Усилитель "Тройка" (2+1) ZK-TB21 50W*2+100W TPA3116D2. Разделяй и наслаждайся.

Вместо эпиграфа:
«АУДИОЛАБОРАТОРИЯ.
Инженерам вход категорически воспрещён!»

О преимуществах звуковоспроизводящих систем, в которых низкочастотное звено выполнено отдельным агрегатом, сказано много. Системы удобные, пользуются заслуженным спросом, а спрос, как известно, порождает предложение. Что же касается платформы Алиэкспресс, то предложений масса, лишь выбирай по вкусу. Но, как говорят, не пощупаешь, не поверишь. Вот и я решил пощупать. Заглянул на Али. А там в бестселлерах ZK-TB21 50W*2+100W, новинка. Тем более, попал на пятидневную скидку в десять процентов. Надо брать. Взял. Через три недели приехал ко мне набор DIY. Музыку любите? Тогда прошу в музыкальную гостиную, друзья. Пододвигайте поближе ваши кресла!


Что же оно такое? Устройство предназначено для трёхканального воспроизведения звукового сигнала. Два стерео канала СЧ-ВЧ и один общий для них НЧ (LFE) канал. Источник сигнала может быть подключен к устройству как через блютуз (заявлен 5.0), так и по физической цепи посредством шнура со штекером 3,5 мм. Устройство может питаться от источника постоянного тока в диапазоне напряжений 12-24 вольта. Для полной реализаций заявленных характеристик этой платы мощность источника питания должна быть на менее 100 Ватт. То есть, обеспечивать ток в пределах четырёх-пяти Амперов. Как показала практика, для комфортного озвучивания комнаты 6-8 кв.м. достаточно даже источника питания 12 Вольт/1 Ампер. Разумеется, при соответствующей чувствительности громкоговорителей. Питание к плате может быть подключено либо через стандартный штекер 5,5/2,1 (2,5), либо двухпроводной линией через двухконтактный разъём. В цепи питания установлена защита от переполюсовки — диоды Шоттки SS54. На плате расположен шестиконтактный винтовой плинт (клеммная колодка), к которому подключаются провода громкоговорителей и закрепляются винтами.
Электрическая часть схемы. Оконечные усилители представляют собой интегральные усилители класса «D», реализованные на небезызвестных микросхемах TPA3116D2. На одной из микросхем собран двухканальный усилитель стереосигнала, на второй — одноканальный усилитель канала НЧ, здесь микросхема включена по схеме с удвоением выходной мощности. Предварительный усилитель и разделительные фильтры собраны на операционных усилителях NE5532. Четыре усилителя в тракте каждого канала.
Пользователю доступны следующие регулировки. Регулировка уровня сигнала. Поскольку тонкомпенсация не предусмотрена, а регулятор имеет линейную характеристику типа «В» (латиница!), то регулятором громкости назвать такую регулировку не могу. Разве что РМГ — регулятор максимальной громкости. Регулировка ВЧ и НЧ в стерео каналах. Регулировки уровня и частоты среза канала НЧ. Глубину регулировки мы ещё увидим. Об этом ниже.
Честно говоря, я надеялся на то, что разделение полос будет организовано разделительным фильтром с регулируемой частотой раздела. Напрасно. Здесь фильтр типа ФНЧ, хоть и с регулируемой частотой среза. Полоса же стерео каналов просто ограничена снизу фильтром высоких частот, поэтому использовать плату в качестве двухканального усилителя не получится из-за спада на НЧ.
В радио модуле блютуз применена микросхема АС20ВР07277-25А4. Информации по корпусу в сети — ноль. Но насколько я понял, это некий универсальный звуковой 32-битный процессор, позволяющий воспроизводить всё что угодно, включая USB и твердотельные накопители. Если кто-то разбирался с ним подробно, отпишитесь в комментариях.
Понимаю, эта часть повествования была весьма скучна. Но без неё тоже как бы и нельзя.

Итак, посмотрим,

Что к нам приехало?

Тут будем немногословными. Это коробка, в которой упаковано устройство.

Внутри коробки в пакетике содержимое. Извлекаем на свет божий.


Тут плата в аккуратной «пупырке», а в запечатанном пакетике — корпус в разобранном состоянии, монтажные стойки, винты, ручки управления, двух контактный разъём питания и — отвёртка, чтобы жаждущий рукоприложения DIY-щик не испытывал ни малейших проблем в сборке корпуса усилителя.

Вот она, заветная конструкция. Будем собирать, рассмотрим подробнее. А пока так.


