Autorius: Andrius Mikonis („MadPhysicist“)
Aut. teisės: Andrius Mikonis
Įdėta: 2006-01-21
View automatic English translation

Erdvinio garso namų kino sistema „Gainclone 7.1“

Įvadas

Prieš porą metų buvau pasidaręs stereo stiprintuvėlį su dviem TDA serijos mikroschemom. Dabar net neprisimenu kokios mikroschemos ten buvo, bet svarbu, jog jos maitino dvi S30 akustines sistemas. Grojo jos gerai tol, kol bendradarbis manęs nesupažindino su „Overtune“ („National Semiconductor“) šeimos stiprintuvu LM3885. Na, aš namie greitai ore sulitavau aprašyme (datasheet) siūlomą schemutę, pajungiau per du kinietiškus maitinimo blokelius, pajungiau visą šitą laidų ir detalių mazgą prie vienos S30 akustinės sistemos ir... Apstulbau garso švarumu, žemų dažnių atkartojamumu bei apskritai gražiu skambesiu! Taigi, užsidegiau noru padaryti normalią garso sistemą — jei daryt, tai daryt! Taip kilo idėja padaryti „Gainclone 7.1“ garso sistemą...

Projektas

Taigi, palaipsniui pradėjau darytis pačius stiprintuvėlius, rinktis detales bei viską lipdyti į vieną užbaigtą daiktą, kurį galėčiau patalpinti tarp daugybės prietaisų bei detalių. Pasirinkau gana netradicinį stiprintuvo formos variantą — vertikalų. Čia gal ir transformatoriai bei radiatoriai įtakojo.

Pagrindiniai stiprintuvo parametrai:

• Kanalų skaičius — 7+1;
• Priekinių kanalų nom. galia — 2x120W @ 0.006% THD;
• Kitų kanalų nom. galia — 5x60W @ 0.006% THD;
• Papildomo (+1) kanalo galia — ~300W*;
• Garso reguliavimas — skaitmeninis, 0.1dB žingsniukais;
• Valdymas — mygtukai, besisukantis jungiklis, pultelis;
• Gabaritai — 45x30x20 cm;
• Garso šaltiniai — RCA jungtys, SPDIF;
• Projekto savikaina — jau virš 1500 Lt!

* Galinis stiprintuvas turėtų būti išorėje, taigi šio kanalo išėjimas yra viso labo tik linijinis

Dalis papildomų galimybių:

• Galimybė išjungti/įjungti kiekvieną kanalą atskirai;
• Galimybė reguliuoti kiekvieno kanalo garso lygį;
• Galimybė logiškai „jungti“ kanalus į poras bei tokiu būdu reguliuoti balansą;
• Galimybė pasirinkti +1 kanalo šaltinį (arba front left/right suma, arba atskiras įėjimas);
• Galimybė nustatyti „temas“, t.y. akustinių sistemų konfigūraciją bei garso lygius;
• Mute (išjungia garsą);
• Švelnus mute (pritylina garsą);
• LCD ekranas stiprintuvo būsenai vaizduoti;
• Išjungus prisimena paskutinę temą bei garso lygius/mute ir panašiai;
• Temperatūros matavimas;
• Minkšto starto grandinė su temperatūrine apsauga...

Kol kas šis projektas yra tęsiamas, kadangi SPDIF mikroschemos dar neradau (pačiam rašyti algoritmą neapsimoka, nes norint palaikyti visus kanalus reikia Dolby, DTS ir panašių dekodavimo algoritmų, o tai yra ne mano jėgom implementuot), LCD dar neprijungiau, tačiau stiprintuvas jau yra padarytas ir sėkmingai naudojamas, skaitmeninis valdymas veikia. Beliko padaryti normalų korpusą, o gal net ir pereiti prie horizontalaus varianto.

Vidus

Kaip minėjau pradžioje, viskas prasidėjo nuo LM3885, tačiau šios mikroschemos nelabai gražiai groja apkrautos 4Ω akustinėmis sistemomis, todėl teko naudoti naujesnį variantą, kuris, beje, turi ir Mute galimybę: LM3886. Šios mikroschemos yra identiškos, tik pastaroji yra patobulinta versija.

