Résumé : Quand les gens veulent des lecteurs de musique portatifs, ils s’appuient généralement sur les piles des appareils audio. Avec un peu d’ingénierie système sanguin (ou curiosité) en cours d’exécution dans vos veines, ce n’est pas difficile de construire un sans fil Bluetooth ® stéréo audio qui peut être contrôlée avec n’importe quel appareil qui possède une connexion Bluetooth et un lecteur de musique.

Une version de cet article paru dans le numéro 10 mai 2012 du magazine Electronic Design.
Prétendre que le climat est chaud et c’est un bon moment pour être à l’extérieur bavardant avec des amis. Vous voulez une musique de fond, mais d’où il viendra ?
Quand les gens veulent des lecteurs de musique portatifs, ils s’appuient généralement sur les piles des appareils audio. Bien sûr, vous pouvez acheter un système de sonorisation pour utilisation à l’extérieur, mais ceux qui peuvent être très coûteux et, comme nous montrerons, inutiles. Avec un peu d’ingénierie sang (curiosité) en cours d’exécution dans vos veines, il n’est pas si difficile de construire un réseau sans fil Bluetooth ® stéréo système audio ou qui peut être contrôlée avec n’importe quel appareil qui possède une connexion Bluetooth et un lecteur de musique.
Cette note d’application décrit comment construire un système simple et relativement peu coûteux sans fil Bluetooth stéréo audio pour usage extérieur. Le système a puissance de sortie de 20WRMS. Il peut être contrôlé avec un combiné qui possède une connexion Bluetooth et un lecteur de musique, ou avec un iPod ® d’Apple ® modèle. Trois appendices discutent des considérations supplémentaires de mise en page, les différences entre l’utilisation d’un amplificateur de classe D et classe AB dans la conception et le coût du système.
Bluetooth Basics
La technologie Bluetooth a été créée en 1994 et est largement utilisée pour établir une connexion sans fil à courte distance entre deux appareils mobiles de poche. Une configuration Bluetooth vous permet également de transférer un signal audio stéréo d’un appareil de poche à un casque sans fil. Casques Bluetooth aujourd’hui exploitée en vertu de la spécification Bluetooth classe 2 avec 2.5mW (4 dBm) puissance de transmission. La gamme de transmission pour un module Bluetooth classe 2 est d’environ 10 mètres.
Assembler le système Bluetooth Audio
Oreillettes Bluetooth sont habituellement utilisés avec assez petite taille, 32Ω locuteurs. En connectant le signal audio d’une oreillette Bluetooth à un amplificateur externe, il est possible d’amplifier le signal. Le casque stéréo Bluetooth agit alors comme un pont, livrant le signal audio de l’appareil de poche à un amplificateur audio stéréo et la création d’un système audio stéréo sans fil.
Un schéma fonctionnel du système est décrit à la Figure 1.

La figure 1. Schéma fonctionnel du système audio stéréo sans fil Bluetooth.
Ce système est basé sur une chaîne Hi-Fi amplificateur audio de classe D qui est conduite une paire d’enceintes de 4Ω.
Détermination de la puissance de sortie
Le besoin de puissance de sortie est 20WRMS (10WRMS par canal). Il est à noter que la mesure RMS de production électrique n’est pas la meilleure façon de déterminer la puissance de sortie de l’amplificateur ; RMS ne révèle pas vraiment beaucoup sur la vraie performance de l’amplificateur. Par conséquent, dans cet article la puissance de sortie RMS fait référence à la puissance de l’onde sinusoïdale moyenne sur une charge résistive. Puissance de sortie RMS est utilisée principalement pour des fins de comparaison.
Le 20WRMS se traduit par puissance de sortie max. 40W. Pour atteindre 10WRMS par canal en 4Ω haut-parleurs, la tension minimale (VEFF) doit être :

Équation 1.

