Tuotteen valmistuksesta tuli melko pitkä teksti. Pyrin kuitenkin kertomaan valmistuksesta ja ajatuksistani mahdollisimman tarkasti, jotta mahdollisesti halukkaat ja innokkaat ymmärtäväisivät prosessini mahdollisimman hyvin ja tarkasti. Lopussa tarkastelen myös työn sovellettavuutta koulussa, sekä muita didaktisia pohdintoja.
Tehtävänanto Tehtävänä oli valmistaa vahvistinsetti tarjolla olevien sarjojen mukaan. Vaihtoehtoina olivat Ideaportin 2x5W ja 2x35W vahvistinsarjat, kouluelektroniikan 2x5W vahvistinsarja tai omavalintainen sarja itse jostain internetistä etsittynä. Valitsin Ideaportin 2x35W Baxandall vahvistinsarjan, koska halusin että vahvistimesta irtoaisi enemmän tehoa. Halusin myös ottaa työn haasteena, sillä osia oli huomattavasti enemmän ja vaati työtä monin kerroin enemmän kuin kaksi muuta vaihtoehtoa. Toki vahvistimena 2x35W on vähemmän kuin mitä esimerkiksi normaali autosoitin antaa (4x40W), joten mistään päätä huimaavista tehoista ei voida puhua. Olisi se silti, kaikesta huolimatta, alusta loppuun itse tehty.
Materiaalit meidän piti hankkia melkein kaikki itse. Ainoastaan piirilevyn valmistukseen tarvittavan kuparilevyn saimme koulun puolesta. Muut osat piti itse hankkia Kouluelektroniikasta. Tekniikoiden suhteen luvassa oli paljon juottamista, olihan komponenttejakin todella monta. Itse piirilevyn valmistus oli itselleni aivan uusi asia, mutta kaikkineen melko yksinkertainen prosessi.
Heti alusta asti itselläni oli tarkoituksena tehdä koko järjestelmä futsaljoukkueemme pukukoppikaiuttimeksi, jolla ennen pelejä voimme kuunnella musiikkia pukukopissa valmistautuessamme peliin. Ideana olisi toteuttaa yksi ainoa laatikko, jossa olisivat sekä kaiuttimet, piirilevy, että säätönupit sekä liitännät. Näin laatikon kuljettaminenkin helpottuisi huomattavasti verrattuna että molemmat elementit olisivat omissa "kaapeissaan".
Piirilevyn suunnittelu ja valmistusValmistus alkoi piirilevyn suunnittelusta. Tämän toteutimme Circuit Wizard -ohjelmalla. Ensin keräsimme ohjelmasta kaikki tarvittavat komponentit, muutimme ne oikeisiin arvoihin ja lopuksi aloimme yhdistää niitä toisiinsa muodostaen piirilevyn pohjaa. Mallina meillä oli Ideaportin sivuilta tulostettu kuva piirilevystä (linkki liitteissä). Piirtäminen oli pitkä ja todella tarkka prosessi. Yksikin pieni virhe aiheuttaisi mitä todennäköisimmin piirilevyn toimimattomuuden. Onneksi kuitenkin teimme piirtämisen pareittain, mikä vähensi virheiden todennäköisyyttä. Levyn piirustuksen valmiiksi saattaminen vei kaikkineen n. 6 tuntia. Kun piirustus oli valmis, lisäsimme vielä piirustukseen tekstin helpottamaan oikein päin asettelua valotuksessa. Tarkastimme kaaviomme vielä useaan otteeseen ja lopuksi tulostimme piirtoheitinkalvolle kaksi kuvaa piirilevystämme (kalvot teipataan tarkasti toistensa päälle, jotta valotusta varten kalvo olisi mahdollisimman musta eikä reikiä muodostuisi).
