Модуль усилителя для сабвуфера

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.

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!

BM2042 – монофонический усилитель низкой частоты, в основе которого – микросхема TDA7293.

Усилитель имеет минимальные габариты, определяемые, в основном, двумя 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, пропускающим только низкие частоты, усилитель вполне можно рекомендовать для построения низкочастотного сабвуферного канала.

Модуль MP3116btl является усилителем низкой частоты класса D, построенным на популярной микросхеме TPA3116.

Усилитель отлично подойдет как для сборки нового усилителя, так и для модернизации старого усилителя до современного уровня.

Микросхема TPA3116 включена в так называемом BTL режиме. За счет этого достигается 150 Вт 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.

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

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. Применение радиатора с использованием теплопроводной пасты является обязательным.

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

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.

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.

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 также 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.

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.

Усилитель мощности предназначен для передачи в нагрузку максимальной мощности полезного сигнала при минимально возможных уровнях 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 70 Вт на канал, либо как мостовой усилитель.

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

Этот набор для самостоятельной пайки представляет собой мощный DC/DC преобразователь, построенный по схеме «PUSH-PULL». Преобразователь позволяет работать с нагрузкой общей мощностью до 200 Вт. 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:

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

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 двуполярным 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.

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.

Устройство представляет собой встраиваемый модуль с установленным цифровым сигнальным процессором (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 доступны 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, заключающемся 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 с использованием модуля BM2114dsp можно ознакомиться в серии статей:

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Представляем полный модуль усилителя для сабвуфера на популярной специализированной микросхеме TDA7294. Это самая лучшая микросхема для УМЗЧ, по соотношению мощность/цена. Поэтому другие варианты аудио схемотехники заметно проигрывают.

Возможности и функции схемы

• усилитель мощности на TDA7294 (70-140W)
• регулировка усиления НЧ
• регулируемый фильтр низких частот (80-150Hz) с возможностью отключения
• переключатель фазы (0-180 градусов)
• фильтр инфранизких частот (пассивный 3-й порядок 19, 25, 33 Гц на выбор)
• автоматическое включение/выключение с помощью выключателя этой функции (режим ON/AUTO)
• вход моно/стерео с чувствительностью 150 мВ
• система бесшумного включения/выключения
• Размеры платы с деталями всего 10×10 см

Схемы модулей

Принципиальная схема усилителя мощности

Микросхема TDA7294 — классика домашнего звукостроения. Простота, надёжность и высокая повторяемость: вот что склоняет многих выбирать именно эту ТДА-ху. Работает она как в мостовом, так и одиночном включении.

Принципиальная схема фильтра НЧ

Блок обработки входного сигнала может работать как моно, так и обычный стерео сигнал аудио с линейного выхода ДК или ПК. Предусмотрена настройка сдвига фазы. Основа — операционные усилители TL074 и TL062.

Принципиальная схема блока питания сабвуфера

Кроме самого БП, формирующего напряжения 2х12 и 2х33 вольта, тут показан блок задержки включения динамика (транзистор ВС546 и реле на 24 В).

Выбор трансформатора

Для нормальной работы модуля УМ сабвуфера необходимо подключение мощного основного трансформатора питания и маленького дежурного трансформатора на 12 В. Рекомендуемый трансформатор (для обеспечения максимальной мощности):

1. Версия 1 x TDA7294: 100W 2x24V для 4 Ом, 100W 2x30V для 8 Ом
2. Версия 2 x TDA7294: 200W 2x24V для 8 Ом, 200W 2x30V для 16 Ом

Конструкция сабвуфера

Все элементы самодельного саба собраны в единый модуль, который уже можно использовать как отдельное устройство, так и встроить в коробку пассивного сабвуфера, сделав его активным. Для этого можно взять готовую колонку от старых советских АС-90, убрав лишние динамики и фильтра из неё и выведя органы управления наружу. Скачайте файлы проекта — схема и плата.

Компания ICEpower (Дания) была основана в 1999 году как совместное предприятие с широко известным производителем аудиовидеоаппаратуры фирмой Bang & Olufsen. На сегодняшний день бренд ICEpower хорошо известен во всем мире, в том числе и в России.

ICEpower — динамично развивающаяся компания, являющаяся лидером в разработке современных аудиоусилителей класса D. Высокая производительность, высокая плотность передачи акустической энергии и высокая энергоэффективность – три составляющих успеха ICEpower на рынке.

Основой усилителей ICEpower является аналого-цифровое ядро собственной разработки, выполненное в форм-факторе отдельной микросхемы. Компания имеет десятки патентов на оригинальные решения в области обработки аудио сигнала. Продукция ICEpower отлично зарекомендовала себя во множестве проектов. Клиентами и партнерами ICEpower являются такие известные компании как Bang & Olufsen, Asus, Bowers & Wilkins, Pioneer, Alpine, Samsung, Audi и другие.

