Drobni* Namizni zvočniki visoke ločljivosti (natisnjeni 3D): 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Veliko časa preživim za mizo. To je včasih pomenilo, da sem veliko časa poslušal svojo glasbo skozi grozne pločevinaste zvočnike, vgrajene v računalniške monitorje. Nesprejemljivo! Želel sem pravi, visokokakovosten stereo zvok v privlačnem paketu, ki bi se prilegal pod monitorje na moji majhni mizi. Tipični "računalniški zvočniki" so vedno razočarani, zato sem se odločil, da bom uporabil nekaj osnovnih načrtov in inženirskih načel zvočnikov, da bom sestavil par brezkompromisnih (v redu, bolj podobnih nizkokompromisnim) zvočnikov, ki bodo glede na njihovo velikost navdušiti vsakega avdiofila.

Predstavljam najnovejši dodatek v moji družini HiFi, namizne zvočnike Nano-HiFi "Kitten". (Zdaj sprejemam predloge za boljša imena)

Ti zvočniki merijo približno 10,8 cm v višino, v širino 7 cm in v globino skupaj z veznimi stebri približno 11 cm v globino, zasnovani za odličen zvok v majhnem paketu. Narejeni so s tipičnim ekstruzijskim 3D tiskalnikom z uporabo PLA filamenta. Pojdimo v to!

Zaloge

Deli in materiali:

• 4x gonilniki zvočnikov Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1"
• 2x križni induktorji 0,2 mH
• 2x 2,4 Ohm "audio grade" upori
• „Plastični les“ali podobno polnilo za les
• „Perfect Plastic Putty“ali podobno polnilo
• Razpršilni premaz in barva
• super lepilo
• RTV silikonsko tesnilo ali podobno
• 4x žični terminali / vezni stebri
• Pribl. 3-4 čevljev 18-20 ga izolirane žice
• Ženski priključki za lopatice
• 4x vijaki za stroj M2x12
• 4x matice M2
• 4x podložke M2
• Dva majhna kosa vezanega lesa debeline 1/8 " - 1/4" ali podobne trdne plošče

Orodja:

• 3D tiskalnik in žarilna nitka po izbiri
• Spajkalnik in spajkanje
• Brusni papir in/ali pilice za nohte, različni zrn od 200-1000
• Odstranjevalci/rezalniki žice, nož xacto in nekaj drugih osnovnih orodij bodo v pomoč

1. korak: Cilji in omejitve

Ne glede na to, ali vem ali ne, začnem v osnovi pri dveh stvareh. Cilji in omejitve. Torej so tukaj.

Cilji:

• Podaljšek nizkih tonov čim nižji. Upajmo, 90 - 100 Hz, preden se bas začne umirjati.
• Sprejemljiva glasnost poslušanja. Obstaja že veliko drobnih zvočnikov, ki odlično zvenijo na vseh frekvencah; Te se imenujejo slušalke. Težava je v tem, da jih morate prilepiti na glavo. Očitno to ne želim, zato je malo težje doseči njihovo poslušanje na daljavo.
• Ravni frekvenčni odziv. Poskusite odpraviti velike resonance, vrhove in doline, ki jih trpi večina majhnih zvočnikov.

Omejitve:

• Velikost. Zvočniki morajo stati pod mojimi računalniškimi monitorji, zato ne smejo biti višji od približno 4 cm in globoki 5 cm. Ugotovil sem, da je notranji volumen približno 500 ml dobra tarča. Poleg tega, ker sem na svoji univerzi uporabljal 3D tiskalnik, sem bil omejen na približno 250 gramov tiskarskega materiala.
• Stroški. Nimam milijona dolarjev za te zvočnike, zato ni eksotičnih materialov, orodij ali delov.
• Kompleksnost. To je nekoliko usklajeno s stroški, pa tudi z mojo stopnjo znanja in časom. To me verjetno omejuje na "fullrange" zasnovo, ker je precej enostavnejša od dvo- ali trosmerne zasnove in ne zahteva dragih crossover komponent.
• Estetsko prijeten dizajn. Ker moram te stvari gledati ves dan.

2. korak: Izbira gonilnika

Glede na cilje in omejitve je čas, da…. iti po nakupih?

Tako je. Ker so vozniki srce vsakega zvočnika, sem najprej izbral gonilnika in okoli njega oblikoval preostanek zvočnika. Ker sem o tem razmišljal, nisem potreboval le ustreznih gonilnikov, ampak tudi dostojne specifikacije in mere, ki jih je zagotovil proizvajalec. V nekaj minutah bom raziskal, zakaj so te pomembne, vendar brez njih moja zasnova zvočnikov postane v bistvu popolna uganka.

Zato sem pobral svoje najljubše spletno mesto za nakup komponent zvočnikov, Parts Express, in poiskal gonilnike "fullrange" v razponu 1 " - 2". Našel sem te, AuraSound "Cougar" (od tod sem dobil ime "Kitten" za ime svojih zvočnikov. Razumeš?), Ki imajo nekaj dobrih lastnosti.

• Majhna velikost. Manjši kot je, tem bolje.
• Poceni. Samo 10,50 USD vsak.
• Odlične zmogljivosti srednjih in visokih tonov ter neverjetno nizek odziv nizkih tonov za tako majhnega voznika.
• Dobro ravnanje z močjo, tako da jih upam, da jih bom brez skrbi malce dvignil.

