"Коробочка" для Speaker Workshop и JustMLS
Главная
Акустика
Аудио
Статьи и заметки
Фотогалерея
Гостевая
Ссылки
Обо мне
Напишите мне
Статьи и заметки → "Коробочка" для Speaker Workshop и JustMLS

• Общее описание

В этой статье я хочу рассказать о своей установке, которая работает с такими программами как Speaker Workshop [1], JustMLS [2], LSPLab [3], RMAA [4] и подобными. С помощью звуковой карты компьютера, данной установки и средствами вышеперечисленных программ можно измерять значения пассивных компонентов (сопротивления, емкости, индуктивности) и параметры динамических головок (импеданс, АЧХ, ФЧХ, waterfall, параметры Тиэль-Смолла).
Разработка этой конструкции, а точнее усовершенствование "коробочки" Олега Леонова [5], было задачей не тривиальной поскольку хотелось добиться максимума возможностей при измерениях в домашних условиях. С этой задачей, считаю, справился - со второй попытки устройство показало себя как надо (по крайней мере, для меня).
Сразу хочу предупредить: это уже не та... "коробочка" - это усилительно-делительное коммутирующее устройство. Оно содержит в себе линейный усилитель, делители напряжений и измерительный резистор, переключатель режимов и переключатель калибровки. Итак, расскажу немного подробнее об элементах конструкции.

• Усилитель

Первый вариант установки (версия 1.0), был собран на основе микросхемного усилителя TDA2030A с разгрузкой по току на транзисторах КТ818/819 [6]. Однако появилось несколько причин, из-за которых пришлось отправить этот усилитель на "дальнюю" полку. Во-первых, микросхемы TDA легко горят при изменении напряжения питания и уменьшении сопротивления нагрузки (за два месяца у меня сгорело 2 кристалла). Во-вторых, частотный диапазон схемы не соответствовал требованиям (особенно на НЧ). В-третьих, данная схема имела плохую термостабилизацию, а точнее совсем никакую. В ней следовало бы поставить сопротивления в базы и эмиттеры транзисторов, чтобы исключить саморазогрев их кристаллов и, соответственно, их выгорание.
Поэтому, а в основном из-за ненадежности микросхемы, мне пришлось найти новую конструкцию усилителя. Усилителя надежного, термостабильного, с линейной АЧХ (хотя бы 10-20000Гц). Таким образом, я приглядел микросхему LM1875T. Сделал инвертирующее включение усилителя с буфером на входе (LF412) [7] и дополнил схему сервоконтроллером [8]. Тем самым расширил полосу пропускания вниз до нескольких герц:

Загрузить рисунок в новом окне [22,1кБ]

Схема усилителя на LM1875T.
Загрузить фотографию в новом окне [151кБ]

Внешний вид усилителя в составе SWJBox (версия 2.0).

Для нормальной работы усилителя в составе "коробочки" требуется выставить уровень его максимального выходного сигнала. Для этого в схеме предусмотрен подстроечный резистор (R3), которым надо устанавить такое напряжение на входе усилителя (при максимальном выходном уровне напряжения звуковой карты, положение движка громкости при этом необходимо запомнить), чтобы на выходе усилителя было напряжение, соответствующее 10Вт на нагрузке 8 Ом. В качестве тестового сигнала с PC я использовал сэмпл 1 кГц синуса (0dB), сгенерированного в Cool Edit Pro 2.0. Верхняя частота пропускания усилителя ограничена 48кГц фильтром высоких частот, состоящим из R1 и C1.
Ограничение выходной мощности на уровне 10Вт при нагрузке 8 Ом связано с тем, что в большинстве случаев это самое подходящее значение мощности (соответственно 20Вт на 4 Ом), хотя усилитель способен отдать в нагрузку до 15Вт при данном напряжении питания. Максимальный ток микросхемы 4А, а значит, максимальная мощность на 2 Омной нагрузке ограничивается 32Вт. Таким образом, усилитель способен недолго работать и на низкоомную нагрузку.

• Делитель напряжений

Так как иногда требуется измерять маломощные, но особо чувствительные динамики, я пришел к выводу, что для всевозможных измерений мне будет достаточно три коэффициента деления выходного напряжения усилителя (для SB PCI128): -20dB (10.15раз), -27dB (22.60раз), -30dB (31.95раз). Данные коэффициенты были выбраны так, чтобы при различных выходных мощностях усилителя (1Вт, 5Вт, 10Вт на 8Ом), с выхода устройства снимались напряжения приблизительно равные 0.28В, что оптимально для моей звуковой карты (для SB PCI128). Для другой звуковой карты прийдется определить значение входного напряжения, при котором не происходит перегрузка и лавинный рост искажений АЦП звуковой карты и рассчитать сопротивления делителей заново. В скобках на схеме ниже указаны номиналы сопротивлений оптимальные для звуковой карты Creative Audigy 2ZS [9].