Технологии

Отличием компании ICEpower является новаторский подход к разработке усилителей класса D. В ее усилителях осуществлятся обработка аналогового сигнала, отсюда и название технологии ICEpower — «аналоговый класс D» (analogue Class D) или «аналоговое переключение» (analogue switching). В отличие от обычной техники получения ШИМ сигнала при помощи генератора треугольных импульсов, в технологии ICEpower используется автогенератор, охваченный множеством обратных связей, что обеспечивает стабильно высокое качество аудио вне зависимости от нагрузки. Ключевые технологии ICEpower называются COM/MECC, НСОМ и DualLoop3. Включение в систему обратной связи непосредственно выхода усилителя (после фильтра) обеспечивает чрезвычайно низкий выходной импеданс и приводит, в частности, к очень точной проработке низких частот, лучшей, чем в классе AB.

В большинстве случаев усилители ICEpower интегрируются с высококачественным импульсным AC/DC источником питания ZVS/ZCS собственной разработки. Тем самым для разработчиков аудиосистем снимается ряд проблем, связанных с выбором или разработкой подсистемы питания.

Продукция

Компания ICEpower выпускает законченные модули мощных высококачественных усилителей звука, которые выполнены в форм-факторе печатных плат. Типовая плата включает специализированный процессор в виде интегральной микросхемы ICEpower, силовые ключи, конденсаторы, фильтры и другие дискретные компоненты, а также сетевой источник питания. Компания выпускает усилители с различным числом каналов и широким диапазоном выходной мощности.

Усилители ICEpower характеризуются исключительным качеством и верностью звуковоспроизведения, высокими значениями удельной мощности и КПД, а также малыми габаритами и массой. Это определяет их повсеместное использование в области профессионального звука и в потребительском Hi-Fi сегменте. Ассортимент выпускаемых усилителей позволяет разработчику или системному интегратору быстро получать конечное решение с необходимым числом каналов усиления и требуемой выходной мощностью, с мостовой или полумостовой конфигурацией выходных каскадов

Семейства усилителей ICEpower оптимизированы для определенного круга конечных изделий. Серии A и ASP будут отличным выбором для построения мощных усилителей или активной акустики для концертных залов. Серия ASX2 оптимальна для стереофонических усилителей в потребительском сегменте Hi-Fi аудиотехники. Усилители серий 150ASH7 и ICEmatch прекрасно подойдут для домашнего кинотеатра и других многоканальных решений.

Серии A и ASP

Высокая надежность работы и отличная стойкость к механическим и вибрационным воздействиям в сочетании с большой выходной мощностью выгодно отличают это семейство на рынке профессионального звуковоспроизведения, в том числе и для автомобильного сегмента.

Серия A включает усилители мощностью 250, 500 и 1000 Вт, которые требуют питания ±12 В, а также питания выходного каскада. На платах имеются логические входы выключения звука (MUTE) и переключения в режим ожидания (STANDBY), а также выход монитора позволяющего контролировать выходной сигнал. Усилители имеют балансный вход, оптимизированный для дифференциального сигнала.

Серия ASP представляет собой усилители мощностью 250, 500 и 1000 Вт со встроенным источником питания от сети 110/220 В, который может питать дополнительные каналы усиления, построенные на модулях серии A или серии АС. Каналы усилителей серии ASP фактически аналогичны усилителям серии A соответствующей мощности. При этом каждый модуль ASP также обеспечивает питание ±12 В.

Сочетание серий A и ASP обеспечивает гибкий модульный подход к разработке конечного продукта. Это упрощает разработку целой линейки конечных изделий, начиная с обычного усилителя для сабвуфера и заканчивая трехканальной активной акустической системой. Основные области применения серии А/ASC — активные колонки для студий и концертных залов, активные сабвуферы, стереофонические усилители большой мощности

Серия ASC

Модули 200ASC, 200AS и 200SC представляют бюджетную серию усилителей компании ICEpower, имеющую сбалансированные характеристики по мощности и качеству звуковоспроизведения. Она предназначена для работы в сабвуферах, внешних усилителях для электромузыкальных инструментов (комбиков), в активных акустических системах широкого назначения, а также в системах озвучивания помещений и залов. Усилители семейства ASC имеют относительно низкую стоимость, что делает их привлекательными для построения оконечных высококачественных аудиосистем. Серия ASC оптимизирована для построения мощных стереофонических усилителей, активных акустических систем и сабвуферов.

