Removendo os recursos inteligentes de um Marshall Uxbridge
(tomscii.sig7.se)- Dois Marshall Uxbridge Voice descartados foram modificados para formar um par estéreo biamplificado baseado em entrada RCA analógica, sem Bluetooth nem avisos por voz
- A arquitetura original dependia de uma placa Linkplay com SoC Amlogic A113X, módulo sem fio e amplificador Class D ESMT AD85050, e tinha cerca de 300 ms de latência, o que a tornava inadequada para audição estéreo em campo próximo
- O novo circuito usa alimentação única de 18 V com crossover ativo Linkwitz-Riley de 4ª ordem com LM833 e amplificadores lineares de potência LM1875T para acionar woofer e tweeter separadamente
- O projeto foi validado com simulações em XSchem e ngspice, protótipo em breadboard, a PSU real do Uxbridge e a carga dos alto-falantes, gerador de tons e escuta A/B com música, obtendo compensação de graves satisfatória até cerca de 35 Hz
- O resultado final virou um par de caixas analógicas seladas sem funções inteligentes, e os arquivos de hardware em KiCAD e de XSchem/ngspice foram publicados sob licença MIT
Transformando dois smart speakers descartados em um par estéreo
- Dois smart speakers Marshall Uxbridge Voice foram encontrados em estado quase novo
- Um era preto e o outro branco
- Ao ligar, saía o aviso de voz: “NOW IN SETUP MODE. FOLLOW THE INSTRUCTIONS IN YOUR DEVICE’S COMPANION APP.”
- Em um desktop Linux com Debian stable, foi possível conectar o speaker por Bluetooth e reproduzir música com
blueman-manager - Apesar do tamanho pequeno, os graves eram profundos e fortes, e os agudos claros e detalhados
- Porém, havia uma característica de “disco smile”, com médios recuados, possivelmente por causa do EQ padrão
- Tentou-se usar os dois como par estéreo, mas no estado original o computador só conseguia conectar um por vez via Bluetooth
- Ao assistir vídeos, havia cerca de 300 ms de atraso em relação a fones com fio, e diferenças de latência entre os dois aparelhos poderiam arruinar a imagem estéreo
- Durante a reprodução de música, o aviso “CONNECTION UNSUCCESSFUL. CHECK YOUR APP FOR INSTRUCTIONS AND TRY AGAIN.” interrompia o áudio, o que levou ao objetivo de remover as funções inteligentes
- O objetivo final era ter caixas estéreo com apenas uma entrada de linha RCA analógica na traseira, sem Bluetooth, sem latência e sem avisos por voz
Estrutura interna do Uxbridge e eletrônica original
- Ao remover 6 parafusos Phillips traseiros e abrir com uma alavanca fina, é possível acessar o interior do gabinete
- Havia espuma de vedação para manter a caixa selada, deixando o encaixe bem firme
- A eletrônica principal fica em uma placa presa ao painel traseiro, alimentada por um conector JST grande vindo de uma PSU separada sob o woofer
- Dois conectores JST pequenos vão para o woofer e o tweeter, respectivamente
- Uma placa auxiliar com controle superior de volume e tonalidade, microfone, botões e o LED RGB frontal inferior é ligada por cabo flat
- Na placa principal há uma placa-filha marcada como Linkplay
- Ela parece ser um módulo OEM de smart speaker com SoC Amlogic A113X, chips de memória e módulo sem fio
- Fios vindos do módulo sem fio vão até duas antenas patch perto das duas extremidades superiores do painel traseiro
- O amplificador de áudio é baseado no ESMT AD85050, aparentemente um chip de 48 pinos semelhante à linha TI TAS5727 de amplificadores Class D
- A configuração é de 2 canais, acionando tweeter e woofer separadamente
- Ambos os drivers mediram cerca de 4 Ω
- Seguindo as conexões, ficou claro que o controle I2C, o fluxo de áudio digital I2S de 2 canais e a alimentação de 3,3 V vinham todos da placa-filha
