Danas ćemo pogledati aktivne zvučnike za PC oznake CS1000 Computer Speaker System, proizvod američke tvrtke Labtec iz druge polovice 1990-tih godina.
Tvrtka Labtec (Labtec Enterprises Inc.) je osnovana početkom 1980-tih godina i u početku se fokusirala na isporuku audio opreme (uglavnom slušalica) za zrakoplovnu industriju. Od 1990. godine Labtec se počeo širiti na tržište periferija za osobna računala, nudeći zvučnike, mikrofone, slušalice i web kamere. Postali su poznati po svom asortimanu cjenovno pristupačnih proizvoda. Godine 1998. Labtec se spojio sa Spacetec IMC Corporation, proizvođačem 3D kontrolera, te su spojene tvrtke u veljači 1999. godine promijenile ime u Labtec Inc. Početkom 2001. godine Labtec je preuzela švicarska tvrtka Logitech te je brand Labtec uskoro nestao s tržišta.
Labtec CS1000 zvučnici za računala spadaju u jeftine proizvode računalne periferije iz 1990-tih godina. Specifičnost im je što se lako smještaju ispod tadašnjih CRT monitora za računala (mogu služiti kako svojevrsno podnožje za PC monitor) pa ne zauzimaju puno prostora na radnom stolu ili oko njega, kako je to slučaj sa odvojenim 2.1 zvučničkim sistemima. Naravno, nedostatak je što se takvi zvučnici ne mogu razdvojiti i rasporediti po prostoriji za dobivanje boljeg stereo efekta i prostornosti zvuka.
Kućište je dimenzija 33 x 31 x 9 cm, dovoljno za podlogu PC CRT monitora toga doba. Na donjoj strani kućišta je smješten subwoffer.
Pokupio sam ove zvučnike prije kojeg desetljeća na nekom buvljaku jer su mi se činili kao dobro rješenje za aktivne eksperimentalne zvučnike u mojoj elektroničkoj radionici. U međuvremenu sam nabavio bolje zvučnike tako da je sada prilika vidjeti od čega se sastoje ovi Labtec CS1000 zvučnici, prije nego završe u reciklaži.
Kućište je očekivano uglavnom prazno. Audio signale povezuje šest oklopljenih (mikrofonskih) kablova duljine oko 40 cm što je kritična komponenta za hvatanje okolnog šuma. Ipak, ovo se teško moglo izbjeći. Kućište mora biti veliko i stabilno tako da može nositi monitor, a audio kontrole i konektori moraju biti razmješteni na prednjoj i zadnjoj ploči zbog funkcionalnosti. Kod boljih audio uređaja, kada imamo ovakav slučaj, kontrole na prednjoj ploči sadrže dugačke poluge i šipke čime je izbjegnuta potreba za dugim audio kablovima. Naravno, takvo rješenje je i puno skuplje za proizvodnju.
Stereo zvučnici su promjera 5 cm, a subwoffer je promjera 10 cm. Koliko god kvalitetni bili, ovako mali zvučnici ne mogu reproducirati muziku u visokoj kvaliteti. FST je inače tajvanska tvrtka za proizvodnju zvučnika, osnovana je 1966. godine, a od 1993. godine je proizvodnju preselila u Kinu.
Izvedena elektronička shema PC zvučnika Labtec CS1000.
Na ulaznom dijelu imamo jednostavan pasivni stereo audio mikser koji miješa (zbraja) dva ulazna stereo signala. Ulaz INPUT 1 se dovodi izravno, a ulaz INPUT 2 preko potenciometra za glasnoću. Svaki ulaz se uvodi preko kondenzatora za DC odvajanje.
Stereo signali se dalje vode svaki na svoje audio operacijsko pojačalo unutar integriranog kruga NJM4558S. Operacijska pojačala su u neinvertirajućem spoju sa negativnom povratnom spregom preko djelitelja napona sa otpornikom 39 kΩ i potenciometrom 50 kΩ kojem je dodan RC filtar 8,2 kΩ / 4,7 nF. Tako se promjenom vrijednosti potenciometra 50 kΩ mijenja impedancija kruga povratne sprege ovisno o frekvenciji, čime se mijenja i pojačanje operacijskog pojačala za tu frekvenciju. Ovo je u osnovi jedna od izvedbi vrlo široko korištenih Baxandall tonskih filtara. Mali kondenzator od 22 pF spojen paralelno otporniku 39 kΩ u povratnoj sprezi služi za kompenzaciju internih parazitskih kapaciteta pojačala koji mogu uzrokovati pojavu VF šumova i pomaka faza u povratnoj sprezi, a posljedično tome i neželjene oscilacije pojačala (negativna povratna sprega se može fazno pomaknuti u pozitivnu povratnu spregu čime iz pojačala dobivamo oscilator).
