Słowo wstępne
Niniejszy wpis przedstawia moje doświadczenia z różnymi głośnikami do komputera (z sygnałem audio transmitowanym po kablu i przez Bluetooth). Cechą wspólną wszystkich kolumienek jest wykonanie w oparciu o druk 3D oraz parametry obudowy obliczone za pomocą programu WinISD.
Wzmacniacz mocy
W roli wzmacniacza mocy, w każdym z przypadków, zastosowałem moduł PAM8403 z potencjometrem i wyłącznikiem zasilania, gdzie wyłączenie następuje przy skrajnym “ściszonym” ustawieniu potencjometru. Moduł sprawdził się świetnie, jednak, żeby uzyskać dobre brzmienie, trzeba go troszkę przerobić. Wymagane jest mianowicie umieszczenie na liniach zasilania kondensatora elektrolitycznego o niskim ESR i pojemności rzędu 1000 uF. Bez tego kondensatora słychać zniekształcenia w przypadku sygnału basowego o dużej amplitudzie. To nie jest coś ewidentnego, typu obcinanie wierzchołków albo zniekształcenia skrośne, a raczej brzmi to jak modulacja sygnału średniej i wysokiej częstotliwości sygnałem basowym. Po zastosowaniu poprawki nie mam zastrzeżeń do brzmienia wzmacniacza, mimo że to tani moduł, pracujący w klasie D i nieposiadający bez żadnej filtracji na wyjściu.
Moduł Bluetooth
W głośnikach, gdzie zdecydowałem się na użycie Bluetooth, zastosowałem tani moduł Bluetooth produkcji chińskiej. Niestety, mimo że moduły te nie różnią się od siebie wyglądem, to różnią się formą komunikatów dźwiękowych. Najlepsze z nich informują o załączeniu zasilania, parowaniu i rozłączaniu krótkim przyjemnym dźwiękiem, natomiast w przypadku tych gorszych – komunikuje o tym anglojęzyczny kobiecy głos o koszmarnym chińskim akcencie. Tutaj nie ma reguły 🙂
Moduły Bluetooth sprawiają też inny problem – a mianowicie, w przypadku, kiedy zasilanie pochodzi z modułu wzmacniacza (a tak być musi, ponieważ moduł ten zawiera włącznik zasilania), to na krótkim połączeniu mas, przez które przesyłane jest zarówno zasilanie, jak i sygnał audio, tworzy się pętla masy. Objawia się to cichym piszczeniem oraz szumem, jak również delikatną modulacją sygnału audio. I znowu – ta modulacja nie jest oczywista i wynikająca z niej degradacja sygnału audio jest trudna do scharakteryzowania. To nie jest jakaś ziarnistość, obcięcie pasma, czy jakieś inne oczywiste zniekształcenie, tylko po prostu sygnał brzmi nienaturalnie. Można by sądzić, że to wynik niskiej jakości kodeka Bluetooth, ale po naprawie w postaci instalacji rezystora szeregowego o wartości około 22 Ohm w szereg z “plusem” zasilania oraz zwiększeniu kondensatora na zasilaniu za tym rezystorem po stronie modułu Bluetooth (ceramiczny 10 uF w miejsce zastosowanego tam prawdopodobnie 100 nF), udało się te zniekształcenia zmniejszyć do poziomu dla mnie niedokuczliwego. Rezystor jak i kondensator można można zainstalować na PCB modułu.
Ładowarka USB
Tutaj użyłem taniego, niezwykle uniwersalnego, modułu z układem TP4056. Zastosowałem najprostszy moduł, bez odcięcia akumulatora, przy założeniu, że użyty akumulator zawiera BMS. Moduł można podłączyć na stałe równolegle do baterii, ponieważ w przypadku odłączenia zasilania USB nie pobiera on istotnego pasożytniczego prądu z akumulatora.
Zdjęcia: wzmacniacz, moduł BT i ładowarka
Głośniczki na kablu oparte o Visaton BF-37
Jako pierwsze, przedstawiam głośniki komputerowe zasilane z USB, gdzie sygnał audio przekazywany jest kablem ze złącza jack karty dźwiękowej. Głośniki oparte są o przetworniki Visaton BF-37, skrzynka ma pojemność około 0.4 L, zaś tunel bass-reflex ma długość około 10 cm, okrągły przekrój i średnicę 12 mm.
Pliki projektowe dostępne są tutaj:
https://www.thingiverse.com/thing:4371857
Brzmienia, z kolei, można posłuchać na YouTube:
Wnioski
Jak dla mnie brzmienie jest przyjemne, a trzeba mieć świadomość, że te głośniczki są naprawdę tak malutkie, jak to widać na filmie. Audio nie ma żadnego podbicia niskich tonów. Głośniczki charakteryzują się gwałtownym odcięciem pasma od strony niskich częstotliwości, dlatego, jeżeli bas w piosence jest syntetyczny i przesunięty w stronę wyższych tonów, czyli na przykład taki, jak w piosence “Loose Yourself to Dance” Daft Pank albo “Ride a White Horse” Goldfrapp, to go po prostu dobrze słychać. A jeżeli pochodzi z perkusyjnej “stopy”, to w niektórych piosenkach nie jest w ogóle słyszalny 🙂 Średnie i wysokie tony są neutralne, dla mnie w sam raz. Czytając o tym wszystkim musicie mieć na uwadze, że te głośniki mają jedynie 37 mm szerokości, niewielką moc i niską efektywność.