- Essa mesma placa também gerava os avisos de voz problemáticos
Tentativas de reaproveitar a placa original e desistência
- No começo, parecia desperdício jogar fora toda a eletrônica existente entre a PSU e os alto-falantes, então a ideia era reaproveitar o amplificador de potência original
- Ao remover a placa-filha, nada funcionava mais, o que combinava com a dependência de I2C, I2S e alimentação
- Tentou-se injetar entrada analógica soldando fios finos nas linhas LINP, LINN e AGND do chip ESMT
- Quando LINP era acionada de forma não balanceada e LINN presa ao terra, não saía som
- Aparentemente, algum mecanismo de proteção ou shutdown do chip entrava em ação
- Montando provisoriamente um circuito de acionamento balanceado com op-amp em breadboard, houve som, sem ruído, distorção ou interferência evidentes
- Porém, apenas o woofer funcionava, e o tweeter estava ligado ao outro canal
- Esse método exigiria duas entradas de áudio balanceadas para cada um, woofer e tweeter
- Seria preciso enfiar muitos patch wires e circuitos extras num gabinete apertado, e ainda havia muitas incertezas sobre capturar a configuração I2C e reproduzi-la com microcontrolador, ou alimentar diretamente a entrada I2S
- No fim, a decisão foi abandonar a placa original e partir para a substituição completa da eletrônica
Novo projeto analógico biamplificado
- Os requisitos do novo projeto eram usar a alimentação única de 18 V DC da PSU original, entrada de linha RCA traseira, manter a caixa selada, crossover em torno de 2 kHz, EQ/compensação adicional do speaker e dois amplificadores de potência, um para woofer e outro para tweeter
- Para os amplificadores de potência, a escolha foi o LM1875T, que possui circuito de referência para operação com alimentação simples
- Ele aciona drivers de 4 Ω
- A potência de pico estimada é de cerca de 5 W por driver, na prática principalmente para o woofer
- Isso foi considerado suficiente para audição em campo próximo e em ambiente silencioso
- O crossover usa uma estrutura Linkwitz-Riley de 4ª ordem
- Ele é formado por duas etapas em série de filtros Sallen-Key idênticos, passa-baixas ou passa-altas
- A inclinação é de 24 dB/octave, com a vantagem teórica de que a soma dos dois canais fica em 0 dB na região de crossover
- O op-amp escolhido foi o LM833
- Suas especificações incluem gain-bandwidth de 15 MHz, slew rate de 7 V/μs e ruído de tensão de 4,5 nV/√Hz
- Como é um op-amp duplo, um único chip pode formar um filtro passa-altas ou passa-baixas Linkwitz-Riley completo
- Para operar o circuito de op-amp com alimentação simples, foi usado terra virtual
- Para manter a separação entre os caminhos de sinal de woofer e tweeter e reduzir crosstalk pelo terra virtual, ele foi dividido em dois
Circuito dos filtros e simulação
- O sinal de entrada é acoplado em AC por C1 e ajustado ao nível de meia alimentação por R1 e R2
- C2, R3 e a impedância de saída da fonte que alimenta a entrada de linha formam um filtro passa-baixas de 1ª ordem, com frequência de corte de cerca de 50 kHz assumindo impedância de fonte de 600 Ω
- A ideia é remover interferência de RF antes do buffer de entrada U1A
- O caminho do tweeter consiste em duas etapas de filtro passa-altas Sallen-Key ao redor de U2B e U2A
- Isso funciona como um filtro passa-altas Linkwitz-Riley de 4ª ordem
- A saída TWR_IN aciona o amplificador de potência do tweeter
- O caminho do woofer começa com um filtro low-shelving ao redor de U1B
- Ele reforça os graves para compensar o roll-off de baixa frequência do woofer