Valdymui pasirinkau mikrovaldiklį ATmega16, nes jis labiausiai tiko pagal išvadų skaičių, pajėgumą ir atminties kiekį. Tai yra stiprintuvo skaitmeninė širdis.

Analoginėje dalyje kiekvieno kanalo signalas praeina per įtampos kartotuvą, skaitmeninį logaritminį potenciometrą, kartotuvą ir galiausiai signalas patenka į LM3886, o iš jos į akustines sistemas :)

Pasirinkau trijų kanalų skaitmeninius potenciometrus, visų pirma dėl to, kad reikia mažiau mikroschemų (mažiau skaitmeninių linijų, mažiau triukšmo, švaresnis garsas), visų antra aš tuomet galėjau realizuoti subwooferio kanalo multipleksorių iš likusių kanalų. Iš tiesų ta idėja kilo būtent dėl to, kad liko pora nepanaudotų LM1973 mikroschemos kanalų :)

Dar viduje yra minkšto starto schemutė, mini transformatoriukas skaitmeninei bei silpnąjai analoginei daliai maitint, bei stipriąjai analoginei daliai maitint skirtas tiltelis. Stipriąjai analoginei daliai naudojau iš UPS išimtus 500W transformatorius, taigi bendra jų galia ir yra apie tiek. Teko naudoti du transformatorius, nes vienas teduodavo 2x16V ar panašiai. Deja šitie transformatoriai yra labai šlykštūs (arba aš juos vienas su kitu sutvirtinau taip, kad jų kuriamas elektromagnetinis laukas susideda) ir arčiausiai esantys kanalai pakankamai garsiai ūžia. Tą ūžimą pavyko kiek prislopinti tinkamai išdėsčius maitinimo laidus, kurie eina prie kiekvieno kanalo, bet tas nemalonus ūžimas liko ir ypač pastebimas tuose kanaluose, kurie yra toliau nuo bendro maitinimo taško...

Korpusą (arba, teisingiau sakant, karkasą) dariau iš dviejų radiatorių (vienas kainavo 75Lt!), kelių aliumininių juostų bei dviejų atitinkamai kniedėm sutvirtintų transformatorių (žr paveiksliukus). Galinė panelė padaryta iš viensluoksnio stiklotekstolito, metalizacija į vidų. Šiaip, atrodo labai gražiai, jei nekreipt demėsio į skyles :)

Garso reguliavimui naudojau skaitmeninį potenciometrą su trim kojom. Deja taip ir neišsiaiškinau kaip jis iš tikro veikia, tačiau parašiau labai protingą algoritmą, kuris tą potenciometrą supranta ir leidžia reguliuoti garsą (visą naktį paaukojau kol paleidau).

Tarpinis stereo stiprintuvas

Namie turiu keturias S30 akustines sistemas, tačiau nusipirkau dvi S250. O kadangi jos yra kitam bute, pasidariau laikiną dviejų kanalų stiprintuvą. Tikėjausi, kad LM3886 geriau valdys 8Ω apkrovą, tačiau nesitikėjau, kad TAIP GERAI! Buvau apstulbęs kaip pačiomis akustinėmis sistemomis taip ir stiprintuvu!

Kaip matote paveiksliukuose, naudojau tokius pat modulius, kaip ir pirminiame stiprintuve (elekonas man jas padarė su klaida, na o aš vistiek suradau kaip panaudot: iš pradžių norėjau su jais daryti aktyvų subwooferį, tačiau nusipirkau s250 ir pastarojo nebeprisireikė).

