DIY梦想中的乐器伴奏音箱--FE166En全频单元+蓝牙播放+FM无线耳机
今天是2014年最后一天，回想这一年，只DIY了一件东西，实在太懒了。好在这个东西做成功了，设想的功能全部实现，使用了大半年，还挺好用。好东西不敢私藏，把我的设计思路写出来，给有同样需要的朋友参考。前言
先大概说下这是个什么东西：这是室外用的给乐器伴奏的音箱。为什么要做这个？因为本人爱好音乐，业余学习笛子，需要一个专门播放伴奏的音箱。而一些特殊功能，市场上销售的音箱没有。另外买的音箱音质太差。只好自己做啦！
（哈哈，先顺便做个广告，请看我和朋友录制的笛子视频，录制过程中此箱也有功劳。喜欢的话多点几个赞啊：http://v.youku.com/v_show/id_XODQzMTI3MTE2.html，请用高清或超清方式播放，否则音质有明显下降，话说优酷的转码实在太差了）。
http://v.youku.com/v_show/id_XODQzMTI3MTE2.html
言归正传，此箱主要特点如下：
1、音质好，特别是播放器乐音色甜美，FE166En的功劳。
2、话筒混响好，采用M65831芯片，使笛声与伴奏完美融合。
3、采用蓝牙设备（手机或平板电脑）无线播放，操作得心应手。
4、演奏者通过无线耳机来听伴奏，再也不怕听不清伴奏。
5、音箱与耳机可独立选择播放的声道。即：可以单独给演奏者播放提示音（竹板、鼓点、甚至一段笛声。观众听不到）。对于春到湘江、姑苏行、牧民新歌这类引子为自由节奏的伴奏，此功能非常有用。
6、内部电池可持续供电8小时以上。
7、可与调音台、录音设备连接，用于舞台演出。
8、便携设计：易用拉杆、大尺寸橡胶脚轮，防撞结构。
9、高可靠性设计，预期寿命二十年以上。
10、外观精美，秀外惠中。
哈哈，是不是有点意思？跟常见的拉杆音箱还是大不一样吧？它的故事有点长，请听我慢慢道来。。。。。。
本帖最后由 笛淡风轻 于 2014-12-31 22:36 编辑
题一：缘起
我们玩笛子的，出门吹笛要带上装备三件套：谱子（谱本和谱架）、笛箱（内装笛子）、伴奏音箱。这其中，谱子好办，笛子也不难买，最难搞的是音箱！
当我最开始想要一个伴奏音箱的时候，我想，这个毕竟不是HiFi，要求不必过高，简单够用就行。于是网上搜寻一番，买了这么一个。
选择它的理由：
1、体积小，好携带，放到包里就行。
2、号称功率25W，据卖家说音量很大。
3、屏幕可以显示中文目录和文件名，方便选曲。
买来用了一段时间，发现了问题：
1、音量太小。开壳分析，发现不管是喇叭，还是电路，其最大功率都不超过1W。一吹笛子，伴奏就听不到了，基本是鸡肋。
2、没有低音。因其喇叭尺寸太小，质量太差，基本听不到低音。
3、选曲不便，操作十分烦琐。
4、不能快进快退。有时候练习某一段，想退回去几十秒是不可能的，只能重放整个曲子。
5、锂电池容量小，充电电路有安全隐患，甚至有爆炸风险。
这几个问题中，最关键的是听不到低音，听不到低音就不容易判断节奏，也就失去了伴奏的功能。
无奈之下，只好又买了下面这个。
还是先说一说选择的理由：
1、貌似二分频结构，低音为6.5寸单元，高音为1.5寸单元。估计音质会好很多。
2、采用铅酸电池，容量大，安全性好。
3、尺寸和A4纸相当，不算太大，携带方便。
买回来一用，问题又来了：
1、自带的播放器无显示屏。当然这个问题买前就知道，也想好了解决办法：另买个小MP3替换。先把音箱自带的播放器拆掉，然后将小MP3的电池拆除，固定到音箱上，直接将其电源和信号线接到音箱里。美中不足的是：此MP3播放器和前面那个一样，选曲不方便、不能快进快退。下面这个图是改好后的样子。
2、没高音。拆开一看，高音喇叭是假的，当然也就没有分频器！真服了国人造假的本事，没有也就罢了，却要弄个假的骗人。只好另买了一个高音单元放进去，虽然音质也不怎么样，聊胜于无吧。
3、音质差。这个毕竟是6.5寸的喇叭，与前面那个小的比，起码能听到低音了，但音质还是太差。我估计此喇叭不会超过10块钱，低音基本是失控状态，一片混沌，哄哄乱响，无法听清倍司的拨弦声。中音区呢，清晰度差，层次感差，各种乐器的声音搅和在一起。高音区呢，本来就是自己加的个纸盆高音，串个电容分频，只能用刺耳、烦躁来形容。再加上到处漏气，箱体容积小、板材薄，共振严重。总之以发烧友的标准来衡量，简直就是一垃圾。
4、音量不足。内部供电电压仅12V，功放IC为TDA2030，喇叭灵敏度又低，音量能不小吗？
5、所有的操作旋钮都在侧面，操作不便。想看清旋钮的功能并操作，得把音箱侧面翻上来。
6、话筒只有1路，不方便玩二重奏。改！将另一个音频输入口改成话筒输入口。话筒音量小，改！将话筒放大电路的增益改大。话筒混响效果差，里面用的是最廉价的PT2399混响IC，延迟时间短，带宽窄，混响音色暗淡。但这个没办法改了。
7、电池工作时间短。开到最大音量，只能工作一两个小时，刚有了兴头，就没电了，扫兴。
总之，我对这个音箱十分不满。不过，在勉强使用了一段时间后，使我对伴奏又有了新的认识：
1、笛子伴奏音量是一个矛盾的问题。
在演奏时，是将笛子（话筒）音量调大点呢，还是将伴奏音量调大点呢？如果将笛子调大，则伴奏小，演奏者听不清伴奏。如果将伴奏调大，则笛子小，观众听不到笛子。两难啊。
一般表演都有这个问题，但笛子格外严重，因为笛子响亮且离耳朵近，笛声会掩蔽伴奏。其它乐器或声乐就好得多。
舞台演出时，调音师会在舞台前边专给表演者摆上返听音箱，但我的经验，即使如此，改善也有限。
最好的办法是戴耳机。央视春晚，歌手都戴着耳机，就是这个道理。据说有一年耳机出了问题，连王菲都跑调了，可见伴奏之重要。有了耳机后，可以在耳机里只放伴奏，且音量加大。而针对观众的音箱，则将伴奏略调小，以便突出笛子。
2、混响功能十分重要。
通常所说的混响，其实是指将声音延迟并与原声叠加，以便产生回声的效果，我觉得叫“回声”更确切。
伴奏本身带有回声，回声可以美化声音，使之产生湿润感、丰满感、空灵感。在伴奏有回声的情况下，假如笛声无回声，直接与伴奏混合播放，尽管两者是从同一个喇叭里放出来的，但听起来会明显不一样，可以区分出是两种不同的声音，听众会感到“不正常”、“不自然”、“很假”。因此，我理解，所谓“混响”，就是尽量将笛子的回声调得和伴奏的回声相似，使听众觉得，笛子与伴奏是在同一环境下演奏的，两者是“混在一起响的”。最好的混响，也许就是，听众以为你是在音乐厅里和乐队一起演奏。
一个好的笛子伴奏音箱，一定要有好的混响效果，最好能对混响参数进行精细调整。
3、音箱一定要易于操作。
以我的经历为例：有次跟朋友一起玩，朋友说来个唐俊乔的《红歌九十首》里的曲子，于是我蹲下来，将音箱的带旋钮那一面翻过来朝上，在MP3上找文件，90个文件啊，翻啊翻啊，可能翻太快了，翻过了，只好重新再找，来回按了100多次按钮，终于找到。好不容易把引子放完，结果曲子不熟，错过了开头，朋友说倒回去，哪有这个功能啊，只好再次蹲下来，按啊按啊，重放这一曲，再等到引子放完的时候，已经没兴趣吹了。你说烦不烦？
因此，我总结：音箱的操作面板一定要在顶面，低头就能看到，伸手就能摸到，这样才方便操作。选曲时，一定要象电脑上一样，能看到文件夹和文件名，且能很方便地选择。在播放时，一定要能随意地快进、快退，最好能象电脑上一样随意拖动进度。
有了这些想法之后，我开始寻找新的音箱。先在实体店里直接挑，没戏。然后在淘宝上搜，大部分都是山寨垃圾货，不用多说了。有少量品牌箱，做工精致，估计音质过得去，但在功能方面无法满足要求。连那些标价超过5000的贵族箱我都仔细看了，一样不好用。不得不承认啊，笛子伴奏有它的特殊性，通用型的音箱怎么可能完全符合要求呢？在找了大半年后，我终于彻底明白：绝不可能找到我所想像的那样的音箱，唯一的出路就是自己做一台。真心不想做啊，费时间、费精力、费金钱，但是为了笛子，也只好硬着头皮上啦。
我觉得这样的制作不错，能解决实际问题又好用 楼主加油上，凳子搬来，等您继续开讲学习。 谢谢关注。元旦出游，照片不在身边，等回家再继续写 很不错，是2014年看到少有的制作好贴，应该设精华。楼主加油。 元旦出游回来，接着写。。。。。。 题二：设计
构思和酝酿的过程十分漫长，方案经历反复修改。
最初，想设计成手提式结构，提着就能带走，体积要小，重量要轻。为了减小体积，用薄板做箱体，比如用5MM厚的铝板或环氧板。其它各部件，也按类似思路，体积和重量尽量小。在花了很长时间做了整体设计之后，最终发现：整机重量很难控制在15斤以内，手提会很累，怎么才能既保证性能又减轻重量呢？有一天，突然想明白：既然行不通，那还不如改成拉杆式结构，就不用考虑重量和体积问题了，就可以随意设计了。最终的设计如下：
1、喇叭。
获得好音质的关键是喇叭单元。经过搜索、学习、比较，我最终选择了FE166EN，相信本坛的朋友对这个都很熟悉。
我觉得这个单元非常适合做乐器箱。6.5寸，尺寸适中。94dB的高灵敏度，在同等音量下更省电。22W的功率、8欧的阻抗也很合适。全频结构，与二分频相比，减少了高音单元和分频器，重量大大降低。不需要调整分频器，容易做成功。音色好，中音甜美，特别适合器乐，有人说全频只有中间没有两头，不过这对于器乐伴奏来说正好，本来就不需要两头嘛。
要说缺点，那就是太贵了，750元，就这么个其貌不扬的东东。普通的粉磁，薄薄的铁皮盆架，普通的接线柱和连线，做工细节也不怎么精致，除了纸盆材料看着有点特别，几乎没有什么发烧的元素，刚拿到手的时候真的有点失望。
不过装了个空箱试听了下声音，一切猜疑都消失了，确实名不虚传。声音的细节特别清晰，很容易从合奏中分辨出每种乐器的细节，声音的真实感极好，播放出的大提琴的声音，和我在乐队中听到的大提琴的声音简直一模一样。我在书房中播放自己的笛子录音，老婆在客厅还以为是我本人在吹呢，可见其声音保真度。这正是我所需要的效果：高保真、音染少、低音和高音不偏重、中音甜美。
2、功放。
因为重量和体积的限制，先排除了分立元件功放。因为电池供电，最高电压只有16.8V，比较好的办法是采用汽车功放专用IC。我选择的是TDA7854，据一些发烧友反映此IC音质较好。
