Sitni* Stolni zvučnici visoke pouzdanosti (3D štampani): 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Provodim puno vremena za svojim stolom. Ovo je nekada značilo da sam provodio dosta vremena slušajući svoju muziku kroz užasne limene zvučnike ugrađene u moje računarske ekrane. Neprihvatljivo! Htio sam pravi, visokokvalitetni stereo zvuk u atraktivnom pakiranju koje bi stalo ispod monitora na mom malom stolu. Tipični "kompjuterski zvučnici" uvijek su razočarani, pa sam odlučio primijeniti neke osnovne dizajne i inženjerske principe zvučnika kako bih izgradio par beskompromisnih (u redu, više poput niskokompromisnih) zvučnika koji će, zbog svoje veličine, zadiviti svakog audiofila.

Predstavljamo najnoviji dodatak mojoj HiFi porodici, "Kitten" Nano-HiFi stolne zvučnike. (Sada prihvatamo podneske za bolja imena)

Ovi zvučnici imaju visinu od približno 10,8 cm (4,25 inča), širinu (7,7 cm) i dubinu (11,4 cm) sa poveznim stupovima, a dizajnirani su za odličan zvuk u malom pakiranju. Izrađene su pomoću tipičnog ekstruzijskog 3D štampača, koristeći PLA filament. Uđimo u to!

Supplies

Dijelovi i materijali:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1 "upravljački programi za zvučnike
• 2 x 0,2 mH crossover prigušnice
• 2x 2.4 Ohm "audio grade" otpornici
• 'Plastično drvo' ili slično punilo za drvo
• 'Savršeni plastični kit' ili slično punilo
• Boja u spreju
• super ljepilo
• RTV silikonsko brtvilo ili slično
• 4x Žičani terminali / vezni stubovi
• Pribl. 3-4 stope izolovane žice od 18-20 ga
• Priključci ženskih lopatica
• 4x M2x12 vijci za stroj
• 4x M2 matice
• 4x M2 podloške
• Dva mala komada šperploče debele 1/8 " - 1/4" ili slične čvrste ploče

Alati:

• 3D štampač i filament po izboru
• Lemilica i lemljenje
• Brusni papir i/ili turpije za nokte, različite granulacije od 200-1000
• Skidači/rezači žica, xacto nož i nekoliko drugih osnovnih alata bit će od pomoći

Korak 1: Ciljevi i ograničenja

Znao ja to ili ne, kad gradim nešto, u osnovi počinjem s dvije stvari. Ciljevi i ograničenja. Pa evo ih.

Ciljevi:

• Ekstenzija basa što je moguće niža. Nadajmo se, 90 - 100 Hz prije nego što bas počne previše tiho.
• Prihvatljiva jačina zvuka. Već postoji mnogo malih zvučnika koji odlično zvuče na svim frekvencijama; To se zove slušalica. Problem je u tome što ih morate zalijepiti za glavu. Očigledno to nije ono što ja tražim, a učiniti ih je sposobnim da slušaju na daljinu malo je teže izvesti.
• Ravan frekvencijski odziv. Pokušajte ukloniti velike rezonancije, vrhove i doline od kojih pati većina malih govornika.

Ograničenja:

• Veličina. Zvučnici moraju stati ispod mojih računarskih monitora, pa ne smiju biti veći od 4 inča i dubine 5 inča. Utvrdio sam da je unutrašnja zapremina od oko 500 ml dobra meta. Osim toga, budući da sam na svom univerzitetu koristio 3D štampač, bio sam ograničen na oko 250 grama materijala za štampanje.
• Cost. Nemam milion dolara za potrošiti na ove zvučnike, pa nema egzotičnih materijala, alata ili dijelova.
• Složenost. To je donekle usklađeno s troškovima, ali i mojim nivoom vještine i vremenom. Ovo me vjerojatno ograničava na „fullrange“dizajn jer je znatno jednostavniji od dvo- ili trosmjernog dizajna i ne zahtijeva skupe crossover komponente.
• Estetski ugodan dizajn. Jer te stvari moram gledati cijeli dan.

Korak 2: Odabir upravljačkog programa

S obzirom na ciljeve i ograničenja, vrijeme je da…. ici u kupovinu?

Tako je. Budući da su upravljački programi srce svakog zvučnika, prvo sam odabrao upravljački program i dizajnirao ostatak zvučnika oko njega. Budući da sam planirao malo razmisliti o ovim stvarima, nisu mi samo trebali odgovarajući upravljački programi, već su i proizvođači dali pristojne specifikacije i mjere. Za trenutak ću otkriti zašto su to važne, ali bez njih moj dizajn zvučnika postaje u osnovi potpuna pretpostavka.

