Собираем красивую и качественную 2.1-акустику для ПК с нуля: мой путь

Данный гайд в первую очередь интересен тем, что использует нестандартные подходы в дизайне,  в использовании материалов и методом изготовления – конечный продукт полностью изготовлен на 40вт СО2 лазерном резаке.

Сделал дочкам в комнате ремонт, купил новый ПК, UPS подключил. Дело осталось за малым – за колонками. Разумеется, можно было пойти в магазин (нет, уже нельзя, КОВИД однако) или заказать в интернете, но требования по размеру, дизайну и качеству звука были такие, что надо было бы брать как минимум либо Harman Kardon Soundsticks 4, либо что-то из Bose или Bang & Olufsen. Говоря проще, минимум 300 баксов пришлось бы выкладывать, а то и в разы больше. Но тут я задумался, а я сам себе инженер или кто? И решил собрать с нуля 2.1 систему, которая и впишется в обновленный дизайн комнаты, будет иметь приличный звук, но при этом, не стоить неприличную цену. В процессе разработки дизайна, колонкам было присвоено рабочее название «Санта Барбара», но это вовсе не в честь известного сериала, а больше в честь визуала, который удалось сделать довольно интересным и нетипичным, будучи основанным на моих впечатлениях после ознакомления с архитектурой вышеуказанного города, лет 10 назад.

Почему именно 2.1, а не «полноценные» 2.0 колонки? Причина как всегда – в размерах. Компьютерный стол у дочки небольшой, всего метр шириной, и захламлять его большими колонками не хотелось. Поэтому, решил сделать компактные, но качественные сателлиты, а сабвуфер вообще спрятать под стол (хотя изначально планировал сделать сабвуфер настольного размещения). Вообще, изначально я не планировал 2.1 систему, а хотел сделать что-то типа саунд бара, притом настолько сильно хотел, что два разных дизайна разработал и даже начал их претворять в дереве, но при зрелом размышлении, всё-таки сделал выбор в сторону 2.1 системы, так как для получения приличного звука от форм-фактора «саундбар» который бы поместился на рабочий стол, надо было бы ставить хороший DSP и применять очень дорогостоящие динамики, а в данном случае, по себестоимости всех материалов, я легко «уместился» в $50, сэкономив при этом занимаемое место на столе.

Каркас саундбара, который так и не пошёл в «серию»

А так уже выглядит готовая система в «сборе».  (Да я в курсе, что монитор староват, да и по цвету к комнате не подходит. Замена уже в процессе изготовления, и по ней будет отдельный обзор)

Конструктивно, система состоит из двух сателлитов размерами 120х85х65мм, в которых расположен 50мм широкополосный динамик с неодимовым магнитом и 50мм пассивный излучатель с подвесом из резины. Сабвуфер имеет размеры в 300х200х100мм, в нем используется басовый динамик диаметром 75мм, а сам сабвуфер выполнен по акустической схеме Band Pass. Также, в корпусе сабвуфера расположен 2.1 усилитель класса D, на двух микросхемах TPA3116, тороидальный трансформатор на 17В 3А, выпрямитель и другие мелочи. Корпуса сателлитов изготовлены из 3мм фанеры, с дополнительной пропиткой и демпфированием, а корпус сабвуфера изготовлен из 10мм фанеры, тоже с проклейкой и демпфированием. Размеры как колонок, так и сабвуфера продиктованы максимальным рабочим полем моего лазерного резака K40, которое составляет 30х20см.  

Небольшое примечание по поводу фотографий на разных этапах. Пусть вас не смущает, что динамики на фотографиях в процессе изготовления немножко меняют форму и вид – было изготовлено несколько разных прототипов, а каждый этап изготовления документировался на отдельных прототипах, отсюда и возможные «разночтения».

При дизайне сателлитов руководствовался сразу несколькими требованиями.

