Использование наушников как колонок

Как сделать колонку из беспроводных наушников

Решил собрать колонку из того, что есть. Перебрал мастерскую и насобирал комплектующие. Колонка будет служить усилителем музыки телефона. Играть она будет громче последнего. Так вот, она будет беспроводной.

Что понадобится

В залежах нашел одну колонку. Вроде от домашнего кинотеатра, но может и еще от чего. Динамик установлен 10 Ватт, с сопротивлением 4 Ома.

Раз колонка будет беспроводной, то нужен приемник сигнала. Им у меня послужит поломанный наушник, для «AirPods». В наушнике полноценный приемник, но с секретом, о нем позже.

Усиливать звук буду китайской платой на РАМ8403 — http://alii.pub/5tnnex

Использовать буду один канал.

Питать нашу конструкцию буду от пары 18650 — http://alii.pub/5becfz

Заряжать аккумуляторы буду через контроллер заряда — http://ali.pub/5bec2y

Обязательно нужно применить защитную плату BMS — http://alii.pub/5tnnkk

Она у меня на отдельной платке.

Схема

Пару слов о схеме. Или как запустить наушник без базы.

Питание с BMS поступает через выключатель, по минусу, на усилитель и плату Bluetooth. Звук с Bluetooth поступает на усилитель. Теперь о том, как заставить плату наушника работать. Именно работать. Если не проделать манипуляции, то она не определяется телефоном. А все оказалось просто.

Простыми словами, подаем плюс питания, на контакт, через который заряжался наушник. Именно плюсовой контакт.

Сборка беспроводной колонки своими руками

Собрал предварительно схему, проверил. Все работает. Тут у меня две батареи. Я просто усилитель подключил к отдельной батареи, но временно.

В первую очередь я припаял усилитель прям к динамику. Провода одножильные, жесткие.

К усилителю припаял сигнальные провода, а к ним плату Bluetooth. Белый провод является антенной.

На заднюю панель колонки установил выключатель и кнопку. Так же закрепил аккумулятор, предварительно запаял к нему плату BMS. Вид изнутри.

Контроллер заряда врезал в отверстие защитной решетки, которой у меня нет. На передней панели видны деревянные бруски. Через них буду фиксировать панель.

Окончательно все распаиваю и фиксирую переднюю панель на саморезы.

Вид колонки спереди. Очень хорошо вписался зарядный разъем.

Вид сзади. Кнопка и выключатель, ничего лишнего.

Как по мне, получилось очень неплохо. Компактно и надеюсь надежно.

Еще раз напомню. Для включения нужно включить выключатель и кратковременно нажать кнопку. Колонка определится и готова к работе.

Результат превзошел все ожидания.

Смотрите видео

Источник

Шпионский софт незаметно превращает наушники в микрофон

Принципиальная схема работы микрофона, наушников и колонок

Специалисты по информационной безопасности из научно-исследовательского центра компьютерной безопасности в университете имени Бен-Гуриона разработали шпионскую программу SPEAKE(a)R, которая незаметно для пользователя превращает его наушники в микрофон.

На аппаратном уровне микрофон и колонки/наушники работают по схожему принципу. Микрофон преобразует звук в электрические сигналы, а пассивные колонки или наушники осуществляют обратную операцию. В обоих устройствах присутствует маленькая диафрагма, которая колеблется в магнитном поле для генерации/детектирования звуковых волн. Схожее аппаратное устройство позволяет использовать микрофон вместо наушников или наушники вместо микрофона. Это хорошо известный факт, давно описанный в профессиональной литературе. Качественные колонки записывают звук даже лучше, чем дешёвые китайские микрофоны!

Чтобы использовать колонки или наушники в роли микрофона, достаточно просто поменять аудиоразъём — вставить наушники в гнездо для микрофона, и наоборот.

Особенность программы SPEAKE(a)R состоит в том, что она незаметно меняет назначение аудиоразъёма, куда подключены наушники. Вместо аудиовыхода (line out) разъём начинает работать на приём данных (line in).

Опция смены функциональности разъёма поддерживается на уровне чипсета звуковой карты, и активировать её можно программно. Соответствующая опция обычно называется jack retasking или jack remapping. Например, такая функция есть в чипсетах Realtek Semiconductor Corp., которые интегрированы в большое количество современных материнских плат. Вот список чипсетов Realtek с поддержкой этой функции: ALC892, ALC889, ALC885, ALC888, ALC663, ALC662, ALC268, ALC262, ALC267, ALC272, ALC269, ALC3220. В этих чипсетах оба аудиоразъёма подключены одновременно к АЦП и ЦАП, так что могут работать в обоих режимах.

