Bassojytkytin Obuttoon - osa 1

Kymmenisen vuotta sitten luin DVDPlazan oivilta kotiteatterifoorumeilta sohvaan kiinnitettävistä täristimistä, jotka siis subwooferin tavoin tuottavat matalia ääniä, mutta ilman sijasta suoraan istuimeen. Joku pellepeloton oli poistanut vanhasta subbarin elementistä kartion ja liimannut epoksilla ruuvin suoraan puhekelaan ja siitä sohvan rakenteisiin. Myöhemmin simracing piireissä tutuksi tuli ButtKicker, joka perustui samaan ideaan, joskin hieman hienovaraisemmin toteutettuna. Idean yleistyttyä pelkkiä elementtejäkin alkoi saamaan esimerkiksi Ljudiasta, josta omanikin tilasin.

Jytkyttimet

Sinus Live BassPump III päältä

Sinus Live BassPump III alta

Ljudian Hifi-kaiutin-osastolta löytynyt Sinus Live BassPump III 4 Ohm, on mitä nimi lupaa. Jytkyttimen nominaaliseksi impedanssiksi luvataan 4 Ohmia ja RMS tehonkestoksi 50 Wattia. Mustan metallikuoren sisällä on mitä ilmeisemmin subwooferin puhekela ja magneetti. Kartion virkaa hoitaa ihan tavallisen näköinen FR-4 lasikuitupiirilevy, johon on jyrsitty uria liikkeen sallimiseksi. Yksinkertaista ja toimivaa.

Vahvistimet

Alunperin tarkoituksenani oli ajaa kahta jytkytintä vanhalla Pioneerin SA-301 stereovahvistimella, mutta kuten laitteen takalevyssä varoitellaan, vahvistin on suunniteltu sen aikaisille 8/16 Ohmin kaiuttimille. 4 Ohmin jytkityn hukkaa siis valtaosan tehosta harakoille, mutta kyllä silläkin alkuun pääsee. Optimitapauksessahan vahvistimen lähtöimpedanssi on pienempi kuin kaiuttimen impedanssi, tällöin valtaosa vahvistimen tehosta päätyy kaiuttimelle. Tilanteen ollessa toisinpäin tehot katoavat päätevahvistimessa lämmöksi ja niinpä Pioneerin ylikuormitussuoja naksahti päälle jo volumen asennossa 2/10, eli pitkäaikaiseen käyttöön siitä ei ollut.

Nykyään tuolta elektroniikan villistä lännestä (tai idästä) eli Kiinasta saa jos jonkinmoista laitetta aivan naurettavaan hintaan. Monet halvat audio-laitteet perustuvat suoraan piirivalmistajien referenssidesigneihin, joten ne ovat ihan kelpoja sen puolesta. Omien kokemuksieni mukaan, mitä enemmän lähdetään sooloilemaan, sitä kauheampi on tulos, etenkin laitteissa, jotka pitävät sisällään ohjelmistoa. Tämän valossa täysin analoginen audiovahvistin on melko turvallinen ostos.

Lähestulkoon kaikki kiinalaiset vahvistimet pohjautuvat yhden piirin D-luokan vahvistimiin, jonka ympärille on lätkitty piirin vaatimat passiivikomponentit. Tämä tekee vertailusta helppoa, sillä vahvistimen suorituskyky määräytyy pitkälti siinä käytettävästä piiristä. Ebayn myynti-ilmoituksissa kerrotaan yleensä varsin selkeästi mitä piiriä vahvistin käyttää ja piirin datalehden saakin helpoisti googletettua. Datalehdistä voi sitten valita sen, jossa omat teho- ja särövaatimukset täyttyvät.

Oma huomioni kiinnittyi Texasin TPA3116D2-piiriin, joka tarjoaa sopivat 2x50 W 4 Ohmin kuormaan särön pysyessä maltillisena aina 50W maksimitehoon saakka (kts. datalehden figure 8). Tätä järeämmät piirit joko vaativat bipolaarisen virtalähteen tai olivat särön puolesta aivan höpöjä. Päädyin tilaamaan Breeze Audio -brändätyn vahvistimen eBaystä huokeaan 19 punnan (26 €) hintaan.