Pour la tension de sortie de crête, cela se traduit par :

Équation 2

Les équations ci-dessus montrent qu’une tension d’alimentation 9V serait suffisant pour atteindre la 10WRMS puissance de sortie par canal. Cependant cette conception utilise une tension de 12V à laissent une marge de l’appareil d’alimentation (PSU) tension de sortie à déposer au cours d’une charge lourde.
Pour un bloc d’alimentation isolé avec une tension de sortie 12V, une source de tension de conducteur de LED faible coût est utilisée. Ces fournitures sont facilement accessibles depuis n’importe quel magasin d’électronique. Choisir une alimentation qui correspond à la puissance de sortie.
Soit dit en passant, il est important de réaliser que la puissance de sortie totale 20WRMS ne signifie pas nécessairement quelque chose à la plupart des gens. Pour comparaison, pensez aux amplificateurs audio de voiture économique ou de produits low-cost portable audio « boom-box ». Ils sont souvent annoncés comme fournissant la puissance de sortie totale de 40 w, mais il s’agit normalement puissance de sortie de crête qui se traduit par la puissance de sortie 20WRMS.
Vous pouvez demander, enfin, si 20WRMS est vraiment assez puissance de sortie pour ce système fonctionne adéquatement ? Oui. Amplificateurs audio de voiture bas prix n’ont pas normalement un convertisseur DC / DC élévateur, afin qu’ils utilisent le 12V de la batterie de la voiture pour pousser les haut-parleurs. (En fait, tension de la batterie d’une voiture est environ 13,8 v, mais ce n’est pas important ici). Écouter ces amplificateurs de faible coût, elles produisent beaucoup de bruit. Certes, 20WRMS puissance de sortie n’est pas assez pour garder tout le quartier éveillé, mais ce n’est pas une priorité pour notre système de toute façon.
Sélectionnant l’oreillette Bluetooth, marche/arrêt interrupteur et voyants
Vous pouvez utiliser n’importe quel écouteur avec une prise audio de 3,5 mm. Kit oreillette stéréo Bluetooth BH-214 de Nokia A ® est utilisé dans cette conception. C’est la prise audio de 3,5 mm, qu’il est très facile de prendre des signaux audio de PCB d’un casque et flux des signaux à l’amplificateur audio stéréo.
Un interrupteur marche/arrêt et indicateur LED est également nécessaires. Ces signaux doivent être prises depuis le kit oreillette Nokia.
Modifier le Nokia BH-214 casque
Le kit oreillette Nokia doit être modifié. Étant donné que certains signaux proviennent de l’extérieur PCB de l’oreillette, quelques fils doivent être soudé à ce PCB pour permettre la transmission du signal. Figures 2 à 6 montrer comment c’est fait.
Avec le couvercle avant de l’oreillette face à vous, ouvrez-le en pressant délicatement avec un petit tournevis dans les angles droit, haut et bas. Enlever le couvercle en plastique et le caoutchouc de clavier. Tirer doucement la partie contenant le PCB de l’enceinte du bas.

La figure 2. Casque façade avant, vue intérieure.
Le capot avant ouvert, faire certaine marge supplémentaire pour les fils par écrêtage hors certains plastiques de la zone encerclée dans la Figure 2. Également supprimer le guide de lumière et le boîtier en plastique pour l’interrupteur marche/arrêt.
À partir de la Figure 3, souder l’interrupteur On/Off-(1), le bicolor LED (2), bleu LED (3) et batterie fils (4). Retirez la batterie de PCB.

La figure 3. Vue rapprochée du CCP pour le casque.
Maintenant souder des fils sur le On/Off interrupteur tampons (1), comme indiqué par les flèches dans la Figure 3. Puis souder un fil sur le bicolor tampon LED à anode commun (2), comme indiqué par les flèches. Souder un fil sur le tampon d’anode LED bleu (3). Enfin, de souder des câbles sur les pads de la batterie (4).
Utiliser les câbles plus minces que vous pouvez trouver et notez les couleurs des fils pour référence ultérieure.
Il y a trois fils plus (Figure 4) qui doivent être soudés à l’oreillette.