- Depois passa pelos filtros passa-baixas Linkwitz-Riley ao redor de U3A e U3B, e WFR_IN aciona o amplificador de potência do woofer
- A resposta em frequência e fase foi validada com XSchem e ngspice
- A frequência de crossover elétrica é de 2 kHz
- Há um pequeno ressalto na saída somada, mas nos testes de escuta o roll-off de alta frequência do woofer parece compensar aproximadamente esse ressalto elétrico perto do crossover
- Segundo o SPICE, em 2 kHz a fase da saída do tweeter atrasa cerca de 19° em relação à do woofer
- Isso equivale a cerca de 26 μs de atraso, ou aproximadamente 9 mm de diferença de caminho acústico considerando velocidade do som de 340 m/s
- Na montagem real, o tweeter pode ficar um pouco mais perto do ouvinte que o woofer, produzindo uma diferença geométrica de sinal oposto
- Devido às características desconhecidas dos drivers e ao ambiente acústico não controlado, não foi adicionada compensação extra com atraso all-pass
Amplificadores de potência e condições de saída
- Os amplificadores de potência do tweeter e do woofer seguem o circuito de referência de alimentação simples do LM1875T
- O ganho de tensão foi ajustado para 20 para melhorar a estabilidade
- Em uma atualização de outubro de 2025, R15 e R19 foram alterados de 20 kΩ para 10 kΩ, elevando o ganho para 20
- A documentação do projeto e as imagens foram atualizadas para refletir essa mudança
- Os amplificadores do tweeter e do woofer diferem em alguns valores de capacitores
- Como o tweeter pode aceitar frequências de canto mais altas dentro de sua faixa de uso, foi possível usar componentes menores e mais baratos
- Os capacitores de acoplamento de saída foram escolhidos como componentes de alta qualidade para áudio
- A polaridade dos conectores de saída J3 e J4 é invertida entre si
- Isso acontece porque os conectores JST dos cabos dos drivers do Uxbridge foram crimpados com polaridades opostas
- A PSU original opera perto da faixa inferior de alimentação do LM1875
- A tensão mais baixa limita a saída, mas também reduz o aquecimento
- A dissipação térmica estimada é de no máximo alguns watts, e em idle fica abaixo de 1 W
Protótipo e ajustes
- O circuito completo foi montado em breadboard e testado ligado ao speaker real
- Em uma unidade de teste do Uxbridge, a eletrônica original foi removida
- Os fios dos alto-falantes foram prolongados e passados para fora pelo pequeno furo onde ficava o botão de Bluetooth
- O painel traseiro foi fechado e o furo vedado com fita o máximo possível para aproximar a avaliação de um gabinete realmente selado
- A própria PSU do Uxbridge foi usada para verificar possíveis problemas de compatibilidade entre fonte e circuito
- Um gerador de tons online foi usado para checar operação geral, polaridade dos drivers, nível na região de crossover e ajuste do filtro de compensação do roll-off do woofer
- O resultado satisfatório foi até cerca de 35 Hz, semelhante ao Uxbridge original
- Também foram feitos testes A/B com música
- De um lado, o novo circuito acionava o alto-falante montado em gabinete fechado
- Do outro, um Uxbridge original completo reproduzia via Bluetooth
- Após vários dias de comparação, a avaliação foi de que o novo circuito soa mais plano e preciso
- Em especial, os médios que pareciam vazios no Uxbridge original foram considerados melhores
- O aquecimento foi verificado tocando os dissipadores com o dedo
- As aletas planejadas para TO-220 só ficavam realmente muito quentes em volumes altos demais para uso contínuo
- Concluiu-se que não era necessário colocar dissipadores maiores dentro da caixa selada
PCB e projeto mecânico
- O ponto principal da PCB era corresponder ao tamanho da placa original e ao padrão dos furos de fixação