Kolumienki oparte o przetworniki Peerless PLS-65N25AL03-04
Pliki projektowe i opis znajdują się tutaj:
https://www.thingiverse.com/thing:4751095
Kolumny mają pojemność około 2 litrów. Wydruk jednej sztuki trwał jakieś 20 godzin, na szczęście obyło się bez większych problemów i artefaktów. Użyłem przetwornika Peerless PLS-65N25AL03-04 ze względu na jego niską cenę i dostępność, aczkolwiek rozważałem również Dayton Audio ND65-8 oraz SB Acoustics SB65WBAC25-4. W każdym z przypadków, obliczona przez WinISD obudowa była podobna, co wydaje się uzasadnione, ze względu na bardzo zbliżone konstrukcje mechaniczne i elektryczne tych głośników, a zatem i podobne parametry T-S.
Wnioski
Głośniki mają trochę więcej “góry” niż BF-37. Początkowo mi to przeszkadzało, ale miało to prawdopodobnie związek z moim przyzwyczajeniem do brzmienia słuchawek, z których korzystałem na co dzień, czyli Koss Porta Pro. Brzmienie Kossów jest dość ciemne, z mocno zaznaczonym basem. Kiedy zmieniłem słuchawki na model o bardziej neutralnym brzmieniu, to i z czasem wysokie tony z niniejszych głośników przestały mi przeszkadzać. Co do basu – głośniki mają go trochę za mało. Najbardziej odpowiada mi brzmienie z podbiciem rzędu 9 dB począwszy od 75 Hz. Niemała to korekcja, wiem, prawdopodobnie można by te głośniki trochę “podstroić” w celu wyrównania brzmienia. Po korekcji basu brzmienie mi się po prostu podoba. Jakkolwiek niepoważnie by to nie brzmiało, to obecnie, przesiadując przy komputerze, wieżę (wyposażoną w lepsze głośniki) uruchamiam rzadko, ponieważ te głośniki na co dzień mi odpowiadają.
Głośnik Bluetooth oparty o Visaton BF-45
Głośnik ten wykonałem z czystej ciekawości – po niedawnych eksperymentach pozostał mi jeden egzemplarz przetwornika Visaton BF-45 i chciałem sprawdzić, jak on zabrzmi po zainstalowaniu w obudowie. Jak również ta estetyka przypadła mi do gustu. Szary element widoczny na zdjęciu to rura PCB o średnicy 100 mm i długości zapewniającej około 1.5 L pojemności. Bass-reflex jest trochę dziwny, gdyż jego długość w zasadzie równa jest jego średnicy, zatem stanowi niemal jedynie otwór w panelu czołowym. Zasilanie zapewnia akumulator 18650 ze zużytej baterii od laptopa. Jako że uszkodzeniu uległo tylko jedno z ogniw, a pozostałe zachowały całkiem sporo pojemności (około 1800 mAh), to ogniwa baterii zyskały drugie życie.
Wnioski
Bas jest uwydatniony (podbity) wyraźnie bardziej, niż w przypadku głośników BF-37, jednakże dolna częstotliwość graniczna jest zbliżona. Góry jest na moje ucho za dużo, ale z tego co pamiętam głośnik jest mocno kierunkowy, więc wysokich tonów ubywa przy oddaleniu uszu od osi głośnika.
Podsumowując: eksperyment ciekawy, ale góra jest na moje ucho trochę nazbyt natarczywa.
Głośnik stereo Bluetooth oparty o tanie głośniki z Aliexpress
Ostatni głośnik oparty jest o tanie przetworniki z Aliexpress, które w pierwszym przybliżeniu sprawiają wrażenie podobnych do Visaton BF37, jednak mają nieco większą średnicę (40 mm) i nieco mniej podatne zawieszenie. Część centralna obudowy (w kolorze szarym) wykonana jest z rury PCV o średnicy zewnętrznej 75 mm i długości zapewniającej całkowitą pojemność obudowy rzędu 1 L. Boki wydrukowane są z PET-G, zawierają tunele bass-reflex oraz uchwyty i otwory umożliwiające zamocowanie modułów: wzmacniacza, Bluetooth i ładowarki, jak również przytwierdzenie akumulatorów 18650 (dwa egzemplarze połączone równolegle).