La figure 4. LED fils soudé au casque (à droite) avec une vue rapprochée (à gauche).
Souder la cathode de LED verte (5), cathode de LED rouge (6) et cathode de LED bleue (7) à résistances comme illustré à la Figure 4. Maintenant il devrait y avoir des fils pour les signaux suivants :
Deux fils pour de l’oreillette Bluetooth interrupteur marche/arrêt
Trois fils pour les LEDs vertes et rouges bicolor (c’est-à-dire, l’anode commune cathode vert et rouge cathode)
Deux fils de la LED bleue (anode et cathode)
Deux fils pour les bornes de la batterie (pour 3.6V depuis le LDO)
Lorsque tous les fils sont soudés sur le PCB, doucement remonter le casque. Fermer l’enceinte avec prudence, car il est très facile à détacher un tapis de la PCB en tirant sur le fil. Après modifications, le casque ressemble à la Figure 5.

La figure 5. Le casque mis à jour le couvercle remplacé.
Le jury de l’amplificateur Audio stéréo
L’amplificateur audio stéréo dans cette conception est l’amplificateur de classe D de MAX98400A. (Voir l’annexe 2 pour une discussion sur pourquoi un amplificateur de classe D est mieux adapté pour cette application à un amplificateur de classe AB linéaire). Cet amplificateur a un rapport de signal-bruit élevé 107dB (SNR). Haut-parleurs peuvent être connectés directement à la sortie de l’amplificateur sans un filtre de sortie et sans gros, encombrants condensateurs DC-blocage. Ce dernier point est très important. Traditionnels amplificateurs de classe D ont besoin d’un filtre de sortie pour récupérer le signal audio de sortie de l’amplificateur. Le MAX98400A dépend de l’inductance inhérente de haut-parleur bobine pour récupérer le composant audio de la sortie de l’onde carrée. Éliminant le filtre de sortie et les condensateurs DC-blocage permet d’économiser un espace considérable sur le circuit imprimé.
Un régulateur de tension linéaire (MAX16910) est intégré dans l’amplificateur audio stéréo. Le régulateur convertit une alimentation 12V 3.6V. La sortie LDO est connectée aux bornes de la batterie de l’oreillette. Le LDO sortie de tension peut être entre 4V et 4.2V. Avec ses 30 v (max) tension d’entrée et thermique intégré et protection contre les surcharges, la MAX16910 est idéale pour cette application. En fait, avec les valeurs de R1 et R2 illustrés à la Figure 6, la tension de sortie de la LDO sera environ 3.8V, qui est idéal ici.

La figure 6. Conseil de l’amplificateur audio stéréo schématique.
Figure 6, il est évident que l’amplificateur MAX98400A a besoin de peu de composants externes pour son fonctionnement. Gain de l’amplificateur est sélectionné avec SV1 et SV2 ; gain ma ximal est de 32.9dB, ce qui équivaut à 44.2V / v :

Équation 3.

Le gain maximum est activée lorsque SV1 est ouvert et SV2 broches 1 et 2 sont connectés ensemble (tableau 1). SV1 SV2 Gain (db) Gain (V/V)
2-3 2-3 9 2.8
Ouvrir les 2 et 3 13 4,5
1-2 2-3 16,7 6,8
2-3 Ouvrez 20,1 10.1
Ouvrez 23,3 14,6 ouvert
1 – 2 Ouvrez 26,4 20,9
2-3 1-2 29,8 30.9   Ouvrir 1- 2 32,9 44,2 Donc, avec un 12 v tension d’alimentation et 44.2V / gain de V, le signal d’entrée maximal qui peut être utilisé sans écrêtage et distorsion du signal de sortie est :