1. Дизайн должен быть приглушенным, современно-минималистическим, в так называемом «Apple” стиле (который на самом деле, ещё в конце 60х создал дизайнер фирмы Braun Дитер Рамс).
2. В то же время, дизайн должен быть оригинальным, никого и ничего особенно не копировать, и использовать простые геометрические формы, для простоты изготовления в домашних условиях.
3. Домашние условия также продиктовали выбор метода для изготовления корпусов динамиков – «обычная» и фотополимерная 3Д печать была отброшена по очевидным причинам, Metal Sinthering 3D принтера у меня пока нет, также, как и нет 5 координатного ЧПУ фрезерного станка, поэтому было решено делать корпус из фанеры, а нарезать всё на лазерном резаке.
4. Утилизация отходов – мой конёк, так что решил отделать динамики не вульгарной плёнкой под дерево, или деревянным же шпоном, а остатками обоев из детской же комнаты, которые имеют мелкозернисто-каменную структуру и отлично подходят для выбранной геометрии. (Хотя изначально рассматривал (и даже сделал прототипы) и варианты с использованием кожзама или алькантары. Но решил, что такие материалы лучше применить там, где им место – в автомобиле, а дома и обычные обои сойдут).

Чертёж для корпуса сателлитов был создан в полуавтоматическом режиме на сайте makercase.com – вводим нужные размеры, толщину материала, выбираем форму и сайт сгенерирует. SVG файл, который можно прямо отправлять на лазерный резак, либо, как в моем случае, немножко доработать и сделать вырезы для крепления динамиков и пассивного излучателя, в программе Corel Draw.

Передние и задние панели динамиков были изготовлены из 3мм оргстекла бежево-кремового цвета, а вставки в них – из 3мм фанеры и обтянуты акустической тканью коричневого цвета. Также, из фанеры были изготовлены и держатели для пассивных излучателей.

Изначально планировал что одна из колонок будет иметь «на борту» регуляторы громкости и тембра, но из-за сложности изготовления и разводки, решил отказаться, и сделать оба динамика одинаковыми. Также пришлось отказался от декоративного шильдика – он получался визуально слишком мелким и не вписывался в общий дизайн.

Аналогично динамикам, чертёж корпуса сабвуфера также был создан в программе Corel Draw. Практика показала избыточность такого количества крепежных отверстии – идея была в том, чтоб использовать их для обеспечения плотного прижатия частей корпуса к друг другу при склейке, так как у меня нет струбцины или тисков подходящего размера. Но как оказалось, количество отверстии смело можно уменьшать в два раза.

После того, как все материалы подготовлены, приступаем к сборке. Для начала, выклеиваем корпус динамика – он должен быть герметичным, чтоб получить пристойный звук. Округлая часть динамика имеет множество прорезей, за счёт которых и обеспечивается нужная гибкость, вот их и буду герметизировать в первую очередь. Для этого лучше использовать клей ПВА – для начала надо промазать клеем ту часть, которая будет с внутренней стороны, согнуть по нужной форме и вставить в пазы остальные части, чтоб корпус «собрался».

Обматываем корпус сателлита малярным скотчем, и в зависимости от окружающей температуры, даём высохнуть, хотя бы на пол часа, а то и больше. Следующим этапом, промазываем клеем ПВА собранную конструкцию уже с внешней стороны. Не надо сразу лить много клея, он будет сохнуть дольше, и на поверхности получатся неровности, а ПВА зачищать наждачной бумагой – непростая задача. Я нанес 4 тонких слоя, с 15 минутными промежутками, суша конструкцию на батарее между слоями, следя за тем, чтоб все пазы надёжно были заполнены клеем. После, оставляем динамик сушить в тепле хотя бы на 12 часов, а в это время, можно приклеить к задней части корпуса пассивный излучатель, а к передней – сам динамик. Для приклеивания излучателя больше всех подошёл уретановый герметик – силикон и «момент» с «наиритом» к резиновой части излучателя не приставали, а цианакриловый клей от вибраций отваливался. Для большей твёрдости, при приклеивании использовал шайбу из фанеры, которая прижимает излучатель к панели. В процессе склеивания, после того, как все винты плотно закручены, надо осторожно счистить излишки герметика, которые вытекли в излучатель.

Аналогичным методом можно приклеить динамик к передней панели. Но так как он будет дополнительно прижиматься винтами, сильный клей тут не нужен, и вполне можно обойтись простым силиконовым герметиком, который и сохнет быстрей, и удобней в работе, по сравнению с уретановым.

После того, как отдельные компоненты просохли, можно перейти к сборке самого корпуса. Для начала соединяем между собой переднюю панель и основной корпус. Для этой цели я использовал «5 минутный» эпоксидный клей. Не стоит тратить время на герметизацию всех щелей эпоксидкой – лучше ей сделать пару другую «прихваток», следя за ровностью и геометрией, а когда подсохнет, промазать швы изнутри либо силиконом, либо уретановым герметиком – оба работают одинаково хорошо, но я предпочитаю силикон – как уже писал выше, наносить его легче, сохнет он быстрей, и в случае чего, можно и пальчиком себе в нужных местах помочь.

