Build your own Box!

Für alle die Interesse haben sich eine Aktivbox nachzubauen und eine kleine Hilfe zum Bau benötigen habe ich versucht alle Bauschritte und Teile unserer Denkprozesse zusammengefasst um manche Konstrutionsentscheidungen besser zu verstehen.
Die Box, die Ich mir vorstelle und zusammen mit ST, Uhl, Flo und Onny gebaut habe, ist relativ klein und vom Sound her nicht übermäßig laut dafür aber sehr leicht und überall hin transportierbar.

Generell ist wichtig zu wissen das man mit gefährlichen Spannungen arbeitet und das wir keine Haftung für den Bau und Betrieb der Box bei einem Nachbau übernehmen.

Vorbereitung:

• Case:

Um bei dem Bau der Holzbox schnell voran zu kommen und bei diesem Schritt nicht zu viel Zeit zu verlieren habe Ich ein CAD-Modell mit Solidworks entworfen und eine Materialliste exportiert. Diese, bestehend aus Holzplatten und Innen-Querleisten, kann bei einem Baumarkt in der nähe abgegeben und geordert werden. Wenn mann viel Zeit und Spaß am handwerklichen Arbeiten hat kann man dies auch selber zusägen. Als Material für die Holzplatten haben wir MDF-Platten mit einer Stärke von 10 mm verwendet. Mann kann auch stärkere Platten verwenden, sollte aber darauf achten, dass dann das Gewicht zunimmt. Wenn man alle Teile für die Holzbox zusammen hat kann man mit dem Montieren beginnen.

Um die später montierten Speaker an der Vorderseite und die Anschlüsse an der Rückseite ein wenig vor Stößen zu schützen, haben wir die Vorder- und Rückseite um einen Zentimeter nach innen versetz.

• Verstärker:

Als Verstärker haben wir in dieser Box einen 2 x 50 Watt Class D Verstärker (TDA7492) verbaut. Dieser ist bei Sure Elektronics zu erwerben und kostet ca. $25 (bei Ebay nochmals um einiges günstiger). Die “Besonderheit” des Verstärkers ist das es ein digital (Class D) und kein analog (Class A-B) Verstärker ist und somit einen geringen Energiebedarf hat durch einen höheren Wirkungsgrad und  damit weniger Abwärme.

• Speaker

Die Lautsprecher haben wir aus alten Boxen ausgebaut. Bei den Speakern gibt es sehr vieles auf das man achten kann, generell ging es uns bei der kleinen Box darum das die Speaker nicht zu groß sind und in das geplante Gehäuse reinpassen. Das wichtigste Merkmal auf das man sich bei der Wahl der Speaker verlassen sollte ist meiner Meinung nach der Klang. Diesen kann man am besten raushören wenn man zwischen mehrern Speakern vergleicht und damit sein Gehör einwenig sensibilisiert. Der Klang ist von Speaker zu Speaker unterschiedlich und hat nicht immer etwas mit Preis, Alter und Gewicht zu tun. Das Gewicht sollte man dabei nicht unterschätzen, da man mit der Box flexibel sein will.
Wir haben bei der Wahl der Tieftöner noch darauf geachtet, dass es sich um eine Kunstoffmembran handelt, da diese eine lange Lebensdauer aufweißt.

• Akku:

Für den Akkubetrieb benutzen wir Litium-Ionenzellen wie sie in Laptops zufinden sind. Hier kann man einfach einen aus einem alten Laptop benutzen, gesetz den Fall er hat noch eine ausreichende Kapazität und vollfunktionierende Ladeelektronik (die kleine Platine die mit den Zellen verbunden ist). Der Vorteil der Litium-Ionenzellen ist das Gewicht, es macht die Box sehr leicht. Weiteres zu den Litium-Akkus kommt später im Bereich der Ladeelektronik.

Als Beispiel ist hier ein 3s 2p Akku abgebildet.

• Netzteil:

Um die Versorgungsspannung für den Verstärker und den Akku zu transformieren benötigt man ein regelbares Computerschaltnetzteil mit geeignetem Spannungsbereich und ausreichend Leistung damit die Ladezyklen nicht zu lange dauern. Der Vorteil eines Schaltnetzteil ist der Wirkungsgrad (ca 90 %). Es wandelt mit geringen Verlusten die normale Netzspannung 230 Volt in eine gewünschte Spannung um.
Wir haben in unserer Box ein Schaltnetzteil verwendet das die Spannung durch tauschen eines Adapter-Steckers ändert (siehe TECHSOLO TNP-40AT, 40 W). Dies ist für uns von Vorteil, da das Tauschen des Adapter-Stecker lediglich die Änderung eines Widerstandes bedeutet. Wir haben den Adapter Stecker mit einem verstellbaren Widerstand, einem sogennantem Potti, getauscht und können durch verändern des Wiederstandes die genaue Spannung einstellen, die das Schaltnetzteil für uns transformieren soll.