Na ką aš galiu pasakyti, šis stiprintuvėlis, nors ir negalingas, neturi skaitmeninių priedų ir panašiai, tačiau jis neūžia, nebirbia ir neskleidžia jokių garsų! Viskas yra dėl toroidinio transformatoriaus, kurį aš nusipirkau senukuose ir pervyniojau antrinę apviją (ot vargo buvo!) ir viską užliejau epoksidine derva. Gavosi labai gražus ir neūžiantis transformatorius. Tarp kitko, jeigu jūs ką nors klijuojate su tarybine epoksidine derva (jos vidutinis sukietėjomo laikas yra apie valandą), tai labai patogu klijuojamą vietą šildyti paprasčiausiu fenu ;) Tas pats galioja ir užsienėtiškai epoksidinei dervai. Beje, jeigu turite karšto oro stotelę, tai su ja galima suklijuoti dar greičiau! Svarbu tik klijuojant plasmasę jos neperkaitint...

Įspūdžiai: pajungus šitą mažylį prie S30 ir pasukus garso rankenėlę iki pusės, toji S30 bandė nuo manęs pabėgti :) (matavau RMS įtampą prie 100Hz) o oro srovė, kuri ėjo iš žemų dažnių garsiakalbio prilygtų nedideliam ventiliatoriui :) Ilgai S30 nekankinau, juk ji viso labo skirta 30W RMS galiai, o aš padaviau 60W! O RMS įtampa tesiekė 16V, kai maitinimo įtampa buvo apie 34V!

Ateitis

Ateityje planuoju užbaigti šį stiprintuvą ir tikiuosi, kad jis man dar ilgai tarnaus. Planuoju užbaigti skaitmeninį valdymą, t.y. padaryti gražų meniu, padaryti „temas“ ir panašiai, o taip pat padaryti IR valdymą su pulteliu nuo TV tiunerio (visvien programą, kurią naudoju, pultelio nesupranta..). Taip pat planuoju kada nors padaryti SPDIF imtuvą (kaip tik dabar aiškinuosi kokie DSP procesoriai palaiko SPDIF imtuvą/siųstuvą bei kokius hardvarinius dekodavimo algoritmus jie palaiko). Po kokio pusmečio pernešiu stiprintuvėlį ir akustines sistemas į kitą butą, kur bus jau šešios akustinės sistemos, tada įdėsiu galutinio komplekto nuotraukas ;)

Atnaujinimai

2006-01-22
Išsiaiškinau dėl ko taip smarkiai ūžė.

Pasirodo buvo netinkamai pajungtas MUTE įėjimas prie mikroschemos. Gamintojas rekomendavo naudoti RC filtrą, bet kai dariau stiprintuvo modulius maniau, jog tai tiesiog dėl mikroschemos minkšto starto padaryta (t.y. kad garsas įsijungtų po kurio laiko pačiam maitinimui atsiradus), man šito nereikėjo, nes mute įėjimus reguliuoja skaitmeninė dalis. Aš ilgai mintyse dėliojau visus signalus, bandžiau įsivaizduoti sroves, magnetinius laukus, kol galiausiai sugalvojau — MUTE įėjimui BŪTINAS nufiltruotas signalas, nes pati mikroschema turi gana didelį stiprinimo koeficientą (13dB) ir menkiausi triukšmeliai prie pat mikroschemos kojų sukelia stiprų atsaką išėjime. Norėdamas patikrinti šią hipotezę greitai atjungiau MUTE nuo neigiamo maitinimo ir pajungiau per 100kΩ varžą — garsas susilpnėjo, tačiau ūžimas dingo! Net pagalvojau, kad stiprintuvas neįsijungė. Tada pabandžiau mažesnę varžikę — 43kΩ. Garsas sustiprėjo, bet ūžimo taip pat nebuvo. Na, triumfuodamas galop uždėjau 4,7uF kondensatorių ir vuolia — turiu neūžiantį garsą! Dabar vienintelis erzinančio garso šaltinis — mano stalinis kompiuteris!
"Ir kodėl aš nusipirkau nešiojamąjį kompiuterį be 5.1 garso plokštės..."

Failai parsisiuntimui

Schemos

LM3886 Valdymas #1 Valdymas #2

Spausdinto montažo plokštės

LM3886 Valdymas

Nuotraukos

Diskutuoti šia tema gelite forume.