Модуль 200ASC содержит 200-ваттный усилитель и импульсный блок питания мощностью 310 Вт. Кроме основного выхода 47 В для питания усилителя, блок питания обеспечивает дополнительное выходное напряжение ±12 В, а также имеет выход для подключения дополнительных каналов усилителей.

200AC – отдельная плата усилителя мощностью 200 Вт, такого же, как в модуле 200ASC. Она спроектирована специально для использования в качестве дополнительной при совместной работе с модулями 200ASC, 250ASP и 500ASP. Вход звукового сигнала дифференциальный, аналогичный серии A, диапазон напряжений питания 22…50 В.

200SC – отдельный блок питания модуля 200ASC. Наличие раздельных блоков питания и усиления дает разработчику дополнительные возможности оптимизации устройства в тех случаях, когда имеются пространственные ограничения при компоновке конечной системы.

Серия ASX2

Серия ASX2 включает усилители с двумя полумостовыми каналами и встроенным сетевым источником питания. Два полумостовых выхода могут конфигурироваться в один мостовой выход. Исключение составляет усилитель 50ASX2 – для него выпускаются две версии: полумостовая 50ASX2SE и мостовая 50ASX2BTL.

Вход усилителей этой серии — однополярный, при включении в мостовом режиме он становится балансным. Во всех моделях имеется логический вход отключения усилителя, а также логические выходы мониторов перегрева и перегрузки по току. Кроме того, имеются выходы нестабилизированного напряжения ±24 В с нагрузочной способностью примерно 200 мА, достаточного для построения предварительного усилителя или ЦАПа.

Интересной особенностью усилителей ASX2 является возможность перераспределения мощности между каналами путем включения ассиметричной нагрузки. При включении симметричной нагрузки ее минимальное сопротивление должно быть не менее 3 Ом, однако, если на одном из каналов сопротивление нагрузки не менее 6 Ом, то на другом можно включить нагрузку 2 Ома..

Усилители серии ASX2 обеспечивают качество звучания, достойное заслуженного внимания настоящих аудиофилов, и перекрывают диапазон выходной мощности от 25 до 630 Вт. Показатели удельной мощности для усилителей этого семейства достигают значений свыше 1 Вт/см 3 , не требуя при этом применения дополнительного теплоотводящего радиатора и экранирования. Модули ASX2 будут отличным выбором при построении высококачественного стереоусилителя, активной акустики, студийного монитора.

Серия ICEmatch

Серия ICEmatch состоит из сетевого блока питания 400SM мощностью 400 Вт и двухканального усилителя 80AM2. Один модуль 400SM может поддерживать до восьми модулей 80AM2, обеспечивая, таким образом, широкие возможности для построения разнообразных конечных устройств от высококачественного стереофонического усилителя до многоканального студийного монитора. 400SM поддерживает основную шину питания и каналы вспомогательных выходных напряжений +5 В, ±12 В. Кроме того, у него имеется ряд дополнительных выводов для управления режимом работы блока питания и индикации его состояния. В режиме ожидания 400SM потребляет не более 0,2 Вт.

80AM2 – законченный компактный усилитель с выходной мощностью 2 ´ 80 Вт в полумостовом включении на нагрузке 4 Ом и до 160 Вт в мостовой схеме включения на нагрузке 8 Ом. Усилитель имеет балансный вход, питание силового каскада до ±36 В.

Серия ICEmatch обеспечивает пользователю расширенные возможности управления и мониторинга. Для этого модуль 400SM имеет две дополнительные шины. Одна из них создана предназначена для модулей 80AM2, другая — для контроля предусилителей.

Область применения серии ICEmatch — многоканальные усилители, включая домашние кинотеатры, активные акустические системы, студийные мониторы.

ICEtheater7 – идеальное решение для домашнего кинотеатра

ICEtheater7 – один из последних представителей высококачественной аудиотехники Hi-Fi класса для профессиональных и домашних аудиосистем. Новый семиканальный усилитель выполнен на базе третьего поколения микросхем ICEpower, имеет ряд уникальных технических характеристик для усилителей класса D, например, полосу пропускания 120 кГц, включая 20 кГц на полной выходной мощности, в сочетании с чрезвычайно низкими искажениями и шумами. Новаторские технологии обеспечивают исключительную реалистичность воспроизведения звука. Встроенный сетевой источник питания обеспечивает выходную мощность до 120 Вт на канал (все каналы включены). Усилитель имеет балансные входы с дополнительной защитой от электростатики.

Компактный низкопрофильный дизайн усилителя ICEtheater открывает новые возможности в области разработки малогабаритных домашних кинотеатров и многоканальных автомобильных аудиосистем класса Hi-Fi. Общий КПД встроенного источника питания и канальных усилителей превышает 80 %, снимая тем самым традиционные проблемы с утилизацией избыточного тепла.