Так как динамик (и соответственно, центр тяжести у нас в верхней части) да и сама колонка будет наклонена назад, первые прототипы были очень нестабильными, и от мощных басов легко опрокидывались. Для улучшения стабильности, на дне колонки была закреплена металлическая пластина. В моем случае – кусок от ********* (первый дочитавший до сих, и угадавший от чего эта пластина, получит от меня 500КР).

как показала практика, вес одной пластины оказался недостаточен – колонка хотя больше и не опрокидывалась, но от басов задорно прыгала на столе, поэтому, пришлось добавлять вторую пластину.

После того, как герметик в стыках передней и боковой сторон основательно просохнет, можно обклеить боковины и переднюю панель изнутри звукопоглощающим войлоком – поможет убрать резонансы корпуса, которые иначе будут давать звуку эффект «из картонной коробки». Войлок следует наклеить и на обратную панель – после сборки колонки — это сделать будет проблематично.

Приклеиваем заднюю панель «точечно» эпоксидным клеем по контуру, и промазываем изнури силиконовым герметиком. А вот днище уже вклеиваем только на силикон, не жалея герметика, чтоб не было протечек воздуха (разумеется, до этого надо припаять провод к динамику и вывести его через одно из отверстий, которое использовалось для крепления прижимной шайбы пассивного излучателя, а остальные 3 – заглушить).

Для надежности, ждем пару часов (а лучше – ночь), и начинаем тест на утечку воздуха. Делается он очень просто, ритмично нажимаем на пассивный излучатель и смотрим на диффузор динамика – он должен двигаться в такт нажатиям, и примерно с такой же амплитудой, как и сам излучатель. Если движения заметно слабые, да и так, просто для контроля, стоит проверить корпус на предмет щелей. Для этого, смачиваем губы, подносим динамик местами стыков к губам и ритмично нажимаем на излучатель – если где есть утечка, на губах почувствуем холодок. После того, как место протечки будет локализовано (а вполне возможно, что их будет сразу несколько) канцелярским ножом чуть расширяем место протечки, и вливаем силикон – так чтоб образовалась горка в 2-3мм высотой. После того, как силикон хорошо высохнет, все выпирающее отрезаем канцелярским ножом, ни в коем случае не отрывая – так можно вырвать «пробку». Ну и заново проводим тест на герметичность.

После того, как тест на герметичность пройдён, неплохо будет провести и тест на резонанс и дребезжание – подключаем колонку к усилителю, усилитель к компьютеру или НЧ генератору, и подаём синусоидальный сигнал, в диапазоне 100гц-10кгц, постепенно повышая, как и частоту, так и мощность, слушая при этом призвуки. Если на какой-либо частоте появилось дребезжание, то методом тыка (а точнее, сжатия и нажатия), определяем резонирующее место. Если такое место найдено, то делаем в нём небольшое (2-3мм) отверстие, и заливаем немножко силикона. Даём высохнуть и проверяем заново. Если внешним механическим воздействием дребезжание не удалось победить, то колонку можно разобрать, а точнее – разрезать, чтоб вытащить динамик и излучатель – корпус придётся делать заново.

Если же всё прошло нормально, то можно заняться отделкой, а позже — и фальшпанелями. Для оклейки колонки обоями я перепробовал несколько разных методов — обойный клей, клей ПВА, клей «Момент», эпоксидный клей, двухсторонний скотч, и именно последний показал себя лучшим – как в плане легкости повторения, так и в плане качества конечного результата.

Нам понадобится тонкий двухсторонний скотч – такой обычно используют для приклеивания ковров и другой утвари. Им обклеиваем корпус колонки по периметру. Небольшой лайфхак – такой скотч иногда начинает делать морщины после поклейки. Чтоб этого избежать, перед наклеиванием рулон скотча надо хорошенько прогреть, скажем, положив на батарею на час, и наклеивать на корпус в натяг.

Периметр торцов так же обклеиваем 2х сторонним скотчем, но на этот раз – узким, полностью покрывать торцы скотчем не стоит, так как потом получим проблемы с креплением фальшпанелей.

