СИСТЕМА ЗВУКОУСИЛЕНИЯ ДЛЯ ШКОЛЫ

Сегодня практически все классы в школах оснащены компьютером, принтером, проектором и прочим мультимедийным оборудованием. Все это заметно помогает учебному процессу, но, к сожалению, компьютерные колонки, подходящие для дома, мало пригодны для помещения школьного класса. Мощность их невелика и составляет примерно 1-2 Вт на каждый из двух каналов. Практика показывает, что этого явно недостаточно, чтобы учебные видеоролики были четко слышны каждому ученику. Увеличение громкости приводит лишь к ухудшению качества звучания, кроме того, эксплуатация оборудования на пределе возможности приводит к частому перегреву встроенного в колонки усилителя и преждевременному выходу его из строя. А еще колонки часто падают на пол, получают повреждения корпуса и электронной начинки.

Многие школьники готовят свои доклады в виде ярких презентаций, и я не исключение. Однако не раз отмечала, что заготовленный видеоролик дома звучал очень хорошо, а в школе — на открытом уроке — весьма тихо или с искажениями. Обидно! Аналогичная ситуация наблюдается на уроках иностранного языка: аудиозапись задания едва понятна из-за хрипов и тресков в компьютерных колонках. Мне стало интересно, почему же происходят искажения звука, и как можно исправить ситуацию.

Прежде всего, был поставлен эксперимент. В практически полном классе на 32 человека с учительского стола включались различные бытовые переносные магнитолы с записью голоса электронного ассистента на иностранном языке. Участники эксперимента располагались за партами спиной к доске, чтобы не видеть используемую технику и ее внешний вид не мешал оценке звучания. Мы с помощниками фиксировали, какое устройство и при какой громкости позволяло комфортно и разборчиво услышать и понять все задания ассистента. В результате выяснилось, что применение маломощной акустики (суммарная мощность от 2 до 6 Вт) в классе неэффективно. Лишь при включении аппаратуры мощностью около 10 Вт субъективная оценка собравшимися качества звучания резко возросла. Дальнейший рост мощности, по мнению участников эксперимента, качественное восприятие информации не улучшал, просто увеличивалась громкость звучания.

Я решила подвергнуть доработке магнитолу LG CD-580АХ. Она имеет довольно чистое и громкое звучание, ее родственная модель LG CD-680АХ, схожая по характеристикам, получила высокую субъективную оценку качества звучания в учебном классе в ходе эксперимента. Задача — подключить данное устройство в качестве активной акустической системы к линейному выходу звуковой карты учительского компьютера.

Магнитола имеет три источника звукового электрического сигнала: тюнер, сдвоенная кассетная дека (лентопротяжный механизм — ЛПМ) и привод проигрывателя CD-дисков со схемой управления и цифроаналоговым преобразователем (ЦАП). При проверке работоспособности устройства выяснилось, что CD-привод работает со сбоями, а кассетная дека вообще неисправна. Но проигрывание кассет и CD-дисков вообще было не актуально, это уже устаревшие форматы записи, поэтому логично подключить линейный кабель для связи аппаратуры с компьютером вместо любого из этих двух источников. Я решила подключить его вместо CD-привода.

Линейный кабель я взяла экранированный, стереофонический, со штекером типа JACK 3,5 мм для соединения с выходом звуковой карты компьютера. Требовалось определить, к каким точкам на монтажной плате магнитолы нужно подключить данный кабель.

Разобрав корпус магнитолы, отсоединяю ненужные блоки: сдвоенную кассетную деку и привод проигрывателя CD-дисков со схемой управления и ЦАП. Моя цель — селектор и разъем, куда ранее подключался CD-привод. Они быстро обнаружились на общей монтажной плате. Точек подключения линейного сигнала всего три: правый канал, левый канал и общий провод. Правый и левый каналы обычно в схемах обозначаются соответственно буквами R и L. Общий провод (общая шина питания), или «земля» (по-английски ground), на схемах обозначается буквой G или буквами GND. Осматриваю монтажную плату с обратной стороны (со стороны пайки) и на месте разъема подключения CD-привода обнаруживаю искомые точки: R, L и G. К ним и припаиваю экранированный провод. О правильном подключении можно судить по низкочастотному фону в каждом из динамиков, если при включенном устройстве касаться тонким металлическим предметом (шилом или иглой) точек R и L.

Остается произвести обратную сборку магнитолы, исключая ненужные блоки (CD-привод с платой управления и кассетную деку). При демонтаже ЛПМ крышки деки перестают закрываться. Исправим это, зафиксировав крышки термоклеем. Также после удаления лишних блоков в корпусе остаются технологические пазы из-под клавиш кассетной деки и CD-привода. Чтобы исключить попадание туда инородных предметов и немного облагородить внешний вид доработанной магнитолы, заклеим пазы самодельными заглушками, вырезанными из пластмассы.

Сигнал на линейном выходе обычно имеет напряжение в районе 0,5-1,0 В. Схожее значение имеет электрический сигнал и на выходе звуковой карты персонального компьютера. Значит, подключить магнитолу к звуковой карте можно просто на уровне селектора. Никаких дополнительных согласований (повышения либо понижения сигнала от ПК) наша схема не требует.

