Il cocco parlante

Introduzione

Scopo di questo progetto è realizzare un piccolo diffusore audio, portatile, con interfaccia Bluetooth™ e dal design unico, il tutto con poca spesa, ridotto tempo di costruzione e complessità. Infatti, al di la della mia applicazione ludica, non sono poche le situazioni in cui è conveniente amplificare una sorgente audio con questo tipo di interfaccia. Ad esempio si possono realizzare:

- sistemi viva voce per audioconferenze di gruppo

- “boombox” per sonificare col proprio smartphone piccoli spazi

- generico audio esterno alla sorgente

L’interfaccia Bluetooth: storia e tecnica

Il Bluetooth è una tecnologia di rete che è stata elevata a standard industriale per la radiocomunicazione dal gruppo di lavoro IEEE 802.15.1 dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers statunitense. Il Bluetooth viene utilizzato per la trasmissione point-to-point senza fili e con connessione di voce e dati tra due dispositivi digitali distinti. Ideato ​​ ​​ nell’ormai lontano 1994 è gestito ad oggi dal Bluetooth SIG (Special Interest Group, vedi bibliografia). Il gruppo Bluetooth SIG, fondato nel settembre del 1998, è oggi un'organizzazione non-profit composta da circa 33.000 imprese (al 2017), che definiscono in modo congiunto gli standard Bluetooth e portano avanti lo sviluppo di questa tecnologia radio. Ogni impresa che sviluppa e produce dispositivi dotati di Bluetooth è tenuta a entrare nell'organizzazione. I promotori più importanti del SIG sono al momento Apple, Ericsson, Lenovo, Nokia, Toshiba, Intel e Microsoft.

A differenza di tanti altri nomi appartenenti al mondo della tecnologia, il termine Bluetooth non ha nulla a che fare con la sua traduzione letterale dall’inglese (il significato del termine sarebbe infatti “dente blu”), ma trova origini, in un contesto piuttosto metaforico, da un personaggio del Medioevo: Harald Blåtand.

Harald Blåtand, in inglese Harald Bluetooth, fu un Re danese vissuto nell’undicesimo secolo: impiegando ad arte le sue doti belliche e diplomatiche, riuscì a riunire le varie tribù della sua terra, differenti per usanze e culture, in un unico e compatto gruppo “nazionale”. La metafora voluta dagli ideatori della tecnologia è proprio questa: sviluppare un sistema che fosse in grado di mettere in comunicazione e unire dispositivi completamente diversi tra loro, ad esempio smartphone, automobili, computer, dispositivi audio, dispositivi di input (es. tastiere e mouse) e così via.

Le frequenze impiegate dal Bluetooth rientrano nella banda ISM, non soggetta a licenza, nell'intervallo da 2,402 GHz a 2,480 GHz. I dispositivi compatibili che rispettano gli standard del Bluetooth SIG possono, in qualità di Short Range Devices (SRD), operare senza restrizioni a livello mondiale in questa banda di frequenze. Nella definizione di ISM (Industrial, Scientific and Medical Bands) rientrano quelle bande di frequenze utilizzate dalle apparecchiature ad alta frequenza dell'industria, della scienza, della medicina e degli ambienti privati che sono, nella maggior parte dei casi, di libero impiego.

Ogni chip Bluetooth viene fornito con un cosiddetto stack di protocollo, un pacchetto software che contiene i servizi legati all'utilizzo di diversi profili Bluetooth. I profili stabiliscono quale tipo di dati possono essere scambiati tra i dispositivi e quali sono, di conseguenza, i servizi fruibili. I profili supportati da un dispositivo possono, in genere, essere verificati nei relativi datasheet e application notes dei chip. E’ importante notare come per poter usufruire di determinate funzioni è necessario che tutti i dispositivi partecipanti supportino lo stesso profilo. Nella seguente tabella ho riportato alcuni dei profili standard più utilizzati, che sono però in continua evoluzione e quindi non può avere certo la pretesta di essere esaustiva né tanto meno definitiva.

Nel corso degli anni e dello sviluppo della tecnologia sono state sviluppate varie versioni, riassunte nella tabella seguente:

Essendo la tecnologia Bluetooth basata su un collegamento radio, non possiamo non affrontare il tema della portata e della potenza trasmessa. Il tutto è riassumibile nelle tre classi a cui possono appartenere oggi i dispositivi, come di seguito descritto:

E’ chiaro che le portate massime in tabella sono indicative e raggiungibili con buona probabilità nella maggioranza delle applicazioni.

I moduli audio Bluetooth

Proprio la sua versatilità d’impiego ha sancito una larga diffusione nel mercato delle elettroniche consumer di questo tipo di interfaccia. Per chi volesse sperimentare o realizzare qualcosa in proprio, oggi può facilmente trovare una quantità di moduli già assemblati pronti all’uso e spesso anche dotati di parti accessorie. Per questo progetto ho trovato molto interessanti i moduli DW-CT14+ e il Sanwu HP69B, ambedue facilmente reperibili

Figura 1: Vista del moduto CT14, dimensioni 20x40mm

tramite i soliti canali online a costi irrisori.