Montage

Wir haben erst die Vorder- und Rückseite ringsherum mit den Querlatten verschraubt und anschliesend die Seitenwände angebracht. Bei der Montage der Schrauben haben wir immer Löcher mit einem 2 mm Bohrer vorgebohrt und Senken für die Schraubenköpfe gefräst.

Um mit den Schrauben immer die Mitte der Querlatten zu treffen empfielt es sich auf allen Platten die Mitte der Querlatten anzuzeichnen:

Danach haben wir die Ober- und Unterquerlatten zur stabilisation montiert und vorerst den Ober- und Unterdeckel angebracht:

Den Zeitaufwand für einen Kasten würde ich auf 1-2 Stunden schätzen.

Als nächsten Schritt haben wir die Vorderwand wieder abmontiert und die Löcher für die Speaker mit einer Stichsäge so genau wie möglich ausgesägt. Für die Löcher der Hoch- und Mitteltöner haben wir einen Lochkranzbohrer verwendet was die Arbeit beschleunigt. Für das Loch des Tieftöners haben wir zuerst ein Loch vorgebohrt und anschließend mit der Sticksäge ausgesägt.

Um die Speaker nicht zu verschmutzen ist es zu empfehlen, vor dem montieren der Speaker zuerst die Löcher für die Anschlüsse zu bohren und auszufeilen. Außerdem müssen noch Löcher für den “Bassreflex” gebohrt werden, wir haben uns dabei für einen Durchmesser von jeweils 2 cm entschieden.

Bei den Anschlüssen haben wir uns einige Gedanken gemacht:

Für die Stromversorgung haben wir uns überlegt eine Kaltgerätebuchse einzubauen, da es für diese in so gut wie jedem Haushalt ein passendes Kabel gibt. Außerdem ist ein Kaltgerätekabel sehr stabil und robust, was eine höhere Sicherheit für die Box bedeutet wenn an diesem Anschluss die Verbindung an das 230 Volt Hausnetzt hergestellt wird, welches eine tötliche Spannung ist. Das heißt immer auf gute Isolierung achten und bei der Montage immer den Netzstecker ziehen. Für den Audioausgang habe Ich bei dieser Box eine XLR-Buchse verwendet, was ein ziemlich aussergewöhnlicher Stecker ist. Man kann als Audioausgang auch eine Klinke- oder Chinch-Buchse einbauen, wir haben allerdings die Erfahrung gemacht, dass diese recht instabil sind und zumal die Box am häufigsten Outdoor und auf Partys im Einsatz ist, bei solchen Gelegenheiten eine Klinke-Buchse sehr schnell bei unsachgemäßer Handhabung herausbrechen kann. Um die Box zu schalten haben wir einen Wippschalter eingebaut.

Damit man unterwegs noch den Mp3-Player oder das Handy laden kann, haben wir noch USB-Buchsen zum Laden eingebaut.

Die Kaltgeräte-Buchse und den Schalter haben wir aus einem alten Computernetzteil ausgebaut. Die XLR-Buchse bei Pollin bestellt und die USB-Buchsen von einem Zigarettenanzünder-Adapter abgelötet:

Beim anschließen der USB Buchsen ist uns aufgefallen, dass für manche Geräte, z.B die der Marke “angebissener Apfel”  es nicht ausreicht nur die zwei jeweils links und rechts äußeren Ports, die zur Stromversorgung dienen, anzuschließen, sondern dass man auch die mittleren zwei  Datapins benötigt damit das jeweilige Gerät zu laden beginnt. Wenn man gleichzeitig Laden und Musik hören möchte ist ein störendes Geräusch zu hören(Common ground fuck up). Die Lösung wäre eine galvanische Trennung. Der Zigarettenanzünder-Adapter generiert eine 5 Volt Versorgungsspannung aus einer Spannung zwischen 12 und 24 Volt, diesen kann man dann direkt die Versorgungsspannung des Verstärke mit anschliesen.

Wenn alle Buchsen montiert sind kann man die Speaker sowie die Frequenzweiche montieren und diese anschließen.

Die Frequenzweiche teilt das Ausgangsaudiosignal des Verstärkers in Tief-, Mittel- und Hochfrequenz. Wenn man nicht genau weiß auf welchem Kabel welche Frequenz läuft kann man mit dem Tieftöner die Frequenzen durchtesten bzw. raushören. Man sollte aber auf keinen Fall die Tiefe Frequenz an den Hochtöner anschließen. Die Frequenzweiche kann man z.B aus einem alten Lautsprecher ausbauen (siehe nächstes Bild oben).