- Como o circuito é pequeno e pouco complexo, foi possível fazer um layout quase equivalente a placa de face única
- Quase todo o roteamento está no lado dos componentes
- O restante dessa face e a maior parte do lado de solda foram preenchidos com plano de terra
- Sob os dissipadores foram colocadas vias térmicas para que a PCB ajudasse na dissipação e espalhamento de calor
- Usar SMT permitiria reduzir a área da PCB pela metade, mas a escolha foi manter os componentes comuns já usados na breadboard
- A nova PCB tem cerca de metade do tamanho do painel original
- A compatibilidade dos conectores também foi ajustada para reutilizar os cabos existentes
- O conector de alimentação DC foi identificado como JST-VH e comprado
- Os conectores dos alto-falantes eram JST-XA e, como era difícil comprar peças novas, os soquetes da placa original foram removidos e soldados na nova PCB
- No protótipo foi usado JST-XH, de pitch parecido, mas o XH não tem o mecanismo de trava do XA
- A entrada de áudio usa conector JST-PH de 2 pinos e jack RCA de montagem em painel
- O jack RCA foi fixado no furo de 6,5 mm onde ficava o botão de Bluetooth
- A traseira foi preenchida com cola quente para manter a vedação
- Durante a montagem, a borda da PCB interferiu em uma coluna plástica interna de parafuso
- A causa foi ter esquecido um pequeno recorte da borda esquerda do painel original no contorno da nova placa
- Cerca de 2 mm da coluna plástica foram lixados e o pó removido com aspirador para concluir a montagem
Resultado e materiais publicados
- As duas caixas prontas se tornaram um par estéreo com entrada RCA analógica, sem funções inteligentes
- Após ouvir repetidamente vários álbuns ao longo de algumas semanas, a avaliação foi de fidelidade significativamente maior que a do Uxbridge original
- O ajuste do filtro ativo com o speaker real como carga provavelmente contribuiu para uma resposta de frequência melhor
- Também foi considerado provável que amplificadores lineares de potência operando em baixa saída gerem menos ruído e distorção
- A imagem estéreo nítida também foi vista como sinal de alta fidelidade
- A conclusão foi que, fora extremos como alta potência ou sinais extremamente pequenos, circuitos analógicos na faixa de áudio podem atingir nível bastante alto com semicondutores modernos sem grande dificuldade
- Os arquivos de hardware em KiCAD, workspace do XSchem e arquivos de simulação do ngspice foram publicados em um repositório online
- O material publicado é distribuído sob os termos da licença MIT
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Se você vai chegar a projetar a PCB, também vale considerar acionar a entrada I2S digitalmente
Dei uma olhada no datasheet do AD85050 e ele tem funções de DSP internas; é bem provável que a Marshall já tenha feito a afinação para os drivers e o gabinete
O motivo de caixas ativas soarem razoavelmente bem mesmo com hardware relativamente barato é que há muito pós-processamento por trás corrigindo as falhas do hardware
O AD85050 tem entrada I2S estéreo, então o crossover pode ter sido feito dentro do chip amplificador, ou pode ter sido processado no SoC Amlogic
Se for o segundo caso, pode ficar bagunçado, porque seria preciso colocar um chip DSP separado na placa ou configurar o AD85050 por I2C para adicionar filtros passa-baixa/passa-alta adequados
Colocando um conversor A/D de 2 canais na frente, dá para transformar uma única entrada analógica em I2S estéreo, replicada para os dois canais, e acionar o amplificador