От рулона с обоями отрезаем кусок достаточной длины, чтоб можно было обернуть колонку в нахлест, и шириной на 2-3 сантиметра шире, чем глубина колонки. Обклеивать колонку начинаем с низа, натягивая обои в процессе приклеивания. После того, как обклеили весь периметр, делаем надрезы по выступающим краям обоев, приблизительно так, как это показано на фото.

Потягивая за эти «ушки», приклеиваем их к торцам динамика. Не переусердствуйте с натягиванием, я пару штук оторвал в процессе, и пришлось всё начинать заново.

Если скотч или обои отходят от торцов, то можно их немножко прогреть по месту – монтажным феном, утюгом и так далее. После того, как процесс закончен, надо немножко подрезать обои вместе с скотчем по периметру – фальшпанели у нас будут из оргстекла, их будем приклеивать, а надёжно приклеить оргстекло к фанере не так уж и просто, нужна эпоксидка, и подходит не всякая. Как показала практика, эпоксидные клей с слабым, или сернистым запахом, плохо клеят оргстекло, а те, у которых очень резкий, «химический» запах – клеят хорошо.

Следующим этапом идёт изготовление передней фальшпанели. Она изготовлена из оргстекла, с вставками из фанеры и опять же, оргстекла.

Накладываем на контур из оргстекла акустически прозрачную ткань, и вставляем соответствующие детали в соответствующие пазы. Акустическую ткань стоит немножко растянуть – лучше если вам будет кто-то помогать и придерживать её.

Проверяем, насколько хорошо натянута ткань, и срезаем выступающие излишки сначала ножницами, а потом «проходимся» по стыкам паяльником – ткань плавится, и вплавляется в оргстекло, обеспечивая этим надёжное соединение.

После обработки паяльником, если не подрезать ткань в притык, могут получится неровные края, как на фото выше. Осторожно срезаем их ножом, и заново проходимся по краям паяльником.

Задняя фальшпанель таких ухищрении не требует, так как там у нас всё просто – просто прорези и всё.

Перед приклеиванием панелей, надо их слегка обработать наждачной бумагой на 80-100, с внутренней стороны. Это улучшить прочность клеевого шва. Для приклеивания будем использовать эпоксидный клей, про выбор типа я писал чуть выше. Прикладываем панель, центрируем относительно корпуса и даём хорошо просохнуть – несмотря на заявленное время отвержения в 5-10-15-30 минут, реальная твёрдость места склейки обеспечивается через 12, а то и 24 часа.

Вот так выглядит законченная фронтальная колонка.

Переходим к сборке сабвуфера. Как уже писал, он изготовлен из фанеры толщиной 10мм, и использует акустическую схему band pass box. В нём же размещен и усилитель, и блок питания.

На фото почти готовый корпус с установленным коротким фазоинвертором. Как показала практика, фазоинвертор оказался настроен на очень высокую частоту, так что резонанс, на слух, был где-то в районе 200-300гц. Поэтому, труба фазоинвертора была удлинена кусочком ПВХ трубы, до длины, при которой звук воспринимался наиболее приятно. Конечно же, такое экстремальное удлинение трубы вызвало типичную проблему со звуком – он стал немножко попукивающим. Но это происходит только на таких громкостях, на которых этот сабвуфер работать никогда не будет – ручки регулировки громкости наружу не выведены, и в процессе сборки установлены так, чтоб не вызывать никаких побочных призвуков, даже при подаче сигнала с максимальным уровнем на вход.

(Для желающих повторить — длина трубы получилась приблизительно 18см)

При сборке сабвуфера я решил перестраховаться, и вырезать дополнительное отверстие в боку для улучшения теплоотвода с трансформатора и усилителя. Как показала практика, это было лишним – одного вентиляционное отверстие на задней части корпуса – вполне достаточно для охлаждения. Усилители класса Д тихо сделали громкую революцию в аудио – забываем про громоздкие радиаторы и вентиляторы, в комплекте с огромными трансформаторами питания.

Муки выбора места для бокового отверстия (как показала практика, лишнего)

Все стыки хорошо прогерметизированы, а внутренности оклеены акустическим фетром. Вроде ничего особенного, а разность на слух заметна.

Сабвуфер в процессе высыхания – все шурупы в последствии будут выкручены, а в отверстия залит герметик.