Более того, программная смена назначения аудиоразъёма является частью официальных спецификаций Intel High Definition Audio.

Опция малоизвестная, о ней до сегодняшнего дня знало только небольшое количество разработчиков и специалистов. Например, несколько лет назад об этой функции упоминал в своём блоге Дэвид Хэннингсон (David Henningsson) один из разработчиков ядра Linux.

Такая смена функциональности сделана, вероятно, для удобства сборщиков компьютеров, а также самих пользователей. Действительно, очень удобно: вставляешь микрофон или наушники в любое гнездо, не заморачиваясь чтением надписей или изучением цвета разъёмов (обычно зелёный разъём предназначен для колонок, а розовый для микрофона). Если не заработало — просто меняешь назначение разъёма в настройках, как показано на скриншоте с Ubuntu 11.10.

Дэвид Хэннингсон ещё пять лет назад заметил, что программную замену разъёма поддерживает большинство современных встроенных карт, но почти никто не использует эту функцию и даже не знает о ней.

Есть ещё параноидальная версия, что программная смена функциональности аудиоразъёмов сделана втайне по запросу спецслужб. По крайней мере, документ АНБ от 1995 (!) года свидетельствует, что спецслужбы знали и использовали такой метод удалённой прослушки (RED/BLACK INSTALLATION GUIDANCE, технический документ АНБ от 1995 года).

Угроза

Угроза заключается в том, что наушники или колонки установлены на большом количестве компьютеров. Многие привыкли использовать их, даже не подозревая о возможности прослушки разговоров в комнате. А ведь врагу совсем необязательно устанавливать прослушивающее оборудование для шпионажа, если жертва добровольно использует наушники или колонки на своём компьютере.

Микрофоны и веб-камеры ещё не стоят повсеместно на каждом ПК, а вот наушники и колонки гораздо больше распространены.

В опубликованной научной работе авторы опубликовали техническое описание шпионской программы SPEAKE(a)R и показали, как её можно использовать в различных ситуациях. Они также оценили качество звука, который записывают микрофон и пассивные колонки, работающие в режиме микрофона.

Производители чипсетов предоставляют драйверы, через которые осуществляется смена назначения аудиоразъёма. Например, в случае с драйвером Realtek под Windows это делается изменением значения в реестре Windows.

Вот соответствующее значение в реестре:

В Linux доступ к Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) осуществляется через программу hda-jack-retask , которая тоже меняет назначение аудиоразъёмов.

Таким образом, шпионская программа после установки в системе может осуществлять прослушку пользователя через наушники, используя штатные средства операционной системы Windows и Linux.

Тестирование показало, что наушники записывают звук хуже, чем микрофон, но всё равно обеспечивают довольно хорошее качестве на средних частотах, на которых звучит человеческая речь. В частности, индекс SAR для наушников при записи на расстоянии 3−5 метров примерно соответствует индексу SAR для микрофона при записи с 9 метров. Это важно, потому что значение SAR обычно коррелирует со способностью различать человеческую речь.

Значения качества звука для аудиофайлов получены с помощью инструментов SNReval по стандартной методике.

Чтобы защититься от прослушки такого рода, специалисты рекомендуют отказаться от использования микрофонов, наушников и колонок на рабочих местах, где требуется высокая безопасность, или разрешить использование только активных колонок, которые не могут работать в обратном режиме. Пассивные колонки и наушники следует рассматривать как аналог микрофонов с применением соответствующих правил безопасности. На программном уровне можно отключить звуковую карту в настройках UEFI/BIOS.

Источник

DIY наушники. Как, а главное, зачем

Хочу поделиться своим опытом прослушивания наушников и акустических систем, предложить рекомендации по улучшению опыта прослушивания и рассказать о том, как я пришел к самодельным наушникам и почему советую всем (исходники прилагаются). Для постройки выбрана ленточная технология излучателей и описано, почему она предпочтительнее магнитопланарной.

Введение

Рынок персонального аудио на сегодняшний день широк как никогда. Так или иначе, цифровой контент в период пандемии разлетается быстрее горячих пирожков. А удобнее часто потреблять его через наушники.

Какие же технологии создания излучателей для наушников существуют.

Динамические излучатели. Сюда же рубаноид, как вариация на тему. На данный момент мейнстрим и вы, скорее всего, сидите в них.

Магнитопланарные излучатели. А также изо-, орто- и прочее. Предупреждая споры я использовал это понятие для всего, где есть магнитная система и плоская катушка, соответствующая этой магнитной системе. Как вариация на тему т. н. излучатель Хейла, называемый ещё АМТ, там мембрана просто сложена особым образом.

