Из чего состоит компьютерная колонка: ее схема и как она устроена
Всем привет! Если вы хоть немного разбираетесь в электронике, схема компьютерных колонок не будет для вас чем-то сложным. При наличии прямых рук, паяльника и необходимых компонентов, собрать такой девайс можно и самостоятельно, было бы желание.
В этом посте мы рассмотрим принципиальную схему простейшей колонки для ПК – из чего состоят такие устройства и какие функции выполняет каждый узел. О том, как работают звуковые колонки и про их функции, читайте здесь.
Блок питания
Как любому электронному устройству, компьютерной колонке для работы требуется электрическая энергия. Встроенный блок питания преобразует переменный ток в постоянный, который необходим для работы девайса. От мощности самих колонок зависит мощность блока питания.
Существуют компактные колонки с питанием от USB. Разъем, который подключается к соответствующему порту, подает на устройство постоянный ток, поэтому выпрямитель здесь отсутствует.
Такие колонки можно использовать не только в связке с компом или ноутбуком, но и смартфоном или планшетом. Для питания используется разборная зарядка от гаджета со встроенным USB портом.
Аудиовход
Все компьютерные колонки подключаются к источнику сигнала посредством джека 3,5 мм – именно такой порт встроен в звуковую плату на материнке и в большинство внешних звуковых плат.
Конечно, существуют звуковухи со специфическими портами, поэтому и оборудование требуется подключать соответствующее. Самый распространенный тип интерфейса у профессиональных акустических систем – джек 6,3 мм.
Передающий сигнал кабель может быть припаян «наглухо» к усилителю звукового сигнала или подключаться отдельно – как правило, с помощью штекеров RCA.
Между собой колонки соединяются или с помощью таких же разъемов, или обычным проводом с оголенными концами, который фиксируется с помощью специальных защелок. Кроме того, соединяющие кабеля могут быть также «намертво» приделаны к корпусу и быть неразъемными.
Усилитель сигнала
Этот узел присутствует только у активных акустических экземплярах – пассивные подключаются к внешнему усилителю. Подавляющее большинство современных компьютерных вариантов, в том числе формата 7.1 с сабвуфером и шестью сателлитами, тоже активные.
Задача усилителя – сделать слабый сигнал, который подается со звуковой платы, достаточно мощным для используемых в акустической системе динамиков. Кроме того, для усилителя сигнала характерна еще одна роль – он фильтрует входящий сигнал, удаляя лишние шумы, и выравнивает его по частотному диапазону.
Как правило, на фронтальной панели усилителя сигнала присутствуют элементы управления – как минимум, кнопка включения питания, регуляторы громкости и низких частот.
Схема простейшего усилителя для акустической системы:
Кроссовер
Этот элемент используется в многополосных вариантах, состоящих из нескольких динамиков. Он разделяет усиленный входящий сигнал на частоты, соответственно рабочему диапазону каждого излучателя. В бюджетных колонках, оборудованных одним динамиком, такого элемента нет.
Процессор
Элемент используется только в качественных аудиосистемах. Он декодирует многоканальный звук, согласно используемому колонками формату – например, Dolby Digital для систем 5,1 или Dolby Surroundдля акустики 7,1.
Динамики
Динамические излучатели – сердцевина и основной компонент любой аудио системы. Современная стандартная колонка средней ценовой категории оборудована внутри как минимум двумя динамиками – для низких и высоких частот соответственно.
Связано это с тем, что разные динамики не одинаково воспроизводят звук разной частоты – чем она ниже, тем больше должен быть диаметр динамика. В системах с сабвуфером НЧ излучатель вынесен в отдельный корпус, чтобы он не мешал звучанию остальных.
Сегодня на рынке присутствуют акустические системы с двумя типами динамиков. В первом типе используется конусный излучатель, так называемый диффузор, принцип действия которого базируется на взаимодействии магнитного поля электрической катушки с полем постоянного магнита.
На выходе получается мощный звук и сочные басы.
Второй тип динамиков вместо диффузора использует плоскую мембрану. Такие излучатели существенно проигрывают в мощности, но зато обладают весьма компактными габаритами. Это делает их весьма эффективными при создании портативных акустических систем.
Также они используются в бюджетной акустике в связке с сабвуфером.
Корпус
Большинство современных компьютерных колонок спроектировано по принципу «пустого ящика» (читайте детальнее об истории создания колонки). Вопреки распространенному заблуждению, корпус – не просто коробка, в которой покоятся динамики. Он выполняет такие задачи:
- Изолирует динамики, не давая им влиять на работу друг друга;
- Предотвращает акустическое короткое замыкание, улучшая звук на низких частотах;
- Создает условия для акустической усадки излучателей;
- Придает внешнему виду устройства определенный стиль.
