Усилители для сабвуфера от Мастер Кит

Звуковоспроизводящие системы являются неотъемлемой частью современной жизни. Их сложность и стоимость изменяются в широчайших пределах – от простейших монофонических усилителей на паре транзисторов до многополосных профессиональных систем воспроизведения для кинотеатров IMAX и концертных площадок.

Поэтому задача оптимизации сложности и стоимости систем воспроизведения звука была всегда достаточно актуальна, в особенности для индивидуального бытового применения.

Как известно, человек с помощью двух своих органов слуха, подключенных к «центральному процессору» – мозгу, может различать направление прихода звуковых колебаний именно из-за того, что человеческие уши разнесены в пространстве на 15-20 сантиметров. Этого оказывается достаточно, чтобы определить направление на источник звука из-за разности фаз приходящих звуковых волн.

Но не все звуки воспринимаются человеческим слухом одинаково. Каждый из нас наверняка замечал, что если положение источника достаточного высокого звука определяется без труда, то положение источника низкого звука, даже при его высокой громкости определить затруднительно. И это связано с размером базы «датчиков измерительной системы», образуемой человеческими ушами. Если длина волны звуковых колебаний существенно больше измерительной базы, то мозг не может «просчитать» разность фаз между звуковыми волнами, воспринимаемыми правым и левым ухом.

Этим эффектом ловко воспользовались инженеры, проектирующие звуковоспроизводящие устройства. При построении многополосной многоканальной звуковой системы (стерео, квадро и т.д.) можно неплохо сэкономить, используя одну звуковую колонку для воспроизведения низких частот всех каналов (примерно от 20 до 160 Гц). Ведь человек все равно не различит направления на источник низкой частоты. Такая колонка имеет сейчас вполне устоявшееся название сабвуфер (англ. subwoofer). Ну, а звуковая панорама более высоких частот будет воспроизводиться несколькими колонками обычным способом. Сабвуфер, как правило, имеющий приличные размеры, можно, кстати, расположить где-нибудь под столом, тумбой, или в багажнике автомобиля, где он не будет занимать дефицитное место.

Рис.1

Сабвуферы бывают пассивными, которые подключаются к общему усилителю звуковой частоты, или активными, имеющими свой индивидуальный усилитель, часто встроенный в низкочастотную колонку.

Любители самостоятельного конструирования звуковых систем используют фильтры низких частот (ФНЧ) и специализированные усилители для построения сабвуферного канала.

Компания Мастер Кит традиционно предлагает широкий ассортимент DIY-модулей для звукоусилительной и звуковоспроизводящей техники. Некоторые устройства специально предназначены для использования при изготовлении низкочастотного канала звуковоспроизведения, другие могут быть с успехом применены в этом канале, хотя могут решать более широкие задачи. В настоящем обзоре мы рассмотрим и те, и другие.

Все рассматриваемые устройства выполнены в бескорпусном исполнении и предполагают размещение либо в самостоятельно изготавливаемом корпусе, либо в корпусе, куда модуль встраивается.

В конце обзора вы найдете таблицу, которая поможет быстро сориентироваться в характеристиках модулей и сделать правильный выбор.

Напомним, что многие устройства Мастер Кит продаются наборами, в которых подобраны подходящие друг другу или дополняющие друг друга модули. Цена набора меньше, чем сумма цен его составляющих, поэтому, покупая набор, вы можете хорошо сэкономить!

1. BM2042 - монофонический усилитель низкой частоты, в основе которого – микросхема TDA

Рис.2 

Усилитель при мощности в 140Вт имеет минимальные габариты, определяемые, в основном, двум электролитическими конденсаторами емкостью 1000 мкФ каждый, индуктивностью и самой микросхемой. Эта интегральная микросхема представляет собой УНЧ класса АВ. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений и возможности отдавать ток до 10 А в нагрузку, микросхема обеспечивает одинаковую максимальную выходную мощность на нагрузках от 4 Ом до 8 Ом. Одной из основных особенностей этой микросхемы является применение полевых транзисторов в предварительных и выходных каскадах усиления и возможность параллельного включения нескольких ИМС для работы с низкоомной нагрузкой (менее 4 Ом). Управление режимом работы ИМС осуществляется при помощи переключателя, расположенного на плате. Совместно с фильтром BM2115, пропускающим только низкие частоты, усилитель можно рекомендовать для построения низкочастотного сабвуферного канала. Микросхему усилителя необходимо установить на теплоотвод (в комплект набора не входит) площадью не менее 600 см2. В качестве радиатора можно использовать металлический корпус или шасси устройства, в которое производится установка УНЧ. При монтаже рекомендуется использовать теплопроводную пасту, для повышения надежности работы ИМС.