I dispositivi sono molto simili per prestazioni, quello che li distingue un poco sono le dimensioni e alcune funzioni accessorie. Vediamone ora le caratteristiche salienti .

DW-CT14+

Questo modulo integra in pochissimo spazio un transceiver Bluetooth 4.2, due amplificatori audio da 5W in classe F e può anche essere usato come scheda audio tramite il connettore USB. Richiede una alimentazione da

Figura 2: Vista e connessione del modulo Sanwu

3,7 a 5V, alimentazione fornita da una batteria al litio e ricaricabile tramite la porta USB.

SW-HP69B

Questo modulo integra in pochissimo spazio un transceiver Bluetooth 4.2, due amplificatori audio da 6W in classe F e può essere anche usato come scheda audio tramite il connettore USB. Va abbinato ad altoparlanti da 6÷8Ω di impedenza e richiede una alimentazione da 3,7 a 5V, alimentazione fornita da una batteria al litio e ricaricabile tramite la porta USB.

Realizzazione pratica

Per realizzare qualcosa di utile e personale al tempo stesso, ho pensato di utilizzare il guscio di una noce di cocco per accogliere tutti i componenti. Una volta scelto il frutto, possibilmente di generose dimensioni, occorre provvedere a vuotarlo dal suo succo e polpa e far asciugare bene la “corteccia” esterna. Per far questo occorre aprirlo cercando di non danneggiarlo e poi una volta vuotato o esporlo ad aria e sole o passarlo per qualche tempo in un essiccatoio.

Nel mio caso, pur avendo a disposizione e avendo testato tutti e due i moduli suggeriti sopra,

Figura 3: Vista interna del "Cocco parlante"

ho preferito impiegare quello della Sanwu, che offre qualche piccola funzione in più quali ad esempio l’indicazione a led della carica e l'interruttore on/off già integrato.

Come altoparlanti si possono sperimentare varie soluzioni. Una ottima scelta di riuso sono quelli recuperati da moderni TV a schermo piatto, generalmente di buona qualità e dimensioni compatte. L’unica raccomandazione è che la loro impedenza ricada nel campo di applicazione del modulo e la potenza sia altrettanto adeguata.

Come fonte di alimentazione la scelta più adeguata per costo, prestazioni e semplicità è l’impiego di una cella al litio da 3,7V. Io ne ho riciclata una recuperata da un vecchio smartphone. Indicativamente la batteria di uno smartphone è più che adeguata ad offrire alcune ore di funzionamento, se non si esagera col volume.

Recuperate tutte le parti non rimane che assemblarle dentro al frutto (o meglio, al suo guscio). I vari componenti possono essere fissati con colla a caldo o epossidica. Il cablaggio, vista la sua semplicità è realizzato tutto filato punto a punto, usa

Figura 4: Dettaglio fessura per rendere accessibile dall'esterno la presa USB di ricarica

ndo le indicazioni serigrafate sui circuiti stampati per riconoscere le connessioni.

Per rendere accessibile la presa USB per la ricarica, si può eseguire una piccola fessura nel guscio, così come gli altoparlanti possono trovare luogo sia affacciati all’esterno tramite opportune fenditure, sia fissati all’interno, lasciando al suono via d’uscita tramite alcuni fori.

Una volta completato il tutto, si può passare al collaudo abbinando il “cocco parlante” con una sorgente, ad esempio il proprio smartphone. Per

Figura 5: Schermata di configurazione del dispositivo su telefono Android

eseguire questo passaggio, serve riferirsi alla prassi in uso col proprio dispositivo master (i.e smartphone, tablet, etc.) , ma di solito è attività molto semplice, veloce e non richiede PIN. Il ricevitore Bluetooth Sanwa si “presenta” come “Xspecial Audio”. Ricordarsi di configurare correttamente le autorizzazioni, ad esempio non condividendo null’altro che l’audio.

Una volta verificato il corretto funzionamento del tutto, si può passare a sigillare i due mezzi gusci del cocco, tramite un poco di adesivo epossidico o policloroprenico (anche noto come adesivo a contatto). Per assicurare un perfetto e duraturo risultato, si può porre sotto (moderata) pressione le due parti fino a reticolazione avvenuta.

Conclusioni

Al di là dell’uso e delle finalità ludiche presentate di questo studio, credo il sistema possa trovare vasto impiego in molte applicazioni a casa quanto al lavoro. L’uso dei moduli indicati è quanto mai semplice e diretto e accessibile anche a chi ha poca dimestichezza con saldatore e software. Buoni esperimenti quindi a tutti.

Bibliografia

https://it.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

https://www.aranzulla.it/bluetooth-come-funziona-1044984.html