Конечно, речь идет о качественных колонках, спроектированных согласно законам акустики. У бюджетных «пищалок» единственное назначение корпуса – удерживать динамики.
У более же качественных колонок, конструкторы проводят эксперименты со строением и формой корпуса, добавляют диффузоры, лабиринты и прочие элементы, которые улучшают качество звука.
У самых дешевых колонок, корпус изготовлен из самого дешевого пластика. В более качественных моделях используются качественные виды полимерных материалов. Ну, а у самых дорогих колонок, корпус, как правило, из ДСП, ДВП, фанеры или натурального дерева.
И на «закуску» — электрическая схема простейшей колонки:
Вот, собственно, и все на тему того, как устроена и работает колонка. Также для вас могут оказаться полезными публикации о том, какие бывают акустические системы. Буду благодарен всем, кто расшарит эту статью в социальных сетях.
И не забывайте, что, подписавшись на новостную рассылку, вы сможете получать уведомления о новых постах в моем блоге. До завтра!
Источник
USB колонки для ноутбука
Электронная начинка портативных USB колонок
Для компьютерного пользователя ноутбук, несомненно, является удобным, компактным и достаточно функциональным прибором. Но, к сожалению, и данный аппарат не лишён изъянов.
Наверняка многие пользователи ноутбуков и нетбуков сталкивались с проблемой тихого воспроизведения звука через встроенные динамики этих аппаратов.
Если в условиях дома можно подключить внешнюю стереосистему, то вне домашних стен это бывает невозможно и приходиться ограничиваться наушниками. В таком случае речи о коллективном просмотре какого-либо фильма или сериала не идёт.
Как исправить ситуацию?
Исправить сложившуюся ситуацию помогут портативные компьютерные колонки с питанием от порта USB. Сейчас на прилавках магазинов огромный выбор данных приборов, но качество их может отличаться в разы.
Цена портативных компьютерных колонок с питанием от USB-порта достаточно низка и доступна широкому слою населения. Несмотря на это покупка данного устройства может быть и неудачной, так как качество воспроизведения звука такой системой оставит желать лучшего. Как ни странно, но среди дешёвых аппаратов данного класса попадаются приборы весьма хорошего качества, как по дизайну, так и по качеству звуковоспроизведения.
Проведём “вскрытие” портативной акустической системы с питанием от USB-порта и изучим электронную начинку данного прибора. С точки зрения радиолюбителя любопытно узнать, из каких электронных компонентов собираются подобные устройства. Полученные знания могут пригодиться при самостоятельном конструировании портативных звуковых колонок с питанием по USB или их ремонте.
Разборке подвергнем портативные мультимедийные USB колонки марки Sven 315. Несмотря на их дешевизну, данная модель портативных колонок показала хорошее качество воспроизведения и звуковую мощность, достаточную для озвучивания небольшого помещения.
Портативные компьютерные USB колонки SVEN 315
Разборка компьютерных USB колонок
Разбираются портативные колонки легко. Чтобы вскрыть корпус необходимо аккуратно снять переднюю декоративную панель.
Разборка портативных USB колонок
Далее вывинчиваем 4 шурупа которые фиксируют малогабаритный динамик. После демонтажа фиксирующей планки открывается доступ к электронной начинке устройства.
Электронная начинка USB колонок
Для того чтобы достать печатную плату усилителя необходимо выкрутить фиксирующую гайку, которая скрыта под пластмассовой ручкой регулятора громкости. После этого электронную плату можно свободно вынуть из корпуса.
Электронная начинка
Состав электронной начинки прибора оказался довольно прост. На небольшой по размеру печатной плате смонтирована интегральная схема стереофонического усилителя на базе микросхемы LM4863D. При напряжении питания в 5 вольт данная микросхема может выдать по 2,2 Вт выходной мощности на канал при сопротивлении звуковой катушки динамика в 4 Ом. На основании описания (datasheet) коэффициент нелинейных искажений + шум (THD+N) при максимальной выходной мощности составляет 1%.
Плата усилителя и динамик
На основании этих данных можно сделать вывод о том, что на базе микросхемы LM4863D можно собрать довольно неплохой стерео усилитель с низковольтным питанием (5V) и выходной мощностью 2 Вт на каждый канал. Многие, кто ещё не знаком с современными микросхемами считают, что вместо LM4863D подойдёт TDA2822. Это заблуждение! TDA2822 очень прожорлива (по сравнению с LM4863) и на максимальной мощности выдаёт сильные искажения сигнала. Также оптимальное питание для TDA2822 около 12 вольт, что для портативной техники не есть хорошо. TDA2822 можно рекомендовать как легкодоступную замену, если в наличии нет LM4863. Такое может случиться, например, при ремонте.
