制作47便携耳放

前言

其实我不怎样出街听歌(也不怎样出街…),本来也觉得耳放便携不便携是没所谓的,所以我上次做了个仿 A1 的台式耳放。

但我很快发现,这个台式耳放基本就用来连接我的声卡和有源音箱,远离我当初用在耳塞上的初衷了。无他,我用耳机听歌的时候喜欢躺在床上,而台式耳放在这种时候很不方便。

最后的结论是,我还是需要一个便携耳放……有了需求,就要开始计划解决方案。电路方面,还是选择了入门级的47耳放,这个电路并非仿制厂家的耳放,而是外国 DIY 高手设计的,因为有较多以 47 为参数的元件,所以称为 47 耳放。

计划

47 属于甲乙类功放,发热量应该不大,适合便携。像我之前做的仿 A1 是甲类功放,虽然失真低,但无论有没在播放都一直处于工作状态,所以能效低,发热量大,开了一会儿,手摸在外壳上都是热的。与之相对的,乙类功放是效率高失真大。取之平衡,甲乙类算是不错的选择。

供电方面,便携的最好选择当然是锂电了。只是锂电的标称电压是 3.7v,这么低的电压是无法发挥出运放的全部潜力的。解决方法有两个,升压电路和串联锂电。因为前者的电路不太好找到现成的,升压转换效率也低,所以我最初是考虑串联的。但串联也有问题,一是三串后不太好解决充电的问题,需要用 12V 的充电器,二是耳放是双运放的,要双电源,也就是两组三串 12V 锂电。从成本和体积来说,问题很大。但我也对这个方案进行了调研,写了方案和配件清单,但是一直没出手。

直到近期,我一直有关注的一个商家出了套便携方案,他是采用升压电路,把单个 3.7V 锂电升压成 15V 的双电源,同时支持 MicroUSB 接口充电。无论是从本来还是便携性方面来说,都是不错的选择,于是我抛弃了之前的方案,购买了这个套件。

准备

一开始也是先做线,一条公对公 3.5mm 的对录线,材料是一米的佳耐美 L-2B2AT 屏蔽线、两个防森海塞尔 3.5mm 插头和一段热缩管。

插头拆开一看,卧槽这便宜货真坑,接线位靠这么近,还没有线夹,列入黑名单,下次别买这个了…

音频线倒是不错,花了些时间焊接好,用万用表的通断档测试一下。成品做出来还算结实,成本约 12 元。

耳放的标配套件是 75 元,带外壳和锂电,又花了 10 元升级成 ALPS 电位器。这次用了双联带开关的电位器,电位器旋开的第一级是电源开关,有清脆的弹簧声。

我加钱升级的型号是 ALPS RK09 A50K,实测左右抗阻分别为 47K 和 46.9K,和50K的标称值有 6% 的误差,看似挺大,不过其规格的总阻值允许误差是 20%……嘛,电位器更重要的是左右声道的误差,误差大了就会左右音量不一致,这实测 0.2% 的误差是非常好了。

因为有了一次经验,这次就懒得找商家要资料了,怎么焊接看一下电路板就清楚。

这块电路板上面是供电电路,基本是贴片元件,下面则是耳放电路,主要用了插件元件。

务必要注意极性,除了用 + 号表示正极之外,一般元件和电路板是在负极做标记的。

电路板布局展开

开工

好了,元件认准、备齐就开始焊接了。焊接步骤是先安装矮的元件,和先难后易,所以先把小的贴片装好。

贴片的焊接方法是先在其中一脚上锡,然后一手用镊子夹着贴片,一手用电烙铁融化焊点,把贴片移过去对齐好,拿开电烙铁,等两秒让焊点冷却,再移开镊子。最后给另一脚上锡即可。

贴片 IC 上锡后容易把几个脚焊在一起,这时用电烙铁沾点助焊剂,即可解决。其他都没什么难度,细心就行了,不然焊错了,需要拆件才麻烦。

锂电池原来的线太细了,我这换了一条,虽然考虑过把锂电池的接线做成可拆卸的,但因为没什么空间,就直接焊上去了。 电池接上了之后,千万不要再碰上面两个贴片 IC 了,这是我亲身体验的教训。

焊接好后电路板粘呼呼的,这是松香助焊剂,因为锡线就自带助焊剂,因此无法避免。一般用洗板水来清理,但这玩意有毒性,用完不好处理废水,为了环境和我的后代着想,还是不用了。只用了酒精来清洁一下,清洁不干净,就这样吧。