Piirilevyn valmistus alkoi kuparilevyn leikkaamisesta. Ensin levy leikattiin oikean kokoiseksi, jonka jälkeen kuparipinta putsattiin ensin teräsvillalla, tämän jälkeen asetonilla. Kun pinta oli puhdas, suihkutettiin pintaan valotuslakkaa. Lakkapintainen levy laitettiin kuivamaan uuniin n. 60 asteeseen reiluksi 5 minuutiksi. Kun pinta oli tasainen ja kuivunut, laitettiin levy valoituslaitteeseen. Ensin laitteen lasin päällä asetettiin piirtoheitinkalvo oikein päin (eli kalvo väärinpäin, teksti väärin päin), jonka jälkeen lakkapinta asetettiin kalvon päälle. Kansi kiinni ja laite päälle. Valotus kesti 220 sekuntia. Valotuksesta levy siirrettiin kehitteeseen, välillä nostaen levyn nesteestä pois nähdäkseen kaavion muodostumisen. Kun kaavio erottui levystä hyvin (tämä vei vain muutaman minuutin), siirrettiin piirilevy huuhteluun ja siitä edelleen syövytysprosessiin ferrikloridiin. Syövytys kesti n. 10min jolloin kuparilevystä oli liuennut kaikki ylimääräinen kuparipinta, pois lukien valotettu kaavio. Lopuksi levy vielä huuhdeltiin vedellä ja viimeisenä kaavion pinta putsattiin lakasta asetonilla.
 |
| Piirtämämme piirilevyn layout. |
 |
| Tulostettu valotusmaski piirtoheitinkalvolla (kaksi kalvoa päällekäin). |
Piirilevyn esivalmistelut ja juottaminenEsivalmisteluina ennen juottamista piti levyyn vielä porata reiät. Tässä käytin 1mm terää. Kaiuttimien ulostulot ja käyttöjännitteen paikat porasin hieman isommalla terällä. Vielä hieman levyn puhdistamista ja piirilevy oli valmis komponenttien juottamista varten.
Juottaminen alkoi vastusten juottamisesta. Etenimme työparini kanssa hyvin systemaattisesti yhdessä. Kiinnitimme aina yhden koon vastukset kerralla kiinni, jonka jälkeen vielä vertasimme levyjämme keskenään, että komponentit olivat samoilla paikoilla kummallakin. Kun komponentit olivat kummallakin samoilla paikoilla, juotimme ne kiinni. Tätä prosessia toistimme kaikkien osien kohdalla. Ensin vastukset, sitten polyesterikondensaattorit (polko), elektrolyyttikondensaattorit (elko), keraamiset kondensaattorit (kerko), potentiometrit, diodit, transistorit ja lopuksi jäähdyttimen (IC) mikropiiri. Vahvistimessa oli myös mahdollisuus linjalähdölle, mutta tämän koimme turhaksi. Lopuksi juotimme vielä johdot kaiuttimille (vasen ja oikea. + ja -) sekä päälläolo-led ja särö-led (jotka juotin johtojen päähän koteloa varten). RCA-runkoliittimien sijaan ostin naarasplugin 3,5mm stereopiuhalle, jonka myös juotin johtojen päähän. Käyttöjännitteen plus-piuhan väliin juotin sulakkeen. Sain kaveriltani kannettavan tietokoneen virtalähteen, joka antoi 19V. Vahvistin kestää maksimissaan 18V joten alensin käyttöjännitettä kahdella diodilla jotka juotin peräkkäin myös pluspiuhaan. Käyttöjännitteen päähän juotin liittimen virtalähdettäni varten. Valitettavasti naaraspuoleista vastakappaletta virtalähteelleni ei löytynyt, joten jouduin vielä vaihtamaan urospäänkin toisen laiseksi. Kaikkien näkyvien liitosten päälle (mm.ledit) laitoin kutistesukan eristämään liitoksia.
Piirilevy oli kokonaisuudessaan valmis. Testiä varten kiinnitin vielä jäähdytyspiiriin alumiinilevyn laajentamaan jäähdyttävää pinta-alaa (ehdoton ennen levyn testausta). Testikaiuttimet soivat kertayrittämällä, ja vahvistin toimi kokonaisuudessaan kuin unelma! Särö-led toimi juuri kuten pitää, samoin myös äänenvoimakkuuden säätö ja sävynsäätimet (basso ja diskantti).