L’amplificateur a un circuit de coupure-limiteur intégré qui empêche la distorsion d’écrêtage sortie. Cette fonctionnalité est très pratique, car avec un gain maximum et sans le limiteur d’écrêtage que signal de sortie du casque devra être réglée à 270mV (max) pour s’assurer que l’audio signal de sortie de l’amplificateur n’est pas découpé et distorsion lorsque le volume est réglé au niveau maximal. Alternativement, gain de la MAX98400A peut être abaissé en choisissant des paramètres différents pour SV1 et SV2.
Il y a des questions thermiques à considérer. Avec une tension de 12V et une charge de 4Ω, de l’efficacité de l’amplificateur avec 20WRMS sortie puissance est d’environ 85 %. Nous pouvons calculer la quantité d’énergie est dissipée dans l’amplificateur avec la formule suivante :

Le MAX98400A est dans le paquet TQFN 36 broches, ce qui signifie qu’un radiateur externe ne peut être utilisé très facilement. Une autre façon d’éliminer la chaleur excessive de l’amplificateur est de connecter le coussinet exposé situé dessous au plan cuivre le PCB avec plusieurs vias. Pour réduire tout autres préoccupations concernant la température, la MAX98400A a protection thermique intégrée.
Par conséquent, lorsque ce système audio Bluetooth est utilisé dans une température ambiante très chaude et l’amplificateur audio est livrer sa plus haute puissance possible, rien ne va être endommagé ou détruit.
Assemblage du système
Le système est enfin assemblé dans une enceinte étanche industrielle de taille 120 mm x 160 mm. Figures 7 et 8 montrent le système assemblé et entièrement fonctionnel avec tous les blocs de construction nécessaires.

La figure 7. Le système assemblé dans une enceinte fermée.

 

La figure 8. Boîtier du système vu sur un mur extérieur.
Maintenant faire de la musique
Cet article a expliqué comment faire un bon marché Bluetooth stéréo système audio sans fil pour une utilisation extérieure. Maintenant il est temps de monter le boîtier du système sur une surface dure comme un mur, connectez les haut-parleurs et brancher la tension d’alimentation sur le système audio. Établir une connexion Bluetooth connexion et vous êtes prêt pour le rock and roll !
Annexe 1
Points à considérer
Amplificateur audio
Il y a toujours des interférences électromagnétiques (EMI) questions à considérer lors de l’utilisation d’un amplificateur audio de classe D dans un design. Si votre système a besoin de longs câbles d’enceinte (plus de 1m), il serait bon d’utiliser une perle de ferrite montée sur le câble d’enceinte pour réduire les émissions rayonnées.
En outre, des amplificateurs stéréo avec émissions actives de Maxim, limitant les technologies facilitent conforme aux EN55022B EMI. Émissions actives limitant grandement réduit les émissions rayonnées. La technologie optimise les transitions de porte de sortie FET, réduction sur – et rebond spectaculaire, pour fournir de très bonnes performances EMI sans dégrader les performances audio (Figure 9).

La figure 9. Signaux de Maxim classe D avec et sans émissions actives limitant. La sous – et l’on vu sur les données à droite sont des sources d’émission rayonnée.
Casque Bluetooth stéréo
Il y a beaucoup de différentes mises en page lors de l’assemblage de la PSU, casque Bluetooth stéréo, amplificateur audio, interrupteurs et voyants à l’intérieur de l’enceinte. Assurez-vous qu’aucun câble ne traverse antenne de l’oreillette Bluetooth, car qui peuvent réduire la portée Bluetooth.
Aussi, ne pas monter le système très près d’autres transmetteurs sans fil, par exemple à côté d’un routeur WLAN, parce que cela ces transmissions peuvent interférer avec la réception de l’oreillette.
Unité d’alimentation (PSU)
L’amplificateur dans cette conception produit un high PSRR 67dB qui élimine le besoin d’une alimentation étroitement réglementé. Néanmoins, n’oubliez pas de choisir une alimentation qui a sortie raisonnablement bonne régulation de la tension. Dans la pratique, cela signifie que l’un ne doit pas utiliser le bloc d’alimentation le plus bas prix disponible.
Indicateur LED
Peut-être la partie la plus difficile de ce système de construction est souder des fils sur les plaquettes d’indicateur LED situés sur le Nokia BH-214 PCB. Si vous avez des doutes sur ces fils à souder, mettre en place une enceinte avec une couverture transparente. Dans ce cas, le casque Bluetooth stéréo pourrait être monté sur le côté pour rendre les LEDs d’indication visible par le biais de la page couverture. Maintenant les voyants DEL ne devra pas être retirés de la PCB.
Les fils de l’interrupteur marche/arrêt et les fils pour les pads de la batterie doivent encore être soudés au PCB de l’oreillette. Ce travail de soudure est beaucoup plus facile que de brasage pour les indicateurs de LED.
La LED de mise sous tension est facultative. Si vous choisissez de le monter, une résistance série doit servir à limiter les LED actuelle. Calculer la valeur de résistance série de LED avec le texte suivant :