外壳后档板只有 USB 的开孔,看不到充电指示灯,所以自己钻了两个孔,只是没有 1~2MM 直径的钻头,开得有些大。

检查

焊接完成了,在开机之前先检查一次,注意有没接反正负极和焊错的地方。

确定没问题就开始试机,先不要上运放和接耳机,开机后看 LED1 是否出现不稳定的频闪,因为没接运放,开机一会儿后,LED1 可能会暗掉,这是正常的,不正常是出现一暗一亮的情况,这时电压不稳的表现。

这时就要考虑 IC2 的问题,IC2 是一块升压芯片,可以尝试重新焊接一下,注意先把电池拆了,才去碰这些芯片。估计是为了保密,这块芯片被磨掉了型号,坏掉就只能找原来的商家要了。

如果 LED 灯正常,就可以把运放装好。然后用万用表测电压,先测锂电池的电压(这个应该一开始就测的),正常应该是 3~4.2V,如果测不出,要么就是没电,要么就是坏掉。如果电压低于 3.5V,这时处于低电量水平,需要去充电了。

电池没问题的话,就开机测两个运放的 4 和 8 脚,正常应该是在 15V 左右,实时电压会略有波动,但不应该太大。

如果电压也正常,就可以用耳机先试一下能否正常出声,不要急着试听,咱们还没测试过。

接下来要检测充电电路。正常的情况是 D5 的 LED 亮起,表示正常充电,充满电后 D4 的 LED同时亮起。如果都不亮,首先可以考虑 USB 接口的问题,Micro USB 的 5 个接脚实在太细,容易出错。因为没有数据传输,实际上只需要接好左右两个接脚就行了。

如果接口没问题,那就可以考虑充电芯片 TP4056 坏了,同样可以重新焊接一次(再次提醒先拆下电池…),如果实在坏了,TP4056 这块芯片太常用了,随便也能找到,很好换。

结语

终于到了评价的时刻了。首先,我没专业的工具,所以失真率啊曲线啊等指标就不要指望了。实际听感也是,我没听过正厂的耳放,也不会玄学。只能说点谁也看得出来的东西。

这套耳放用料还算不错,WIMA 的无极性电容、ELNA 和 nichicon 的电解电容、富士康耳机插座。运放是经典且廉价的 NE5532,虽然加钱可以升级好一点的,但我感觉没必要,这个价位的耳放就不折腾运放了,而且上万的机器照样也用 NE5532……

好的方面:

这个耳放的底噪几乎为零,我用高灵敏度的耳塞,把音量看到最大也听不到底噪。推力也强化了很多,20% 左右音量就很澎湃了。

工作温度在 40 度左右,最高温度是运放的44度,本着不浪费的精神,我把空闲的两块散热片粘在耳放上面。隔着外壳,拿上手只有点微温,当不了暖手宝。

电池容量 800mAh,续航约 3 到 4 小时(视耳机和音量而定),够用了,一次顶多就听两个小时吧。

经过升压,最后的输出电压大约在 13.5V~16.5V 之间,随电量变化。

电压是足量的,温度也没升得太高,续航也不算差,这充电电路的效率有点超出我的预期。

TP4046 的最大充电电流是 1A,实际充电效率平均在 0.7~0.8A 左右,最后涓流充电为 0.5A 以下,截止电压 4.2V。一次完整的充电需要一个小时多点,因为电池不宜过放,我建议是用两三个小时就该充电了。

不足之处:

开机和关机会有一声爆音,听起来实在不舒服,所以建议先开机,再插耳机,以及拨耳机再关机。

我觉得爆音是因为开关离音频输出太近了。这块电路有两个开关,一处是 PA1,用于断开 MicroUSB 的正 5V 输入,怎么看都是鸡肋,所以直接短接。

另一处是 RA1,接在带开关的电位器上了。也可以换成不带开关的电位器,然后在 RA1 接一个船型开关或扭子开关。但照样会出现爆音,所以没什么意义。

最佳的解决办法是直接在电池的正极接线上加个开关,这样也方便检修。只是我也没实际尝试这能不能解决爆音。

电池快充满的时候,近于 0.5~1 米左右可以听见电感啸叫。我怀疑啸叫的可能还不是充电电路上的 220UH 电感,而是那颗 15UH 的,因为快充满的时候,这颗电感旁边的 LED 灯会亮。

电感啸叫是共振引起的,因为更换过元件,因此能排除电感的质量问题,应该是电路设计的问题。更换电感型号或电容的容量就可以解决,但我也不懂电路,无法解决这个问题。

而且电感啸叫并没有什么影响,就不去处理了。如果非要处理,也有办法,就是把原来的屏蔽电感换成不屏蔽的,然后用绝缘漆或胶水处理一下电感线圈,就不会发声了。

还有就是买块两元包邮的充电电路……

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