СИСТЕМА ЗВУКОУСИЛЕНИЯ ДЛЯ ШКОЛЫ - 2

СИСТЕМА ЗВУКОУСИЛЕНИЯ ДЛЯ ШКОЛЫ — 2

В майском номере «М-К» за этот год мы рассказали о проекте звукоусиления для стандартного школьного класса. Однако для помещения больших размеров (свыше 70 кв.м, против стандартных 54 кв.м.) возможностей бытовой магнитолы, имеющей выходную мощность около 10 Вт, недостаточно. Предлагаем познакомиться с проектом звукоусиления для аудитории значительных размеров.

Нередко для этой цели используются обычные домашние музыкальные центры с парой звуковых колонок. Их мощность, как правило, приемлемая, но обнаружилось интересное явление: когда колонки находились друг от друга на расстоянии, то есть образовывали стереопанораму, для дальних боковых рядов звучание было несколько размытым. При сведении колонок вместе (тут они представляли уже точечный источник) — звук для всех учеников становился разборчивым. Так был сделан вывод, что для учебного помещения достаточно монофонической акустической системы (АС) подходящей мощности. При этом нет необходимости в использовании высококачественной и дорогой АС с широким диапазоном частот. Учебный видеоматериал, не говоря уж про аудио, обычно озвучен речью и имеет минимальное музыкальное сопровождение. Поэтому от АС требуется лишь чистое звучание в диапазоне 500-15000 Гц и мощность не менее 15 Вт.

Корпус монитора СТХ-VL500, переделанный под АС
Корпус монитора СТХ-VL500, переделанный под АС:
1 — фанерный щит; 2 — динамическая головка SOUNDMAXSM-CSE603 3 — корпус монитора; 4 — слой картона, покрытый эпоксидной смолой с опилками; 5 — горизонтальные бруски-распорки; 6 — вертикальные бруски-распорки; 7 — щит для установки крепления АС к потолку

Для наших целей вполне будет достаточно монофонической АС закрытого типа. Для ее работы потребуется монофонический усилитель звуковой частоты (УЗЧ) соответствующей мощности.

Для практической реализации проекта был приобретен 3-полосный коаксиальный динамик SOUNDMAXSM-CSE603 диаметром 160 мм, с номинальной выходной мощностью 40 Вт (по данным производителя). В книге С.В. Гапоненко «Акустические системы своими руками» рекомендуется производить выбор параметров корпуса колонки на основе характеристик динамической головки (динамика). В моем случае требовался корпус закрытого типа объемом не менее 15 литров.

Монофоническая акустическая система в корпусе от компьютерного монитора
Монофоническая акустическая система в корпусе от компьютерного монитора

Мне всегда была интересна тема вторичного использования корпусов от техники. Вот и здесь пришла идея не делать корпус с нуля, а приспособить готовый от старого компьютерного монитора СТХ-VL500. Найти такой не составило проблем, ведь сегодня все перешли на более удобные плоские мониторы. Корпус указанного монитора имеет объем 19 литров, он выполнен из прочного негорючего пластика и в его диагональ вместо экрана было бы удобно поместить наш динамик. Оставалось только убрать из монитора всю начинку и заглушить вентиляционные отверстия.

Принципиальная схема УЗЧ мощностью 15-20 Вт на ИМС TDA2030А с сумматором входного стереофонического сигнала
Принципиальная схема УЗЧ мощностью 15-20 Вт на ИМС TDA2030А с сумматором входного стереофонического сигнала
Схема сборки УЗЧ на макетной плате
Схема сборки УЗЧ на макетной плате

Для предстоящей герметизации корпус монитора был очищен от загрязнений, оклеен изнутри картоном от пищевой упаковки, а внутри его основания я вклеил фанерный щит толщиной 12 мм. Он необходим для крепления АС к потолку или к стене. Чтобы исключить искажения звука от собственных вибраций, корпус будущей АС должен быть очень жестким, а значит, противостоять звуковым колебаниям и компрессии воздуха, создаваемой динамической головкой. Для повышения жесткости внутри корпуса вклеено несколько брусков-распорок сечением 15×15 мм. Затем внутренняя полость будущей АС была покрыта слоем смеси эпоксидной смолы с опилками толщиной примерно 5 мм. Это дополнительно придаст прочность конструкции, повысит ее жесткость и герметичность, а шероховатый слой клея с опилками снизит рикошет звука внутри АС.