Однако возможны случаи, когда после подобной модернизации магнитолы при подключении ее к ПК имеют место некоторые помехи в виде низкочастотного фона. В таком случае следует проверить качество экранировки используемого линейного кабеля. Делаем локальный надрез изоляции кабеля и внешним осмотром убеждаемся, что оплетка выполнена качественно, плотным плетеным чулком. Чтобы не портить внешний вид кабеля, надрез лучше сделать в той области, где кабель проходит внутри корпуса магнитолы. Позже изоляцию в месте надреза можно восстановить при помощи термоклея. Но если качество оплетки вызывает сомнение, то кабель лучше заменить. Если экранировка кабеля достаточно качественная, а фон есть, то виной тому слишком высокое входное сопротивление магнитолы на уровне селектора. Обычно это явление сопровождается слишком высокой чувствительностью устройства к сигналу звуковой карты ПК. Снизить чувствительность и избавиться от фона помогает шунтирование входов селектора одинаковыми малогабаритными резисторами сопротивлением 1-10 кОм. Впаиваем сначала на вход каждого канала резисторы самого большого номинала, подключаемся к звуковой карте компьютера, выставляем громкости: на компьютере ближе к максимальной, а на магнитоле — комфортную для слуха. Если чувствительность еще велика, то музыка будет по-прежнему слышна с хрипами, и надо поставить резисторы номиналом поменьше.

Существует немало магнитол, в которых управление всеми блоками выполнено на микроконтроллере. Например, по данному принципу построена модель Samsung RCD-S75, имеющая выходную мощность также порядка 10 Вт. Ее я выбрала в качестве объекта для второй доработки. Задача та же: подключить экранированный линейный кабель от ПК к монтажной плате на уровне селектора вместо CD-привода, не нужного в работе. Кассетная дека также отключается.

В обоих случаях в магнитолах целенаправленно оставлялся нетронутым блок тюнера. На мой взгляд, это нужная опция на случай чрезвычайных ситуаций, чтобы учитель мог настроиться на ближайшие радиостанции и прояснить действующую обстановку. Теперь это особенно актуально, так как в современных мобильных телефонах производители уже не ставят радиоприемные модули.

В магнитоле данного типа тюнер, кассетная дека и CD-плеер также подают свои сигналы в УНЧ через селектор, регуляторы тембра и громкости, однако последние три блока выполнены в единой микросхеме TDA7440, управляемой микроконтроллером АН11-00078В. Сам контроллер подчиняется командам пользователя через управляющие кнопки, выводит информацию на ЖК-дисплей и взаимодействует с перечисленными блоками по шине интерфейса I2C.

Для практической реализации схемы разбираю корпус магнитолы и отсоединяю ненужные блоки. На монтажной плате нахожу селектор и разъем подключения CD-привода. Из схемы цоколевки микросхемы TDA7440 видно, что блок селектора имеет 4 входа правого канала (ножки микросхемы под номерами 3, 2, 1 и 28) и 4 входа левого канала (ножки 4, 5, 6 и 7 соответственно). Помеченные мной точки R и L от разъема подключения CD-привода на общей монтажной схеме магнитолы приходят к ножкам 2 и 5 на корпусе микросхемы.
Для удобства монтажа кабеля паять его будем не вблизи TDA7440 — уж очень там мелкий монтаж, а в районе перемычек проводников. Чтобы при пайке избежать порчи микроконтроллера и микросхемы аудиопроцессора, следует припять меры защиты от статического электричества. Пайку произвожу со стороны радиоэлементов, поскольку там остались готовые отверстия от перемычек.

Другой конец экранированного провода я решила оформить в корпусе магнитолы в виде стереофонического гнезда типа RCA («тюльпан»). Это несколько увеличивает объем работы, но позволит в дальнейшем подбирать или менять внешний кабель между компьютером и магнитолой по своему усмотрению.

Для проверки модернизированной техники были выбраны обычные условия, в которых ей и предстояло работать. Магнитола LG CD-580AX была установлена в кабинете истории и обществознания, a Samsung RCD-S75 подключили к компьютеру в кабинете иностранного языка. Аудиотехника была настроена на максимальную для комфортного прослушивания громкость. При этом на слух мы убедились, что никаких хрипов и прочих искажений звука не наблюдается. Учителей попросили пользоваться аппаратурой как можно интенсивнее. Через месяц эксплуатации мы получили самые положительные отзывы, учителям она так понравилась, что они попросили закрепить доработанные магнитолы за данными кабинетами окончательно.

Каждый год родители наших учеников, друзья и просто знакомые передают нам в школу ненужную им технику, среди которой, конечно же, попадаются и магнитолы. После доработки из них получаются хорошие помощники в учебном процессе. Мне кажется, что практически в каждой школе можно организовать подобную работу, в результате которой любой желающий школьник может расширить свои познания в электронике, а школа получит полезное оборудование.

Варвара ПАВЛОВА, ученица 9 «А» класса СОШ № 3 г. Амурска