Stoga sam otvorio svoju omiljenu web lokaciju da kupim komponente zvučnika, Parts Express, i potražio "fullrange" upravljačke programe u rasponu 1 " - 2". Našao sam ove, AuraSound "Cougar" (odatle sam izvukao "Kitten" za ime mojih zvučnika. Shvaćate?) Koji imaju nekoliko dobrih kvaliteta.

• Mala velicina. Što manje to bolje.
• Cheap. Samo oko 10,50 USD svaki.
• Odlične performanse srednjih i visokih tonova i nevjerojatno nizak odziv basa za tako malog vozača.
• Dobro upravljanje energijom, pa se nadam da ću ih moći malo zagrijati bez brige.

S obzirom na ove upravljačke programe, došlo je vrijeme za preuzimanje podatkovne tablice i simulaciju.

Korak 3: Simulacija zvučnika

S odabranim potencijalnim kandidatom za vozača, bilo mi je potrebno nekoliko softvera kako bih pokrenuo simulacije i procijenio učinkovitost izbora zvučnika i dizajna kućišta. Stoga sam slijedio nekoliko koraka za stvaranje simulacije jednog upravljačkog programa u osnovnom kućištu.

Prvi program koji sam koristio zove se SplTrace. Njegova verzija dostupna je ovdje besplatno. Ovo je vrlo jednostavan mali program. Da bih ga koristio, prvo sam uvezao sliku grafikona frekvencijskog odziva i odziva impedanse odabranog upravljačkog programa. Zatim sam, praćenjem grafikona pomoću kursora, uspio pretvoriti slike iscrtanih u datoteke koje softver za simulaciju može koristiti.

Zatim sam koristio program pod nazivom Boxsim. Najnovija verzija na engleskom jeziku dostupna je ovdje. Napravio sam novi projekt i slijedio početno postavljanje. Zatim sam, upućujući se na listu podataka koju sam preuzeo za svoj upravljački program, ispunio sve potrebne podatke o upravljačkom programu. Pri dnu postoji mogućnost unosa podataka o frekvenciji i odzivu impedence. Ovdje sam učitao datoteke koje sam stvorio pomoću SplTrace. Zatim sam prelistao jezičke i dodao početne procjene za vrstu kućišta, dimenzije i učestalost ugađanja, budući da sam se odlučio za prijenosno kućište. Prozračeno kućište za mene je dalo dvije prednosti. Prvo, mogućnost podešavanja porta za niske frekvencije, nadamo se da će malo produžiti bas odziv. Drugo, omogućava vozaču slobodnije kretanje i trebao bi biti malo efikasniji u odnosu na zatvoreno kućište. S obzirom na to da će otvor za ventilaciju biti precizno dizajniran i odštampan kao sastavni dio kućišta, nema problema.

Pošto su svi potrebni podaci ispravno uneti u Boxsim, spojio sam pojedinačni upravljački program na pojačalo ispod menija 'Pojačalo 1' i kada sam pritisnuo "Ok", pojavio mi se zanimljiv grafikon koji izgleda nešto poput ovog prikazanog ovdje. Uspjeh! Sada sam imao simulaciju osnovnog frekvencijskog odziva s kojom sam počeo petljati.

Korak 4: Razvoj dizajna zvučnika

Nakon što sam obavila prvu simulaciju, došlo je vrijeme da shvatim kako bi te informacije mogle voditi mojim dizajnerskim izborima.

Predstavljen mi je tipičan dijagram frekvencijskog odziva, sa SPL (glasnost, u dB) na osi y i frekvencijom na osi x. Savršen zvučnik imao bi ravnu liniju preko ovog grafikona, sve od 20 Hz do 20 000 Hz. Stoga mi je sada cilj bio prilagoditi sve parametre kako bi moj zvučnik bio što bliže ovom zamišljenom idealnom zvučniku.

Time su se odmah pojavila dva problema.

Prvi je bio značajan udar u grafikonu iznad 1000 Hz. Uz izjednačavanje i/ili nekoliko analognih filtera, ovo bi mogao biti jednostavan problem za rješavanje … Da nije mog drugog problema.