Als nächsten Schritt haben wir den Verstärker an eine Seite neben die Frequenzweiche  montiert und den Audioausgang mit der Frequenzweiche verbunden (siehe Datasheet oder User-Manual des Digital-Verstärkers oder User-Manual). Das Audioeingangssignal des Verstärker kann mit einem geeignetem Kabel mit der XLR-Buchse verbunden werden. Den auf dem Verstärker vorhandenen Lüfter haben wir abgesteckt, da er unserer Meinung nach nur unötig Energie verbraucht und schon durch den Bass schon eine ausreichende Zirkulation der Luft vorhanden ist. Auch ist ein Frischluftaustausch mit der Umgebung durch den Bassreflex möglich wodurch Abwärme abgegeben wird.

Im nächsten Schritt kann das Netzteil montiert und ein erster Soundtest durchgeführt werden. Hierfür muss das Netzteil auf der 230 Volt Seite mit der Kaltgeräte Buchse und auf der z.B. 19 Volt Seite mit dem Verstärker verbunden werden.

Um im Inneren der Box Kabel mitteinander zu Verbinden haben wir sogennante Wago-Klemmen verwendet, mit denen man einfach die Stromversorgung verkabeln und ggf. noch Sonderfunktionen wie Schalter einbauen kann.

Ladeelektronik

Beim Laden der Box ist sicherlich noch einiges an Verbesserungsarbeit zu Leisten. Momentan haben wir zwei Boxen die mit folgender Schaltung funktionieren.

Die Spannung des Netzteil wird, falls notwendig, mit Hilfe des Pottis auf eine für Akku und Verstärker geeignete Spannung angepasst.

In meiner Box haben wir einen 8 Zellen Akku verwendet, dieser ist als 4 Zellen in Reihe und 2 Zellen Parallel angeordnet: Man spricht von 4 s 2 p. Die Nennspannung pro Zelle beträgt 3,7 Volt und der Ladeschluss 4,3 Volt. Bei 4 Zellen in Reihe bedeutet das Nennspannung des Akkus: 4*3,7 = 14,8V und Ladeschluss (die Spannung die nicht überstiegen werden sollte): 4*4,3 = 17,2. Um auf Nummer sicher zu gehen haben wir die Spannung des Netzteils auf 17 V eingestellt.

Die Ladeeletronik, die auf dem Akku montiert ist, ist für meherer Faktoren extrem wichtig:  Sie sorgt dafür, dass der Akku, wenn er unter einer bestimmten Spannung ist abgeschaltet wird und kein Strom mehr abgibt. Das ist wichtig, da eine Tiefentladung irreversible Schädigung des Akkus zu folge hätte. Sie sorgt außerdem dafür, dass der Akku, wenn er vollgeladen ist oder mit  einer Spannung über 17,2V geladen wird, abschaltet. Ein weiteres wichtiges Feature der Ladeelktronik des Akkus ist das Autobalacing der Zellen. Sie überwacht die Spannung jedes Zellen-Paares und gleicht dies bei Abweichung aus. Eine wichtige Verbesserung unserer Ladeelektronik wäre die Informationen der Ladeelektronik des Akkus auszulesen.

Für die einfachste Funktionsweise reicht es die + und – Pins der Ladeelektronik des Akkus an die Versorgunsspannung (Netzteilausgang) anzuschließen.

Ich habe bei meiner Box zwei 8 Zellen Akku-Packs parallel eingebaut und kann somit eine Laufzeitdauer von 24 Stunden auf Vollast überschreiten. Wie lang sie genau hält haben wir noch nicht herausgefunden. Wir haben unsere Boxen so verschaltet, dass ein Betrieb ohne Akku möglich ist. Sprich man kann die Box mit Akku, am Hausnetz oder mit beiden kombiniert benutzen. Somit kann man die Box auch als Anlage für zuhause verwenden ohne dass der Akku beansprucht wird.

Mit einem Schalter, für den weitere Wago-Klemmen verwendet wurden, kann man den Akku und Verstärker von dem Netzteil trennen.

Kosten und Zeitaufwand

• 10 Euro Material für das Case
• 20 Euro für den Verstärker
• 15 Euro Netzteil

Der Zeitaufwand ist schwer einzuschätzen

Weitere Features

• Licht
• Bluetooth
• FM Transiever
• Audioausgang zum vernetzen mehrerer Boxen
• Laptop Ladeausgang
• Integriertes Display
• Integrierter Mp3 Player und Speicher für Musik
• Integrierter WLAN-Accesspoint
• Stromversorgung bzw. Ladevorgang via. Solarzellen
• Messen von Lautstärke in Dezibel
• Anzeige für Akku-Füllstand/Status
• QI Wireless-Charging Pads für Smartphones http://www.qiwireless.com/astore/charging-pads/

Chrisses Travelbox, ein Highlight in Dresden bei der Elbe-Flut 5.6.2013, auch für das ZDF (ab Min. 0:43):

Auch lässt sich mit der Box prima Snowboard fahren :)