заказать на китайских площадках за небольшие деньги, а кое-что вообще найти в собственной кладовке. Так что повторить такую конструкцию сможет любой, кто хотя бы немного дружит с паяльником и не боится экспериментов. В этой части я разберу общую теорию и выбор компонентов, а уже в следующей перейдём к сборке.
С чего начинается любая колонка
Логика тут простая: сначала выбираем динамик, и только потом под него подбираем всё остальное. Иначе можно получить красивый корпус, который не стыкуется ни с акустикой, ни с усилителем. Акустические излучатели принято делить на три основные категории, и каждая решает свою узкую задачу.
Высокочастотные динамики, они же твитеры или «пищалки», работают в диапазоне примерно от 5 до 20 килогерц. Это маленькие, очень громкие устройства с крошечным диффузором, который движется с минимальной амплитудой, но зато очень быстро. Их стихия — свист, циканье, тарелки, верхние обертоны женского вокала. Для басов они бесполезны в принципе.
Среднечастотники, которые часто называют мидвуферами или «эстрадой», покрывают диапазон от 80–100 герц до 5 килогерц. Именно они отвечают за голос, гитару, синтезаторы и основную музыкальную сцену. Ход у таких динамиков редко превышает миллиметр, подвес довольно жёсткий, а встретить их можно в автомобилях и радиоприёмниках.
Низкочастотники — это уже совсем другая история. Их задача не воспроизводить вокал, а буквально сотрясать воздух, заставляя вибрировать пол и грудную клетку. Диапазон от 20 до 80 герц требует мягкого резинового подвеса, большого хода диффузора, мощного магнита и массивной катушки. Именно такие динамики становятся сердцем сабвуфера.
Поскольку цель проекта — сабвуфер, первые два типа отметаются сразу. После нескольких дней изучения маркетплейсов я остановился на паре четырёхдюймовых низкочастотников по 25 ватт каждый. Обошлись они в 1800 рублей за обе штуки, то есть по 900 рублей за динамик. Суммарная мощность системы, таким образом, составит около 50 ватт.
Единственный нюанс — динамики едут с китайского склада, и альтернатив по такой цене практически нет, разве что специализированные магазины с совершенно другим ценником. Так что заказ сделан, и остаётся только ждать, пока посылка путешествует.
Корпус из того, что нашлось в кладовке
Четырёхдюймовые динамики имеют посадочный диаметр около 105 миллиметров. Учитывая прошлый опыт, я давно присматривался к корпусам из канализационных труб — это почти готовое решение. И тут мне повезло: в кладовке обнаружился отрезок оранжевой трубы на 110 миллиметров длиной ровно 30 сантиметров, а рядом лежала подходящая заглушка.
Объём такого корпуса получается около 2,5 литра. Для стационарного сабвуфера это, конечно, скромно, но у нас портативная конструкция, и главное требование — помещаться в рюкзак литров на двадцать. С учётом заглушек общая длина выйдет примерно 35 сантиметров, но полезный объём останется тем же, если вычесть место под динамики и электронику.
Найти такую трубу — вообще не проблема, а при желании её вместе с заглушками можно заказать на маркетплейсе. Так что вопрос с корпусом закрыт быстро и без лишних затрат.
Защита, о которой часто забывают
Динамики — штука нежная. Диффузор легко проколоть или повредить при транспортировке, а это сразу ставит крест на всей конструкции. Чтобы продлить срок службы колонки, я решил использовать грили от компьютерных вентиляторов размером 120 миллиметров. Они отлично подходят по диаметру и стоят копейки — около 100 рублей за штуку, а найти их можно практически где угодно.
Такая защита не только спасает от случайных проколов, но и придаёт конструкции аккуратный, законченный вид. Мелочь, а на практике очень полезная.
Каким должно быть питание
Раз колонка задумывалась как портативная, логично было бы встроить аккумулятор. Но давайте посчитаем. Каждый динамик имеет мощность 25 ватт при сопротивлении 4 ома. Отсюда напряжение питания — 10 вольт, а ток — 2,5 ампера. Сборка 3S была бы впритык, поэтому я решил использовать свою самодельную батарею 5S2P на ячейках DMEGC 50E. Она даёт около 18,5 вольта, чего с запасом хватает для этой задачи.
Впрочем, есть и более простой путь: на маркетплейсах продаются переходники под аккумуляторы разных брендов, например под Makita. Но я пошёл другим путём — поставил круглый DC-разъём и сделал питание внешним. Внутри трубы батареи не будет вообще.
Такой подход даёт сразу несколько преимуществ. Во-первых, источник питания можно быстро заменить: хоть аккумулятор через переходник, хоть сетевой блок от ноутбука. Во-вторых, исчезает риск замёрзшей батареи внутри корпуса, если колонка вдруг окажется на морозе. Внешнее питание — это гибкость и надёжность одновременно.