А вот и электрические параметры устройства.


А так зависит выходная мощность от напряжения питания устройства.

Предварительное знакомство состоялось. Пора собрать всё это в коробочку. Благо, всё необходимое для этого заботливо предоставлено продавцом и труда не вызывает. А заодно рассмотрим плату детально.

Плата перед нами. Рядом — набор стоек и винтов, с помощью которых установим верхнюю и нижнюю панель корпуса.


Вид снизу. Честно говоря, было поползновение срисовать монтажку, но… «оставь надежды всяк...»


Звуковой процессор, антенна блютуза, разъём штекера физического соединения.


Разъёмы питания. Штекер и двухпроводная розетка. Между прочим, в цепи каждого разъёма установлен защитный диод. Получается, если подать на каждый из входов переменное от трансформатора со средней точкой, может получиться двухполупериодный выпрямитель. Ёмкость фильтра на плате присутствует. Но пока это лишь идея, не подтверждённая практикой. Забегая наперёд, скажу, что от переменного усилитель тоже работает. Получается однополупериодный выпрямитель. Да, фон при этом слегка проявляется. Но возможность есть.


А это у нас плинт громкоговорителей. На крышке всё досконально расписано, не перепутаешь.


Блок предварительного усилителя и фильтров. Всё чётко и ясно обозначено. А ручки на оси переменных резисторов я уже надел. Виден конденсатор фильтра питания. 6800мкФ/35В. Учитывая максимальное напряжение питание в 24 Вольта, ОК!


А что, вид на гнездо штекера и антенну блютуз уже был? А, не с этой стороны.


А вот и наши стойки. Большие и маленькие.


И панели корпуса.

Устанавливаем длинные стойки.



И короткие стойки.

Перед тем, как закрыть панели, оценим радиатор. Общий для двух корпусов. Размер радиатора 50х25х10 мм. Закреплён одним винтом к плате. К корпусам прилегает на термопасте.


Лицевая панель. Да, размеры невелики, управлять не скажу, что удобно. Но — компромисс есть компромисс.


А это маленький синий глазок. Повернул ручку регулятора уровня вправо — щелкнул выключатель и загорелся светодиод.


Вот так загорелся.


Вот что у нас получилось в результате. Размеры устройства — 118х100х25 мм с учётом ручек управления и весом 195 граммов.


Засим обзорно-сборочная часть повествования подошла к концу. Пора испытать устройство в действии. Испытать усилитель.

REM: Да, а что будет если я задам элементарный вопрос Аудитории: «Что такое усилитель?» Боюсь многие посмотрят с недоумением, но задумаются. Усилитель — устройство, преобразующее энергию источника питания в выходной сигнал повышенной мощности, тождественный по форме и типу входному сигналу малой мощности. Как-то так, если правильно помню. Эх, курсовой по усилителям я сдал около полувека тому… (смайлик!)

Что же, к чему будем всё это подключать? Нужно сделать громкоговорители. В качестве сателлитов у меня будут работать громкоговорители на базе широкополосных головок фирмы RCF c чувствительностью 91 дБ, номинальной/музыкальной мощностью 6 Вт/10Вт, полосой воспроизводимых частот 90Гц-20 кГц и неравномерностью АЧХ 10 дБ. Головки установлены в закрытые ящики размером 24х24х11 см. В качестве громкоговорителя НЧ канала используем щелевой фазоинвертор на базе 25-ГДН-3-4, собранный за три свободных вечера и пока с неухоженным внешним видом. Конструкция свежеиспеченная, так что нужно ещё обдумать, какой цвет и с помощью чего ему придать. Плёнка есть, шпаклёвка тоже. А может просто заказать на Али тканевую оклейку да и… Пока думаю. Может, даже расскажу о процессе. Поэтому пока спрячем его на шкафу и поставим в дальний угол от посторонних глаз подальше, чтобы под ногами не путался. Для того маленьким и делался — 22,5х22,5х32,5 см. из ДСП толщиной 22 мм, а звук из угла даже лучше долетит до уха.



Но зато этот агрегат с такой вот частотной характеристикой по звуковому давлению в диапазоне 30-600 Гц.



Более детальная АЧХ в режимах фазоинвертор (красная)/закрытый ящик (зелёная). Кликабельно, сетка 0,5 дБ.



