Tiny* High-Fidelity Desktop Speakers (3D Printed): 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Περνάω πολύ χρόνο στο γραφείο μου. Αυτό σήμαινε ότι περνούσα πολύ χρόνο ακούγοντας τη μουσική μου μέσω των φοβερών μικροφώνων που είχαν ενσωματωθεί στις οθόνες του υπολογιστή μου. Απαράδεκτος! Iθελα πραγματικό, υψηλής ποιότητας στερεοφωνικό ήχο σε ένα ελκυστικό πακέτο που θα χωρούσε κάτω από τις οθόνες στο μικρό μου γραφείο. Τα τυπικά "ηχεία υπολογιστών" είναι πάντα απογοητευμένα, έτσι ξεκίνησα να εφαρμόζω κάποιες βασικές αρχές σχεδιασμού και κατασκευής ηχείων για να δημιουργήσω ένα ζευγάρι ηχείων χωρίς συμβιβασμούς (εντάξει, περισσότερο σαν χαμηλού συμβιβασμού) που, για το μέγεθός τους, θα εντυπωσιάστε κάθε audiophile.

Σας παρουσιάζω τη νεότερη προσθήκη στην οικογένεια HiFi, τα ηχεία επιφάνειας εργασίας "Kitten" Nano-HiFi. (Τώρα γίνονται αποδεκτές υποβολές για καλύτερα ονόματα)

Αυτά τα ηχεία έχουν ύψος περίπου 4,25 ίντσες (10,8 εκατοστά), πλάτος 2,75 ίντσες (7 εκατοστά) και βάθος περίπου 4,5 ίντσες (11,4 εκατοστά) συμπεριλαμβανομένων των συνδετικών στύλων και έχουν σχεδιαστεί για εξαιρετικό ήχο σε μια μικρή συσκευασία. Είναι κατασκευασμένα χρησιμοποιώντας έναν τυπικό 3D εκτυπωτή εξώθησης, χρησιμοποιώντας νήμα PLA. Ας μπούμε σε αυτό!

Προμήθειες

Μέρη και υλικά:

• Προγράμματα οδήγησης ηχείων 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1"
• 2x επαγωγείς διασταύρωσης 0,2 mH
• 2x 2.4 Ohm "audio grade" αντιστάσεις
• «Πλαστικό ξύλο» ή παρόμοιο υλικό πλήρωσης ξύλου
• 'Perfect Plastic Putty' ή παρόμοιο πληρωτικό
• Ασταρι ψεκασμού και βαφή
• υπερκόλλα
• Σφραγιστικό σιλικόνης RTV ή παρόμοιο
• 4x τερματικά καλωδίων / θέσεις σύνδεσης
• Περίπου 3-4 πόδια μονωμένο καλώδιο 18-20 ga
• Θηλυκοί σύνδεσμοι φτυάρι
• 4x βίδες μηχανής M2x12
• 4x καρύδια Μ2
• 4x πλυντήρια M2
• Δύο μικρά κομμάτια από κόντρα πλακέ πάχους 1/8 " - 1/4" ή παρόμοια στιβαρή σανίδα

Εργαλεία:

• Τρισδιάστατος εκτυπωτής και νήμα επιλογής
• Συγκολλητικό σίδερο και συγκόλληση
• Χάρτινα γυαλόχαρτα ή/και νυχιές, διάφορα χαλίκια από 200-1000
• Οι απογυμνωτές/κόφτες σύρματος, το μαχαίρι xacto και μερικά άλλα βασικά εργαλεία θα σας βοηθήσουν

Βήμα 1: Στόχοι και περιορισμοί

Είτε το ξέρω είτε όχι, όταν χτίζω κάτι ξεκινάω, βασικά, με δύο πράγματα. Στόχοι και περιορισμοί. Εδώ λοιπόν είναι.