Stereo signali na izlazu iz aktivnog filtra dalje se vode na dva integrirana audio pojačala: jedno pojačalo je za lijevi i desni stereo kanal, a drugo pojačalo je samo za niske frekvencije (bass ili subwoffer pojačalo). U oba slučaja se kao pojačalo koristi integrirani krug TA8217P od kojih svaki sadrži po dva audio operacijska pojačala. Za stereo zvučnike se svaki kanal pojačava zasebno preko svojeg operacijskog pojačala, dok se za subwoffer koristi mosni spoj operacijskih pojačala.
Za subwoffer se prvo oba stereo kanala filtriraju preko niskopropusnog RC filtra. Filtar čine RC elementi 4,7 kΩ / 4,7 nF i 1 kΩ / 68 nF. Ovo je dakle niskopropusni filtar drugog reda gdje su na otpornicima 1 kΩ dva stereo signala spojena zajedno u jedan mono (bass) signal.
Za integrirani krug TA8217P se mogu naći samo općeniti tvornički podaci (Toshiba) u kojima se ne spominju mogućnosti i ograničenja mosnog rada kao ni funkcija diode koju u našem slučaju vidimo vezanu između pina 1 i pozitivnog pola napajanja. Čip inače radi na napajanju 4,5 – 12 V, a u našem slučaju na napajanju od 9 V može isporučiti do 2,5 W snage (na impedanciji zvučnika 4 Ω, sa testnom frekvencijom 1 kHz uz THD do 10%). U praksi se pojačalo ne bi trebalo opterećivati sa više od 2 W po kanalu kako bi se ukupna harmonička distorzija (THD) zadržala na niskim vrijednostima.
Što se tiče mosnog spoja, operacijska pojačala se mogu na više načina spajati u mosne spojeve za dobivanje dvostruke ili čak četverostruke izlazne snage. Sve ovisi o dizajnu samih pojačala i koliko opterećenje mogu podnijeti u pojedinačnim i mosnim spojevima. U našem slučaju impedancija opterećenja (zvučnika) u mosnom spoju treba biti dvostruko veća (8 Ω) nego je to specificirano za jedno pojedinačno pojačalo (4 Ω), jer u mosnom spoju svako pojačalo „vidi“ samo polovicu ukupne impedancije opterećenja. To znači da će izlazna snaga u mosnom spoju biti dvostruka. Međutim, neka integrirana pojačala su dizajnirana da u mosnom spoju podnose jednako niske impedancije kao i u pojedinačnom radu.
Nisu sva dvostruka (stereo) integrirana audio operacijska pojačala jednako pogodna za mosne spojeve. Ovisno o internoj elektroničkoj shemi i izvedbi operacijskih pojačala, neki put je potrebno dodatnim elementima riješiti probleme poput niske ulazne impedancije i blokiranja istosmjernih komponenti napona, a neka pojačala će jednostavno loše raditi u mosnom spoju (velika izobličenja, šumovi, samooscilacije, pregrijavanja i slično).
U našem slučaju su mosna pojačala konfigurirana za nebalansirani ulazni signal (na ulaznog jednog pojačala se dovodi signal dok je ulaz drugog pojačala spojen na masu). U takvom spoju pojačalo s dovedenim ulaznim signalom funkcionira kao neinvertirajuće pojačalo, dok pojačalo sa ulazom spojenim na masu radi kao invertirajuće pojačalo. Invertirajuće pojačalo dobiva audio signal na svoj invertirajući ulaz iz povratne petlje neinvertirajućeg pojačala (interni otpornici neinvertirajućeg pojačala, otpornici 120 Ω, 560 Ω, kondenzatori 100 µF i 33 nF). Tako na izlazima iz neinvertirajućeg i invertirajućeg pojačala dobivamo dva protufazna audio signala za pogon zvučnika.
Iz sheme se može vidjeti kako je ovo topologija povezivanja najjednostavnijih (najjeftinijih) mosnih pojačala. Vrlo slična shema dana je u tvorničkim podacima primjerice za integrirani krug TDA 2003. Međutim, specifičnost kod naše sheme je što se na izlazu iz invertirajućeg pojačala nalazi veliki kondenzator od 470 µF za istosmjerno odvajanje zvučnika. Inače, osnovna prednost mosnih pojačala je upravo ta što ne trebaju ovakve velike izlazne kondenzatore za DC odvajanje, no čini se da je interna shema pojačala TA8217P takva da je ovaj kondenzator potreban.
Za pin-1 čipa TA8217P navodi se samo kako se na njega spaja filtarski kondenzator za filtriranje valovitosti napona koje nastaje u trenutku kada su naponi na pinu-1 i napon napajanja suprotnog polariteta. Ovo je specifičnost karakteristična za neka integrirana audio pojačala, te se spajanjem kondenzatora (obično većeg kapaciteta) na ovaj pin sprječava karakteristični „pop” zvuk, odnosno pucketanje u zvučniku prilikom uključivanja i isključivanja napajanja pojačala. Kod uključivanja je potrebno neko vrijeme da se naponi na svim sklopovima stabiliziraju, a kod isključivanja dolazi do neravnomjernog pada napona na pojedinim sklopovima. Dioda koja je u našem slučaju sa pina-1 spojena na napon napajanja vjerojatno pomaže upravo kod dinamike promjene napona na tom pinu (brzo punjenje i sporo pražnjenje kondenzatora) kako bi se spriječio kratkotrajni vremenski debalans napona na pojedinim sklopovima pri uključivanju ili isključivanju pojačala.