Lorsque les LEDs sont fournies de la 3.6V LDO sortie et lorsque la tension directe LED est de 1, 8V avec, par exemple, un courant de LED 8mA, la résistance série serait :

Annexe 2
Compromis entre une classe D et un amplificateur de classe AB
Ce modèle utilise un amplificateur audio de classe D pour les raisons exposées ci-dessus. Peut-être, cependant, vous avez un amplificateur de classe AB linéaire et souhaitez utiliser lors de la conception à la place ? Le système sera beaucoup moins efficace. Un amplificateur de classe AB linéaire opère dans les mêmes conditions auront environ 50 % moins d’efficacité que le dispositif de classe D, ce qui signifie qu’il y aura 10 w de puissance (gaspillage) dissipée dans l’amplificateur. Par conséquent, un assez grand dissipateur de chaleur serait nécessaire pour la protection thermique.
Quand vous considérez combien amplificateur de puissance un classe AB gaspillerait dans cette application, il est plus facile de comprendre pourquoi la terme « puissance de sortie RMS » est trompeuse. Supposons que deux amplificateurs, une classe D et un amplificateur de classe AB, livrent la même puissance de sortie 20WRMS. Dans notre exemple, le MAX98400A se dissipe 3.5W, et un amplificateur de classe AB se dissipe 10W. Ainsi, même lorsque la puissance de sortie RMS semble être le même, l’amplificateur de classe AB ne peut pas livrer autant de pouvoir aux enceintes parce que c’est gaspiller tant de pouvoir. En fin de compte, moins de puissance se traduit en beaucoup moins sonores.
Annexe 3
Pièces du système
Une liste de partie du système est indiquée dans le tableau 2.

Le tableau 2. Liste de pièces de système
Partie	Qté	Description
Module du pilote Power Supply	1	LSP10X LED 12V ou similaire (câble d’alimentation inclus)
Oreillette/headset Bluetooth stéréo Bluetooth Headse	1	Nokia BH-214
Pièce jointe	1	IDE 55DS161 EL161 18800 ou similaire
Green LED projecteur de	1	1, 3mm ou 5mm vert LED pour indiquer si le système est alimenté
LED bicolore	1	3mm ou 5mm, commun-anode, bicolor LED pour indiquer l’état du système
Bleu LED projecteur de	3	, 3mm ou 5mm bleu LED pour indiquer l’état de connexion
LED collier métallique	1	3mm ou 5mm, LED collier (dépend de la taille des LED utilisées)
Sur/switch Off bouton	1	MS de Miyama-016 ou similaire (être sûr de ne pas utiliser un commutateur de verrouillage)
Interrupteur commutateur	1	Arco H8550VBBB01 6 a/250VAC ou similaire
Pince câble pince	1	réducteur pour câble d’alimentation
Connecteur femelle de la RCA RCA connecteur	2	châssis monté

Apple est une marque déposée d’Apple Inc.

iPod est une marque déposée d’Apple Inc.

Nokia est une marque déposée et une marque de service déposée de Nokia Corporation.

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