Катушки с уравновешенным якорем, или, по-простому, арматуры. Часто появляются во внутриушных наушниках.

Излучатели на пьезоэффекте. Редкие внутриушные модели в виде высокочастотного элемента.

Электростатические излучатели. Крайне редкие наушники за немалые деньги, иногда колонки.

Ленточные излучатели. Только одна серийная модель наушников и бесконечное множество ВЧ элементов для стационарных акустических систем.

Прочие диковины, типа электродугового излучателя. Оставим на совести экспериментаторов.

Стоит практически эти все технологии умножить на количество всех возможных форм-факторов (закрытые, открытые, внутриканальные и вариации) и количество актуальных моделей покоряет совершенно неведомые высоты.

Можно попробовать заткнуть проблему выбора горой денег. Однако даже в таком случае совершенно не гарантировано высокие потребительские качества, в т.ч. и звука. По одной единственной причине. При обращении к научной литературе, например, к Психоакустике Алдошиной И.А. и ряду статей, выплывет отсутствие единого стандарта определения качества восприятия звуковых систем. На данный момент вся оценка качества звука производится по косвенным параметрам и экспертным методом, чему в указанном источнике уделено существенное внимание. Второй пункт здесь значит значимую субъективность в экспертной оценке, так как, кроме всего прочего, значительно зависит не только от умений и тренировки эксперта, но и от его физического и психологического состояния. Разумеется, поверке это не подлежит и на выходе может быть всё что угодно.

Описанный способ оценки таит в себе двойную лотерею. Те же наушники, чтобы попасть к вам, должны сначала понравиться эксперту, и не одному. И затем понравиться вам. А учитывая, что при производстве постоянно вносятся изменения в конструкцию без какой-либо экспертной проверки (ну решили мы сэкономить денег), то в итоге выбор превращается в подкидывание монетки, где вам надо выбить шесть, семь, восемь орлов подряд.

Реверс инжиниринг

При всём выше сказанном можно прийти к определенным выводам. Все модели на рынке не прослушать. А значит, рынок для нас в таком случае вообще не интересен ввиду глубокой бесполезности. Кажется, самое время изобрести свой велосипед!

От изучения рынка и научных трудов переходим к рассмотрению технологий. Если с динамическими излучателями все понятно, буквально каждый имел с ними дело, то остальные требуют рассмотрения, а желательно непосредственного изучения. Поэтому мной был приобретены и препарированы планарные наушники Fostex RP-50. В целом уже на них я ощутил разницу с обычными динамическими драйверами. Попытка улучшить их конструкцию также дала много информации… Оказавшейся мало полезной. По крайней мере я узнал, как с помощью куска хлопкового волокна задушить наушники в нижнем диапазоне.

В целом конструкцию RP-50 можно описать фразой «хотели как лучше, получилось как всегда». Заводская конструкция совершенно не раскрывает преимущества планарной технологии и очень высококачественной мембраны, делая всё это мертвым по прибытии.

Ко второй попытке пришлось значительно повысить внимательность при выборе и искать самые необычные варианты, в том числе обратившись к рынку самодельных наушников. Не смотря на все риски в руки попал примечательный образец таких наушников.

Образец полностью оправдал ожидания. Не смотря на четко прослеживаемую аудиофильщину, при приемлемой цене на руках у меня оказался достаточно умно спроектированный продукт. А самое главное, он дает полное представление о технологии магнитопланарных наушников.

Однако, не все оказалось так радужно. Не смотря на чистый, очень детальный звук чего-то все ещё не хватало. На это я сформулировал гипотезу о важности фазовых искажений при использовании полноразмерных наушников. Суть её в том, что на натуральность восприятия влияет наличие больших и случайных фазовых сдвигов в камере между ухом и драйвером. Человек не воспринимает саму фазу, зато разницу фаз между двумя ушами можно услышать замечательно. Попробуйте поменять на одной колонке или наушнике полярность. Так что требуется использовать как можно более компактное исполнение, чтобы минимизировать количество воздуха, в котором могут происходить все эти процессы, думал я. В итоге начал творить.