Kaiutinkaupoille matkani käy. Kouluelektroniikasta mukaan lähtivät koaksiaali-autokaiuttimet mallia Top Audio. Tehoksi paketti lupasi 2x100W, joka ilmiselvästi ilmoittaa "Piikki-tehon", johon sisältyy paljon Hatti-Watteja ja josta RMS-teho on kaukana... Toisaalta, eipä n.25e hintaan mitään huippulaatua voi odottaakaan. Ja ritilätkin vielä tulivat kaupan päälle!
Boxin valmistusVoin aloittaa itse boxin teon hyvillä mielin. Materiaaliksi valitsin mänty-liimalevyn, jota Tampereen Bauhaus myi edulliseen hintaan. Paksuutta levyllä oli 16mm. Sinällään ohuempikin olisi itselleni kelvannut... Lisäksi ostin Sikaflex-massaa laatikon tiivistämistä varten. Alunperinkin suunnitelmanani oli verhoilla kaiutinlaatikko jollain kankaalla, johon omalta killaltamme löytyi myytäväksi keinonahkaa kelpo hintaan. Väriksi valitsin valkoisen.
Kaiutinlaatikon suunnittelussa lähtökohtana itselläni oli tehdä yksi kiinteä paketti, johon siis tulisivat kaikki: molemmat kaiuttimet sekä piirilevy. Laatikon muoto oli aika nopeasti mielessäni. Etulevy olisi kaarevan muotoinen ollen hieman vinossa kulmassa (alareuna pidempi kuin yläreuna).
Laatikon mittoja pitkälti mukaili piirilevyni koko, jonka suunnittelin asettavani laatikon keskelle pystyyn, koska tällöin laatikosta tulisi melko passelin kokoinen 6,5-tuuman kaiuttimillenikin. Myös kaiutinelementtien laatikoiden tilavuus olisi mielestäni riittävä, jos piirilevy määrittäisi laatikon syvyydenkin. Mäntylankusta höyläsin ja liimasin ensin kaksi lankkua päällekäin, jotta saisin levystä riittävän korkean. Lisäksi liimasin lankkujen päihin lyhyet pätkät kumpaakin päähän, jotta saisin puusta muotoiltua riittävän kaarevan. Kun liima oli kuivunut, hahmottelin lankun päähän haluamani laisen kaarevan muodon, jonka onnistuneesti leikkasin vannesahalla. Lopuksi hioin levyn sileäksi ja paksuuskin oli hyvin lähellä hankkimieni levyjen kanssa, siis 16mm:ä.
Seuraavaksi hahmottelin pohjalevyn muodon ja kansilevyn muodon. tein levyistä tarkoitukselle ensin liian pitkät, jotta voisin myöhemmin lyhentää levyt oikeaan mittaan. Koska etulevy tulisi vinoon, leikkasin pohja- ja kansilevyn etureunatkin vinoon kulmaan. Tässä toimiva laite oli pistosaha. Hieman hiontaa ja levyt sopivat etulevyn kanssa yhteen hyvin.
Tarvisin neljä seinää. Kummatkin kyljet, sekä levyt piirilevyn molemmille puolille (ja jotka myös muodostaisivat kaiuttimille omat, tyhjät kaikutilat. Nämäkin neljä seinää piti saada vinoon kulmaan. Seinistä oli hyvä tehdä myös hieman pitkät, jotta pelivaraa olisi ja laatikon saattaminen oikeaan syvyyteensä helpottuisi.
Ei tarvittu kuin yksi kaareva pinta koko laatikossa ja työmäärä valehtelematta lisääntyi vähintään kolminkertaiseksi verrattuna jos laatikko olisi ollut suora joka sivulta. Vaikkakin homma kuulostaa varmasti omaan korvaan yksinkertaiselta, on kuitenkin totuus jotain ihan muuta.
