Kannettava kaiutin-vahvistin yhdistelmä ”Boombox”

Julkaistu: perjantai 10.2.2017

Valmis

Kesäisin on ihan mukava kuunnella musiikkia ja istuskella nurmikolla kavereiden kanssa, nauttien auringosta, lämmöstä ja seurasta. Usein kuitenkin musiikkisoittimena toimii vain kännykkä tai muu varsin vaatimaton äänenlähde ja montaa tuntia ei nykyiset älypuhelimetkaan pysty musiikkia soittamaan ennen kuin akku loppuu.

Tämä rakentelu saikin idean siitä, kun eräs kaverini kertoi haaveestaan rakennella sellainen "pömpeli" jonka voisi aina ottaa mukaan retkelle tai milloin minnekkin ja mistä pystyisi musiikkia kuuntelemaan, ilman pelkoa että kännykästä akku loppuu. Päätimme sen vuoksi rakennella tällaisen musiikkisoittimen kesäloman aikana ja lopputulokseen olen itse ainakin suhteellisen tyytyväinen, vaikka ainahan parannettavaa löytyy ;).

Vaatimuksena rakentelulla oli pieni koko, jotta "boksin" pystyy kantamaan mukanaan sekä akkukäyttöisyys ja että siihen pystyy liittämään minkä musiikkisoittimen haluaa. Tietysti vaatimuksena myös oli, kuten harrastelijalle on yleensä tyypillistä, edullisuus.

Laitteita tuli rakentaa kaksi kappaletta, toinen minulle ja toinen kaverilleni. Tietysti halusin omastani hieman erilaisemman, joten päätin lisätä siihen hieman diagnostiikkaa kuten esim. akun jännitteen tarkkailun ja sisälämpötilan mittauksen. Tietojen näyttämistä varten valitsin 4-rivisen 16-merkkisen, taustavalollisen LCD-näytön. Ajattelin myös, että koska ulkoillessa ihmisillä joskus loppuu kännykästä virta, niin lisään boomboxiini USB-laturipistokkeen. Tämä tosin myöhemmässä vaiheessa osoittautui huonosti suunnitelluksi, koska boomboxin sisäinen regulaattori kuumeni liikaa esim. kännykkää ladatessa, joten hyöty oli aika mitätön...

Vahvistin ja elementit

Vahvistin hankittiin Sure Electronicsin nettikaupasta ja kaksi kappaletta Visaton BG 17 6,5" kaiutinta Thomannin verkkokaupasta. Akuksi valitsin pienen, 12 V:n lyijyhyytelöakun jonka hain paikallisesta DIY-kaupasta Puuilo Ilmat Pois -liikkeestä. Hintaa akulle kertyi vajaa 14 euroa ja elementit sekä vahvistin maksoivat noin 34 ja 13 euroa.

 

16,90€/kpl

~13€

Aluksi vahvistinta testattiin yhdessä kaiuttimien kanssa ja ne todettiin toimiviksi. Tämän jälkeen kotelosuunnittelu pystyi alkamaan.

Kotelosuunnittelu

Kotelointi vahvistimelle ja elementeille täytyi tehdä suljettuun laatikkoon ulkoilmakäytön vuoksi. Olisi ikävää jos kotelon sisälle pääsisi vesi, jos se hieman vaikkapa kastuu kesäisessä vesisateessa.

Kotelon suunnittelin ja mitoitin enemmänkin omien mieltymysten mukaisesti, vaikka yleensähän kotelot kannattaa mitoittaa kaiuttimien speksien mukaisesti. Suunnittelussa käytin apuna Google Sketchup -sovellusta.

Kotelon mitoiksi tuli 520mm (leveys), 240mm (korkeus) ja 220mm (syvyys). Elementtien asennusreikien halkaisija on 165,6mm. Materiaaliksi valitsin halvan 11mm paksun lastulevyn. 11mm paksuus valikoitui siitä syystä että Puukeskuksella ei ollut 12mm levyä ja muut lastulevyt olisivat olleet liian paksuja tähän tarkoitukseen.

Sketchupista

Kotelon suunnittelun jälkeen hain Puukeskukselta 3,5 m2 lastulevyä (yksi iso pala), mistä sahattiin paikan päällä hieman pienempiä 220mm:n kappaleita. Näistä pitkistä kappaleista pystyi katkomaan sopivat sivut koteloa varten, joten tarvittiin vain 4 kappaletta siivuja suuresta lastulevystä (pituus taisi olla jotain 1,2m koko levyllä). Alla olevassa kuvassa näkyy katkontakuvion periaate.

Kun palat oli sahattu ja röysteet puhdistettu, liimasin palasten pinnan kiinni puuliimalla, jonka jälkeen maalasin palaset mustalla alkydimaalilla (n. 6€ purkki).

Kotelon kokoaminen

Kotelo kasattiin liimalla (No More Nails) ja (liiman nimestä huolimatta) nauloilla. Etummaista osaa, eli kaiutinelementtien asennuspintaa en vielä tässä vaiheessa lyönyt kiinni, koska kotelon sisälle piti elektroniikka asentaa.

Asensin kaiuttimet ja vahvistimen etuosan takapuolelle ja tiivistin kaiutinelementit No More Nailsilla.

Muu sisäinen elektroniikka asennettiin kotelon sisäseinälle ruuveilla.

