DIY-Bluetooth-Lautsprecher mit Powerbank-Funktion

wer gerne unterwegs Musik hört und dabei trotzdem auf einen ordentlichen Sound nicht verzichten möchte, kann sich mit dem Bluetooth-Chip MH-M38 ganz leicht Bluetooth-Boxen selber bauen. Mit etwas größerer Batterie kann man obendrein leicht die Batterie der Boxen als Powerbank mitnutzen und spart sich so das mitnehmen mehrerer Geräte.

@VinzenzStauner, 06.03.2022

abends mit Freunden und ein paar Bier am Fluss chillen. Was darf da natürlich nicht fehlen? Richtig, die gute Musik! Mit wenigen Komponenten und etwas Lötarbeit lässt sich ganz leicht praktische kleine Bluetooth-Boxen mit Powerbank bauen. In dem hier beschriebenen Modell steckt eine Platine mit einem Bluetooth 4.2-Chip und einem 5W-Stereo-Verstärker. Für den guten Sound sorgen zwei 40 mm-Breitbrandlautsprecher, die eine maximale Leistung von 6W und eine Impedanz von 4 Ohm haben. Der Verstärker wird direkt durch die Batteriespannung versorgt, die bei Lithium-Ionen-Batterien im Mittel 3.7V beträgt und dabei je nach Ladezustand zwischen 3,0 V bis 4,2 V variieren kann.

Die Batterie sollte dabei nicht zu knapp bemessen sein, da der Verstärker durch die insgesamt 10 Watt mindestens 2A bei 5V benötigt, bei der niedrigeren Batteriespannung entsprechend mehr. Für die unten beschriebenen Boxen habe ich mich deshalb für eine Parallelschaltung aus 2 18650-Batterieziellen mit je 3500 mAh entschieden. Bei voller Lautstärke beträgt die Akkulaufzeit so immmer noch mehr als 3 Stunden, bei Zimmerlautstärke ca. 10 h.

Die Powerbank-Funktion lässt sich leicht durch einen Laderegler mit integriertem DC/DC-Wandler darstellen. Entsprechende Chips gibt es bei eBay oder Aliexpress bereits für wenige Euro. So bekommt man orderntliche kompakte Lautsprecher und kann gleichzeitig sein Smartphone nachladen. Das Gehäuse der Boxen stammt aus dem 3D-Druck. So lässt sich Form, Farbe, Gehäusedicke und Optik sehr leicht variieren. Wer möchte oder keinen Zugang zu einen 3D-Drucker hat, kann aber auch 3mm-Sperrholzplatten zuschneiden.

Die Komponenten

Für die Bluetooth-Boxen braucht ihr folgende Materialien:

1x MH-M38 Bluetooth 4.2-Chip mit 2x 5 W-Verstärker
1x 25x50 mm Kühlkörper für den Bluetooth-Chip
2x 40 mm Breitbrandlautsprecher, 6 W / 4 Ohm
2x Lithium-Ionen-Batterie 3500 mAh mit Schutzbeschaltung (Bauform: 18650)
1x Powerbank-Chip (USB-Laderegler mit 5 V DC/DC-Wandler) mit USB-C-Anschluss
1x Ein/Ausschalter mit mind. 3A-Schaltstrom
0,14 mm² oder 0,5 mm² LiY-Kabel (Schaltlitze) schwarz und rot
Materialen fürs Gehäuse, z.B. PLA für 3D-Druck
Sekundenkleber zum montieren der Bauteile im Gehäuse

Blockschaltbild

Im Blockschaltbild unten seht ihr, wie die einzelnen Komponenten miteinander verbunden sind

Gehäuse selbst gestalten - z.B. mit dem 3D-Drucker

wegen der hohen Flexibilität und der Möglichkeit, das Gehäuse individuell und kreativ zu designen, habe ich mich für ein 3D-gedrucktes Gehäuse entschieden. Zum gestalten des Gehäuses in CAD eignet sich z.B. das Open-Source-Programm FreeCAD. Im empfehle euch, eine Lautsprecherabdeckung (z.B. in Form einer Gitterstruktur) und eine Lüftungsöffnung mit vorzusehen. Die Lautsprecherabdeckung schützt die Membranen der Lautsprecher und sorgt für eine interessante Optik. Die Lüftungsöffnung kann die Abwärme durch den Laderegler, DC/DC-Wandler und Verstärker nach außen abführen.

Beim 3D-Drucken solltet ihr darauf achten, das Gehäuse so zu designen, dass es ohne Überhänge gedruckt werden kann und während des Druckens nicht zu instabil wird. D.h. ihr solltet zuerst gut überlegen, welche Seite des Gehäues während des Druckens nach unten zeigen soll und in wie vielen Einzelteilen das Gehäuse bestehen muss. Bewährt hat sich eine Materialstärke von mindestens 2 mm, damit fragile Teile des Gehäuses nicht so leicht abbrechen.