Усилитель: почему класс D и как выбрать правильно
Усилитель — второй по важности компонент после динамика. Типов существует несколько, но я сразу остановился на классе D. Углубляться в его внутреннее устройство не буду — это тема для отдельного разговора. Достаточно сказать, что он эффективен, компактен и при относительно небольших габаритах способен выдавать приличную мощность.
К выбору платы я подходил по нескольким критериям. Первое — рабочее напряжение. Тут правило простое: всегда берите с запасом, лучше двукратным. Если питаете от 12 вольт, ищите плату с поддержкой до 24 вольт. Если от 20 вольт — берите на 35–40 вольт или хотя бы на 24 вольта, но это уже впритык. Работа на пределе сильно сокращает срок службы.
Второе — рабочее сопротивление. Если подключить динамик с сопротивлением ниже, чем рассчитано у усилителя, плата либо уйдёт в защиту по току, либо просто сгорит. В обратную сторону всё мягче: при большем сопротивлении динамика усилитель не пострадает, но звук будет тише. Поэтому лучше брать динамики с тем сопротивлением, которое рекомендует производитель, чаще всего это 4 ома.
Третье — рабочий ток. Если сопротивление подобрано правильно, вопрос с током в большинстве случаев решается сам собой. Остаётся следить только за мощностью. А мощность, как известно, вытекает из закона Ома: U = I × R, и P = U × I. Главное — чтобы мощность динамика всегда была чуть меньше мощности усилителя, тогда останется запас и ничего не сгорит.
Ну и наконец, количество каналов. У нас два динамика, значит, нужен стереоусилитель, то есть двухканальный.
Любопытный факт, который меня самого когда-то удивил: эффективность динамиков составляет всего 1–2 процента. Из условных 100 ватт электрической мощности в звук превращается лишь 1 ватт, а остальные 99 уходят в тепло. Но это не значит, что колонка будет тихой. Один ватт чистой звуковой мощности — это очень громко. А при 10 ваттах акустической мощности человек уже преодолевает болевой порог.
После изучения рынка я нашёл подходящий вариант — усилитель XY-C50L с двумя каналами по 50 ватт всего за 640 рублей. Из характеристик: поддержка колонок 4–16 ом, питание от 8 до 24 вольт, встроенный Bluetooth и возможность читать музыку с флешки в формате FAT32. По всем пунктам он подходит, так что отправляем в корзину.
Схема защиты: как не получить гул вместо баса
Один из самых важных моментов — стабильное напряжение на усилителе даже во время пиковых нагрузок. Если питание просядет, вместо чистого баса на 50 герцах мы получим неприятный гул на той же частоте. Поэтому я набросал электрическую схему, которая защищает усилитель и помогает выжать максимум качества.
Условно схему можно разбить на шесть блоков. По входу стоит катушка индуктивности L1 и снабберный диод D1. Катушка мотается на ферритовом сердечнике проводом диаметром 1 миллиметр, индуктивность не критична — чем больше, тем лучше. Она поглощает резкие высоковольтные всплески и высокочастотный шум, делая напряжение ровнее. Диод D1 гасит самоиндукцию катушки и не даёт сгореть микросхеме усилителя.
Далее идёт сдвоенный сетевой выключатель S1. Одна пара контактов подключается параллельно резистору, который нужен для плавного заряда конденсаторов. В момент включения они полностью разряжены и представляют собой короткое замыкание с сопротивлением около нуля. Резистор на 10–40 ом и мощностью 1–2 ватта решает эту проблему.
Третий блок — диодная сборка D2. Я поставил MBR4045PT на 45 вольт и ток каждого диода около 20 ампер. Для схемы, которая в пике потребляет 4–5 ампер при 20 вольтах, это огромный запас. Но он нужен, чтобы простить возможные ошибки с перепутанной полярностью питания.
Четвёртый блок — конденсаторы C1 и C2. Их нужно брать на напряжение 35 вольт и выше. По ёмкости: C1 — обычный конденсатор на 4700 микрофарад, а C2 — на 1000 микрофарад, но с низким внутренним сопротивлением, так называемый Low ESR. Он очень «быстрый» и способен отдать энергию за короткий промежуток времени, пока большой собрат только «просыпается». Эти переходные процессы происходят молниеносно.
Пятый блок — сам усилитель звука. Про него уже всё сказано.
Шестой блок — динамики BA1 и BA2. Перед BA2 установлен шестиконтактный тумблер на 15 ампер. Он позволяет менять полярность одного из динамиков. В первом режиме они совместно сжимают и разжимают объём воздуха, а во втором — синхронно движутся в одну сторону. Что именно это даст на практике, я пока не знаю, но проверить очень интересно.
Конечно, такая схема — не из разряда «купил и подключил». Зато она надёжно защищает микросхему от разных непредвиденных ситуаций и позволяет не переживать за стабильность питания.
Впереди — самая суровая часть: практика и много-много пайки. На момент написания этой статьи колонка ещё не собрана, но я уже на финишной прямой. Во второй части займёмся сборкой вплотную. Ну а пока — всем удачи!