Akun latausta varten lisäsin pistokkeen kotelon sivuun, mistä akkua voi ladata ja myös mittailla.

Jotta laitetta voi kantaa, piti siihen asentaa myös kahva.

Kaiuttimien toiminta paranee, kun koteloa vuoraa hieman huokoisella materiaalilla. Tälle projektille täytyi uhrata vanha tyyny, jonka sisältä löytyi pumpulia. Alla olevassa kuvassa nähdään koteloon toteutettu vuoraus. Elektroniikkaosa, joka näkyy oikealla, ei ole vuorattu tulipaloriskin ja ESD:n vuoksi (jos virranmittausvastus esim. lämpeää paljon).

Audiosignaali syötetään vahvistimeen etupaneelista, kaiuttimien välissä olevasta 3,5mm plugista (kuva lopussa).

3D-tulostetut osat

Koska kyseessä oli aika pitkälle "custom" -tuote, niin 3D-tulostimella oli jälleen käyttöä.

Akku täytyi saada kiinnitetty kotelon pohjaan jollakin tavalla, joten mikä onkaan sopivampaa kuin suunnitella kiinnike ja tulostaa se. Suunnittelin osan Google Sketchupilla ja osa tulostui ensimmäisellä kerralla sopivaksi. Pidikkeen seinämiä olisi voinut paksuntaa ja tiheyttä kasvattaa (tässä käytetty 15% tiheyttä), mutta ihan hyvin tuo nykyinen välttää ja pitää akun tarvittavan hyvin paikallaan.

Valitsemalleni LCD-näytölle piti myös jokin kotelo tulostaa, joten suunnittelin ensin näytön ympäryksen aukon oikean kokoiseksi, jonka jälkeen tulostin koko kotelon. Alla olevassa kuvassa näkyy ensimmäisen tulosteen jälkeisiä mittauksia kun aukko oli hieman liian pieni.

Suurensin mittoja 3D-mallista ja toisella tulostuskerralla näyttö "naksahti" mukavasti kiinni pidikkeeseen, jolloin pystyin suunnittelemaan loput kotelosta.

Alla olevassa kuvassa nähdään valmis laitekotelo nappeineen päivineen. Kotelon vieressä näkyy myös USB-pistoke, mistä esimerkiksi kännykkää voi ladata.

Elektroniikkaa

Kuten yllä olevasta kuvasta näkyy, niin kuumaliima on oiva apu tilanteessa kuin tilanteessa, tässä mm. eristys on hoidettu sillä.

Sulautettu elektroniikka ja ohjelmisto

LCD-näyttöä ohjailee MSP430G2452 mikro-ohjain ja ruudunpäivitys tapahtuu sekunnin välein. Sekunnin aikana mikro-ohjain tarkkailee akun tilaa ja virrankulutusta (0,5R) shunttivastuksen avulla. LCD-näyttöä ohjaillaan 4-bit moodissa.

Kytkentäkaaviota en laiskuuttani ole jaksanut piirrustella digitaaliseen muotoon, mutta se löytyy kirjekuoreen piirrustettuna ja kuva siitä on tämän linkin takana.

Virranmittaus on toteutettu LM358 operaatiovahvistimella, jonka vahvistuksena on noin 5. Jännitemittaus on tehty vastusjaolla, missä n. 2,5 volttia vastaa täyttä akkua (12,6 V). Oparin lähtö on kytketty AIN2 (nasta nr. 4, P1.2) ja jännitemittaus AIN1 (nasta nr. 3 P1.1) mikro-ohjaimeen. Napit on kytketty P1.6 ja P1.7 nastoihin.

LCD-näyttö on kytketty portin 1 nastoihin P1.0 - P1.3, E-pinni on kytkentäkaaviosta poiketen nastassa P1.5 ja RS-pinni nastassa P1.4.

Mikäli joku haluaa, niin laitteen lähdekoodi projektitiedostoineen löytyy tästä linkistä.

Alla olevassa kuvassa nähdään laite mittaamassa jännitettä akulta ja virrankulutusta vahvistimelta sekä sisälämpötilaa.

Yhteenveto ja loppusanat

Tällaisen laitteen rakentaminen ei ole vaikeaa, mutta aikaa tähänkin kului kymmeniä tunteja (ohjelmointeineen ja testailuineen). Ajallisesti projekti kesti pari kuukautta, koska käytin tähän keskimäärin pari tuntia viikossa aikaa. Jos tämä pitäisi yhdeltä istumalta rakentaa, niin viikonlopussa tämän pystyy toteuttamaan.

Kokonaiskustannuksiksi tuli noin 70 euroa, mikä on suhteellisen paljon tämmöisen rakentamiseksi. Kalleimmat osat olivatkin itse kaiutin-elementit, joista hintaa kertyi 34 euroa. Noin viisi-kuusi euroa olisi vielä lisäksi säästänyt, jos olisin tulostanut kahvankin tuolle laitteelle, mutta koska DIY-kaupasta sattui löytymään mukava kahva tuohon, niin en sitä lähtenyt tekemään. No, mutta elektroniikan laitekotelossa ja akkupidikkeessä sentään säästin (tulostuskustannus muutama euro) 🙂

Lopputestauskin antoi vähintään tyydyttävän arvosanan, vaikka eihän tämä mikään super-hifilaite olekaan. Painoa laitteelle kertyi 7 kg.