Самодельные магнитопланарные наушники

Для опровержения или подтверждения этой гипотезы я занялся созданием своих магнитопланарных драйверов и корпусов для него. Сейчас, с высоты опыта, стало понятно, что количество усилий непропорционально результату. Мне удалось разработать технологию с достаточно хорошей повторяемостью и высокой точностью, почти без фазовых и иных искажений, но я не вырвался из ограничений технологии и все ещё не получил желаемого результата по звуку. К тому же прослушав заводские образцы от Audeze, уверенность в малом смысле продолжения работы в планарной технологии окрепла окончательно. Стало ясно, что ощущений живой музыки сложновато будет добиться на таких рельсах. С высоты опыта сейчас я могу выдвинуть гипотезу, почему же так получилось с планарной технологией. Но об этом чуть позже. Самодельные магнитопланары получились не лучше и не хуже, чем остальные подобные наушники. Даже оригинальный форм-фактор не помог. Что же в итоге? Подняться на уровень выше и посмотреть, где ошибочные выводы могли появиться там. Гипотеза о важности фазовых искажений не подтвердилась. Этот проект был заброшен.

Как оказалось, у такого подхода мало перспектив.

Логичнее всего мне показалось обратиться к «источнику» проблемы — звукорежиссерам. Как же создается контент, как он хранится и воспроизводится. Сразу скажу, что я не беру в расчет специальные бинауральные записи, произведенные в других условиях, но такие ещё надо попробовать найти.

Как воспроизводится музыка

Суть в том, что сведение в первую очередь производится на студийных мониторах — колонках. Таким образом, расположение инструментов на виртуальной сцене регулируется лишь их громкостью по каналам. На схеме, что в случае с правильно расположенными колонками этого достаточно.

Что же будет, если подать ту же самую запись в наушники? Если раньше инструменты расставлялись на линии между колонками, то если колонки перенести прямо к ушам, линия окажется внутри головы. Там и оказывается вся композиция в большинстве случаев.

С этим поможет бороться цифровая обработка звука. На Хабре уже написана статья, так что сильно углубляться не буду. Стоит ещё раз отметить, что применять такого рода обработку надо для записей, сведённых под колонки. Специальные бинауральные записи не нуждаются в этом.

Что же по итогу. Даже с таким эффектом в звучании магнитопланаров чего-то не хватало. И тут после глубоких раздумий сформировалась вторая гипотеза.

Выводы из полученного опыта

При получении этих идей я пользовался методом от обратного, выявляя факторы, которые однозначно негативно влияют на звуковоспроизведение.

На самом деле при хороших показателях следующих параметров этот также неплох.

Ровный график (важно — без резких пиков) гармонических искажений

При этом добиваться сверхнизких искажений (меньше 0.1%) практического смысла имеет не очень много. Другое дело, что, как правило, при снижении искажений улучшаются и другие параметры.

Высокий динамический диапазон на всех частотах даже вне слышимого спектра в обе стороны.

Излучатель должен преодолеть внутренние силы трения покоя, чтобы отклониться от положения равновесия. Таким образом существует предел необходимого усилия для преодоления трения покоя между слоями материала. Этот параметр по сути определяет минимальную границу динамического диапазона. Обуславливается материалами и тем, как они соединены между собой.

При достаточно малой толщине слоев можно добиться минимизации этих потерь. Более крупная проблема заключена в ограниченном ходе этой самой мембраны ввиду её сильного натяжения. Это натяжение необходимо для сохранения механической прочности конструкции, чтобы та не провисала и не цепляла магнитную систему. Кроме того, слабо или криво натянутая мембрана повышает интермодуляционные искажения. В итоге, суммируя наличие натяжения и потери на трении, получаем на выходе не самый высокий динамический диапазон. Гораздо шире, чем у динамических драйверов, но всё ещё сильно узкий.

Ленточные излучатели

Так я плавно подвожу к самой, на мой взгляд, перспективной технологии в плане динамического диапазона. Ленточные драйвера. В обычной жизни их можно заметить в некоторых стационарных АС в виде твиттеров (высокочастотных излучателей).

В наушниках ленточный тип излучателя практически не используется. По крайней мере из всех серийных заводских моделей существует только один их представитель — Raal SR1A, и тот стоит неприлично дорого, к тому же официально на территории СНГ не распространяется.

Ленточный драйвер прост, как угол дома, даже ещё проще. Самая простая версия излучателя — два магнита, кусок гофрированной фольги, всё. С точки зрения акустики это самый идеальный вариант — чем меньше деталей и соединений, тем лучше. По ходу движения ленты нет никаких препятствий, разве что стоит какая-то защитная сетка. В более продвинутом исполнении можно добавить магнитопровод по контуру для усиления магнитного поля в рабочей области.