2. Модуль MP3116btl - одноканальный усилитель низкой частоты класса D, построенный на популярной микросхеме TPA

Рис.3

MP3116btl отлично подойдет как для сборки нового усилителя своими руками, так и для модернизации старого усилителя до современного уровня. Универсальное питание позволяет использовать MP3116btl в качестве готового усилителя для сабвуфера в машину или дома. Например, можно использовать в качестве усилителя сабвуфера домашнего кинотеатра.

Микросхема TPA3116 включена в так называемом BTL режиме. За счет этого достигается 150Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом нелинейных искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы (более 90%),  для ее работы не требуются массивные радиаторы и системы активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости, что делает усилитель более удобным в применении. По умолчанию на входе усилителя установлен фильтр для среза высоких частот, что позволяет сразу использовать усилитель для построения сабвуфера (для отключения фильтра необходимо лишь удалить один конденсатор). Частота среза 3кГц. Этого достаточно для динамиков с фильтрами. Если динамики без фильтров, то перед усилителем необходимо использовать дополнительные фильтры низких частот BM2115 или NM0103, или звуковой процессор BM2114dsp.

Более подробно об усилителях на основе TPA3116 можно прочесть в статье Маленький - не обязательно плохой! Усилитель НЧ D-класс 2х50Вт с регулировкой тембра.

3. BM2033 – это готовый к применению модуль моно усилителя на основе микросхемы TPA7294 мощностью 100 Вт.

Рис.4

Микросхема TPA7294 представляет собой усилитель низкой частоты класса АВ.

Она предназначена для использования в качестве AB усилителя звука класса Hi-Fi. Благодаря широкому диапазону питающих напряжений и высокому выходному току, TDA7294 способна обеспечивать высокую выходную мощность при сопротивлении динамиков 4 Ом и 8 Ом.

TDA7294 имеет низкий уровень шума, низкий уровень искажений, хорошее подавление пульсаций. Микросхема имеет встроенную защиту от короткого замыкания и схему отключения при перегреве. Встроенная функция подавления (Mute) упрощает дистанционное управление усилителем, предотвращая появления шумов.

Этот интегральный  усилитель прост в использовании и для его полноценной работы требуется не так много внешних компонентов. Можно использовать в качестве отдельного усилителя на каждый канал или в качестве усилителя для сабвуфера совместно с фнч. Применения радиатора с использованием теплопроводной пасты является обязательным.

4. Активный фильтр для сабвуфера BM2115 избавит от установки громоздкого пассивного фильтра низкой частоты на выходе усилителя мощности при проектировании низкочастотного усилительного каскада.

Рис.5

Этот неинвертирующий фильтр второго порядка выполнен на сдвоенном операционном усилителе LM358. Частота среза фильтра – 100 Гц. Установленный на плате светодиод индицирует наличие напряжения питания, подстроечным резистором можно регулировать уровень входного сигнала. Фильтр устанавливается между линейным выходом источника сигнала и входом усилителя мощности сабвуфера. Геометрия устройства позволяет монтировать его в разрыв сигнального провода. Для подключения питающего напряжения и сигнальных проводов предусмотрены парные клеммные винтовые зажимы.

5. Набор для самостоятельной сборки фильтра низкой частоты NM0103 позволит не только улучшить навыки самостоятельной пайки начинающему электронщику, но и получить вполне функциональное устройство, необходимое для создания сабвуферного канала звукоусиления.

Рис.6

Частота среза фильтра может быть установлена 60 Гц или 80 Гц с помощью применения различных конденсаторов, входящих в состав набора.

Конструктор предназначен для детей старшего школьного возраста, а так же для радиолюбителей любой квалификации. Работа с набором не требует специальной подготовки и позволяет получить навыки конструирования и сборки простых радиотехнических устройств.

Фильтр низких частот может применяться для построения сабфуверов, в составе домашних кинотеатров любой мощности, а так же для автомобильных и портативных сабвуферов.

6. Набор для самостоятельной пайки NM0106 позволяет собрать оконечный усилитель низкой частоты, работающий в двух режимах: двухканальный стерео режим, и режим моста. В режиме моста усилитель как нельзя более подходит для сабвуфера мощностью до 150 Вт.

Рис.7

Усилитель мощности предназначен для передачи в нагрузку максимальной мощности полезного сигнала при минимально возможном уровней нелинейных и частотных искажений. Он построен на микросхеме TDA7294, которая за годы эксплуатации с момента её выпуска в 1996 году зарекомендовала себя надежным и качественным устройством. Усилитель содержит в себе два одинаковых канала и может использоваться как стереоусилитель с номинальной выходной мощностью 70Вт на канал, либо как мостовой усилитель.