A entrada USB é bem mais complexa se você quiser estéreo de verdade com duas caixas, porque exige roteamento do lado do software; com SPDIF, daria para dividir o sinal e colocar um chip conversor SPDIF-para-I2S em cada caixa, mas ainda seria necessário um método para separar os canais esquerdo e direito
Os recursos de mixagem via I2C do AD85050 talvez ajudem nisso
Claro que tudo isso pode acabar dando mais trabalho do que projetar o amplificador desde o início, e no fim depende de você querer explorar mais o lado analógico ou o lado digital
O amplificador era um classe D de menos de 1 dólar comprado na loja da Raspberry Pi, e não havia processamento nenhum
Se a caixa for rígida e vedada, e o alto-falante for bom, o resultado pode ser muito melhor do que se imagina
Se você trocar o DSP por um amplificador mais simples, talvez obtenha um som mais detalhado vindo dos próprios drivers e do gabinete, e uma experiência mais agradável de ouvir
Os drivers parecem ser praticamente de tamanho normal para uma caixa desse porte, e características incômodas podem ser ajustadas até com um equalizador simples
Uma abordagem mais dinâmica, se feita errado, pode criar um timbre estranho na audição
DSP moderno parece mágica, mas eu prefiro um pipeline de áudio em que as falhas apareçam a um que as esconda em tempo real
É uma caixa “smart” da Harman Kardon, com uma daughterboard separada que faz o papel de cérebro, e é essa parte que quebrou
Já identifiquei os sinais de controle e projetei uma nova daughterboard para acionar a saída I2S com um ESP32
Agora preciso descobrir como fazer downmix do áudio para mono e processar via DSP os canais esquerdo/direito como saídas de tweeter/woofer, ou encontrar algum código que já faça isso
Qualquer ajuda ou indicação relacionada seria bem-vinda
E sim, o parágrafo logo antes de “Going all-in” trata da ideia de acionamento por I2S
Só que também teria sido necessário fazer engenharia reversa da configuração I2C enviada ao chip da ESMT
Para quem curtia som automotivo antigamente, é uma área bem interessante
Tenho essa caixa, e é difícil acreditar em como os recursos smart são irritantes
Basta eu falar ao telefone em casa para a caixa achar que estou dando um comando
“SORRY. YOUR DEVICE IS NOT CONNECTED TO THE INTERNET. PLEASE CHECK YOUR BLUETOOTH SETTINGS AND TRY AGAIN.” sai no volume máximo
Não sou engenheiro eletrônico, mas adoraria saber como desligar esse recurso inacreditavelmente burro
Provavelmente está linkado em algum lugar acima deste comentário
Use um martelo
Só que aí existe o risco de, em vez disso, ela dizer “THE BLUETOOTH DEVICE IS READY TO PAIR”
Mesmo assim, em algumas séries, como as com SoC JieLi, há gente que descobriu como substituir as mensagens de voz
Eu também vinha me perguntando se hoje em dia haveria um jeito de emburrecer uma smart TV
Pessoalmente, gosto mais do nome “stupify”
Durante a configuração, ela perguntou se eu queria ativar recursos “smart” como Google TV, câmera e microfone, e se queria conectá-la à rede; escolhi não para tudo
Desde então ela funciona apenas como uma tela burra para uma Apple TV box
Basta escolher a entrada de vídeo que quer, conectar o dispositivo de entrada de sua preferência e não usar mais o controle remoto da TV
Há um projeto para instalar OpenWRT no LinkPlay A31, então talvez seja mais fácil do que praticamente refazer todo o interior
https://github.com/hn/linkplay-a31
Isto parece a abordagem de um engenheiro eletrônico sem muita experiência em projeto de caixas acústicas
Para projetar um crossover decente, é preciso considerar inúmeros fatores, como os parâmetros Thiele/Small dos drivers, o volume do gabinete, o projeto do baffle etc.