Естественно, есть нюансы. Лента в таком излучателе должна быть гофрирована. За счет упругости металла, формованного в виде волны (а такая форма нужна, чтобы ленту не скручивало в трубочку), лента и имеет столь большую амплитуду колебаний. Поэтому приходится делать ленту, которая в излучателе отклоняясь до полного распрямления не выходит за пределы своего предела упругости, чтобы избежать пластичных деформаций. А подстраховка от деформации — небольшой зазор между лентой и магнитами для стравливания лишнего давления. В таком случае прочность ленты практически сравнится с прочностью мембраны магнитоплараных наушников. Может быть даже слегка её превзойдет, по крайней мере опыт показывает, что планарная мембрана рвется именно там, где нет ни клея ни металла, по пленке. Например, смерть мембран наушников довольно известного бренда Audeze довольно частый случай и на многих форумах зафиксированы возмущения огорченных владельцев. Стоит дополнить, что речь всё время идет об полностью открытом исполнении наушников, как о самом выгодном с акустической точки зрения. К сожалению, с закрытыми моделями всё посложнее, так что как эталон качества звуковоспроизведения я рассматриваю строго модели с открытой крышкой.

Источник сигнала для ленточных наушников

У ленточных излучателей есть свои особенности при их использовании. Самая важная — электрическое сопротивление порядка сотых долей ома. Это значит, что напрямую подключать их к обычным источникам нельзя. Вернее можно, но переживет ли источник это подключение или нет — никто не гарантирует. Как правило, в усилителях на выходе есть защита от короткого замыкания в виде резистора. Если повезет, и усилитель не сгорит, звук всё равно будет очень тихим. Все выходы для наушников в подавляющем большинстве устройств имеют возможность выдавать на выход ток порядка 50 мА, в особых случаях до 100 мА. Этого мало.

Необходимо согласовать электрическую нагрузку и источник сигнала, чтобы их входное и выходное сопротивление было как можно более близким. Таким образом, нужен источник сигнала с минимальным внутренним сопротивлением. Этого можно добиться двумя способами.

Использовать трансформатор. Разумеется, для такого трансформатора выдвигаются особые требования. В идеале его сердечник должен быть из специального железа с минимальным гистерезисом, но на крайний случай подойдет и обычное железо из трансформаторов напряжения бытовых сетей. Одна обмотка должна иметь сопротивление порядка выходного сопротивления усилителя, а вторую обмотку, которая обычно в таком случае делается из литцендрата, из нескольких витков с сопротивлением пары знаков после запятой. Однако, необходимо, чтобы вторая обмотка подключалась к ленте как можно ближе, чтобы минимизировать сопротивление, так как даже метр обычного кабеля будет иметь сопротивление на два порядка выше, чем сопротивление ленты и вновь возникнет рассогласование. Таким образом, трансформатор должен находиться непосредственно у ленты, что несколько неудобно из-за большого веса наушников в таком исполнении. Кстати, ленточные наушники идеально подходят к ламповым усилителям, где как раз есть выходные трансформаторы. Правда при таком сценарии нужно использовать довольно толстый провод.

Второй вариант заключается в создании специализированного усилителя. Строго говоря, можно брать готовый мощный усилитель (хотя бы на 5-10 Вт), только использовать переходник с балластным сопротивлением. Этот резистор согласует (с выделением тепла) выход усилителя и вход наушников, таким образом усилитель работает в своем штатном режиме, а наушники получают наиболее качественный сигнал. Стоит упомянуть, что можно собрать усилитель так, что ему может и не требоваться такой резистор, но эта задача уже для профессиональных электронщиков, к коим я себя не отношу. В любом случае КПД такого решения будет очень низким. Но это того стоит, как минимум, из-за комфорта.

Я придерживаюсь второго варианта со специальным усилителем. Зачем ставить трансформатор, если можно его не ставить? К тому же даже для обычных затычек я используют отдельный усилитель, под ещё один у меня всегда найдется место. Самодельный усилитель по многопетлевой схеме из китайских не оригинальных TDA2030A и OPA2134. Об этом говорит то, что ток покоя усилителя с тремя (!) TDA2030A составляет 70 мА, судя по показаниям ЛБП , при норме по даташиту одной TDA2030A в 80 мА. Все-таки мне очень интересно, что мне подсунули под видом этих ОУ . Накинув балластное сопротивление 15 Ом мне удалось получить нужный выходной ток и получить нужный режим работы ОУ , который для моих излучателей составляет около 0.45 А на канал на максимальной громкости. На этом уровне слушать их на голове невозможно, а вот использовать как небольшие колонки — вполне. И сколько угодно тише играет тоже неплохо.

Рекомендации по сборке

При сборке ленточных наушников я использовал:

Слегка модифицированный Anet A6

Anycubic Photon S (скорее для удобства, можно обойтись без него) для печати всего, что проходит по размерам

Источник