Крошечные * настольные динамики высокого качества (с 3D-печатью): 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Я провожу много времени за своим столом. Раньше это означало, что я проводил много времени, слушая свою музыку через ужасные металлические динамики, встроенные в мониторы моих компьютеров. Неприемлемо! Мне нужен был настоящий высококачественный стереозвук в привлекательном корпусе, который поместился бы под мониторы на моем маленьком столе. Типичные "компьютерные колонки" всегда разочаровывают, поэтому я решил применить некоторые базовые принципы проектирования и разработки колонок для создания пары бескомпромиссных (хорошо, скорее, низко-компромиссных) колонок, которые для их размера будут произвести впечатление на любого аудиофила.

Представляем новейшее пополнение в моем семействе Hi-Fi, настольные колонки Nano-HiFi "Kitten". (Сейчас принимаются заявки на лучшие имена)

Эти динамики имеют высоту примерно 4,25 дюйма (10,8 см), ширину 2,75 дюйма (7 см) и глубину примерно 4,5 дюйма (11,4 см), включая крепежные стойки, и предназначены для обеспечения отличного звука в крошечной упаковке. Они сделаны с использованием типичного экструзионного 3D-принтера с использованием нити PLA. Давайте займемся этим!

Запасы

Детали и материалы:

• 4x динамика Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1"
• 2 кроссовых индуктора 0,2 мГн
• 2x 2,4 Ом резистора звукового качества
• 'Plastic Wood' или аналогичный наполнитель для дерева
• 'Perfect Plastic Putty' или аналогичный наполнитель
• Распылительная грунтовка и краска
• супер клей
• Силиконовый герметик RTV или аналогичный
• 4x клеммы для проводов / зажимные клеммы
• Прибл. 3–4 фута изолированного провода 18–20 га
• Разъемы с внутренней резьбой
• 4 крепежных винта M2x12
• 4 гайки M2
• 4x шайбы M2
• Два небольших куска фанеры толщиной от 1/8 до 1/4 дюйма или аналогичной прочной доски.

Инструменты:

• 3D-принтер и нить по выбору
• Паяльник и припой
• Наждачная бумага и / или пилочки для ногтей различной крупности от 200 до 1000
• Съёмники / кусачки для проводов, нож xacto и несколько других основных инструментов будут полезны.

Шаг 1. Цели и ограничения

Знаю я это или нет, но когда я что-то создаю, я в основном начинаю с двух вещей. Цели и ограничения. Итак, вот они.

Цели:

• Максимально низкое расширение басов. Будем надеяться, что 90 - 100 Гц, прежде чем басы станут слишком тихими.
• Приемлемая громкость прослушивания. Уже существует множество крошечных динамиков, которые отлично звучат на всех частотах; Это так называемые наушники. Проблема в том, что вам нужно приставить их к голове. Это явно не то, что мне нужно, и сделать так, чтобы их можно было слышать на расстоянии, немного сложнее.
• Плоская частотная характеристика. Постарайтесь устранить большие резонансы, пики и впадины, от которых страдает большинство маленьких динамиков.

Ограничения:

• Размер. Динамики должны подходить под мониторы моего компьютера, поэтому не могут быть больше 4 дюймов в высоту и 5 дюймов в глубину. Я определил, что внутренний объем около 500 мл является хорошей целью. Кроме того, поскольку я использовал 3D-принтер в своем университете, у меня было ограничено около 250 граммов материала для печати.
• Расходы. У меня нет миллиона долларов, чтобы потратить на эти колонки, так что никаких экзотических материалов, инструментов или деталей.
• Сложность. Это отчасти согласуется со стоимостью, но также с моим уровнем навыков и временем. Это, вероятно, ограничивает меня «полнодиапазонным» дизайном, потому что он намного проще, чем двух- или трехполосный дизайн, и не требует дорогостоящих компонентов кроссовера.
• Эстетичный дизайн. Потому что я должен смотреть на эти вещи весь день.

Шаг 2: выбор драйвера

Имея в виду цели и ограничения, пора…. ходить по магазинам?