ОбозначениеЭлементНоминал
С1, С2, СЗКонденсатор неполярный0,22 мкФ х 25 В
С4, С5Конденсатор электролитический22 мкФ х 35 В
С6, С8Конденсатор неполярный0,22 мкФ х 63 В
С7, С9Конденсатор электролитический2200 мкФ х 50 В
R1, R2Резистор постоянный 0,125 Вт10 кОм
R3Резистор переменный (тип В)100 кОм
R4, R5, R6Резистор постоянный 0,125 Вт100 кОм
R7Резистор постоянный 0,125 Вт4,7 кОм
R8Резистор постоянный 0,125 Вт150 кОм
R9Резистор постоянный 0,5 Вт3,3 Ом
VD1, VD2Диод выпрямительный1N4004
IC1Микросхема УЗЧTDA2030A
ВА1Головка динамическая SOUNDMAXSM-CSE6034 Ом х 40 Вт

Для установки динамической головки в переднюю панель монитора (вместо экрана) установил щит из фанеры толщиной 7 мм с заранее выпиленным по шаблону посадочным местом для динамика. Щели в местах соприкосновения щита с панелью заполнил герметиком. Снаружи щит оклеен декоративным картоном под цвет диффузора динамика. Саму головку установил в последнюю очередь и припаял соединительные провода.

Общий вид усилителя в сборе со снятой крышкой
Общий вид усилителя в сборе со снятой крышкой:
1 — корпус СП-привода; 2 — опорная вставка; 3 — схема УЗЧ; 4 — регулятор громкости; 5 — индикатор включения питания; 6 — кнопка включения питания; 7 — входное гнездо стерео входа типа «тюльпан»; 8 — провод выхода УЗЧ на АС; 9 — провод подачи питания на схему от блока питания; 10 — ИМС выпрямителя; 11 — конденсатор фильтра питания
Внешний вид БП со снятой крышкой
Внешний вид БП со снятой крышкой:
1 — провод питания блока УЗЧ с розеткой АТХ-4-12; 2 — корпус от БП компьютера типа ATX; 3 — подключение экрана сетевой обмотки (при наличии); 4 -выключатель цепи 220 В; 5 — плавкий предохранитель; 6 — сетевой шнур; 7 -текстолитовое основание; 8 — понижающий трансформатор

При работе над проектом я выяснил, что для моей АС достаточно монофонического усилителя мощностью около 15 Вт. В настоящее время промышленность предлагает готовые интегральные микросхемы УЗЧ с самыми различными характеристиками и стоимостью. После изучения многочисленных статей и форумов практикующих радиолюбителей выбрал весьма популярную и недорогую микросхему TDA2030A производства компании National Semiconduktor.

Микросхема TDA2030A представляет собой довольно качественный монофонический УЗЧ мощностью 15-20 Вт, снабженный встроенной защитой от перегрева и короткого замыкания. По всему миру выпускается немало аналогов данной ИМС: LM1875, К174УН19, ECG1380, NTE1380, TDA2050 и другие.

Для сборки УЗЧ с использованием выбранной микросхемы потребовалось спаять схему, приведенную на рисунке.

Мой выбор пал на эту схему не случайно. Дело в том, что TDA2030A может работать как с однополярным, так и с двухполярным источником питающего напряжения. Конечно, при двухполярном включении ИМС выдает больше мощности (20 Вт). Однако столь большая мощность нам не нужна, да и реализовать двухполярный блок питания сложнее, так как необходим двухполярный трансформатор с нужными нам характеристиками — в готовом виде такие встречаются реже. Есть и еще одна причина. При выходе из строя микросхемы часто случается, что на динамическую головку начинает поступать прямое напряжение от блока питания, в результате чего динамик перегорает. Получается, что неисправная дешевая микросхема выводит из строя динамик стоимостью раз в пять дороже. При однополярном же включении между TDA2030A и динамической головкой стоит разделительный конденсатор С9, который не позволяет протекать постоянному току. Значит, и риск повреждения динамика сведен к минимуму.

Принципиальная схема блока питания УЗЧ и выпрямителя, разнесенных по разным корпусам конструкции
Принципиальная схема блока питания УЗЧ и выпрямителя, разнесенных по разным корпусам конструкции

Монтаж схемы УЗЧ обычно производится на специально подготовленной плате с печатным монтажом медных соединительных дорожек. В интернете приводится очень много готовых трассировок печатных плат под нашу ИМС.

Разобравшись, как производится трассировка платы, я разработал свой вариант, поскольку в продолжение темы вторичного использования корпусов от техники решил разместить УЗЧ в плоском корпусе из-под неисправного CD-привода. Для монтажа применил одностороннюю фольгированную одноразовую макетную плату. Перед сборкой схемы все компоненты УЗЧ были проверены визуально на предмет повреждений, контактные ножки были залужены. По рекомендации более опытных радиолюбителей сначала припаял пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы), а микросхему TDA2030А -в последнюю очередь. Для исключения перегрева при монтаже использовал маломощный паяльник на 30 Вт.