Klikom na Max. SPL kartica Vidio sam grafikon frekvencijskog odziva sličnog izgleda. Međutim, za razliku od drugog, ovaj zaplet prikazuje najglasnije što zvučnik može svirati na datoj frekvenciji prije nego što pređe ograničenje maksimalne snage ili ograničenje maksimalnog izlaza. Stoga, čak i ako sam upotrijebio izjednačavanje (fino i ne "drži se" zvučnika ako se pomjeraju) ili analognu filtraciju (skupo, komplicirano i glomazno) kako bih srednje tonove više uskladio s basom, Mogao bih reproducirati svoju muziku samo na oko 80 dB na najglasnije zvukove. Iako je 80 dB zapravo prilično glasno (razmislite o usisavaču ili odlaganju smeća), imajte na umu da bi to bilo na samoj granici sposobnosti zvučnika, što nije dobro mjesto. Da zvučnici ne bi sami sebe uništili ili zvučali kao iskrivljeno smeće, htio sam pristojnu količinu prostora prije nego što su dosegli svoje granice. Jedini način da dođete tamo bio je ili izabrati drugog (gotovo sigurno većeg) vozača ili udvostručiti.

Korak 5: Dovršavanje dizajna zvučnika

Dakle, kao što ste sigurno primijetili na početku ovog uputstva, odlučio sam udvostručiti. U poređenju sa dostupnim upravljačkim programima od 2 na Parts Express -u, dva od ovih bi trebala pružiti koliko -toliko performanse po cijeni. I, da budem iskren, svidio mi se izgled dva naslagana upravljačka programa. I estetika je bitna:)

Dodavanje duplikata upravljačkog programa u Boxsim bilo je prilično jednostavno. Napravio sam novi projekt u Boxsimu, kopirao upravljački program pri početnom postavljanju i koristio postavke "zajedničkog vanjskog kućišta" za definiranje kućišta i pregrade. Nakon toga, rezultati su izgledali mnogo obećavajuće. Sada sam imao 5-10 dB dodatnog prostora za glavu i sve glatkiju krivulju. Lupao sam oko volumena kućišta, učestalosti ugađanja i punjenja sve dok nisam našao kombinaciju koja mi se jako svidjela na 0,45 litara, 125 Hz i 'lagano punjena'.

Dok sam ih dizajnirao, naučio sam o fenomenu koji se zove zbunjujući korak, poznat i kao gubitak difrakcije, što je očigledno glavni faktor za većinu visokokvalitetnih zvučnika. U osnovi, kada zvučni valovi dolaze iz zvučnika, oni pokušavaju zračiti u svim smjerovima. Uključujući i iza zvučnika. Budući da visokofrekventni zvukovi imaju vrlo kratku valnu duljinu, odbijaju se od prednje površine zvučničke kutije i pucaju na slušatelja. Ali zvukovi nižih frekvencija, s mnogo većim valnim duljinama, lako će se saviti oko kućišta zvučnika. Stoga se čini da su zvukovi visoke frekvencije malo glasniji za slušatelja. Srećom, ovo se lako popravlja sa samo jednim otpornikom i induktorom. Ovaj mrežni kalkulator će vam reći vrijednosti koje su vam potrebne s obzirom na nekoliko unosa. Odatle bih mogao dodati svoj krug korekcije koraka pregrade u presjek moga simuliranog pojačala i vidjeti nove rezultate. Malo sam se petljao po kalkulatoru dok nisam dobio odgovor koji mi se dopao sa vrijednostima komponenti koje su bile dostupne iz Parts Express -a.

U ovom trenutku važno je da dođem čist i kažem da sam malo varao.: (Ali evo kako sam varao i zašto je u ovom slučaju u redu.

Zahvaljujući vlastitoj izgradnji, znao sam gdje i kako će se koristiti. To mi je dalo malo znanja koje bih mogao koristiti u svoju korist. Oba zvučnika će biti na mom stolu, naslonjeni uz veliki zid, a ispod dva velika, ravna računarska monitora. Možda ćete vidjeti kuda ovo vodi. Ove ravne površine djelovat će pomalo poput velike zbunjivanja, pojačavajući bas na načine za koje Boxsim ne zna. Pa sam rekao Boxsimu malu bijelu laž i pretvarao se da su moje pregrade zapravo visoke i široke 100 cm. Žao mi je, nije mi žao, Boxsim. Pretpostavljam da je više umjetnost nego nauka:)

Međutim, budući da sam to učinio, važno je imati na umu da će se stvarni rezultati vjerovatno zapravo nalaziti negdje između simulacija "male pregrade" i "velike pregrade".

Korak 6: Dizajn kućišta i montaže (CAD)

Prva nagrada na Prvom takmičenju autora