Στόχοι:

• Επέκταση μπάσων όσο το δυνατόν χαμηλότερα. Ας ελπίσουμε ότι 90 - 100 Hz πριν το μπάσο αρχίσει να ησυχάζει.
• Αποδεκτή ένταση ακρόασης. Υπάρχουν ήδη πολλά μικροσκοπικά ηχεία που ακούγονται υπέροχα σε όλες τις συχνότητες. Αυτά ονομάζονται ακουστικά. Το πρόβλημα είναι ότι πρέπει να τα κολλήσετε στο κεφάλι σας. Αυτό προφανώς δεν επιδιώκω, και το να τους κάνω να ακούσουν από απόσταση είναι λίγο πιο δύσκολο να το αποκτήσουν.
• Απόκριση επίπεδης συχνότητας. Προσπαθήστε να εξαλείψετε τους μεγάλους συντονισμούς, τις κορυφές και τις κοιλάδες από τις οποίες υποφέρουν τα περισσότερα μικρά ηχεία.

Περιορισμοί:

• Μέγεθος. Τα ηχεία πρέπει να ταιριάζουν κάτω από τις οθόνες του υπολογιστή μου, οπότε δεν μπορούν να έχουν ύψος μεγαλύτερο από 4 ίντσες και βάθος 5 ίντσες. Προσδιόρισα ότι ένας εσωτερικός όγκος περίπου 500 mL είναι ένας καλός στόχος. Επιπλέον, επειδή χρησιμοποίησα έναν 3D εκτυπωτή στο πανεπιστήμιό μου, περιορίστηκα σε περίπου 250 γραμμάρια υλικού εκτύπωσης.
• Κόστος. Δεν έχω ένα εκατομμύριο δολάρια για να ξοδέψω σε αυτά τα ηχεία, οπότε δεν υπάρχουν εξωτικά υλικά, εργαλεία ή εξαρτήματα.
• Περίπλοκο. Αυτό συμβαδίζει κάπως με το κόστος, αλλά και το επίπεδο δεξιοτήτων και το χρόνο μου. Αυτό πιθανώς με περιορίζει σε ένα σχέδιο «πλήρους φάσματος» επειδή είναι πολύ απλούστερο από ένα σχέδιο 2 ή 3 κατευθύνσεων και δεν απαιτεί ακριβά εξαρτήματα crossover.
• Αισθητικά ευχάριστος σχεδιασμός. Γιατί πρέπει να κοιτάζω αυτά τα πράγματα όλη μέρα.

Βήμα 2: Επιλογή προγράμματος οδήγησης

Με στόχους και περιορισμούς στο μυαλό, ήρθε η ώρα να…. πήγαινε για ψώνια?

Σωστά. Επειδή οι οδηγοί είναι η καρδιά κάθε ηχείου, επέλεξα πρώτα έναν οδηγό και σχεδίασα το υπόλοιπο ηχείο γύρω από αυτό. Επειδή σχεδίαζα να σκεφτώ λίγο, δεν χρειαζόμουν μόνο προγράμματα οδήγησης που ταιριάζουν, αλλά επίσης έχω αξιοπρεπείς προδιαγραφές και μετρήσεις που παρέχονται από τον κατασκευαστή. Θα καταλάβω γιατί αυτά είναι σημαντικά σε ένα λεπτό, αλλά χωρίς αυτά ο σχεδιασμός των ηχείων μου γίνεται βασικά μια πλήρης εικασία.

Έτσι, ανέπτυξα τον αγαπημένο μου ιστότοπο για να αγοράσω εξαρτήματα ηχείων, Parts Express και έψαξα για προγράμματα οδήγησης "fullrange" στην περιοχή 1 " - 2". Βρήκα αυτά, το AuraSound "Cougar" (εδώ πήρα το "Kitten" για το όνομα των ομιλητών μου. Πάρτε το;) που έχουν μερικές καλές ιδιότητες.

• Μικρό μέγεθος. Όσο μικρότερο τόσο το καλύτερο.
• Φτηνός. Μόνο περίπου 10,50 $ το καθένα.
• Εξαιρετική μεσαία και τριπλή απόδοση και εκπληκτικά χαμηλή απόκριση μπάσων για έναν τόσο μικρό οδηγό.
• Καλός χειρισμός ισχύος, οπότε ελπίζω να μπορώ να τους στρέψω λίγο χωρίς ανησυχία.