Стоит отметить, что микросхема LM4863 разрабатывалась специально для компактных систем, поэтому микросхема требует минимум внешних элементов (так называемой обвязки). Микросхема выпускается в разных корпусах, от привычного DIP, до компактного SOIC.
Если возникнет желание самостоятельно собрать усилитель на базе микросхемы LM4863, то можно столкнуться с проблемой. Найти на радиорынках данную микросхему не так уж легко (так было на момент написания данной статьи). А вот на сетевых торговых площадках найти такую микросхему не составило труда. Например, в интернет-магазине AliExpress.com микросхему LM4863 легко найти во всевозможных корпусах и любом количестве. Цена 1 микросхемы менее 1$, если покупать сразу штук 10.
Как купить радиодетали на Aliexpress, я рассказывал тут.
Кроме самой микросхемы усилителя на печатной плате установлен разъём для подключения пассивной звуковой колонки (без встроенного усилителя), сдвоенный переменный резистор для регулировки входного звукового сигнала и электролитический конденсатор. Со стороны печатных проводников монтажной платы установлены SMD элементы обвязки, которые необходимы для работы интегрального усилителя. Питание микросхемы осуществляется от разъёма USB, который подключается к любому свободному порту ноутбука или стационарного компьютера.
Типовая схема подключения микросхемы LM4863 взята из описания (datasheet’а) на данную микросхему и показана на рисунке.
Типовая схема включения микросхемы LM4863 (взято из описания)
По типовой схеме включения микросхемы LM4863 видно, что она способна работать и на обычные наушники (Headphone), сопротивление которых составляет 32 Ом. В микросхеме предусмотрена схема определения подключения наушников и для реализации этой функции отведён 16 (HP-IN) вывод.
Для тех, кто разбирается в электронике и datasheet’ы на английском языке их не пугают, могут легко найти подробное описание микросхемы LM4863 в интернете на сайте alldatasheet.com.
Схема усилителя портативных USB колонок
Принципиальная схема усилителя сведена вручную с печатной платы компьютерных USB колонок Sven-315. На схеме показан один конденсатор C2 вместо двух (C7,C9), которые реально присутствуют на печатной плате (см. ниже). Сделано это потому, что на печатной плате конденсаторы соединены параллельно (C7 и C9), и на сведённой схеме конденсатор C2 указывает на общую ёмкость этих двух конденсаторов.
Принципиальная схема усилителя на базе LM4863D (сведена вручную)
Как видим, типовая схема из описания отличается от той, что сведена вручную с печатной платы усилителя компьютерных колонок. На схеме отсутствуют элементы, которые устанавливаются в случае добавления в схему разъёма для наушников. В остальном схема соответствует типовой, приведённой в описании на микросхему LM4863.
Размещение элементов на печатной плате
Если планируется использовать портативные колонки без ноутбука, например, совместно с MP3-плеером, то для питания колонок вполне подойдёт 5-ти вольтовый адаптер питания. Главное, чтобы адаптер питания смог обеспечить достаточный ток нагрузки (как оценочный грубый ориентир: стандартный ток нагрузки для портов USB – не более 500 mA). Согласно описанию на микросхему LM4863 максимальный ток покоя (когда на микросхему не подаётся звуковой сигнал) составляет 20 mA. Естественно, при воспроизведении потребляемый ток будет выше.
На фото показан вариант запитки портативных колонок SVEN-315 от 5-ти вольтового адаптера, который используется для зарядки плеера iPod. Максимальный ток нагрузки адаптера 1А чего с лихвой хватает для штатной работы портативных колонок.
Как выяснилось, качественное звуковоспроизведение портативных колонок SVEN-315 заключается в рациональном исполнении корпуса. Как известно, на качество звуковых акустических систем влияют не только применяемые в них громкоговорители, но и корпус. Чтобы убедиться в этом, достаточно вытащить динамик из корпуса и включить воспроизведение. Качество и звуковая мощность воспроизведения окажутся намного хуже. Данное замечание сделано не случайно, поскольку было проведено сравнение качества звуковоспроизведения портативных колонок SVEN-315 и аналогичных, но более дорогих USB колонок SVEN PS-30.
Несмотря на тот факт, что звуковые колонки SVEN PS-30 смонтированы на базе интегрального USB аудио чипа CM6120-S в составе которого 16-ти битный ЦАП и звуковые усилители класса D, качество их звуковоспроизведения субъективно (на слух) гораздо хуже из-за плохого исполнения корпуса акустической системы.
Корпус портативных колонок SVEN-315 изготовлен из ABS-пластика. Возможно, именно конструкция корпуса и позволяет “выжать” из малогабаритных динамиков все их скромные возможности.
Источник