Усилительно-питательная часть расположена в отдельном, изолированном от акустической части, отсеке. Она состоит из платы 2.1 усилителя класса D, на микросхемах TPA3116, тороидального трансформатора 16 вольт, 3 ампер и платы выпрямителя с фильтрующими конденсаторами на 35 вольт — 4700мкф+2200мкф. Еще два конденсатора по 2200мкф, установлены непосредственно на плате усилителя (на фото один из них пришлось чуть выдвинуть, ибо мешался трансформатор).

Плата усилителя показана на фото. С нее были убраны все разъёмы, электролиты по питанию были заменены на Rubycon YXA, ОУ вместо «обычных» NE5532 были установлены проверенные, малошумные NE5532AN от Signetics. Честно говоря, разницу не особо и заметно, но если детали есть и замена минутная – то почему бы и нет?

Вся конструкция установлена угольниках из нержавейки и 3мм штырей с резьбой. С обратной стороны панели закреплены сетевой разъем, колодки для подключения сателлитов, вентиляционная решетка в том же стиле, что и на сателлитах.

На фото – попытка (неудачная) обклеить панели обоями, используя двухсторонний скотч.

После того как все собрано, проверено на предмет нормального звучания и отсутствия дребезга, можно обклеивать корпус обоями. Вариант с двухсторонним скотчем тут не прокатил – на больших поверхностях обои стали делать морщины, поэтому, пришлось клеить на клей ПВА.

Этот клей очень коварен- с ним работать легко и приятно, руки отмывать тоже просто, но вот после того, как он засохнет, работать с ним очень сложно – получается очень тягучая, и плохо обрабатываемая масса – у меня при оклейке боковины, клей вышел за края, я его вовремя не почистил, в результате чего, получил на боковине уродливые выступы, которые пришлось срезать, и тем самим, похоронить идею полной оклейки сабвуфера обоями.

Так что, если будете повторять мой тернистый путь, то лучше работать вдвоём – один выгоняет лишний клей скребком, а другой эти излишки сразу же подчищает влажной тряпочкой. А мне пришлось «изобретать» фальшпанели и для сабвуфера. Получилось не так красиво, как планировал, но саб будет стоять под тубмочкой, за принтером, и его практически не будет видно, так что, и так сойдёт :) 

«Лишнее» вентиляционное отверстие с боку пришлось прикрывать декоративной накладкой — сеткой от 3 дюимового динамика.

Наконец-то, всё собрано, настроено, и даже установлено на «рабочем месте». Получилось довольно симпатично, свежо и необычно, а звук вообще класс. Небольшие, финальные штрихи звуку были приданы настройками системного эквалайзера (небольшой, в -3дб провал в диапазоне 100-400гц, чтоб убрать резонансы комнаты), и регулировкой уровня саба относительно сателлитов – пришлось его немножко приглушить, чтоб звук был ровным, а не классическим «бум-бум, цык-цык» ом.

В заключении, небольшой совет-предупрежение всяким аудиофилам, любителям Тилля и Смолла, программы BassBox, прогревания ушей и так далее, у которых возникнут вполне ожидаемые возражения и советы по поводу дизайна, форм, внутренностей и вообще — смысла жизни. Автор сего артикля, то бишь я об всём этом великолепии знает и неплохо вообще в акустике разбирается. Я 10 лет проработал звукорежиссёром, и свёл много разных треков, в том числе и такие, которые потом попадали в Billboard TOP 20. Так что представление об правильном звуке я имею достаточное, а конструкция всей системы была рассчитана и подобрана так, чтоб в конкретной комнате, в конкретном месте, обеспечить наиболее пристойный звук. Много хвалится не буду (зачем?) но по общему качеству звука (громкость, детализация, стереопанорама, басы, средние, высокие) данное решение соответствует брендовой полочной акустике с с ценником в районе $300 и на голову превосходит всякие Microlab/Sven/Defender/Edifier и прочие похожей конфигурации.

Так как формат блогов не предусматривает возможность «прикрепления» файлов, выложить чертежи по этой причине не могу, но, если желаете повторить, пишите в комментариях, пришлю всё на почту.

А вот и тема следующего DIY обзора — Часы на семисегментных индикаторах, в том же визуальном стиле что и обозреваемые колонки, но с некоторыми уникальными свойствами — цвет символов меняется от времени дня, а управление происходит жестами (например, отключить будильник можно не вставая с кровати — просто помахав часам рукой)