Верно. Поскольку драйверы - это сердце любого динамика, я сначала выбрал драйвер, а остальную часть динамика спроектировал вокруг него. Поскольку я планировал над этим подумать, мне нужны были не только подходящие драйверы, но и подходящие характеристики и размеры, предоставленные производителем. Я объясню, почему они так важны, через минуту, но без них дизайн моей акустической системы становится практически полным предположением.

Поэтому я открыл свой любимый сайт, чтобы купить компоненты динамиков, Parts Express, и поискал «полнодиапазонные» драйверы в диапазоне 1–2 дюйма. Я нашел их, AuraSound "Cougar" (отсюда я получил слово "Kitten" от названия моих динамиков. Понятно?), У которых есть несколько хороших качеств.

• Маленький размер. Чем меньше, тем лучше.
• Дешевый. Всего около 10,50 долларов за штуку.
• Отличные средние и высокие частоты и удивительно низкие басы для такого маленького динамика.
• Хорошая управляемость, так что я, надеюсь, смогу немного поднять их, не беспокоясь.

Имея в виду эти драйверы, пришло время загрузить техническое описание и приступить к моделированию.

Шаг 3: Моделирование динамика

После выбора потенциального кандидата в драйверы мне потребовалась пара программных продуктов, чтобы запустить моделирование и оценить эффективность моего выбора динамика и конструкции корпуса. Итак, я выполнил несколько шагов, чтобы создать симуляцию одного драйвера в базовом корпусе.

Первая программа, которую я использовал, называется SplTrace. Его версия доступна здесь бесплатно. Это очень простая маленькая программа. Чтобы использовать его, я сначала импортировал изображение графиков частотной характеристики и импедансной характеристики выбранного мной драйвера. Затем, отслеживая графики курсором, я смог преобразовать изображения графиков в файлы, которые может использовать программное обеспечение для моделирования.

Затем я использовал программу под названием Boxsim. Последняя версия на английском языке доступна здесь. Я создал новый проект и выполнил начальную настройку. Затем, сверяясь с таблицей данных, которую я загрузил для своего драйвера, я ввел все необходимые данные о драйвере. Внизу есть возможность ввести данные отклика частоты и сопротивления. Здесь я загрузил файлы, созданные с помощью SplTrace. Затем я пролистал вкладки и добавил начальные оценки типа корпуса, размеров и частоты настройки, поскольку решил использовать перенесенный корпус. Вентилируемый корпус дал мне два преимущества. Во-первых, возможность настроить порт на низкую частоту, надеюсь, немного расширив басовый отклик. Во-вторых, он позволяет водителю двигаться более свободно и должен быть немного более эффективным по сравнению с герметичным корпусом. Учитывая, что вентиляционное отверстие будет точно спроектировано и напечатано как неотъемлемая часть корпуса, это не проблема.

Правильно введя всю необходимую информацию в Boxsim, я подключил одиночный драйвер к усилителю в меню «Усилитель 1», и когда я нажал «ОК», мне был представлен интересный график, который выглядит примерно так, как показано здесь. Успех! Теперь у меня была симуляция базовой частотной характеристики, с которой можно было начать возиться.

Шаг 4: Разработка дизайна громкоговорителя

После того, как я сделал первое моделирование, пришло время понять, как эта информация может помочь мне в выборе дизайна.

Мне представлен типичный график частотной характеристики с SPL (громкость в дБ) по оси Y и частотой по оси X. У идеального динамика на этом графике будет прямая линия от 20 Гц до 20 000 Гц. Таким образом, теперь моей целью было настроить любые параметры, которые я мог сделать, чтобы мой динамик был как можно ближе к этому воображаемому идеальному динамику.

При этом сразу возникли две проблемы.

Во-первых, на графике выше 1000 Гц был значительный выпуклость. С некоторым эквалайзером и / или несколькими аналоговыми фильтрами эту проблему можно было бы легко решить… Если бы не моя вторая проблема.