Загрузить рисунок в новом окне [16,5кБ]

Схема делителя напряжений и переключения режимов.
Загрузить фотографию в новом окне [146кБ] Загрузить фотографию в новом окне [136кБ] Загрузить фотографию в новом окне [117кБ]

Внешний вид делителя напряжений в составе SWJBox (версия 2.0).

В этой схеме присутствуют переключатели S1, S2, S3 и SG1. SG1 – это трехпозиционный переключатель делителей, S1 – выбор режимов (АЧХ <-> Импеданс), S2 – калибровка тракта (Выключена <-> Включена), S3 - подключает к устройству измерительный микрофон (Левый канал <-> Микрофон). На схеме переключатели S1 и S2 в положении I (второе положение - 0), S3 - в положении I (второе положение II). Основным является переключатель S1:
• S1 в положении I (режим АЧХ). Его первая группа контактов замкнута – происходит обход измерительного резистора (на схеме 8.2 Ом), а вторая группа разомкнута – то есть сигнал на левый вход звуковой карты не поступает, туда должен поступать сигнал от микрофона. В режиме калибровки (S2 в положении 0), когда отключен измеряемый динамик и отключен микрофон, контакты S2.2 замкнуты – одним и тем же сигналом калибруются оба канала звуковой карты.
• S1 в положении 0 (режим Импеданс). Его первая группа контактов разомкнута – сигнал идет через измерительный резистор, а вторая группа замкнута – сигнал поступает на левый вход звуковой карты. В режиме калибровки (S2 в положении 0) контакты S2.1 замкнуты - происходит обход измерительного резистора, то есть одним и тем же сигналом калибруются оба канала звуковой карты.
В версии устройства 2.3 был добавлен переключатель S3, подключающий к левому каналу звуковой карты либо левый выход устройства (в режиме измерения импеданса и калибровки режима АЧХ), либо микрофон (в режиме измерения АЧХ):
• S3 в положении I (режим Импеданс или калибровка режима АЧХ). Его группа контактов 1 замкнута, 2 разомкнута – сигнал с левого канала устройства идет на левый вход звуковой карты.
• S3 в положении II (режиме АЧХ). Его группа контактов 1 разомкнута, 2 замкнута - к левому входу звуковой карты подключен микрофон.
Ниже представлена сводная таблица выбора режимов работы устройства:

   Режим работы

S1

S2

S3

   "Измерение АЧХ"

I

I

II

   Калибровка "Измерения АЧХ"

I

0

I

   "Измерение импеданса"

0

I

I

   Калибровка "Измерения импеданса"

0

0

I

• Калибровка устройства и звуковой карты

Калибровка требуется для того, чтобы во время измерений учитывались все нелинейности звукового тракта (звуковой карты, усилителя, делителей, проводов).
Калибровка в режиме АЧХ (S1 в положении I). Переводим S2 в положение 0 и S3 в положение I. В окне программы JustMLS выставляем параметры 2ch (вкладка Measure SPL), Sample Rate 48000Hz (смотря, какая звуковая карта) и MLS Length 32768 (вкладка Settings). Подбираем уровень громкости, переключая движок делителей (или изменяя Громкость в микшере ПК) и периодически нажимая на кнопку Test Levels. Далее нажимаем кнопку Soundcard Cal – калибровка завершена. Переводим S2 в положение I и S3 в положение II, импортируем файл калибровки микрофона, включаем микрофонный усилитель и измеряем АЧХ и ФЧХ ГД.
Калибровка в режиме Импеданс (S1 в положении 0). Переводим S2 в положение 0 и S3 в положение I. Далее процесс тот же, настройки программы Speaker Workshop те же, что и у Железного Шихмана [5]. Только калибровочные резисторы подключаем к проводам, к которым в дальнейшем подключаются измеряемые ГД. После калибровки программы переводим S2 в положение I (S3 остается в том же положении I) и проводим измерения пассивных компонентов или же ИЧХ динамических головок.

• Детали

Все номиналы приведены на схемах. Резисторы мощностью 0.125Вт, кроме резисторов мощность которых конкретизирована на схемах. LF412 можно заменить на NJM2068, AD712, OPA2347, в крайнем случае на TL072. Диоды 1N4148 или КД522. Микросхеме LM1875T потребуется радиатор площадью не менее 500см². Подстроечник СП3-38Б или импортный типа CA9H. Электролитические конденсаторы Samsung или Jamicon номинальным напряжением не менее 25В для С2-С3 и не менее 35В для С8-С9, С14-С15. Клеммники в последней версии устройства не используются - все провода припаиваются к контактным площадкам плат. Переключатели режима (S1) и калибровки (S2) типа SC768(6C) – сдвоенные, двухпозиционные. Галетный переключатель (SG1) на три положения с двумя плашками, например, 3П6НПМ (я применил галетник из старой аппаратуры Tesla). Корпус пластмассовый, для блока питания "Кедр". Если будут использоваться именно эти элементы, то можно скачать архив печатных плат в формате Sprint Layout 4.0: SWJBox lay.
Питается установка от блока питания (см. последнюю фотографию) с выходным напряжением ±22В. В составе БП: тороидальный трансформатор (60Вт) с двумя вторичными обмотками по 16.5В, диодный мост на КД213, шунтированный пленочными конденсаторами по 0,1мкФ и 4-ре конденсатора на 4700мкФ×35В (по два в плечо).