При работе усилителя часть подводимой от блока питания мощности выделяется на микросхеме в виде тепла. Чтобы избежать ее перегрева, крепим алюминиевый теплоотвод ИМС винтовым соединением к внутренней стороне металлического корпуса CD-привода, и улучшаем тепловой контакт микросхемы с радиатором при помощи термопасты КТП-8.

ОбозначениеЭлементНоминал
Х1Сетевой шнур с вилкой3 А х 250 В
Х2, Х3Разъемы (гнездо-вилка) АТХ-4-12
SA1Выключатель блока питания3 А х 250 В
SA2Выключатель питания выпрямителя УЗЧ4 А х 250 В
F1Плавкий предохранитель0,5 А х 250 В
TV1Трансформатор напряжения понижающий СТ-Р12Р-Е220-Та220 В / 30 В х 80 Вт
VD1Диодная сборка — мост выпрямительный
D3SBA10
4 А х 100 В
С1Конденсатор электролитический6800 мкФ х 50 В
HL1Светодиод индикаторный / синийІ-max = 20mA
R1Резистор постоянный 0,25 Вт3 кОм

Работу усилителя обеспечивает блок питания (БП). В его основе лежит понижающий силовой трансформатор СТ-Р12Р-Е220-Та от неисправного матричного принтера EpsonMX-100. Выбор продиктован тем, что раз схема требует напряжение от 18 до 40 В, может развивать 20 Вт мощности, и имеет кпд 50%, то с учетом еще и небольших потерь на трансформаторе, нам нужен БП мощностью не менее 45 Вт на соответствующее напряжение. Указанный трансформатор, согласно маркировке, обеспечивал работу принтера мощностью 86 Вт, а значит — сгодится и для наших целей. Прочие компоненты БП были также получены при разукомплектации списанной техники и перед применением проверены на исправность.

На радиолюбительских сайтах приводится немало схем для постройки блоков питания. Мне понравился вариант с раздельной установкой трансформатора и УЗЧ в разных корпусах. Это позволяет практически полностью избавиться от помех, вносимых мощным трансформатором. И это соответствует моей идее спрятать массивный БП в недра учительского стола. А еще в такой компоновке нет внешних угроз для диодной сборки выпрямителя VD1. В случае короткого замыкания в межблочном кабеле произойдет лишь кратковременная перегрузка трансформатора TV1. Тогда сработает плавкий предохранитель F1, разорвется цепь питания 220 В и устройство отключится.

Принципиальная схема блока питания УЗЧ и выпрямителя изображена на рисунке. Выпрямленное пониженное напряжение 40 В поступает на соответствующие точки питания схемы УЗЧ. Причем минус питания служит общим проводом усилителя.

Корпус для БП использован от неисправного компьютерного блока питания типа ATX. Он имеет подходящие габариты для размещения внутри понижающего трансформатора и остальных соединений. Также в готовом корпусе уже имеются отверстия для охлаждения трансформатора.

Внешний вид системы звукоусиления (блоки УЗЧ, АС и БП) перед установкой в учебном кабинете

Внешний вид системы звукоусиления (блоки УЗЧ, АС и БП) перед установкой в учебном кабинете
Внешний вид системы звукоусиления (блоки УЗЧ, АС и БП) перед установкой в учебном кабинете

Самодельная звуковая колонка в корпусе от монитора была подвешена под потолком учебного помещения рядом с мультимедийным экраном. Система звукоусиления не занимает место на учительском столе, она проста в использовании, и ее мощности вполне хватает для большинства мероприятий, проводимых в школе.

Бюджет проекта составил не более 2000 рублей.

Максим ЛОПАТИН, ученик 9 класса СОШ № 3 г. Амурска

Рекомендуем почитать

  • «ГЕНЕРАЛЬСКИЙ» ФЛОТ«ГЕНЕРАЛЬСКИЙ» ФЛОТ
    Победа над Францией в войне 1870 года открывала перед федерацией германских государств, образованной под эгидой Пруссии, совершенно новые перспективы В центре Европы вместо пестрого...
  • «ТОПИ ИХ ВСЕХ!», ИЛИ ОТ КОНФУЗА К ПОЛНОЙ ПОБЕДЕ«ТОПИ ИХ ВСЕХ!», ИЛИ ОТ КОНФУЗА К ПОЛНОЙ ПОБЕДЕ
    (Продолжение. Начало в №1-2017). Вступление США в войну, которая с учетом всех технических неприятностей, стремительности японского наступления, недостаточной подготовки экипажей, а,...
Тут можете оценить работу автора: