Verstärker für mobile Mini-Boombox mit Rasberry Pi

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groovy_ruwi
Neuling
#1 erstellt: 05. Feb 2018, 16:57
Hallo,
Ich möchte ein mobile Miniboombox bauen (Maße ca. B 22 x H 15 x T15 cm) die von einer Powerbank gespeißt werden soll. Da diese nur 5V Spannung abgibt, habe ich auf ebay mal nach passenden Verstärkern gesucht.
(Die 5 Volt-versorgung strebe ich an, da auch ein Rasberry Pi verbaut werden soll und dieser mit 5V läuft)

Dieser Class D Verstärker (siehe Link zu ebay) scheint sich prinzipiell für das Vorhaben zu eignen, seltsamerweise sind auf der Platine keine größeren Transitoren oder Spulen verbaut.
Die Frage ist kann man damit wirklich 10-15 Watt Verstärkungsleitung abrufen?

5V 20W 2.1 Dual Channel 3D Surround Digital Stereo
5V 2.1 Verstärker mit 20 Watt

Lautsprecher:
Ich würde gerne zwei 1,5 - 2" Breitbänder und einen 3-Zoll-25W HIFI Subwoofer, (gibt es z.B. von DROK auf amazon DROK Subwoofer 25 Watt 4 Ohm, Effektiver Frequenzbereich : 90Hz-5KHz) verbauen.
Hier auch noch die Frage, ob es für den angedachten Verstärker sinnvoller ist Breitbandlautsprecher zu benutzen oder Hochtöner?

Falls jemand hier einen völlig anderen Lösungsansatz hat, würde mich dieser auch interessieren.

Ich hatte auch schon überlegt nur einen Breitbandlautsprecher zu nutzen, und habe mir einen sehr gut bewerteten Dayton Audio PS95-8 besorgt. Dirket an meiner Stereoanlage angeklemmt, liefert er eine schöne Auflösung im Mittel- und Hochtonbereich, der Bass ist aber sehr dürftig, weshalb ich von der Lösung wieder Abstand nehme. (Evtl. könnte man mit dem entsprechnenden Know-How den Bass verbessern, ich habe aber leider wenig Ahnung von Lautsprecherbau)

Vieln Dank schon mal für Hilfe und Anregungen
jonath
Inventar
#2 erstellt: 05. Feb 2018, 17:18
Auch bei 3" dürfte es mit Bass schwer werden.

Raspberry ist Quatsch, nimm lieber ein Handy mit Bluetooth oder sonst was.
Reference_100_Mk_II
Inventar
#3 erstellt: 05. Feb 2018, 17:29
In 2,5L netto lässt sich der Dayton doch zu Bass überreden?!?
-3dB irgendwo um 70Hz mit schönem Spaßbuckel.

Du willst also eine x-beliebige billig-amazon Tröte in IRGENDEIN Gehäuse setzen und erhoffst dir davon mehr Bass?
Bitte wie?

TSP lernen, sonst wird das nix.

Und 20W aus 5V? Ohmsches Gesetz min Jung.
groovy_ruwi
Neuling
#4 erstellt: 05. Feb 2018, 17:31
Danke, in diesem Fall muss es ein Rasberry Pi sein.
Es soll ein RFID-Reader angeschlossen werden, mit dem meine Kinder dann über Chipkarten von Spotify hinterlegte Alben abrufen können.

Sowas in der Art RFID-Jukebox

Meine Notlöusng wäre es, 5Volt PC-Speaker zu verbauen – ich dachte nur man kann etwas mehr an Soundqualität heraus holen.
groovy_ruwi
Neuling
#5 erstellt: 05. Feb 2018, 17:38
Danke!
Ja, 20 Watt müssten es nicht sein, bekomm ich 10 Watt hin nach Ohmschem Gesetz?
Die Box ist für Kinder, muss jetzt keine Wunderwerk an Sound sein, aber besser als günstige PC Speaker wäre gut.

Mit einem Step-Up-Modul lässt dich die Spannung sicher steigern, bin mir aber nicht sicher wieviel Step-Up eine Powerbank verträgt, das Problem wird die Stromabgabe über USB sein.

Ich habe den Dayton ganz Professionell in ein großes Einmachglas gestopft, da konnte der Bass nicht überzeugen. Ich sag mal meine kleiner X-Mini Capsulate Lautspecher hat mehr Druck und der ist nur so groß wie ein Ei.


[Beitrag von groovy_ruwi am 05. Feb 2018, 18:13 bearbeitet]
MK_Sounds
Stammgast
#6 erstellt: 05. Feb 2018, 18:16

Sowas in der Art RFID-Jukebox

Warum baust du dann die Kiste nicht einfach nach? Warum unbedingt von ner Powerbank gespeist? Ein einfaches Netzteil würde die Möglichkeiten schonmal erheblich erweitern.

Ansonsten wenn zwingend 5V erforderlich, ist die Kombi Raspberry Pi Zero und HifiBerry MiniAmp die sinnvollste Kombination.
Spieldauer kannst du dann anhand der Powerbank mal überschlagen.
Bei vernünftiger Chassis-Wahl (Wirkungsgrad) kommt da dann auch schon gut Pegel bei rum!
groovy_ruwi
Neuling
#7 erstellt: 05. Feb 2018, 18:38
@MK Sounds
ich hatte auch schon überlegt auf die Mobilität zu gunsten einer stärkeren Stomversorgung / und Verstärkung zu verzichten. Da das Ding aber nciht übermässig laut sein soll, dachte ich, ich bekomme die eierlegende Wollmilchsau irgendwie hin.

Hm, man könnte auch einen Blei-Gel 12 Volt Akku verwenden und ihn für den Pi runterregeln. Ich bin mir aber nicht sicher, wie man das Pass Through macht, also laden und abspielen gleichzeitig. Das geht mit einigen Powerbanks von Haus aus.

Das Problem mit den Hifi-Berrys ist neben dem etwas überteuerten Preis, dass ich die GPIO (Pins) für die Drucktaster benötige. (Volume, Play, Rew, Fwd)

Und dann ist mein Problem mit den richtigen Lausprechern noch nicht gelöst. Wie bekomm ich den einen einigermaßen vernünfigen Bass hin?
MK_Sounds
Stammgast
#8 erstellt: 05. Feb 2018, 19:29

Ich bin mir aber nicht sicher, wie man das Pass Through macht, also laden und abspielen gleichzeitig.

Geht im Prinzip immer, wenn der Lader genug Strom für Laden und Betrieb bereitstellen kann. Ganz die feine Art ist das allerdings nicht


Das Problem mit den Hifi-Berrys ist neben dem etwas überteuerten Preis, dass ich die GPIO (Pins) für die Drucktaster benötige. (Volume, Play, Rew, Fwd)

Muss ich in der Tat zustimmen, für das Bisschen Elektronik ist das schon ein gesalzener Preis. Man bekommt allerdings eine nahezu Plug&Play Lösung.
GPIO-Pins sollte kein Problem sein: Der Amp braucht nur I2C, I2S, 5V und GND. Belegt also nur 7 Pins. Beim RPi Zero ist es dann recht einfach, da der Header noch nicht eingelötet ist. Einfach die Pins für den Amp auf der Oberseite einlöten und die restlichen auf der Unterseite (am besten gewinkelt).


Wie bekomm ich den einen einigermaßen vernünfigen Bass hin?

Physikalisch bedingt am besten mit Membranfläche und Volumen. Scheidet bei dem Konzept allerdings eher aus.
Muss man eben entweder einen geschickten Treiber finden (spontan fällt mir der Dayton RS100 für kleine Volumina mit guten "Bass"fähigkeiten ein) oder einen Treiber mit zumindest reichlich Hubfähigkeit und dann per DSP entzerren (Vorbild Bose Soundlink und anderer Elektroschrott), das Bedarf allerdings wiederum Leistung, was auch nicht vorhanden ist.
--> geschickte Treiberauswahl wohl am zielführendsten
sayrum
Inventar
#9 erstellt: 05. Feb 2018, 20:58
Hey
Dieser und jener sind mMn passende Lösungen für diesen Einsatzzweck mit halbwegs ausgewogenem Klang, etwas Bass und geringerem finanziellem Einsatz.

Gruß


[Beitrag von sayrum am 05. Feb 2018, 21:09 bearbeitet]
groovy_ruwi
Neuling
#10 erstellt: 07. Feb 2018, 13:25
@MK_Sounds:
Danke für deine spezifischen Antworten:
Der Pi Zero-Hinweis ist auf jeden Fall gut, dass nicht alle Pins verwendet werden, war mir nicht klar. Da der Zero günstiger ist als der Pi 3, kommt man unterm Strich auf einen ähnlichen Preis. Ein USB-Port für den RFID-Cardreader wäre auch noch frei. Würde also passen.
Einige Teile hab ich allerdings schon aus China bestellt, deshalb werde ich erstmal einen Test mit meinem Rasberry Pi 3 machen, der gerade als MediaCenter fungiert.

Der richtige Treiber:
Unterscheidet sich den der Dayton RS100 den sehr stark vom Dayton PS95-8 3-1/2" Dayton Audio PS95-8 ? Den hab ich ja schon daheim liegen. Wie gesagt, eigentlich klingt der gut, aber etwas spitz in den Höhen und leider sehr wenig Bass (getestet in einem 1,5 Liter Einweckglas)


@sayrum:
Danke für die Links, die Gehäuse haben zwar etwas viel Volumen, sieht aber absolut Professionell durchdacht aus.

Ich fand auf youtube noch ein paar gute Tutorials für mobile Bluetoothspeaker. Ich gehe davon aus, dass es sich aus audiophiler Expertensicht dabei eher um „Krach-mach-boxen“ handelt, aber für meine Zwecke erscheint so was in der Art gut zu passen. Der Bass scheint mir schon mal ordentlich für eine so kleine Box.

Simple 10W Bluetooth Speaker (Tutorial!)


[Beitrag von groovy_ruwi am 07. Feb 2018, 13:27 bearbeitet]
Reference_100_Mk_II
Inventar
#11 erstellt: 07. Feb 2018, 14:23

groovy_ruwi (Beitrag #10) schrieb:
Dayton Audio PS95-8
Den hab ich ja schon daheim liegen. Wie gesagt, eigentlich klingt der gut, aber etwas spitz in den Höhen und leider sehr wenig Bass (getestet in einem 1,5 Liter Einweckglas)

Wie gesagt, TSP lernen, verstehen, richtig handeln.
Das Teil ist nicht mal im entferntesten für (wie ich ja sehr stark bei dir vermute) geschlossene Gehäuse ausgelegt.

Bassreflex mit 2,5L.
Dann wird sich deine Sichtweise ändern.
Aber scheinst du ja schon ein Mal ignoriert zu haben, den Tipp.
Sonst hättest du schon längst ein Testgehäuse zusammengebaut.
Und nein, nicht aus Pappe, sondern aus richtigem Holz.



Und zu diesen Youtube-Boxenbau-Videos:
Die Boxern sind allesamt toll anzusehen, Akustisch gesehen sind die aber ALLE totale Grütze.
Ja wirklich - Grütze.

Es gibt da vielleicht zwei, drei Ausnahmen. Mehr aber nicht.
Und diese wenigen sind dann nicht sonderlich weit oben weil nicht hübsch gebaut mit dem ganzen woodworking und tolles Holz und pipapo.

Nimm dir da bzgl. der Audiotechnik bitte KEIN Beispiel. Jede 30€ Fertigbox wird besser klingen als diese Teile. Mit Leichtigkeit.
groovy_ruwi
Neuling
#12 erstellt: 07. Feb 2018, 15:13

Bassreflex mit 2,5L.
Dann wird sich deine Sichtweise ändern.
Aber scheinst du ja schon ein Mal ignoriert zu haben, den Tipp.
Sonst hättest du schon längst ein Testgehäuse zusammengebaut.
Und nein, nicht aus Pappe, sondern aus richtigem Holz.


Hi Reference,
Danke, den Tipp mit dem Bassreflex, den hast du mir aber gerade erst gegeben – habe ich also nicht einfach ignoriert. Mit zwei kleinen Kindern daheim ist meine Freizeit auch recht begrenzt, weshalb es zeitlich nicht so einfach ist kurz einen Testbau zu machen.

TSP zu lernen, macht sicher Sinn, wenn man vor hat anspruchsvolle Boxen zu bauen und viellelicht nicht nur eine im Leben – man lernt es wohl aber auch nicht von heute auf morgen. Ich gebe dir aber generell Recht, wenn man ein gutes Ergebnis möchte, sollte man Ahnung von der Materie haben.

Youtube-Boxenbau:
Gut, ist über ein Youtubevideo schwer zu beurteilen wie gut, oder schlecht, der Klang der Boxen ist, fachmännisch ist es natürlich ohne TSP nicht. Das eine Feritgbox für 30 Euro besser klingt, glaube ich allerdings auch nicht.

Ich danke dir auf jeden Fall für deine Anregungen und Hinweise, vielleicht sollte ich der Dayton PS95 noch ein Schanze geben.


[Beitrag von groovy_ruwi am 07. Feb 2018, 16:08 bearbeitet]
Reference_100_Mk_II
Inventar
#13 erstellt: 07. Feb 2018, 17:29

Reference_100_Mk_II (Beitrag #3) schrieb:
In 2,5L netto lässt sich der Dayton doch zu Bass überreden?!?
-3dB irgendwo um 70Hz mit schönem Spaßbuckel.

Dann schau noch mal weiter oben...
Aber egal, schwamm drüber

Ob BR oder CB oder irgendwas sieht man als erstes am Qts.
Qts < 0,4 --> ventiliert, z.B. Bassreflex
Qts 0,4...0,7 --> geschlossen
Qts > 0,7 --> FreeAir, Open Baffle

Dann noch auf das Efficiency Bandwidth Product achten.
EBP = Fs / Qes
deutlich über 80 --> Bassreflex/ventiliert
deutlich unter 80 --> geschlossen

Qts liegt bei 0,72 , naaah, das ist eher geschlossen,
aber EBP sagt 150.
Kurze Simu: Job, geht in BR, nicht zuuu tief, unter 100Hz geht aber ohne Probleme.
Dann wird der Hub recht groß, also nicht zu viel Most drauf geben.
Da du aber eh nur 5V hast, sehe ich da kein Problem.

Hier mal ein Link, hätte man aber auch selbst finden können: http://www.hifi-forum.de/viewthread-42-53.html


Noch zum URI:
P = U² / R
Das is tdie im System maximal auftretende Leistung.
P = 5V² / 7,1Ohm = 25V / 7,1Ohm = 3,52W

Der Verstärker kann aber nicht bis Umax aufmachen, eher so 0,7V weniger, also sinds nur noch 2,6W.

Rechnet man dann noch die Effizienz von solchen kleinen Digitalchips mit gerundet 85% ein, bleiben etwas über 2W die tatsächlich am LS ankommen würden.
Dann ist aber auch noch die vom Amp verwendete Schaltungstechnik interessant, denn je nach dem kann er auch nur die Hälfte davon abgeben.
Je nach dem halt, wie er die zwei Halbwellen der Ausgangsspannung erzeugt.

Du siehst: Der Weg zu großer Leistung führt über die Spannung.
Ist U groß kann auch P groß werden



Weit über 90% der Youtube-Boxen werden OHNE irgendeine Berücksichtigung der Akustik gebaut.

Da werden IRGENDWELCHE Chassis in (optisch) tolle Gehäuse gezimmert,
jedoch mit falschem Volumen,
mit falscher Abstimmung,
mit falscher Anordnung der Chassis (nebeneinander ist so ziemlich das schlechteste was man machen kann)
und ohne Frequenzweiche oder Sperr-/Saugkreise/Korrekturglieder jeglicher Form.

Ich muss das nicht hören um zu WISSEN dass es kacke klingt.
groovy_ruwi
Neuling
#14 erstellt: 07. Feb 2018, 17:45
Refernce, vielen Dank,
ich habe das Gefühl ich gehe zumindest in der Theorie gestärkt aus dem Projekt hervor.

Du musst verzeihen, als Nubi, konnte ich aus deinen Fachangaben nicht ableiten, dass du mich auf ein Bassreflex hinweist.

Danke für die fachlichen Ausführungen, das gibt mir zumindest mal einen Überblick über die technischen Zusammenhänge. Ich werde mir auch mal den Link mit den Grundbegriffen zum TSP durchlesen.

Nochmal Danke!
sayrum
Inventar
#15 erstellt: 07. Feb 2018, 17:47
Hey
Je weniger Volumen die Chassis bekommen, desto weniger Bass (Tiefton) gibts (bei der vorgegebenen geringen Verstärkerleistung!).
Aich hübsch klein und dafür netten Bass + ausgewogenem Klang bietet auch die Vildapel.



[Beitrag von sayrum am 07. Feb 2018, 17:50 bearbeitet]
Metal-Max
Inventar
#16 erstellt: 14. Feb 2018, 11:48
Für die Spannungsversorgung kann ich dir so ein Teil empfehlen, an das du dann einfach 3 18650er-Akkus hängst. Funktioniert wunderbar.

Zum Laden bzw. zum stationären Betrieb einfach ein Laptop-Netzteil mit entsprechender Spannung nehmen, fertig ist die Laube. Mit den ~12V hast du bei der Auswahl der Verstärker nämlich recht freie Hand, da praktisch alle Class-D-Kleinverstärkerboards mit 12V klarkommen. Für den RPi nimmst du einfach einen Step-Down-Converter.


[Beitrag von Metal-Max am 14. Feb 2018, 11:49 bearbeitet]
IPv6
Stammgast
#17 erstellt: 14. Feb 2018, 15:50

Das is tdie im System maximal auftretende Leistung.
P = 5V² / 7,1Ohm = 25V / 7,1Ohm = 3,52W

Der Verstärker kann aber nicht bis Umax aufmachen, eher so 0,7V weniger, also sinds nur noch 2,6W.


Da möchte ich mal noch kurz Klugscheißen:

Hier wird oft unterschlagen, dass an einem Treiber keine Gleichspannung anliegt sondern Wechselspannung. Und da ist der Effektivwert interessant (rms), da fehlt in der Rechnung noch ein Scheitelfaktor, für sinusförmige Spannung beträgt der sqrt(2).

Da wir von einer Gleichspannung auf eine Wechselspannung wollen:
5 V Systemspannung minus angenommene 0,7 V Spannungsabfall im Verstärker sind
4,3 V mal den Scheitefaktor 1/sqrt(2) sind
3,04 V, gemäß U² / R = P ergibt das eine Leistung von 1,3 Watt.

Der Wirkungsgrad darf hier nicht nochmal mit eingerechnet werden, da die Verluste im Class-D Verstärker hauptsächlich durch Spannungsabfall wie die oben mit einbezogenen 0,7 V passieren. Daher ist der Wirkungsgrad auch nicht über den gesamten Leistungsbereich konstant sondern wird zu großen Ausgangsleistungen hin besser (da fallen die 0,7 V nicht mehr so ins Gewicht).
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