• Рекомендации

В процессе эксплуатации SWJBox я пришел к выводу, что необходимости в клеммниках на плате усилителя нет. Лучше всего сделать все соединения пайкой. В качестве переключателей лучше использовать мощные тумблера с хорошими контактами. Плату усилителя и делителей необходимо соединять медным кабелем сечением не менее 1мм². Это же относится к цепи "плата делителей - динамик". Сами делители можно упростить, оставив два положения (для выходных мощностей 1Вт и 5Вт на 8Ом), так как третье положение практически не используется.
После последней модернизации устройства (см.ниже версию 2.3) появилась идея сделать SWJBox на другом качественном уровне (для коммутации использовать реле, выполнить всю аналоговую часть на одной плате с интегрированными разъемами) и с микропроцессорным управлением.

• Внешний вид конструкции

1) Версия 1.0 устройства. Усилитель на TDA2030A с разгрузкой по току на транзисторах КТ818/819 (на общем радиаторе). Делители с внутренней калибровкой – калибровочные резисторы стоят на плате, таким образом, при калибровке не учитывается сопротивление проводов, подключающих ГД. Все это помещено в алюминиевый бокс и закрыто гетинаксом.

Загрузить фотографию в новом окне [158кБ] Загрузить фотографию в новом окне [153кБ]

2) Версия 2.0 устройства. Усилитель на LM1875 в инвертирующем включении, с буфером на входе и сервоконтроллером (большая плата). Делители на три положения с внешней калибровкой – во время калибровки, калибровочные резисторы подключаются к проводам, к которым в дальнейшем, подключаются измеряемые ГД (плата с синим галетником). Все это помещено в пластмассовый бокс от блока питания "Кедр".

Загрузить фотографию в новом окне [116кБ] Загрузить фотографию в новом окне [105кБ]
Загрузить фотографию в новом окне [142кБ] Загрузить фотографию в новом окне [157кБ]

3) Версия 2.3 устройства. В версии 2.1 с платы усилителя "коробочки" были убраны клеммники и заменены на пайку. Версия 2.2 приобрела три хороших RCA разъема (вход левого канала, выход левого и выход правого каналов) и другие коэффициенты деления в связи с работой со звуковой картой Creative Audigy 2ZS [9].
После приобретения звуковой карты E-MU 1212M [10] потребовалось еще немного доработать существующую версию "коробочки", а именно:
- на задней панели смонтировать 5 RCA-разъемов (на схемах обозначены как RCA1-RCA5): вход микрофонного усилителя, выход правого канала, выход левого канала, вход правого канала, вход левого канала (смотрим слева-направо на фотографии ниже);
- на правом боку корпуса устройства установить двухпозиционный переключатель для коммутации режимов "Левый канал"-"Микрофон" (положения I и II, соответственно);
- убрать земляные "петли" развязав сигнальные цепи от питающих и выходных.

Загрузить фотографию в новом окне [141кБ] Загрузить фотографию в новом окне [120кБ]
Загрузить фотографию в новом окне [133кБ]

Действующая измерительная установка с блоком питания в работе.

• Ссылки по теме

  1. Audua, Incorporated - сайт создателя программы Speaker Workshop;
  2. IJData - сайт Ingemar Johansson, создателя программы LSPCad (в состав входит JustMLS);
  3. LoudSpeaker LAB Homepage - сайт Johny Grenander, создателя программы LSPLab;
  4. Audio Rightmark - сайт независимого проекта для аудио измерений;
  5. ПАРАМЕТРЫ ТИЭЛЕ-СМОЛЛА - ПОЖАЛУЙСТА - статья Олега Леонова;
  6. Усилитель с разгрузкой по току на TDA2030A - мои "улучшения" для TDA2030A;
  7. Усилитель на LM1875T - статья о хорошем маломощном усилителе;
  8. Система поддержания нуля для УМЗЧ - статья о сервоконтроллере;
  9. Creative Audigy 2ZS измерения - тест звуковой карты;
  10. E-MU 1212M Digital Audio System измерения - тест звуковой карты;
  11. JIG II - вариант "коробочки" от Эрика Уоллина.

Последнее обновление 22.01.2013
Статьи и заметки → "Коробочка" для Speaker Workshop и JustMLS