Щелкнув по Макс. Вкладка SPL Я видел похожий график частотной характеристики. Однако, в отличие от другого, этот график показывает, насколько громко динамик может воспроизводить на данной частоте, прежде чем будет превышен предел максимальной мощности или предел максимального отклонения. Таким образом, даже если бы я использовал некоторую эквализацию (изящную и не `` прилипающую '' к динамикам, если они перемещаются) или аналоговую фильтрацию (дорогую, сложную и громоздкую), чтобы добиться большего соответствия высоких частот средних частот с басами., Я смогу воспроизвести свою музыку только на уровне 80 дБ на максимальной громкости. Хотя 80 дБ на самом деле довольно громко (подумайте о пылесосе или вывозе мусора), имейте в виду, что это будет на самом пределе возможностей динамиков, что не очень хорошее место. Чтобы динамики не разрушались или не звучали как искаженный мусор, я хотел иметь приличный запас по запасам, прежде чем они достигнут своих пределов. Единственный способ попасть туда - это либо выбрать другого (почти наверняка более крупного) водителя, либо удвоить ставку.

Шаг 5: Завершение дизайна громкоговорителя

Итак, как вы наверняка заметили в начале этой инструкции, я решил удвоить ставку. По сравнению с доступными 2-дюймовыми драйверами на Parts Express, два из них должны обеспечивать такую же или большую производительность за свою цену. И, честно говоря, мне понравился внешний вид двух установленных друг на друга драйверов. Эстетика тоже имеет значение:)

Добавить дубликат драйвера в Boxsim было довольно просто. Я создал новый проект в Boxsim, скопировал драйвер при первоначальной настройке и использовал настройки «общего внешнего корпуса» для определения корпуса и перегородки. После этого результаты выглядели намного более обнадеживающими. Теперь у меня был дополнительный запас мощности на 5-10 дБ и более плавная общая кривая. Я дурачился с объемом корпуса, частотой настройки и начинкой, пока не нашел комбинацию, которая мне очень понравилась: 0,45 литра, 125 Гц и «легкая начинка».

В процессе их проектирования я узнал о явлении, называемом перегородкой, иначе говоря, дифракционными потерями, которые, по-видимому, являются основным фактором для большинства высококачественных динамиков. По сути, когда звуковые волны исходят из динамика, они пытаются излучаться во всех направлениях. В том числе за динамиком. Поскольку высокочастотные звуки имеют очень короткую длину волны, они отражаются от передней поверхности корпуса динамика и возвращаются в слушателя. Но низкочастотные звуки с их гораздо большей длиной волны легко огибают корпус динамика. Таким образом, высокочастотные звуки кажутся слушателю немного громче. К счастью, это легко исправить с помощью всего одного резистора и катушки индуктивности. Этот онлайн-калькулятор подскажет вам нужные значения после нескольких вводов. Оттуда я мог добавить свою схему ступенчатой коррекции перегородки в секцию кроссовера моего смоделированного усилителя и увидеть новые результаты. Я немного повозился с калькулятором, пока не получил ответ, который мне понравился, со значениями компонентов, которые были доступны в Parts Express.

На этом этапе важно, чтобы я признался и сказал, что, ну, я немного обманул.: (Но вот как я обманул и почему в этом случае все нормально.

Благодаря тому, что я создал их сам, я точно знал, где и как они будут использоваться. Это дало мне немного знаний, которые я мог использовать в своих интересах. Оба динамика будут на моем столе, прижатыми к большой стене и под двумя большими плоскими компьютерными мониторами. Вы можете увидеть, к чему все идет. Эти плоские поверхности будут действовать как большая перегородка, усиливая басы так, как Boxsim не может знать. Поэтому я сказал Boxsim небольшую правду и притворился, что мои перегородки на самом деле 100 см в высоту и в ширину. Извините не извините, Boxsim. Полагаю, это больше искусство, чем наука:)

Однако, поскольку я сделал это, было важно иметь в виду, что реальные результаты, вероятно, на самом деле будут находиться где-то между симуляциями «крошечной перегородки» и «огромной перегородки».

Шаг 6. Проектирование корпуса и сборки (CAD)

Первая премия в первом авторском конкурсе