Não dá simplesmente para simular o crossover no LTspice e encerrar o assunto; o VituixCad é uma solução mais adequada
E também é preciso fazer medições reais
Se houver um crossover analógico que possa ser submetido a engenharia reversa, trocar o amplificador e o lixo “smart” é fácil, mas, se a estrutura era processada por DSP, a coisa fica difícil rapidamente
O mesmo vale mesmo que seja um único driver full-range
Também não é caso de usar um crossover “padrão” pronto ou uma calculadora de site
Ainda assim, é bom que ele tenha salvado o hardware
Bons ouvidos e paciência podem substituir uma boa quantidade de equipamentos de teste caros, especialmente em projetos de hobby
Tenho alguns alto-falantes Google Nest Audio; o som é excelente, mas eles têm o mesmo problema de uma caixa Bluetooth, e também não têm entrada de 3,5 mm para transformá-los em caixas comuns
Fico curioso sobre qual seria um bom caminho para alguém com conhecimento mínimo de áudio e apenas eletrônica básica fazer uma modificação dessas
Impressões do tipo “os graves eram firmes e profundos, muito mais profundos do que o tamanho sugeria. Os agudos eram claros e detalhados” mostram bem o efeito do nome da marca nos ouvidos
De repente, até a combinação de uma caixinha de plástico pequena com um codec SBC Bluetooth passa a soar ótima
A parte em que o som tinha médios cavados, como um “disco smile”, mas isso foi atribuído à configuração padrão de equalização amigável ao consumidor, pode ser explicada de forma mais simples
É porque é Marshall que os médios são cavados
Pelo menos até meados dos anos 1970, e talvez até a era JCM800, a Marshall era conhecida por ter amplificadores com mais médios do que seus concorrentes mainstream, como Fender ou Vox
Dito isso, a configuração “neutra” de quase todos os amplificadores de guitarra tem algum recuo nos médios
As pessoas gostam desse som e o consideram tradicional
Mesmo ao tocar ligado direto em uma mesa de mixagem, quase sempre se vê um pequeno corte nos médios; é esse o som que associamos à guitarra elétrica
Apareceu a clássica família de módulos Rakoit Linkplay
O Arylic Up2Stream Amp também usa a família A31, e foi bem interessante descobrir que se trata de um computador Linux completo rodando Linux em uma pequena placa filha
Ainda assim, é uma pena que eles não cumpram a GNU GPL para U-Boot, Linux e outros componentes GNU, e expliquem isso dizendo algo como “é bem complicado integrar software de streaming multiroom de forma estável”
Dá até para conseguir um e hackear, para ver se dá para colocar OpenWrt ou outra distribuição Linux em módulos com chip Amlogic
Parece possível fazer flash com outro firmware
No meu módulo LinkPlay A31, coloquei uma pequena imagem OpenWrt para aquele chip em vez do software da Arylic; no meu caso, o chip era um MT7628, então era basicamente um SoC de roteador
A estrutura parece usar Linux e U-Boot padrão, com alguns binários personalizados por cima para se comunicar com o coprocessador DSP da placa carrier, um servidor web para gerenciamento e controle pelo app, e um binário personalizado chamado rootApp responsável pela operação principal
Para quem não conhece este aparelho, ele parece um amplificador Marshall, mas é uma caixa Bluetooth de 9 polegadas de altura
Fico curioso sobre o custo
Mesmo que a caixa tenha sido de graça, ela vale 240 dólares, a fabricação da PCB não parece barata, e os capacitores também são bem grandes
5 PCBs de 2 camadas de até 100x100 mm custam só 3,50 dólares com envio para o mundo todo
Fica caro se você sair das especificações padrão, mas ainda assim é coisa de poucos dólares por placa
https://jlcpcb.com/
O maior capacitor eletrolítico desse circuito custa 3,29 dólares cada em quantidade unitária, mas isso é porque é um capacitor Nichicon premium de “grau de áudio”
Um capacitor de grau comum do mesmo tamanho sai por 1,68 dólar se for de marca japonesa, ou até 0,36 dólar se você aceitar uma marca chinesa decente
No fundo, é engraçado pegar uma caixa de som descartada e gastar dezenas de horas de trabalho especializado para substituir seu interior
Se fosse cobrar de um cliente por um projeto dessa escala, provavelmente seriam milhares de dólares
Ainda assim, não dá para criticar um hobby
Claramente é um trabalho que otimiza diversão e nerd cred, não custo
Não sei o custo de montagem, mas eu ficaria surpreso se o total passasse de 20 dólares