В процессе экспериментов подключил в качестве LFE два четырёхомных громкоговорителя параллельно («кубики Салтыкова»). Усилитель достойно перенёс и это, сочно пророкотав раскатистым басом по квартире. Найду-ка сейчас записи Максима Дормидонтовича Михайлова, «Застольную песню», например — «Налей полней бокалы...» Эх…

Но поскольку «ничто ниоткуда не возникает и ничто никуда не пропадает» ©, первым делом решим вопрос с источником питания. В наличии несколько импульсных блоков питания, небольшой маломощный регулируемый лабораторный блок питания, и собранный на скорую руку двухполупериодный выпрямитель без фильтра питания. Как я говорил выше, проводился также эксперимент по питанию усилителя напрямую переменным током через однополупериодный выпрямитель, собранный на самой плате. При работе от всех источников усилитель показал однотипные результаты по шумам. При питании переменным током прослушивался небольшой фон переменного тока, что и было ожидаемо. При питании от одного из импульсных блоков питания, включенных в один удлинитель с компьютером — источником аудио сигнала — появились характерные помехи работы преобразователя, которые исчезли при разделении заземления корпусов блока питания и компьютера. Похоже, земля на моём дому не ахти какая. А измерения тут ежегодные, однако. Ну да ладно. Оптимальное питание определилось, как 19-20 вольт. При большем напряжении питания температурный режим оставляет лучшего — радиатор при 25-26 Вольтах даже на холостом ходу рукой держать нельзя. Похоже, если есть потребность в максимальном отборе мощности от усилителя, нужно увеличивать площадь радиатора или обдувать имеющийся. Итак, подключаем к усилителю блок питания 19В/4,75А. Этого предостаточно для моих целей. Вопрос с питанием решён. Включаем усилитель и первым делом оцениваем шумовые характеристики на слух. При регуляторе, установленном в режим максимальной чувствительности, шумы, увы, отчетливо слышны. Поскольку единственный взвешивающий фильтр в моих условиях — собственное ухо, больше ничего не остаётся, как довериться ему. В среднем положении регулятора уровня шумы не ощущаются на слух уже на расстоянии пятнадцати сантиметров от громкоговорителя. Вот, это уже радует. Подадим сигнал? Соединяем по блютуз телефон с усилителем. Слава богу, суфлёра, вещающего на диалекте китайского языка, нет. Но есть характерный «та-дам!». Что же, есть сигнал, так есть. Он появляется как при подключении блютуз, так и при отключении. И это, в принципе, необходимо. Блютуз определяется, как «BT-WUZHI». Ну, «фамилие это у него такое», как говаривал незабвенный персонаж мультфильма. Всё было бы хорошо, но не обошлось без ложки дёгтя. При воспроизведении на тихих участках фонограммы прослушивается характерная помеха типа «сало на сковороде». Помеха присутствует независимо от источника сигнала и типа источника питания. Она маскируется сигналом высокого уровня. Так что любители эстрадной музыки могут не беспокоиться. Но вот слушать подобного рода шипение на фрагментах фонограммы при воспроизведении музыки с широким динамическим диапазоном неприятно. Заметна помеха и при воспроизведении речи, например, прослушивании аудиокниги. Вообще, похоже, что в схеме присутствует нечто наподобие порогового шумоподавителя. Как только прекращается передача данных, в динамиках идеальная тишина. Но характерное срабатывание шумоподавителя ощущается и обращает на себя внимание. Увы, блютуз не порадовал. Правда, случай помог минимизировать помеху. Случайно прикоснувшись к антенне отвёрткой, обратил внимание, что шумы пропадают. Припаял дополнительную антенну к имеющейся.



«Жарящееся сало» в паузах исчезло. Но шум работы самой микросхемы и хлопки шумоподавителя устранить, увы, не представляется возможным. Эфирную помеху убрали, а вот аппаратную — нет. Кроме того, такая доработанная на скорую руку антенна позволила расширить зону действия блютуз. Теперь и три стены ему не преграда. А с «родной» антенной не более, чем пять-шесть метров была. Вот. Теперь, похоже, придётся найти разъём и установить выносную антенну. Ох, уж эта рационализация! Но что поделать, если с ней улучшения налицо.

Далее — AUX. Вот по физической цепи — всё идеально. Главное, подобрать уровень входного сигнала и выставить чувствительность усилителя. Вот прямо сейчас слушаю замечательный джаз. Великолепно!
Переключение между блютуз и AUX автоматическое. Блютуз в приоритете. То есть, если подключены два источника сигнала — один по блютуз, другой по шнуру, то воспроизводиться будет сигнал, подключенный по блютуз и не переключится на AUX до тех пор, пока не будет выключен блютуз на источнике. При выключении блютуз усилитель автоматом подхватит сигнал AUX.

