100W Sinus Aktivbox mit Bluetooth-Verbindung
Aktivbox / Passivbox
Als Aktivbox oder auch Aktivlautsprecher wird ein Lautsprecher mit integriertem Verstärker bezeichnet. Das Gegenteil davon, ist eine Passivbox, welche lediglich den Lautsprecher beinhaltet und die einen externen Verstärker benötigt. Dies hat den Vorteil, dass der Lautsprecher lediglich eine Stromversorgung und ein Kabel für die Audioübertragung benötigt.
Dies wollte ich noch einen Schritt weitertreiben und entschied mich, einen Aktivlautsprecher mit Bluetooth-Verbindung zu bauen. Dies reduziert die Anzahl an Kabeln auf eines, das für die Stromversorgung, welche durch eine 220V Steckdose erzielt wird.
Schaltplan
Die Aktivbox kann in drei Teile unterteilt werden. Links befindet sich der Verstärker, welcher in der zweiten Abbildung in Form eines Logikdiagramms dargestellt wird. In der Mitte befindet sich die Frequenzweiche "VisatonHW2-70NG", welche über eine Trennfrequenz von 3kHz verfügt. Das bedeutet, dass Frequenzen oberhalb dieses Bereiches auf den unteren Ausgang gelegt werden, während tiefere Frequenzen auf den Bass Ausgang gehen. Dies geschieht durch einen Hochpassfilter, welcher die hohen Frequenzen durchlässt, und einen Tiefpassfilter, für die Bass Frequenzen. Durch diese Frequenzweiche lässt sich das Spektrum an Frequenzen optimal auf die beiden Lautsprecher aufteilen, da beide nur jeweils einen kleinen Bereich von Frequenzen ausgeben können.
Auf der rechten Seite befinden sich zwei 8 Ohm Widerstände, welche die Lautsprecher simulieren, da Lautsprecher immer einen Impedanzwert haben, welcher in diesem Fall bei 8 Ohm liegt. Der eine Lautsprecher ist der Renkforce CPA 8-100, welcher für die tiefen Frequenzen optimal ist und auch als Subwoofer verwendet werden kann. Für die hohen Frequenzen ist der Hochtöner von Visaton "Visaton SC 10n Hochtöner Kalotte" zuständig. Der Verstärker ist der "Innovateking-EU Bluetooth Amplifier", welcher zwei TPA3116D2 Verstärker der Marke Texas Instruments beinhaltet. Ein logischer Schaltplan ist in der zweiten Abbildung zu erkennen.
Der Verstärker
Bau des Chassis
Der Tieftöner hat von beiden Lautsprechern die größeren Einbaumaße, deshalb nahm ich ihn als Maßeinheit für die Breite meines Chassis. Die beiden Lautsprecher haben übereinander ein Einbaumaß von circa 26cm. Mit einigem Abstand zum Rand hin und zwischen den Lautsprechern entschied ich mich die Vorderseite mit der Maße 40cm in der Höhe zu erstellen. Wegen den Maßen des größreren Lautsprechers entschied ich mich, die Vorderseite 30cm breit zu machen.
Mit diesen Maßen konnte ich auch die Seiten und die Ober- und Unterseite planen. Zu sehen sind die Maße in meinem Bauplan, welcher am Ende der Seite zum Download verlinkt ist.
Mit den geplanten Maßen besorgte ich mir die Holzbretter für die Außenwand und begann mit dem Aufzeichnen und Sägen des Materials. Um die Bretter der einzelnen Seiten zu verbinden, entschied ich mich, einen 45° Winkel an die Kanten zu schneiden (Abb.1), um diese danach mit Holzleim und Messingwinkeln zu fixieren. Als nächstes wurden die Seiten mit Möbelpolitur etwas dunkler gemacht, was lediglich für die Ästhetik von Nutzen war. Nun habe ich die Seiten fixiert und einige Tage lang trocken lassen, was einen festen Halt garantiert. Zum Schluss wurden die Lautsprecher und die Technik eingebaut und damit war die Aktivbox mit integriertem Verstärker Einsatzbereit. Für eine detaillierte Anleitung, diese nachzubauen, empfehle ich den anhängenden Laborbericht zu öffnen, in welchem ich den gesamten Prozess behandle.
Betriebsart der Endstufe
Der Verstärker, welcher oben bereits erwähnt wurde, ist ein Klasse-D-Verstärker, das bedeutet, dass das Signal nicht linear verstärkt wird, sondern in Form eines PWM (Puls Weiten Modulation) Signals verstärkt wird. Die Grafik links zeigt wie aus einer Sinuswelle ein PWM Signal entsteht. Dies geschieht mit einer Frequenz von über 100kHz. Durch diese Betriebsart fällt kaum Leistung an den verstärkenden Transistoren ab. Dadurch wird ein höherer Wirkungsgrad erreicht (>90%) und die Box ist somit effektiver. Ein Nachteil dieser Betriebsart, im Vergleich zu A-. B-. A/B-, C- Verstärkern ist, dass ein LC-Tiefpass erforderlich ist (Dies ist ein Schaltkreis welcher die hohen Abtastfrequenzen herausfiltert), da sonst die Kabel im Lautsprecher elektromagnetische Störungen aussenden und andere Geräte damit beeinträchtigen.
Audioqualität
Da die Box mit Bluetooth 5.0 betrieben wird, kann man mit einer Datenübertragungsrate von 6.25 Mbit pro Sekunde rechnen. Theoretisch kann eine Übertragung von bis zu 50 Mbit pro Sekunde erreicht werden, jedoch wird dort jedes Datenpaket lediglich einmal gesendet, während bei der Übertragung für Musik eine gewisse Verlustrate eingerechnet werden sollte. Ein herkömmliches 3.5mm Klinkenkabel schafft da um einiges mehr. Dennoch kann die Aktivbox durch den großen Klangkörper im Chassis und die Anwendung von zwei Lautsprechern diesen Mangel ausgleichen.
In der verlinkten Audiodatei kann man eine Aufnahme eines Liedes hören, welches mit einem Sudotack st-800 Mikrofon aus einer Entfernung von 10cm aufgenommen wurde. Aufgenommen wurde das Lied in einer nicht schallisolierten Umgebung bei einer Lautstärke von circa 10% der Maximallautstärke, was in etwa 40dB entspricht. Für die Aufnahme wurde das Lied "Invisible" von Julius Dreisig gewählt, da dieses nicht Copyright geschützt ist.