Mitoitin seinien paikat oikeille paikoilleen. Kiinnitin ne alustavasti 6mm puutapeilla pohjalevyyn. Liimaa en kuitenkaan voinut vielä käyttää, koska kaikki kappaleet olisivat huomattavasti helpommin verhoiltavissa jos ne olisivat irrallisia. Kun seinät olivat tapitettu, tapitin kansilevyn kiinni seiniin.
Nyt rungosta oli puutapeilla kasassa pohjalevy, seinät ja katto. Alkoi Etulevyn hahmottelu paikalleen. Onnistuin saamaan levyn tapitettua yllätävän hyvin paikalleen, johon se myös istui nätisti. Etulevyyn oli nyt helppo rungon ansiosta merkitä viivat ja leikata ylimääräiset pois jokaiselta sivulta. Tähän mennessä olin aikaa työhöni käyttänyt monta tuntia, mutta mielenkiinto ja into oli edelleen korkealla.
Hahmottelin piirilevyä paikoilleen laatikon sisään. Potentiometrit olivat kiinni levyssä, joten etulevyyn reikien hahmottelu niitä varten oli helppoa. Sen sijaan kaiutinelementtien reikien teko olikin työläs. Kiitos tästä kuuluu edelleen kaarevalle muodolle. Reiän koko oli helppo leikata oikeaan kokoonsa (kaiuttimesta mauserilla oikea reiän koko ja harpilla piirtää levyyn poistettava osa). Porasin ensin ympyrän sisään riiittävän kokoisella poranterällä reiän, josta oli helppo lähteä pistosahalla leikkaamaan osia irti. Sen sijaan ongelmallisin oli elementtien saaminen suoraan kaarevaan pintaan. Kaikkia mahdollisia ja vähemmän mahdollisia vaihtoehtoja pohdittuani vaihtoehdoksi ei jäänyt muuta kuin koristeveistotaltoilla ja hiomapaperilla käsin muotoilu. Tämä veikin aikaa melko lailla. Kaiken jälkeen, sain kuitenkin pinnat tasaisiksi myöhempää kaiuttimien asennusta varten.
Seuraava tehtävä oli saada kotelo oikeaan syvyysmittaansa. Laitoin piirilevyn paikalleen siihen kohtaan johon sen tulisin asentamaan ja katselin kotelon mittaa. Syvyys vaikutti hyvältä joten merkitsin leikkausviivat oikeille paikoilleen. Jätin ulkokehyksen (pohja, kansi ja sivut) n.4cm pidemmiksi kuin sisäseinät. Täten takalevy uppoisi reippaat kaksi senttiä sisään, jottei takakanteen asennettavat sulakepesä ja virtaliitäntä säästyisivät mahdollisimman hyvin kaikilta kolhuilta. Itse takakannen koko oli helppo mitoittaa kun kaikki muut olivat jo mitoissaan ja paikoillaan. Jotta saisin takalevyn kiinnitettyä, asensin sivulevyihin kolmion malliset, koko kotelon korkeat kiinnityspalat puusta. Näistä saisin myöhemmin takakannen ruuvattua kiinni kaiutinrei'istä käsin. Samalla myös porasin reiät sisäseinien ylälaitoihin, joista saisin kaiutinkaapelit vietyä elementteihin.
Enää puuttui muut koteloon tulevat reiät. Edellä mainitsemat virtaliitäntä (naaraskappale) ja sulakepesä saivat paikkansa takakannesta. Päälläolo-led ja särö-led päätyivät etukannen alalaitaan (niiden asennusta varten hankin kumiset asennuskehykset). Äänilähtö (aux naaras) oli mielenkiintoinen asennettava. Sitä varten ostin kouluelektroniikasta 10mm ledin asennuskehyksen, johon naarasliitin melkein mahtui sisään. Hioin hieman kehyksen sisäpintoja sekä liittimen metallikuoreen viilasin urat, jotta liitin pysyisi hyvin kiinni kehyksen muoviväkäsissä (estävät liitintä liikkumasta taaksepäin. Aux-lähtö löysi paikkansa sävynsäätimien ja ledien välistä, keskeltä etulevyä.