Wnioski
Dwa akumulatory zapewniają zasilanie na co najmniej wieczory permanentnego grania na umiarkowanym poziomie głośności. Oczywiście ewentualne podłączenie powerbanka USB podczas odsłuchu w niczym nie przeszkadza. Brzmienie jest czyste, zawiera trochę za dużo wysokich tonów (uwidacznia się różnica wobec Visaton BF-37), jak również trochę brakuje niskich tonów. Być może obudowa wymaga “podstrojenia”, a raczej wymagane byłoby ponowne rzetelne pomierzenie parametrów głośników i dopasowanie gabarytów obudowy. Mimo to, głośnik spełnia swoją rolę w przypadku kameralnego odsłuchu muzyki.
Słowo końcowe
Wpływ kodeka na jakość dźwięku
Nie zauważyłem, by kodek SBC, mimo swojego niewyrafinowania, przeszkadzał w odbiorze muzyki. Niniejsze głośniki mają zbyt niską jakość, by braki kodeka były tutaj słyszalne. Natomiast bardzo widoczny okazał się wpływ pętli masy i niestabilnego zasilania, o czym napisałem na wstępie. Naprawdę warto o to zadbać i w przypadku jakichś zauważalnych niedostatków brzmienia, w pierwszej kolejności przyjrzeć się zakłóceniom elektrycznym.
Opóźnienie
Połączenie Bluetooth w przypadku użytych przeze mnie modułów, wprowadza latencję (Internet informuje o około 150 ms), która podczas oglądania filmu akceptowalna jest jedynie warunkowo i opóźnienie jest zauważalne. Oczywiście moduł z bardziej wyrafinowanym kodekiem rozwiązuje ten problem. Dla formalności dodam, że połączenie kablowe eliminuje problem całkowicie.
Zgodność symulacji z rzeczywistością
Największe znaczenie ma tutaj wiarygodność parametrów T-S głośnika. Wydaje mi się, że BF-37 i BF-45 scharakteryzowane zostały precyzyjnie, przez co brzmienie od strony niskich tonów jest prawidłowe. Nieco brakuje mi basu w przypadku największych przedstawionych tutaj głośników, co oznacza, że mógł być mniej rzetelnie scharakteryzowany. Nie wykluczam też błędu po mojej stronie. Po korekcji niskich tonów, brzmią one neutralnie i zadziwiająco dojrzale. Trzeba pamiętać, że to nadal jedynie skrzyneczki z drukarki 3D i z wypełnieniem z materiału syntetycznego.
Szczelność obudowy
Zauważyłem, że szczelność obudowy ma istotny wpływ na charakterystykę brzmienia, szczególnie w zakresie niskich częstotliwości. Nawet drobne nieszczelności prowadzą do niekontrolowanych przecieków powietrza, co skutkuje spadkiem efektywności emisji basu. Szczególną uwagę należy zwrócić na miejsce styku głośnika z obudową oraz wszelkie połączenia mechaniczne pomiędzy elementami obudowy. Aby zminimalizować ryzyko powstawania nieszczelności, najlepszym rozwiązaniem jest drukowanie całej obudowy jako jednego elementu. Alternatywnie, przy składaniu z kilku części, należy stosować połączenia „na styk czołowy” z możliwie dużą powierzchnią styku, co ułatwia uszczelnienie i zapewnia lepszą integralność mechaniczną.
Wzmocnienia mechaniczne
Zauważyłem istotny wpływ wzmocnień obudowy na jakość brzmienia. Sztywna obudowa to mniejsze ryzyko rezonansu mechanicznego i większa szansa na prawidłową reprodukcję basu. W głośniczkach, które posiadają w całości drukowaną obudowę, dodałem wzmocnienia łączące ze sobą boczne ścianki. Brakło ich w przypadku głośników w przypadku głośnika Bluetooth z częścią centralną wykonaną z rury. Może to być jedną z przyczyn rozczarowującego przenoszenia niższych tonów. Warto dodać, że obudowa wyraźnie wibruje w środkowej części podczas emisji basu – będę musiał się temu przyjrzeć.
Niemożność rozłączenia modułu Bluetooth
Poza ryzykiem, że forma emisji komunikatów o stanie połączenia modułu będzie nieprzyjemna dla ucha, przedstawione tutaj moduły charakteryzują się jeszcze inną niekorzystną cechą: nie istnieje sposób na wymuszenie odłączenia modułu od komputera czy smartfona. Jeżeli moduł podłączony jest do jakiegoś urządzenia tymczasowo i chcielibyśmy wymusić jego rozłączenie, by sparować go z innym z innym urządzeniem (np. w celu odzyskania kontroli nad muzyką) to trzeba wymusić rozłączenie ze strony komputera lub smartfona, po czym sparować moduł z nowym urządzeniem. Wyłączenie i włączenie zasilania nie pomoże, ponieważ spowoduje automatyczne parowanie z dotychczasowym urządzeniem. Jedyny sposób, jaki wymyśliłem, to zaekranowanie urządzenia na przykład poprzez włożenie modułu do kuchenki mikrofalowej w celu odseparowania go od świata zewnętrznego.