其外围电路十分简单，供电电压最大18V，在15V供电2欧负载时最大输出4x80W的功率。末级为场效应管，具有10A的大电流输出能力。该IC支持“轨到轨”输出，即末级功放管压降接近于0，输出电压最大峰峰值约等于两倍的电源电压，这非常适合低压供电，该IC在单16.8V供电时的最大输出幅度，相当于LM3886双20V供电。该IC的失真度小，4W输出时THD为0.01%，其放大电路结构为甲乙类，小功率时为甲类，这就决定了其静态电流较大，实测为160mA，可见此IC在设计时将音质的重要性排在效率之前。
总之，这个IC非常适合做乐器箱。关键是要能买到正品！我最后是买的拆机旧片(马来西亚产)。
3、话筒及混响。
无线话筒虽好，但好的太贵，便宜的又太差，另外还要经常更换电池，比较麻烦。因此采用有线话筒，设计两路动圈话筒输入，以方便玩合奏。
两个话筒有单独的音量调节。话筒混响采用备受发烧友推崇的M65831数字混响IC，混响深度和混响比例可调，延迟时间则采用旋转编码开关控制，可在12~196ms范围内调整。
为了方便使用，自制了简易的乐器话筒，由话筒芯、金属软管和夹子做成，方便夹在谱架上使用。采用高指向型话筒芯，实际使用发现，与全向话筒相比，大大降低了环境噪声，效果很好。
4、FM调频发射功能
有了调频发射，就可以用收音机听伴奏，彻底解决听不清伴奏的问题。
为了省事，直接买了一个FM发射模块。如图，其采用BH1417芯片，内部为“晶振+数字频率合成+锁相环”电路结构，频率稳定。通过拨码开关可设置14个频点，发射功率0.1W，实际测试，开阔地500米外仍能清晰接收。
当然，拿到手后，难免要分析下其电路，并做些修改，将无关的电路去掉，将拨码开关引出并改成旋转编码开关，并将天线改成射频线连接到外部拉杆天线。
而FM接收部分，则买了2个小收音机，如图。它的优点是：体积小巧、可以充电、数字显示频率、带硬件电源开关。另外，又买了硅胶耳机线、加上线控音量电位器（方便调整音量）、硅胶挂耳，做了几副耳机。这个手指般大小的收音机，可放在裤兜，或夹在腰带上，不仔细看基本看不出来。实际使用效果很好，接收稳定，噪声小，电池工作时间长。
漂亮。。开眼了 cnmfy 发表于 2015-1-6 21:35 static/image/common/back.gif
漂亮。。开眼了
呵呵，过奖了 太有创意了，等着看后面的 5、蓝牙播放功能
前文已经提及，播放操作必须简便！必须能随意更换文件夹，能快进快退，能随意改变播放进度。
在播放器的选择上颇费心思。最初想内置一个播放器。考虑过各种MP3、MP4、平板电脑、游戏机、甚至导航仪等等，都有各自的缺点。
最终发现，其实最好的播放器就是智能手机！手机随身都带有，也就是说不用另外再带个播放器了。智能手机的电池容量都很大，播放时间有保障。手机的触摸屏精细灵敏，比MP4好操作得多。安卓下有多种播放软件，功能强大。智能手机的音质也比较好。而且智能手机都带有蓝牙输出，就可以摆脱电线的束缚，音箱放在10米外，用手中的手机“遥控”播放，再也不用每放完一曲就跑到音箱那里去按键了。这实在是太理想了。
我使用的播放软件名叫“文件夹播放器”，它的优点是可以象电脑中的资源管理器一样，按文件夹的树形目录结构来查找和管理文件，通过滑动屏幕来快速寻找文件，我存放几百首伴奏，按文件夹分类，查找起来毫无问题。它在播放时，可以滑动屏幕来改变进度条，快进、快退、预览都很方便。
在音箱上，不用再配臃肿的播放器，减少了体积、节省了耗电。音箱只需内置一个蓝牙模块，就可以和手机通信。蓝牙模块没必要自己做，我在淘宝上买了一个，如图。