Osat olivat valmiit, oikeissa mitoissa ja valmiit verhoiltaviksi. Verhoilu oli helppoa kun osat olivat irti. Kiinnitin nahan levyihin paineilma-nitojalla, joka oli oikean mainio työväline tähän! Hieman joidenkin kulmien saaminen siistiksi vaati aikaa, muuten verhoilu sujui ilman sen suurempia ongelmia. Ylimääräiset leikkasin terävällä mattopuukolla pois, jotta puutappien asennusreiät eivät olisi piilossa. Jätin liimauspintoihin n.1cm verran puuta näkyviin, jotta liima ottaisi muutenkin kiinni levyjä liimattaessa. Kaikki asennusreiät leikkasin auki. Kaiutinaukon reunoihin nidoin nahan kiinni, muihin reikiin ei kiinnitystä saanut (periaatteessa liima olisi ollut vaihtoehto, mutta en kokenut sitä tarpeelliseksi).
Liimauksessa oli tärkeää miettiä, mitä kannattaisi ensin kiinnittään. Ensin liimasin kaikki seinät pohjalevyyn, jonka jälkeen liimasin kannen paikoilleen ja laitoin koko paketin puristimilla puristuksiin. Mitään muuta en vielä laittanut kiinni. Kun liima oli kuivunut ja puristimet irroitettu, voin asentaa piirilevyn omalle paikalleen, samoin kun kaiken muunkin. Ledit ja sulakepesän jouduin juottamaan irti, jotta sain ne paikoilleen. Kutistesukkaa käytin tuttuun tyyliin kaikkiin näkyville jääviin pintoihin. Kun kaikki osat olivat juotettu ja kiinni omilla paikoillaan, asensin piirilevyn kiinni omalle paikalleen, jottei se pääsisi liikkumaan kotelon sisällä. Porasin piirilevyn kulmiin (ei kiinni johteisiin) reiät, joista kiinnitin levyn pulttien ja mutterien avulla tiukasti kiinni toiseen sisäseinään.
Etulevyn liimasin erikseen ja laitoin puristuksiin. Liiman kuivuttua asensin vielä takalevyn omalle paikalleen ruuvaten sen kiinni kaiutinrei'istä käsin. Lopulta koko paketti oli kuin olikin kasassa. Voisin veikata käyttäneeni kokonaisuudessaan aikaa tähän mennessä yli vuorokauden. Edelleen intoa oli, varsinkin kun kotelo ja sen verhoilu näyttivät kokonaisuudessa todella hyviltä!
Viimeistelyjä vaille valmista. Ensimmäiseksi tiivistin kaikki sisäsaumat sekä kaiutinpiuhojen reiät "possumassalla" (sikaflex), jotta kotelo olisi mahdollisimman tiivis. Kaiuttimia asentaessa leikkasin niiden alle ohuet pehmikkeet (materiaalista jota en tiedä, solumuovia pehmeämpää) tiivisteiksi. Elementit ruuveilla kiinni, samoin kuin suojaritilät niiden päälle. Vielä säädinnupit paikalleen ja koko paketti oli kasassa. Vielä pisteeksi i:n päälle kantokahva ja pohjaan kumitassut. Olo oli tyhjentynyt, mutta onnellinen.
Pitihän sitä päästä kokeilemaan. Hyvät humpat boxista lähti ja lopputuloksesta olin todella tyytyväinen. Jos jotain tekisin toisin, niin piirilevystä olisi voinut tehdä hieman pienemmän. Täten koko kotelokin olisi ollut astetta pienempi. Tosin siinä vaiheessa olisi pitänyt miettiä, olisivatko kotelot liian pienet 6,5" elementeille.