Ну что, поставим на компьютер REW и хоть как-то посмотрим, что происходит при вращении ручек регулировок туда-сюда? Измерительного микрофона у меня нет, так что на абсолютные величины рассчитывать не приходится. А вот относительно, а в мире, как известно, всё относительно, представить себе происходящее можно. Давайте быстренько и одним глазком. Нам же слушать, а не…

Для начала глянем, что происходит с регулировкой тембра по ВЧ. Красная — регулятор в положении минимума. Зелёная — в положении максимума. Ну, как вам? Глубина регулировки вверх — 26 дБ! Люди, так это же в двадцать раз! Честно говоря, понятия не имею для сего оно надо. Кутнёт «злостный юзер» ручку «вправо до упора», а потом «это не усилитель, у него верха металлом отдают, там песок сплошной. Как этот класс „D“ вообще слушать можно?!» Ну и причём тут вообще класс «D», а?
Во что удивило, так это практически полное отсутствие эффективности регулировки по НЧ в стерео каналах. На слух как бы и происходят изменения, но поймать их микрофоном с явной заметностью не получается. Складывается впечатление, что в схеме применён стандартный пассивный мостовой регулятор тембра, но установлен он в тракте до ФВЧ стерео каналов, который и снизил эффективность этой регулировки практически до нуля. Не имея схемы, невозможно определить точно. Ну и ладно. У нас тут полноценный LFE канал, так что…

А вот такие симпатичные линии у нас получаются при регулировке частоты среза НЧ канала.


Увеличим масштаб. Зелёная — среднее положение регулятора частоты среза фильтра НЧ. А синенькая, как вы уже догадались, это АЧХ сателлитов. Производитель малость обманул сам себя и перестраховался. Неравномерность оказалась всего в пять-шесть дБ вместо заявленных десяти, то бишь, в два раза по звуковому давлению, а не три. Но я предупреждал выше — микрофон не измерительный, калибровочного файла нет.


Увы, я не снял АЧХ при работе с сателлитами другого типа. Но замечу, что тембровая окраска звука сильно зависит от этой регулировки. Многое зависит от фонограммы. Так что тут готового рецепта нет. Всё решат ваши предпочтения, громкоговорители, а также расположение громкоговорителей в помещении. Иногда даже имеет смысл «поиграться» с фазировкой громкоговорителя НЧ канала. В устройствах такого типа, но более высокого класса предусматривается регулятор фазы канала LFE. Это имеет смысл, если громкоговоритель НЧ установлен на отдалении от громкоговорителей стерео каналов.

Что же, мы рассмотрели работу устройства, как такового. Но есть и другие варианты применения этого усилителя. Например, можно использовать его только как усилитель НЧ канала, а сателлиты включить через другой усилитель. Для этого достаточно просто включить два усилителя в параллель по входу. Тоже неплохо, проверено. И есть третий вариант. В нем разделим LFE и стерео каналы программно. К выходу «SUB» звуковой карты подключим наш ZK-TB21 в режиме без сателлитов, а к аудио выходу звуковой карты подключим наш (какой он там у нас? Хоть ламповый!) стерео УНЧ. Разумеется, Линукс Минт 20.1 у вас установлен.

Вот, однако. О всём поговорили, а вот об источнике усиливаемого сигнала — нет!

Итак, открываем терминал и устанавливаем Gedit. Собственно, можно и в любом другом редакторе, но мне больше всего нравится именно этот.

sudo apt-get install gedit

Затем редактируем файл конфига Pulseaudio:

sudo gedit /etc/pulse/daemon.conf

Перед этим стоит спросить систему о поддерживаемых методах ресемплирования. Впрочем, если это страшное слово вызывает у вас когнитивный диссонанс, а слова «ресемплер» и «зло» у вас понятия тождественные, то не надо это делать. Мы просто напросто выключим его.

pulseaudio --dump-resample-methods
и смотрим, что нам предложат выбрать.

Итак, открыли конфиг и нашли в нем строку

; resample-method = speex-float-1

То что там написано, затираем и пишем:

resample-method =copy

а точку с запятой при этом убираем. Всё, каюк ресемплеру. Но если надо — выбираем тот, который вам по нраву из дампа. Советую soxr-vhq или speex-float… да что там мелочиться, прописываем speex-float-10. Только учтите, процентов до тридцати производительности четырёхядерного процессора вы отдадите этим кодеку.