Με αυτά τα προγράμματα οδήγησης κατά νου, ήταν καιρός να κατεβάσετε το φύλλο δεδομένων και να κάνετε προσομοίωση.

Βήμα 3: Προσομοίωση ηχείων

Με έναν πιθανό υποψήφιο οδηγό επιλεγμένο, χρειάστηκα μερικά λογισμικά για να εκτελέσω προσομοιώσεις και να κρίνω την αποτελεσματικότητα της επιλογής των ηχείων και του σχεδιασμού του περιβλήματος. Ακολούθησα λοιπόν μερικά βήματα για να δημιουργήσω μια προσομοίωση ενός μόνο προγράμματος οδήγησης σε ένα βασικό περίβλημα.

Το πρώτο πρόγραμμα που χρησιμοποίησα ονομάζεται SplTrace. Μια έκδοση του είναι διαθέσιμη εδώ δωρεάν. Αυτό είναι ένα πολύ απλό μικρό πρόγραμμα. Για να το χρησιμοποιήσω, εισήγαγα πρώτα μια εικόνα της γραφικής παράστασης απόκρισης συχνότητας και αντίδρασης του επιλεγμένου προγράμματος οδήγησης. Στη συνέχεια, ανιχνεύοντας τα γραφήματα με τον κέρσορα μου, μπόρεσα να μετατρέψω εικόνες των σχεδίων σε αρχεία που μπορεί να χρησιμοποιήσει το λογισμικό προσομοίωσης.

Στη συνέχεια, χρησιμοποίησα ένα πρόγραμμα που ονομάζεται Boxsim. Η πιο πρόσφατη αγγλική έκδοση είναι διαθέσιμη εδώ. Δημιούργησα ένα νέο έργο και ακολούθησα μαζί με την αρχική εγκατάσταση. Στη συνέχεια, αναφέροντας το φύλλο δεδομένων που κατέβασα για το πρόγραμμα οδήγησης, συμπλήρωσα όλα τα απαιτούμενα δεδομένα προγράμματος οδήγησης. Στο κάτω μέρος, υπάρχει η επιλογή εισαγωγής δεδομένων απόκρισης συχνότητας και αντίστασης. Εδώ φορτώθηκα στα αρχεία που δημιούργησα χρησιμοποιώντας το SplTrace. Στη συνέχεια, έκανα κλικ στις καρτέλες και πρόσθεσα τις αρχικές εκτιμήσεις για τον τύπο του περιβλήματος, τις διαστάσεις και τη συχνότητα συντονισμού, αφού αποφάσισα να χρησιμοποιήσω ένα μεταφερόμενο περίβλημα. Ένα εξαερισμένο περίβλημα μου παρείχε δύο οφέλη. Πρώτον, η δυνατότητα ρύθμισης της θύρας για χαμηλή συχνότητα, ελπίζουμε να επεκτείνουμε λίγο την απόκριση μπάσων. Δεύτερον, επιτρέπει στον οδηγό να κινείται πιο ελεύθερα και θα πρέπει να είναι λίγο πιο αποτελεσματικός σε σύγκριση με ένα σφραγισμένο περίβλημα. Δεδομένου ότι ο εξαερισμός θα σχεδιαστεί και θα εκτυπωθεί με ακρίβεια ως αναπόσπαστο μέρος του περιβλήματος, δεν είναι κάτι πιο έξυπνο.

Με όλες τις απαιτούμενες πληροφορίες που εισήχθησαν σωστά στο Boxsim, συνέδεσα το μεμονωμένο πρόγραμμα οδήγησης στον ενισχυτή στο μενού «Amplifier 1» και όταν χτύπησα το «Ok» μου παρουσιάστηκε ένα ενδιαφέρον γράφημα που μοιάζει με αυτό που φαίνεται εδώ. Επιτυχία! Είχα τώρα μια βασική προσομοίωση απόκρισης συχνότητας για να αρχίσω να τσακώνω.

Βήμα 4: Ανάπτυξη του Σχεδιασμού Μεγάφωνων

Με την πρώτη μου προσομοίωση, ήρθε η ώρα να καταλάβω πώς αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν τις σχεδιαστικές μου επιλογές.