Etulevyn kiinnitys vuorossa. Takalevy sovitettuna paikoilleen.
 |
| Valmis kaiutinlaatikko. Virta kytkettynä, josta ilmoittaa vihreä led. |
 |
| Lopullinen versio. Säätönupit vaihtuivat vielä metallisiin, hieman tyylikkäämpiin versioihin. |
Tosikäytössä
Kaiutinboxi oli ensimmäistä kertaa kunnon kokeilussa ensimmäisessä playoff-kotipelissämme. Boxi sai todella hyvää palautetta joukkuetovereiltani, sekä myös musiikki soi kopissa todella miellyttävällä tavalla. Näiden kommenttien ja todella positiivisen palautteen myötä, voin olla työstäni entistäkin tyytyväisempi.
Sovellettavuus koulussa
Mielestäni vastaavanlainen työ soveltuu oikein hyvin koulussa toteutettavaksi. Tällaisessa mittakaavassaan se sopisi ehkä paremmin yläasteen viimeisille luokille, ehkä mieluiten 9.luokalle. Huomattavasti parempi vaihtoehto oppilaiden kanssa olisi toteuttaa 2x5W vahvistinsarja, jossa komponenttejakaan ei ole ihan näin paljoa ja piirilevyn layout on muutenkin yksinkertaisempi. Näin ollen työ soveltuisi helpommin esimerkiksi seitsemännelle luokalle. Mikäli kaikki tekisivät saman vahvistinratkaisun, olisi valmistusprosessia huomattavasti helpompi ohjeistaa ja valvoa.
Myös itse vahvistimen piirilevyn toiminnan selittäminen ja jokaisen komponentin tehtävän kertominen olisi helpompaa. Oman 2x35W piirin toimintaa ja komponenttien tehtäviä en osaisi kovinkaan hyvin (ainakaan tällä hetkellä) selittää oppilaille. Toiminta olisi ollut hyvä käydä jollain tunnillamme läpi, jota emme siis ollenkaan tehneet. Vaikkakin piirilevyn toiminnan ymmärtäminen ei välttämättä ole oppilaalle kaikkein oleellisinta ja hyödyllisintä tietoa, olisi mielestäni hyvä asiasta ymmärtää ja tietää edes jotain pienessä määrin.
Oppilaiden näkökulmasta ajatellen koen itse työn mieleiseksi niin tytöille kuin pojillekin, koska nykypäivänä musiikin kuuntelu on monille jokapäiväinen asia ja likipitäen jokaisella puhelimella se on nykypäivänä mahdollista. Ainoa ongelmakohta on iänikuinen kysymys resurssien riittävyydestä, koska osat ja elementit maksavat kuitenkin jonkin verran ja tuskin koulun puolesta on mahdollista ostaa kaikille oppilaille tarvittavat osat. Näin ollen oppilas itse joutuu työstään todennäköisesti jotain maksamaan, joka saattaa osalle olla kynnyskysymys tuotteen toteuttamiseen.
Kaikkineen työ on loistava. Toteutukseen voidaan yhdistää elektroniikka- ja puukäsityötunteja, sekä boxin valmistus antaa jokaiselle oppilaalle mahdollisuuden tehdä kaiuttimista täysin oman näköisensä ja -laisensa. Vain oma mielikuvitus on rajana.
Laatikon arviointi on mielestäni huomattavasti helpompi kuin itse piirilevyn. Piirilevyssä oleellisiksi seikoiksi nousevat oppilaan pitkäjänteisyys ja tuotteen saaminen toimivaksi. Järjestelmällisyys on oleellinen seikka, jotta piirilevystä saa kerta heitolla toimivan. Juotosten laatu ja ulkonäkö, sekä piirilevyn yleisilme kertovat paljon oppilaan osaamisesta ja tarkasta toiminnasta. Myös mahdollisten ilmenevien ongelmien saattaminen onnistuneesti ratkaistuksi kertoo pitkäjänteisyydestä ja motivoituneesta toiminnasta.
Liitteet
Ideaportin ohje vahvistimelle
http://www.kolumbus.fi/mikko.esala/TDA7370_BAX.pdf