Прописали? Супер! Продолжаем и прописываем вот такое:

default-sample-format = float32le
default-sample-rate = 44100
alternate-sample-rate = 48000

Теперь можно сохранить изменения, перезагрузить компьютер и почувствовать разницу. Или не почувствовать.

Но это не всё. Надо выделить канал LFE и установить частоту раздела стерео каналов с каналом сабвуфера.

Снова открываем конфиг «пульсы» и делаем следующее:

remixing-produce-lfe = yes
remixing-consume-lfe = yes
lfe-crossover-freq = 200

Сохраняем, перезагружаемся.

Вот это «lfe-crossover-freq = 200» — частота раздела стерео каналов и сабвуфера. В данном случае — 200 Гц. Выставьте то число, которое вам необходимо.

После всего этого к выходу «SUB» звуковой карты подключаете ZK-TB21, а к линейному выходу ваш любимый усилитель. Всё, «вот мчится тройка...» Главное, не забыть переключить систему в режим «Аналоговый объёмный 2.1 выход», выбрав его в меню «Настройки звука». Все варианты опробованы, проверены и работают замечательно. Чувствительность громкоговорителей можно уровнять как регуляторами на усилителях, так и в графическими движками в настройках звука.

Похоже, пора подытожить повествование и прийти к определённым выводам.

Да, устройство не претендует на звание «высокой верности». Тем не менее, как мультимедийная звуковоспроизводящая система вполне оправдывает себя. При подключении источника сигнала по физической цепи нет никаких нареканий. Класс и цена устройства вполне соответствую требованию к подобным системам. Но воспроизведение через радиоканал, увы, оставляет желать гораздо лучшего. Возможно, это проблема именно этого схемотехнического решения, факт остаётся фактом. Чтобы сделать всеобъемлющие выводы, нужно рассмотреть, опробовать и сравнить несколько разнотипных устройств. Пока такой возможности нет. Но компактность, экономичность и доступность своё дело делают. Этот усилитель в самых продаваемых на Алиэкспресс, а покупать его или нет решать вам. Я же не получил желаемого качества воспроизведения через блютуз. Что же касается подключения по физической цепи, то здесь результат зависит только от качества исходного сигнала.
И, пожалуй, основной и, по крайней мере, как для меня, главный вывод. Высказанные претензии относятся не к интегральному усилителю мощности класса «D» TPA3116D2. Именно к нему у меня претензий нет. Все претензии, высказанные здесь, относятся к конкретному устройству на базе этой микросхемы. А именно к схемотехнике и реализации предварительного усилителя. Сам же оконечный усилитель нареканий не вызывает. Думаю, основная масса нареканий на такой класс усилителей вызвана в первую очередь именно по этой причине. И если бы не мой перфекционизм по отношению к блютуз каналу, то всё было бы прекрасно.

P.S.

«Пока номер готовился к печати», я пересмотрел некоторые выводы по части работы блютуз. После доработки антенны помеха да, значительно уменьшилась, но осталась. Только теперь она слышна на расстоянии не более двадцати сантиметров от громкоговорителя. На расстоянии более метра её не слышно. Так что устройство можно смело рекомендовать к покупке. Планшет, соединённый по эфиру с усилителем, великолепный Relaxing Jazz на Ютуб… что ещё надо для замечательного тихого зимнего карантинного вечера, пока на улице комендантский час? А, есть у меня, есть то, что «ещё надо», сейчас налью. Десять лет — замечательная выдержка. А суши сейчас привезут.

P.P.S.
Ну вот, механический контакт в тракте дал себя знать. А прошло-то всего около месяца. Явно проявились шорохи при регулировке тембра и громкости. Потенциометры никудышные. Механический контакт в сигнальной цепи — тот ещё архаизм. И вот чем это закончилось в итоге.


Р.Р.Р.S
И в конце концов ещё одно забавное наблюдение. Переключение AUX/Bt здесь происходит автоматически. То есть, стоит уловить подключенному по AUX усилителю сигнал блютуз, он тут же норовит подключиться к этому блютузу, сигнализируя при этом наличие сигнала громким «Тю-лю-лю!» и на короткое время отключая AUX. И вот теперь я знаю, когда возвращаются домой мои соседки сверху — там две студентки снимают квартиру и вечно ходят с блютуз-наушниками. Когда приходит с работы мой сосед слева, когда вообще кто-то проходит по площадке мимо моей квартиры с включённым блютузом. Прямо шпионские страсти! Благо хоть для подключения требуется подтверждение. А то всю бы музыку в доме слушал.