Vahvistin tuli hyvin pakattuna reilussa viikossa Kiinasta. Teholähteenä käytin sekalaista 24 V / 3.3 A virtalähdettä, jota käytin myös aiemmin G25-rattini kanssa. Vahvistimen sisältä paljastui melko simppeli design, kuten odotettua. Huomio kiinnittyi Sanyon valmistamiin kondensaattoreihin, oletin sisältä löytyvän jotain halvempaa ja kiinalaisempaa. Toki jotain sanottavaakin löytyy, 25 voltin maksimille speksatut kondensaattorit ovat aivan liian äärirajoilla käytettäessä 24 V käyttöjännitettä. Onneksi niiden vaihtaminen on helppoa jos elektrolyytit karkaavat, metallikotelokin suojaa mukavasta alumiinin sirpaleilta. Vahvistin ei erityisemmin lämpene käytössä, joten toivotaan että se lupaa pitkää ikää.

Jytkittimien sijoitus

Ensimmäisenä sijoitin molemmat jytkyttimet penkin pohjaan. Ideana oli ajaa niitä stereona, vasemmalle ja oikealle kankulle omat tärinät. Käytännössä vasemman ja oikean erottelu oli niin heikkoa, ettei sitä oikeasti tiennyt kumpi siellä tärisi, joten hylkäsin tämän asettelun.

Siirsin toisen jytkyttimen keskelle penkkiä ja toisen poljinalustan pohjaan. Tämä oli huomattavasti toimivanpi asettelu, vaikka aluksi epäilinkin jaksaako yksi jytkytin täristää painavaa poljinalustaa riittävästi. Lopullinen kiinnitys penkkiin tehtiin sopivilla prikkahässäköillä, joilla jytkytin saatiin penkin jousien väliin ja koko paketti kiristettiin tietenkin nippusiteillä (TIS-tasot nousuun). Kiinnitys poljinlevyyn tehtiin tavallisilla puuruuveilla, joiden pitkäaikainen pitävyys jää nähtäväksi.

Penkin jousiin kiinnitetty jytkytin ei hirveästi muihin rakenteisiin tärinöitään välitä, mutta poljinalustaan kiinnitetty sai aikamoisia kolinoita aikaiseksi. Onneksi kolinat vaimenivat kun jytkyttimelle syötettävän signaalia alipäästösuodatettiin reilummin. Lisää suodatuksesta seuraavassa kappaleessa.

Ohjelmisto

Pelikäytössä tärisyttimiä voidaan ajaa kahdella tavalla, joko pelin äänistä alipäästösuodatettuna tai generoimalla signaali suoraan pelin fysiikoista, esimerkiksi jousituksen liikkeestä, moottorin kierrosluvusta, G-voimista jne. Artikkelin ensimmäisessä osassa tutustumme vain äänisignaalin käyttöön.

Helpoin tapa ajaa jytkyttimiä on hankkia niille oma äänikorttinsa, tai toisinpäin, hankkia peliäänille kunnollinen äänikortti ja käyttää emolevyn integroitua jytkyttimille. Peliäänien ohjaaminen kahdelle äänikortille ei onnistu ilman lisäohjelmia. Paras ohjelma, johon olen törmännyt on VB-Audion Voice Meeter Banana, joka on ilmainen virtuaalinen mikseri Windowsille. Ohjelma luo kaksi virtuaalista toistolaitetta ja kaksi tallennuslaitetta, näistä tarvitaan vain yhtä toistolaitetta.

Kun toisen virtuaalisen toistolaitteen asettaa Windowsin oletukseksi kaikki äänet päätyvät mikseriin, josta ne voidaan ohjailla oikeisiin toistolaitteisiin (äänikorttien lähtöihin) lähestulkoon mielivaltaisesti. Ensiksi asetetaan oikeat toistolaitteet oikean yläkulman A1/A2 painikkeista. A1 olkoon kuulokkeet, A2 jytkyttimet. Tämän jälkeen virtuaalisesta tulosta (ruudun keskellä) valitaan A1 ja A2, jolloin peliäänet kuuluvat molemmissa toistolaitteissa. Ohjelman vasemmassa reunassa on tallennuslaitteiden tulot, eli esimerkiksi mikrofonit. Niihin ei tässä tapauksessa tarvitse koskea, mutta monipuoliset säätömahdollisuudet löytyvät niillekin.

Boonuksena ohjelmalla voi myös muuttaa stereo-signaalin monoksi ja asettaa alipäästösuodatuksen kanavakohtaisesti. Eli jytkyttimille menevä signaali muutetaan ensin monoksi ja sitten penkkiin kiinnitetylle ja poljinalustaan kiinnitetylle jytkyttimelle saadaan omat suodatuksensa. Täydellistä etten sanoisi!