Mit der kostenlosen Open-Source-Software FreeCAD kann man sich sein Gehäuse für den Bluetooth-Lautsprecher individuell gestalten

Der Bluetooth-Chip

wie eingangs erwähnt bildet die MH-M38 Platine mit einem integrierten Bluetooth 4.2-Chip und 2x 5 Watt-Verstärkern die Basis der Bluetooth-Boxen. Die Komponenten der Platine benötigen eine Spannungsversorgung zwischen 3.x V und 5.5 V. Beim direkten Betrieb an einer Batterie muss man den positiven Pol der Batterie mit dem BAT-Pin verbinden. Der 5 V-Pin ist hingegen mit dem Micro-USB-Eingang verbunden.

Die Pins 5 V und BAT sind intern mit einer Diode in Richtung BAT miteinander verbunden. Dadurch wird die Batterie bei Versorgung über den Micro-USB-Anschluss mit etwa 4.2 - 4.3 V ungeregelt (!) nachgeladen, was für die Lebensdauer der Batterie nicht optimal ist und ggf. sogar zu Schäden an der Batterie führen kann. Daher sollte man auf einen externen Laderegler wie den hier verwendeten XXX-Chip zurückgreifen und den Betrieb über USB die Batterie über einen zusätzlich eingelöteten Schalter im Plus-Pfad der Batterie abschaltbar machen.

Der Bluetooth-Chip MH-M38 beinhaltet funkt mit Bluetooth 4.2 und besitzt einen integrierten Stereo-Verstärker mit 2 x 5W Leistung

Über 2 Pfostenstecker (die seperat mitgeliefert werden und daher selbt angelötet werden müssen) und beiliegenden Kabeln lassen sich die Lautsprecher direkt anschließen.

Die Batterie

die Batterie sollte nicht zu klein bemessen sein, da der Verstärker des MH-M38 mit ings. 10 Watt bei 5 V schon 2 A zieht. Durch die niedrigere Batteriespannung braucht der Verstärker bei gleichbleibender Leistung mehr Strom, bei leerer Batterie (< 3.5 V) dann schon etwa 3 A. Ich empfehle, eine Batterie mit Batterieschutzschaltung (soganntes Protection Circuit Module oder PCM) zu verwenden. Dieses schützt die (empfindliche) Lithium-Ionen-Batterie vor Unterspannung, Überspannung und Überstrom bzw. Kurzschluss. Normalerweise werden Ströme von über 0,5 C oder 1 C (ja nach Modell) als Überstrom interpretiert und getrennt. Da der Verstärker schon in der Spitze 3 A oder leicht mehr benötigt, sollte die Batterie mindestens eine Kapazität von 6000 mAh haben, damit ein PCM, das nur 0,5 C Entladestrom zulässt, den Verstärker nicht ungewollt abschaltet. Am Ende des Artikels findest du einen Link zum Bestellen der zwei hier verwendeten 18650-Zellen mit je 3500 mAh.

1 C entspricht dem Strom, mit dem die Batterie in genau einer Stunde vollständig entladen bzw. geladen werden kann. Teilt man den Strom durch die Kapazität der Batterie in Ah, gekommt man den C-Wert. Z.B. entspricht einer Strom von 3 A bei einer 3000 mAh Batterie genau 1 C.

Die Powerbank-Platine

sie macht aus der Bluetooth-Box ein richtiges Allround-Gerät. Zusätzlich zum Laderegler, der 3.7 V-Batterien per USB (meist Micro-USB oder USB-C) laden kann, besitzt diese Platine noch einen USB-Ausgang mit vorgeschaltetem Boost-Converter (Aufwärts-DC/DC-Wandler), der die niedrigere Batteriespannung auf die 5 V-Ausgangsspannung von USB hebt. So lassen sich die Bluetooth-Boxen auch als Powerbank verwenden. In diesem Projekt wird ein Modell von Aliexpress verwendet, das auf dem Batterie-Energiemanagement-Chip IP5305 von Injoinic Technologies basiert, in dem ein 1.2A Laderegler zum Laden der Batterie und ein 1 A-Boot-Converter für den USB-Ausgang steckt. Im realen Test lag der Ladestrom der Batterie bei etwa 0.7 A, der Chip wird also nicht vollständig ausgereizt. Wenn möglich sollte der Chip gut gekühlt werden (z.B. durch einen kleinen Kühlkörper), da vor allem der Boost-Converter für den USB-Ausgang sehr schnell heiß wird, wodurch angeschlossene USB-Geräte ggf. nicht zuverlässig geladen werden.

Die fertigen Boxen

und so sehen die fertigen Bluetooth-Boxen aus. An der Rückseite befindet sich der Ein/Ausschalter und darunter ein USB-C Anschluss zum Laden der Boxen und eine Standard-USB-Buchse (USB-A) zum Laden anderer Geräte wie Smartphones.

so sehen die fertig zusammengebauten Bluetooth-Boxen mit Powerbank-Funktion aus. Das Gehäuse stammt aus dem 3D-Drucker (Modell im Downloadbereich.

Downloads

komplettes 3D-Modell inkl. Subkomponenten und Gehäuse