7. Модуль NM0605 несколько выбивается из тематики данного обзора, но имеет к нему непосредственное отношение, поскольку представляет собой автомобильный преобразователь, на выходе которого получается двухполярное напряжение для питания автомобильных усилителей низкой частоты.

Рис.8

Этот набор для самостоятельной пайки представляет собой мощный DC-DC преобразователь, построенный по схеме "PUSH-PULL". Преобразователь позволяет работать с нагрузкой общей мощностью до 200Вт. Он построен на микросхеме ШИМ-контроллера SG3525, которая преобразовывает постоянное входное напряжение в переменное напряжение высокой частоты. В качестве источника питания модуля может выступать напряжение, подаваемое с автомобильного генератора или аккумулятора. Таким образом , можно обеспечить автономное питание звукоусилительной техники там, где нет стационарных источников электроэнергии.

Модуль NM0605 входит в состав нескольких комплектов, предлагаемых на специальных условиях компанией Мастер Кит:

• NM2042 + NM0605 Набор для сборки УНЧ 140Вт, моно + набор для сборки автомобильного преобразователя 12 - +/-35В, 3А
• NM2042 + NM0103 + NM0605 Набор для сборки усилителя НЧ 140Вт + ФНЧ + автомобильного преобразователя напряжения
• NM0101 + NM0103 + NM0605 Набор для сборки оконечного усилителя НЧ 100Вт + ФНЧ + автомобильного преобразователя напряжения
• NM2012M + NM0103 + NM0605 Набор для сборки Hi-Fi УНЧ 200 Вт (моно) + ФНЧ для сабвуфера + автомобильного преобразователя 12 - +/-35В

8. Набор для пайки NM2012M предназначен для сборки монофонического усилителя низкой частоты, который обеспечивает до 200 Вт мощности в нагрузке.

Рис.9

Устройство базируется на схемном решении "ROD ELLIOTT P3A AMPLIFIER". В схеме используется автосмещение напряжения на базах транзисторов, благодаря чему не требуется выставлять их токи покоя. Усилитель питается двухполярным напряжением от 12 до 50 вольт и может работать на нагрузку от 2 до 16 ом. Он обладает малым коэффициентом нелинейных искажений, коэффициентом усиления 34 дБ, и расширенным частотным диапазоном от 15 до 25000 Гц.

10. Модуль цифровой обработки сигналов BM2114dsp также может быть использован в том числе и для построения низкочастотного канала усиления. Но возможности этого устройства настолько широки, что низкочастотный канал будет являться только небольшой частью системы, которую можно спроектировать на основе модуля.

Рис.10

Устройство представляет собой встраиваемый модуль с установленным Digital Signal Processor (DSP) ADAU1701. Такой процессор осуществляет цифровую обработку звуковых сигналов, поступающих на его вход, и направляет обработанные сигналы на несколько выходов в соответствии с заложенной программой.

Для подключения доступно 2 RCA входа и 4 RCA выхода. Для настройки процессор подключается через USB-порт к компьютеру. Программирование производится в визуальной среде Analog Devices SigmaDSP, бесплатно распространяемой разработчиком процессора. При программировании, заключающимся в перетаскивании и соединении элементов звукового тракта на экране компьютера, доступны фильтры, эквалайзеры, задержки, компрессоры, лимиттеры, индикаторы и детекторы уровня, детекторы клиппинга, регуляторы уровня, микшеры и многое другое. Логические блоки можно соединять в любом порядке, наращивать, комбинировать. Например, можно использовать внешний регулятор для усиления баса и настроить компрессор для защиты сабвуфера.

Цифровой модуль предназначен для встраивания в усилители, активные колонки, автомобильные или домашние аудиосистемы.

Модуль позволяет также заменить собой кроссоверы, корректировать АЧХ системы эквалайзерами, устройствами Room Correction, вводить задержки в разные каналы для компенсации расстояния между динамиками, защищать динамики от перегрузки введением лимитеров.

Более подробно об использовании модуля BM2114dsp можно ознакомиться в серии статей на нашем сайте:

BM2114dsp - Цифровой процессор звука, обзор. Часть 1

BM2114dsp - Цифровой процессор звука. Часть 2: разрабатываем реальный звуковой тракт

BM2114dsp - цифровой процессор звука. Часть 3: внешние элементы управления, генерация и обработка звуковых сигналов

Модули Мастер Кит для сабвуфера