Tällä hetkellä olen asettanut poljinlevyn jytkyttimelle 45 Hz alipäästösuotimen ja penkin jytkyttimelle 75 Hz kulmataajuuden. Nämä ovat riittävän pieniä, ettei jytkyttimistä tule hirveästi ääntä, sillä niitä voi ihan hyvin käyttää kaiuttiminakin ilman alipäästösuodatusta.

Välispiikki

Tällaisenaankin jytkyttimet tuovat kivan lisän ajeluun. Esimerkiksi Euro Truck Simulator 2:ssa voi tuntea koska vaihdetta pitää vaihtaa ja iRacingin Corvette C6.R jyrisee tyhjäkäynnillä niin että paikat ovat tippua hampaista.

Artikkelisarjan seuraavassa osassa tarkastellaan miten jytkyttimiä voi ajaa pelin fysiikoiden kautta

Palautelomake

Viiden klikkauksen palautelomake. Kiitos jo etukäteen.

Obuttoon poljintaso

Muutaman vuoden vanha alkuperäinen Obuttoni sai kaverikseen Heusinkveld Engineeringin Sim Pedals Prot. Obutto on selkeästi suunniteltu kuluttajatuotteille kallistettuine poljontasoineen, eikä astetta järeämpiä polkimia saa kiinnitettuä mitenkään riittävän jämerästi tai edes tässä tapauksessa suoraan.

Jeesusteippiä, vanha leikkuulauta, CD-levyjä pinottuna. TIS-tasot ovat korkealla tässä kuvassa

Suunnittelussa oli heti alusta lähtökohtana nostaa poljintasoa lattiatasosta selvästi. Tämä suositus tuli polkimien tekijältä Nielsiltä suoraan. Hänen mukaansa kilpa-autoissa on painopisteen optimoimiseksi hyvin matalalle sijoitetut istuimet, eli polkimet ovat lähes tulkoon samalla tasolla istuimen kanssa.

Obuttossa penkin ja rungon kiinnitys tapahtuu pulteilla, joista ylemmät kaksi ovat reilun 10cm korkeudessa. Vastaavasti alkuperäisen poljintason poikkirauta on suunnilleen samalla korkeudella, joten näiden kahden pisteen väliin saa levyn kiinnitettyä vaakatasoon.

Kulmarautojen mallailua rungon ja penkin väliin

Levyksi valikoitui helpon saatavuuden ja työstettävyyden vuoksi 16 mm liimapuulevy, jota sai Puuilosta juuri sopivassa 1000x300 mm koossa. Obutton jalkapäässä leveyttä on 350 mm, eli seuraavan koko 400 mm olisi ollut jo liian leveä. Onneksi 300 mm on juuri riittävän leveä polkimille. Tarkoituksena ei ollut panostaa hirveästi pintakäsittelyyn, kunhan se vain on musta. Näinpä pintaan tuli Bilteman mustaa vasaralakkaa pari kerrosta.

Polkimien mallailua tasolle

Yksiössäkin voi maalata

Polkimet löysivät helposti paikan ja niiden eteen sijoitettiin kulmarauta, joka toimii kantapään kiertopisteenä. Polkimien taakse jäi tilaa, jonne oli tarkoitus sijoittaa kytkimellä varustettu haaroitusjohto ja USB-hubi. Jälkimmäistä en kuitenkaan toteuttanut, sillä kaapelit yltävät helposti aina emolevylle saakka.

Polkimien johdot vedettiin suoraan levyn läpi ja levyn alapintaan kiinnitettiin polkimien 12-bittinen peliohjainkontrolleri. Samaan kontrolleriin sai myös kytkettyä sekventiaalikepin ja laippojen painikkeet. Polkimien runkojen maadoitukseen käytettiin ylimääräistä vaivaa, sillä se oli aiemmin aiheuttanut mystistä kontrollerin pätkimistä.

Johdot nätisti omia reikiään pitkin levyn toiselle puolelle.

Alapuolen johdotus, huomaa myös maadoitus.

Valmistajan ohjeiden mukaisesti load cellien kaapeleiden suojapunos ja maa kytkettiin yhteen, josta kaapelia jatkettiin 20cm itse kontrollerille. Poikkeuksena jarrupolkimen load cell, jossa on alunpitäenkin ollut pitempi kaapeli, eikä sitä tarvinut jatkaa enää pitemmäksi.

Suojapunos ja maa juotettuna, päälle kutistesukkaa

Penkkiä jouduttiin myös nostamaan yhden M8 pultin verran, koska levyn etureuna otti kiinni siirtovipuun. Tein itse, säästin.

