Elektronica

Dit is mijn professionele activiteit. Bij Opticon ontwikkel ik aan barcode-apparatuur en elektronische displaysystemen. Ik vind het daarbij erg leuk om ook in privétijd aan projectjes te werken.

Mijn compacte PC-luidsprekers produceren niet al te lage bassen. Met een oude subwooferbox, een versterkermodule en de hier beschreven schakeling heb ik een actieve subwoofer gemaakt.

Principe van een subwoofer

De functie van een subwoofer is de lage tonen aanvullen die kleinere luidsprekerboxen niet meer goed weergeven. Het menselijk gehoor kan de richting van geluiden met lage frequenties niet goed bepalen, daardoor kan een enkele subwoofer worden gecombineerd met stereoluidsprekers. Bij een juiste instelling van de subwoofer is de (in eerste instantie best merkwaardige) gewaarwording, dat alle bassen uit de kleine stereoluidsprekers komen, en niet uit de subwoofer.

Een subwoofer moet dus wel goed zijn afgesteld op de satellietluidsprekers, hier zijn de volgende parameters van belang:

  1. Het volume moet overeenkomen met dat van de satellieten
  2. De kantelfrequentie van het laagdoorlaatfilter moet overeenkomen met de hoogdoorlaatkarakteristiek van de satellieten.
  3. De polariteit van het signaal moet overeenkomen.

 

Als het volume niet goed is ingesteld, zijn de bassen uit de subwoofer te luid of te zwak. Als de kantelfrequentie niet goed is ingesteld, is er een frequentiegebied waarin de subwoofer en de satellieten te veel of te weinig aan de geluidsdruk bijdragen, met andere woorden: er ontstaat een piek of een dip in de frequentieweergave.

Op commercieel verkrijgbare actieve subwoofers vind je dan ook knoppen voor deze parameters. Nog een extra bedieningselement is een schakelaar om de polariteit van het signaal om te schakelen. Afhankelijk van de plaatsing van de subwoofer ten opzichte van de satellieten (afstand tot de luisteraar) kan het zijn dat de fase van het geluid uit de subwoofer rond de overnamefrequentie is omgedraaid ten opzichte van de satellieten. De subwoofer en de satellieten werken elkaar dan rond die frequentie tegen, en er ontstaat een dip in de frequentiekarakteristiek. Dit is grotendeels op te lossen door de polariteit van het signaal dat naar de subwoofer gaat om te keren.

In de praktijk zal de fasedraaiing niet precies 0 of 180 graden bedragen, en de filterkarakteristiek van het laagdoorlaatfilter zal niet exact aansluiten op die van de satellietluidsprekers. De frequentieweergave van de lage tonen zal daardoor niet perfect "glad" zijn. Dit is echter niet zo'n ramp, want het menselijk gehoor is relatief ongevoelig voor volumeverschillen in het lagetonengebied.

Hieronder is het schema van het subwooferfilter:

Uitleg van de schakeling

Op connector J1 komt het signaal binnen; J3 is voor het doorlussen naar de PC-luidsprekers. De tandempotmeter R1/R2 regelt het volume (de schakeling zou ook kunnen worden aangepast voor een enkele potmeter, maar ik had dit liggen). R7 en R8 combineren het stereosignaal naar mono. De schakeling rond opamp U1A versterkt het signaal 10 keer. Met SW1 en de schakeling rond U2A kan de polariteit worden geïnverteerd. De schakeling rond U3A is een laagdoorlaatfilter waarvan de kantelfrequentie met de tandempotmeter R16/R17 kan worden geregeld van 50Hz tot 150Hz. Rond U4A is er nog een extra laagdoorlaatfilter op de vaste frequentie van 300Hz.

Voor alle condensators in het audiopad moeten foliecondensators (géén keramische condensators) worden gebruikt, behalve natuurlijk de elco's C6 en C9.

Opbouw van de schakeling

Ik heb de schakeling voor nu opgebouwd op experimenteerprint. Als eindversterker heb ik deze klasse-D-module gebruikt. Deze levert niet bijzonder veel vermogen, maar ik heb de muziek toch nooit echt hard staan. Dat hij op 12V werkt is makkelijk want ik had nog een paar schakelende 12-V-voedingen liggen, en 12 V is een praktische spanning om het filter op te laten werken. Uiteraard kan het filter ook worden gecombineerd met een krachtigere eindversterker.

Het subwooferfilter in de praktijk

Ik vond het niet moeilijk om de parameters op het gehoor in te stellen.

Ondanks dat ik voor mijn PC-luidsprekers de kantelfrequentie vrij hoog moest zetten, valt het me mee hoe goed het filter de hogere frequenties onderdrukt. Het stereobeeld wordt niet waarneembaar aangetast en je "hoort de subwoofer niet staan".

Nu valt echt op hoe mager de bassen van de PC-luidsprekers eigenlijk waren zonder subwoofer. Als ik een nadeel moet noemen, is het dat nu meer naar voren komt dat ze in het hogetonengebied toch ook niet zo geweldig presteren... Over het geheel genomen is de toevoeging van de subwoofer echter een flinke verbetering.