Kako god bilo, bez interne sheme čipa i tvorničkih pojašnjenja, ovdje možemo samo nagađati ulogu pojedinih vanjskih komponenti te eksperimentalno tražiti najbolje sheme za rad pojačala u mosnom spoju.
Jedan od vrlo kritičnih elementa u cijelom ovom pojačalu je zapravo jedan posve pasivan element, a to je utičnica za slušalice. Kada se utaknu stereo slušalice u tu utičnicu, potrebno je istovremeno isključiti sva tri zvučnika. Ovo se postiže mehaničkim mini-sklopkama i mini-kontaktima ugrađenim u samo tijelo utičnice. Bilo kakav loš spoj na ovim sklopkama i kontaktima uzrokovati će „krčanje“ ili potpuni izostanak zvuka na jednom ili više kanala, a to se može dogoditi jednako kod korištenja slušalica ili zvučnika.
U našem slučaju se koristi standardna stereo utičnica spregnuta sa dvije SPDT sklopke. Takva utičnica je predviđena za preklapanje dva stereo kanala, no u našem slučaju je potrebno preklopiti tri kanala, od kojih je jedan mosni (bez zajedničke mase). Stoga se koristi mali trik: umjesto aktivnih linija, na stereo zvučnicima se preklapaju zajedničke linije mase, a za subwoffer se ne preklapaju izlazne zvučničke linije nego se ulazna linija kratko spaja na masu. Slušalice su naime dvokanalne (stereo) te kod njihovog korištenja linija za subwoffer nije potrebna.
Ovo naravno ima i neke nedostatke. Prekidanjem linije mase umjesto aktivne linije na zvučnicima, povećana je mogućnost induciranja neželjenih smetnji (preko kapacitivnih ili induktivnih parazitskih veza) i pojave šuma u zvučnicima. Jednako tako, kratkim spajanjem ulazne subwoofer linije na masu potpuno se utišava ulazni signal, no izlazno subwoofer pojačalo je i dalje aktivno te pojačano osjetljivo na vanjske smetnje na ulaznim linijama. Ne treba ni govoriti da će bilo kakav prijelazni otpor na kontaktima utičnice uzrokovati problem sa brujanjem, propuštanjem signala i drugim smetnjama koje će se čuti na zvučnicima kod korištenja slušalica. Dodatni problem je što su zbog same montaže elemenata unutar kućišta, povezni kablovi od pojačala do utičnice za slušalice i potenciometara dugi su preko 40 cm. To je ukupno šest oklopljenih kablova sa dvije ili tri žice. Bez obzira na oklop, s obzirom na duljinu, ovo je kritični dio za prikupljanje neželjenih smetnji iz okoline, posebice jer se zvučnici smještaju u neposrednu blizinu PC računala i CRT monitora.
Potenciometri za jačinu zvuka i tonski filtar su dvostruki (stereo). Njihova izvedba može biti u obliku zasebnih potenciometara na zajedničkoj osovini, ili kao u našem slučaju, obje klizne trake sa klizačima su izvedene kao jedan element na jednoj zajedničkoj pločici. Ovakvi potenciometri normalno imaju šest izlaza, međutim oni nisu raspoređeni pravilno za jednu, a zatim za drugu sekciju potenciometra. Pinovi su malo izmiješani i raspoređeni ovako:
Raspored pinova dvostrukih potenciometara gledano sa strane tiskanih veza.
Vidjeli smo da su aktivni zvučnici za PC Labtec CS1000 izvedeni da budu što jeftiniji i time kvalitete koja zadovoljava samo minimalne uvjete za ovakve zvučnike. Ugrađeni zvučnici su dimenzijama premali, aktivni filtri i pojačala su izvedena sa jeftinim integriranim krugovima i samo nužnim vanjskim elementima za osnovni rad, a ukoliko se intenzivno koriste slušalice mogu se brzo očekivati problemi sa šumovima i prekidima. Pojačalo nema snagu, kapacitet ni kvalitetu za bilo kakvo ozbiljno slušanje muzike, ovakvi zvučnici mogu poslužiti samo kao osnovni PC zvučnici spojeni na neke jeftine zvučne kartice. Jedino što se možda isplati izvaditi iz ovog pojačala to su oklopljeni kablovi i eventualno zvučnici za kakav mali elektronički projekt, ostalo može bez grižnje savjesti u trajnu reciklažu 🙂