它采用的57F68芯片据说音质较好。这个模块在设计上有一些缺点：采用74HC4052做内部音源切换，这会严重损坏音质。采用LMV358（单5V供电）对信号进行放大，同样损坏音质。输出隔直电容容量太小、无接口保护。那就改进一下吧，我将74HC4052和LMV358去掉，音频信号直接从57F68芯片引出，加大隔直电容容量，增加接口保护，电源输入处增加47UF钽电容，其内部LDO稳压IC明显是山寨货，换成正品SPX1117。另外，还通过射频线引出射频信号到外部蓝牙天线，以增加通信距离。
我做了一个测试用的WAV文件，实际测试从手机播放到蓝牙接收输出，整体的频响特性曲线，从20Hz到16KHz平直，超过16KHz后开始衰减，在20KHz处衰减量为12dB，总体来说很好。实际听感，与音频信号直接通过Line in口接入功放相比，蓝牙有轻微的背景噪声，其它区别不大。
很会玩哦，有创意！ 6、电源
首先解决电池问题，毕竟是户外音箱，大部分时候要由电池供电。在铅酸电池、磷酸铁锂电池、锂离子电池、聚合物锂电池中，最后选择了聚合物锂电池，总体来说，它的安全性较好，能量密度高。做成4节串联结构，最高电压16.8V。容量5Ah，总容量80Wh，按平均功率10W来计算，可供电8小时，实际上，播放时音量有大有小、还有暂停的时候，平均功率不到10W，供电时间也远不止8小时。
电池如下图，用不锈钢板折弯做成电池槽，放入电池做成电池组，以方便固定。
锂电池的安全性问题不能马虎，否则有爆炸风险！此电池内已包含保护板，自己重点要解决平衡充电问题，若增加平衡充电路，既占用空间又麻烦。我想了个简单的办法：放电时电池串联，充电时电池并联，这样总可以保证平衡充电了吧！
我在面板上设计了一个16脚的插座，将4节电池独立引出到插座，还有内部DC电源线、内部充电输出也引出到插座，然后利用外部插头来改变电路结构。如图，电池供电用的插头，会将电池串联，再从插座输回内部。充电用的插头，会将4个电池并联，然后接到内部的充电器上。此插座还引出内部5V电源，可供外部使用。这样的设计，我之前从未见到过，能否算本人的独创呢？
这样的供电方式十分灵活。开关拨到AC档，则由AC供电，若插上充电插头，则AC供电同时还对内部电池充电。开关拨到DC档，插上电池供电插头，则由内部电池供电。还可以用另一种插头，直接连接到外部的电池（比如接到汽车电瓶），则由外部电池供电。内部充电器充电速度较慢，若换成另一种充电插头，就可外接大电流充电器，实现快速充电。
内部充电电路，采用2只TP4056并联，总充电电流2A。充电指示灯可以指示充电状态。
内部的AC转DC，采用二手的IBM笔记本电源，体积小，性能好，输出16V/4.5A，功率足够。
内部电源分配，16V直接供给功放IC，16V还经DC/DC转为5V（采用MP2307同步整流变换器），供应给充电电路、蓝牙模块、FM发射模块等。5V经隔离式DC/DC转换后得到-5V，然后+5V和-5V经LDO稳压（采用SPX3819），得到正负4.2V，供应给各运放。4.2V对于运放而言有些偏低，但这是不得已的折中，实测运放在此电压下，有6Vpp的不失真输出幅度，已足够。