Parannettavaa

Lopputulos

Yksikään projekti ei tietenkään mene ihan putkeen ja vaikka menisikin, aina löytyy parannettavaa.

Pintakäsittelyyn olisi tietysti voinut panostaa varttituntia enemmän. Valoa vasten näkee, ettei maalipinta ole tasapaksu vaan osasta kohtaa puun syyt näkyvät selkeämmin. Kevyt hionta ja muutama kerros enemmän maalia olisi tehnyt pinnasta tasaisemman. Pohjamaalaus olisi joka tapauksessa ollut liioiteltua.

Load cellien johtojen jatkamisessa olisi voinut käyttää pari senttiä enemmän kaapelia, sillä vedot ovat nyt vähän liian sopivan mittaisia. Tämän onneksi voi korjata siirtämällä kontrolleria pari senttiä kohti polkimia.

Levyn olisi myös voinut lyhentää määrämittaiseksi, vaikka käsisahalla, sillä epätasaisen puolen olisi saanut penkin alle piiloon. Näin penkkiä ei olisi myöskään tarvinnut nostaa. Tähän joka tapauksessa tarvitaan korjaus tulevaisuudessa, sillä en usko, että penkin kiskoja on suunniteltu tuettavaksi vain niiden kiinnitysreikien kohdilta. Pitemmällä aikavälillä kiskot saattavat vääntyä mutkalle, jonka jälkeen penkkiä ei enää voi liikuttaa.

Tästäkin projektista jäi jäljelle ylimääräisiä ruuveja, mutta vain siitä syystä, että ostin niitä ylimäärin.

Palautelomake

Kolmen klikkauksen palautelomake. Kiitos jo etukäteen.

Thrustmaster T500RS tuulettimen vaihto

Thrustmasterin varsin oivassa T500RS-ratissa on kiva pikku tuuletin, joka käynnistyy noin puolen tunnin ajelun jälkeen. Koska tuuletin ja ilmanottoaukot ovat kohtuuttoman pieniä on niistä syntyvä ääni varsin suuri. Suljetut kuulokkeet päässä ääntä ei kuule, mutta avoimien kuulokkeiden tai kaiuttimien kanssa melu vähintääkin häiritsevä.

Tässä helpossa modauksessa vaihdetaan alkuperäinen tuuletin suurempaan ja parannetaan ilman virtausta ratin sisällä.

Purku

Ratin purkaminen aloitetaan pohjasta, josta löytyy 7 ruuvia. Tämän jälkeen pohjalevy saadaan irroitettua. Pohjalevyn alta löytyy neljä ruuvia, jotka pitävät kantta kiinni. Näiden lisäksi ratin etulevyssä on kaksi ruuvia ja kannen irtoavan luukun alla yksi. Näiden irroittamisen jälkeen kansi on enää kiinni muoviklipsuilla, jotka aukeavat sopivasti voimaa käyttäen. omDidit näyttää kuvien kera koko purkuprosessin.

Alkuperäisen tuulettimen kiinnitys

Tuulettimen vaihto

Alkuperäinen tuuletin on Chieflyn valmistama 60x60x10mm, 12 VDC, 0.20 A spekseillä varustettu liukulaakeroitu pikku hyrrä.

Mallailtuani 92mm tuuletinta kanteen kävi pian selväksi ettei kotelon sisällä ollut riittävästi tilaa elegantille tuulettimen sijoitukselle. Vaihtoehdot tässä vaiheessa ovat:

1. Vaihtaa tuuletin hiljaisempaan, kuten Scythen Mini Kaze
2. Korvata alkuperäinen tuuletin isomalla, joka kiinnitetään kotelon ulkopuolelle, ehtaan hotrod-tyyliin

Uudella ja alkuperäisellä tuulettimella on kokoeroa

Luonnollisesti valinta kaksi oli voittaja. Tilalle tuleva, mistä lie hamstrattu, 92mm Ninebean kuulalaakeroitu tuuletin (12 VDC, 0.35A) pitää melkoista mekkalaa täydellä 12 voltilla, mutta hieman sivistyneemmällä jännitteellä melu pysyy kurissa ja ilmaakin vielä liikkuu enemmän kuin pikku hyrrällä ikinä.

Jännitteen pienentäminen onnistuu yksinkertaisesti yhdellä sarjavastuksella. Ensiksi täytyy selvittää tuulettimen nimellinen resistanssi, mikä onnistuu käyttämällä Ohmin-lakia tuulettimen valmistajan ilmoittamiin arvoihin.