Μου παρουσιάζεται ένα τυπικό διάγραμμα απόκρισης συχνότητας, με SPL (ένταση, σε dB) στον άξονα y και συχνότητα στον άξονα x. Ένα τέλειο ηχείο θα έχει μια ευθεία γραμμή σε αυτό το γράφημα, από 20 Hz έως 20, 000 Hz. Έτσι, ο στόχος μου τώρα ήταν να τροποποιήσω όποιες παραμέτρους μπορούσα να κάνω το ηχείο μου να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά σε αυτό το φανταστικό ιδανικό ηχείο.

Με αυτό, δύο προβλήματα εμφανίστηκαν αμέσως.

Πρώτα ήταν το σημαντικό χτύπημα στο γράφημα πάνω από 1000 Hz. Με κάποια εξισορρόπηση και/ή μερικά αναλογικά φίλτρα, αυτό θα μπορούσε να είναι ένα απλό πρόβλημα που πρέπει να λυθεί… Αν δεν ήταν το δεύτερο πρόβλημα μου.

Κάνοντας κλικ στο Μέγ. Καρτέλα SPL Είδα ένα παρόμοιο διάγραμμα απόκρισης συχνότητας. Ωστόσο, σε αντίθεση με την άλλη, αυτή η πλοκή δείχνει το πιο δυνατό που μπορεί να παίξει το ηχείο σε μια συγκεκριμένη συχνότητα πριν υπερβεί το μέγιστο όριο ισχύος ή το μέγιστο όριο εκδρομής. Έτσι, ακόμα κι αν χρησιμοποίησα κάποια εξισορρόπηση (φινετσάτη και δεν «κολλάει» με τα ηχεία αν μετακινούνται) ή αναλογική διήθηση (ακριβό, περίπλοκο και ογκώδες) για να τριπλασιάσουν τα μεσαία κομμάτια περισσότερο με το μπάσο, Θα μπορούσα να παίξω τη μουσική μου μόνο στα περίπου 80 dB με την απόλυτη δυνατή ένταση. Ενώ τα 80 dB είναι στην πραγματικότητα αρκετά δυνατά (σκεφτείτε ηλεκτρική σκούπα ή απόρριψη σκουπιδιών), λάβετε υπόψη ότι αυτό θα ήταν στο όριο της ικανότητας των ηχείων, κάτι που δεν είναι καλό. Για να μην αυτοκαταστρέφονται τα ηχεία ή να ακούγονται σαν παραμορφωμένα σκουπίδια, ήθελα έναν αξιοπρεπή χώρο για το κεφάλι πριν φτάσουν στα όριά τους. Ο μόνος τρόπος για να φτάσετε εκεί ήταν είτε να επιλέξετε έναν διαφορετικό (σχεδόν σίγουρα μεγαλύτερο) οδηγό είτε να κάνετε διπλό πάτημα.

Βήμα 5: Ολοκλήρωση του σχεδιασμού του μεγαφώνου

Έτσι, όπως σίγουρα παρατηρήσατε στην αρχή αυτού του Instructable, επέλεξα να διπλασιάσω. Σε σύγκριση με τα διαθέσιμα προγράμματα οδήγησης 2 στο Parts Express, δύο από αυτά θα πρέπει να προσφέρουν όση περισσότερη απόδοση σε σχέση με την τιμή. Και, για να είμαι ειλικρινής, μου άρεσε η εμφάνιση δύο στοιβασμένων οδηγών. Η αισθητική έχει επίσης σημασία:)

Η προσθήκη ενός διπλού προγράμματος οδήγησης στο Boxsim ήταν αρκετά εύκολη. Έκανα ένα νέο έργο στο Boxsim, αντέγραψα το πρόγραμμα οδήγησης κατά την αρχική ρύθμιση και χρησιμοποίησα τις ρυθμίσεις "κοινού εξωτερικού περιβλήματος" για να ορίσω το περίβλημα και το περίβλημα. Με αυτό, τα αποτελέσματα φαίνονταν πολύ πιο ελπιδοφόρα. Είχα τώρα 5-10 dB επιπλέον χώρο για το κεφάλι και μια ομαλότερη συνολική καμπύλη. Χαζεύω τον όγκο του περιβλήματος, τη συχνότητα συντονισμού και τη γέμιση μέχρι που βρήκα έναν συνδυασμό που μου άρεσε πολύ στα 0,45 λίτρα, 125 Hz και «ελαφρώς γεμισμένος».

Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού αυτών, έμαθα για ένα φαινόμενο που ονομάζεται διάτρητο βήμα, γνωστή και ως απώλεια περίθλασης, η οποία προφανώς αποτελεί σημαντικό ζήτημα για τα περισσότερα ηχεία υψηλής ποιότητας. Ουσιαστικά, όταν τα ηχητικά κύματα προέρχονται από ένα ηχείο, προσπαθούν να ακτινοβολήσουν προς όλες τις κατευθύνσεις. Συμπεριλαμβανομένων πίσω από το ηχείο. Επειδή οι ήχοι υψηλής συχνότητας έχουν πολύ μικρό μήκος κύματος, αναπηδούν από την μπροστινή επιφάνεια του κουτιού ηχείων και πυροβολούνται προς τον ακροατή. Αλλά οι ήχοι χαμηλότερης συχνότητας, με τα πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος, θα λυγίσουν εύκολα γύρω από το περίβλημα των ηχείων. Έτσι, οι ήχοι υψηλής συχνότητας φαίνονται λίγο πιο δυνατοί για τον ακροατή. Ευτυχώς, αυτό διορθώνεται εύκολα με μόνο μία αντίσταση και επαγωγέα. Αυτός ο διαδικτυακός υπολογιστής θα σας πει τις τιμές που χρειάζεστε με λίγες εισόδους. Από εκεί, θα μπορούσα να προσθέσω το κύκλωμα διόρθωσης βημάτων μπάφλας στο τμήμα διασταύρωσης του προσομοιωμένου ενισχυτή μου και να δω τα νέα αποτελέσματα. Ασχολήθηκα λίγο με την αριθμομηχανή μέχρι να λάβω μια απάντηση που μου άρεσε με τιμές εξαρτημάτων που ήταν διαθέσιμες από το Parts Express.

Σε αυτό το σημείο είναι σημαντικό να καθαρίσω και να πω ότι, καλά, εξαπάτησα λίγο.: (Αλλά εδώ είναι πώς εξαπάτησα και γιατί, σε αυτή την περίπτωση, είναι εντάξει.

Χάρη στην κατασκευή αυτών, ήξερα ακριβώς πού και πώς θα χρησιμοποιηθούν. Αυτό μου έδωσε λίγη γνώση που θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω προς όφελός μου. Και τα δύο ηχεία θα είναι στο γραφείο μου, στηριγμένα σε έναν μεγάλο τοίχο και κάτω από δύο μεγάλες, επίπεδες οθόνες υπολογιστών. Μπορεί να δείτε πού πηγαίνει αυτό. Αυτές οι επίπεδες επιφάνειες θα λειτουργήσουν κάπως σαν ένα μεγάλο μπέρδεμα, ενισχύοντας το μπάσο με τρόπους που ο Boxsim δεν είναι σε θέση να γνωρίζει. Είπα, λοιπόν, στο Boxsim ένα μικρό λευκό ψέμα και προσποιήθηκα ότι οι μπάρες μου είναι στην πραγματικότητα 100 εκατοστά ύψος και πλάτος. Λυπάμαι όχι συγγνώμη, Boxsim. Περισσότερο τέχνη παρά επιστήμη υποθέτω:)

Ωστόσο, από τότε που το έκανα αυτό, ήταν σημαντικό να έχω κατά νου ότι τα πραγματικά αποτελέσματα της ζωής πιθανότατα θα βρίσκονταν κάπου ανάμεσα στις προσομοιώσεις "μικροσκοπικού μπερδέματος" και "τεράστιου διαφράγματος".

Βήμα 6: Σχεδιασμός περιβλήματος και συναρμολόγησης (CAD)

Πρώτο Βραβείο στον Διαγωνισμό Συγγραφέων για πρώτη φορά