对于电池供电的户外音箱，省电设计十分必要，省电就意味着能工作更长的时间。除了采用灵敏度高的全频喇叭之外，在电路部分，话筒混响电路、蓝牙模块、FM发射模块均设计了独立的电源开关，不使用该功能时可以关闭，分别可节约0.17W、0.21W、0.22W的功耗。另外，在电路设计上，也尽量采用省电电路，比如，16V转5V的DC/DC，采用高效率的同步整流变换器，转换损耗很小。音源切换用的继电器，功耗仅0.1W。 效果非常啊！等您的资料也仿一个。 这不仅仅是做音箱啊，严重赞了 厉害呀
7、信号调理
人耳对削波失真不敏感，波形轻微削顶时，基本没什么感觉。再严重一点，会感到刺耳、不舒服。更严重时，会感到嘈杂、有咔嚓声。
有时候信号源的原始幅度差异很大，除了音频文件本身的原因外，还与播放设备有关，比如，某蓝牙模块的满幅输出只有80mVpp，某手机的耳机输出为200mVpp，而某播放器的LineOut输出为2Vpp。在这样的情况下，如果前置放大器增益固定，就很难适应。假如音频输入过高，那么在前置放大器处就已削顶，功放级的音量电位器调再小也仍然是削顶。假如音频输入太小，功放级音量就需要调大，但这时静态噪声也同比例变大了。因此，最好前置放大器的增益可变，能将输入信号统一调整到一个合适的幅度，既不削波，又接近满幅度，以提高信噪比。
在本箱中，前置放大器的增益调整范围是0到28dB。另外配套设计了一个电平指示电路，可以指示信号电平范围-10dB到+6dB，在0dB及以下显示蓝灯，在+3dB或+6dB显示红灯，红灯表示幅度过大（已CUT）。播放时，可一边调整前置放大器增益，一边观察电平，使之接近0dB。
为了提高音质，在音频信号通路中，采用了1%精度的金属膜电阻，关键位置采用了WIMA电容、松下CBB电容，信号切换采用欧姆龙继电器，运放全部采用OP275发烧运放，电位器全部采用TOCOS品牌，电解电容采用红宝石品牌。在PCB设计方面，遵循数字低与模拟地分离、功率地与信号地分离、信号地尽量大面积铺铜的原则。另外，对电源进行优化设计，+5V主电源、以及正负4.2V运放电源，经示波器测量，开关纹波及振铃噪声均已低于10mV，可算优秀。
8、可靠性设计
本人从事软硬件研发15年，最大的体会是：硬件不算难，软件主要是费时间，最难解决的是可靠性问题。在音响上可能还不明显，但在带有高速处理器的精密设备上、以及恶劣工作环境下就特别明显。可靠性的话题，完全可以写本书，但在此处我就不多说了。正因为对此深有体会，所以在这个DIY的小东西中，也习惯性地做了考虑。
首先是元器件。在当今的中国，到处充斥着假冒伪劣，越是简单的元件，越是假货多。山寨厂做的山寨元件，随时会无缘无故地损坏。没有真元件，就免谈可靠性。幸好，我因为工作的关系，大部分元件能拿到绝对正品。某些没把握的，就买带板的旧货自己拆。
开关和接插件是最经不起时间考验的元件，为此，船形开关、波段开关、拨码开关采用进口件，带灯按钮采用浙江红波产品，音频插头插座采用宁波乐群甬声产品。
在EMI电磁兼容及ESD保护方面，EMI问题不大，主要考虑ESD。考虑到操作面板经常会与人体接触，信号接口可能经常拔插，因此在亚克力面板下面，设计了整块铝板并接地，在相关部位设置了小电容，以提供静电泄放通道，还设置了低结电容的TVS管进行保护。
此音箱经过大半年的实际使用，未出现任何故障。我估算此音箱的使用寿命应在20年以上。
（至此，方案设计部分完成，下面将讲述实际制作过程。）
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