U = R*I
R = U/I
  = 12V / 0,35A
  = 34Ω

Tätä kuorman approksimaatiota käyttäen voidaan laskea jännitejakoa käyttäen sopiva sarjavastuksen arvo. Labravirtalähteellä voi helposti hakea sopivan jännitteen, jolla tuuletin siirtää vielä ilmaa, muttei melua hirveästi. Arvioin 5-6 V olevan sopiva jännite. Jännitejaolla sarjavastuksen arvoksi saadaan:

      Vo = Vi * Rl/(R+Rl), missä Vo = lähtöjännite,
                                 Vi = tulojännite, 
                                  R = sarjavastus, 
                                 Rl = kuorma (tuuletin)
   Vo/Vi = Rl/(R+Rl)
Vo(R+Rl) = Vi*Rl
    R+Rl = Vi*Rl/Vo
       R = (Vi*Rl/Vo)-Rl
         = (12V * 34Ω / 5V) - 34Ω = 48Ω

Katso myös jännitejakolaskuri. Koska vastukset toimitetaan yleensä logaritmisissa sarjoissa, kuten E12, joudutaan vastus valitsemaan sarjan lähimmästä arvosta. Tässä tapauksessa se on sopivasti 47 Ω tai 39 Ω, joilla saa vastaavasti jännitteet 5,0 V tai 5,6 V. Huomioitavan arvoista on myös valitun vastuksen tehonkesto. Tyypillinen hiilikalvovastus kestää 0,25 W, eli 6,4 V jännitehäviöllä ja 39 Ω resistanssilla se tekee:

P = UI
U = RI 

I = U/R
  = 6,4V / 39Ω = 0.16A

=> P = UI
     = 6,4V * 0,16A = 1,1W

Näinpä tulisi käyttää vähintään viittä rinnankytkettyä vastusta, mutta koska vastus tulee olemaan aktiivisessa jäähdytyksessä, parillakin ehkä pärjää.

Huomaa että kuvassa johdot on vedetty väärältä puolen! Tuulettimen liitin on ratin oikealla puolen.

Sotkuisat hommat

Reiän teko onnistui helposti Dremelillä

Vaikka ratin kansi ei ole tasainen, joustaa se sen verran, että tuulettimen saa tiiviisti kiinni, eikä ilma jää pyörimään tuulettimen kehyksen ympärille.

Lopputulema

Uusi tuuletin on hiukan hiljaisempi, mutta siirtää merkittävästi enemmän ilmaa. Hiljaisuuden kannalta ei päästy aivan tasolle, jonka itselleni asetin. Tämä johtuu lähinnä tuulettimen valinnasta.

Jatkona projektille voisi olla tuulettimen vaihto esimerkiksi Zalmanin ZM-SF2:een, joka täydellä 12 V:n jännitteelläkin tuottaa vain 23 dB ääntä. Tätä voisi vielä laajentaa korvaamalla sarjavastuksen potentiometrilla, jolloin jännitettä voisi säätää portaattomasti juuri sopivaksi. Ratin kannessa olevat reiät tulisi myös sulkea esimerkiksi teipillä, jottei ilma kiertäisi ympyrää reikien ja tuulettimen välillä vaan kulkisi jäähdetettävien komponenttien läpi.

En vieläkään tiedä mitä näille yli jääneille ruuveille pitäisi tehdä?!

Palaute

Koska minulla ei ole mitään käryä, mihin suuntaan tätä blogia pitäisi viedä, pyytäisin että täyttäisit alla olevan monivalintalomakkeen.

Esipuhe

Manifesti

Tämän blogin perimmäinen tarkoitus on dokumentoida satunnaisia puuhastelujani jälkipolvien iloksi. Postaukset tulevat käsittelemään pääasiassa elektroniikkaa, pöytäautoilua (sim racing), ohjelmointa ja äänentoistoa.

Blogin tarkoitus ei ole näyttää miten voi säästää rahaa, vaan pääpaino on itse tekemisellä, eli tee-se-itse meininki on vahvasti läsnä. Itse tekeminen ei vain säästä rahaa, vaan myös luo uutta ja uniikkia samalla kasvattaen tekijäänsä summalla, jota ei voi rahassa laskea.

Kirjoittajasta

Olen kolmikymppinen IT-insinööri, jonka koulutustausta on elektroniikassa, mutta ammattiosaaminen web-kehityksessä. Hukkaan menneitä elektroniikkaopintojani pyrin elvyttämään elektroniikkaharrastuksella.