Ob upoštevanju teh gonilnikov je bil čas za prenos podatkovnega lista in simulacijo.

3. korak: Simulacija zvočnikov

Z izbranim potencialnim kandidatom za voznika sem potreboval nekaj kosov programske opreme, da sem lahko izvedel simulacije in presodil učinkovitost izbire zvočnikov in zasnove ohišja. Zato sem sledil nekaj korakom za ustvarjanje simulacije enega samega gonilnika v osnovnem ohišju.

Prvi program, ki sem ga uporabil, se imenuje SplTrace. Njegova različica je tukaj na voljo brezplačno. To je zelo preprost mali program. Za uporabo sem najprej uvozil sliko grafov frekvenčnega odziva in odziva odpornosti izbranega gonilnika. Potem sem s sledenjem ploskev s kazalcem uspel slike ploskev pretvoriti v datoteke, ki jih lahko uporablja simulacijska programska oprema.

Nato sem uporabil program, imenovan Boxsim. Najnovejša angleška različica je na voljo tukaj. Ustvaril sem nov projekt in sledil začetni nastavitvi. Nato sem s sklicevanjem na podatkovni list, ki sem ga prenesel za gonilnik, izpolnil vse zahtevane podatke o gonilniku. Na dnu je možnost vnosa podatkov o odzivu frekvence in impedence. Tu sem naložil datoteke, ki sem jih ustvaril s pomočjo SplTrace. Nato sem kliknil jezičke in dodal začetne ocene za vrsto ohišja, mere in frekvenco uglaševanja, saj sem se odločil za uporabo prenosnega ohišja. Odzračeno ohišje mi je prineslo dve prednosti. Prvič, možnost prilagajanja vrat za nizke frekvence in upajmo, da bomo nekoliko povečali odziv nizkih tonov. Drugič, vozniku omogoča bolj svobodno gibanje in bi moral biti nekoliko učinkovitejši v primerjavi z zaprtim ohišjem. Glede na to, da bo odzračevalnik natančno oblikovan in natisnjen kot sestavni del ohišja, ni težko razmišljati.

Ko so bili vsi potrebni podatki pravilno vneseni v Boxsim, sem en sam gonilnik povezal z ojačevalnikom v meniju 'Ojačevalnik 1' in ko sem pritisnil "V redu", se mi je prikazal zanimiv graf, ki je podoben tistemu, ki je prikazan tukaj. Uspeh! Zdaj sem imel simulacijo osnovnega frekvenčnega odziva, s katero sem se lahko začel ukvarjati.

4. korak: Razvoj zasnove zvočnika

Ko sem opravil prvo simulacijo, je bil čas, da razumem, kako bi te informacije lahko vodile pri mojih oblikovalskih odločitvah.

Predstavljen mi je tipičen diagram frekvenčnega odziva s SPL (glasnost, v dB) na osi y in frekvenco na osi x. Popoln zvočnik bi imel na tem grafu ravno črto, vse od 20 Hz do 20 000 Hz. Tako je bil moj cilj zdaj prilagoditi vse parametre, da bo moj zvočnik čim bližje temu namišljenemu idealnemu zvočniku.

S tem sta se takoj pojavila dva problema.

Najprej je bil pomemben udarec v zgornjem grafu približno 1000 Hz. Z nekaj izenačevalnimi in/ali nekaj analognimi filtri bi to lahko preprosto rešili … Če ne bi bilo moje druge težave.

S klikom na Max. Zavihek SPL Videl sem podoben grafikon frekvenčnega odziva. Vendar pa za razliko od drugega ta ploskev prikazuje najglasnejši zvočnik, ki ga lahko predvaja pri dani frekvenci, preden preseže omejitev največje moči ali največjo omejitev izleta. Torej, tudi če sem uporabil nekaj izenačevanja (finnicky in se ne "drži" zvočnikov, če se premikajo naokoli) ali analogno filtracijo (drago, zapleteno in obsežno), da srednji toni postanejo bolj skladni z nizkimi toni, Glasbo bi lahko predvajal le pri največ 80 dB pri največji glasnosti. Čeprav je 80 dB pravzaprav precej glasno (pomislite na sesalnik ali odlaganje smeti), ne pozabite, da bi to bilo na sami meji zmogljivosti zvočnikov, kar pa ni dobro. Da se zvočniki ne bi samouničevali ali zveneli kot popačeni smeti, sem želel spodobno količino prostora, preden so dosegli svoje meje. Edini način, da pridete tja, je bil, da izberete drugega (skoraj zagotovo večjega) voznika ali pa se podvojite.

5. korak: Dokončanje zasnove zvočnika

Torej, kot ste zagotovo opazili na začetku tega navodila, sem se odločil podvojiti. V primerjavi z 2 -palčnimi gonilniki, ki so na voljo v Parts Expressu, bi morala dva od teh zagotoviti enako ali več zmogljivosti za ceno. Če sem iskren, mi je bil všeč videz dveh zloženih gonilnikov. Tudi estetika je pomembna:)

Dodajanje podvojenega gonilnika v Boxsim je bilo precej enostavno. Naredil sem nov projekt v Boxsimu, kopiral gonilnik ob začetni nastavitvi in uporabil nastavitve "skupnega zunanjega ohišja" za določitev ohišja in pregrade. S tem so bili rezultati videti veliko bolj obetavni. Zdaj sem imel 5-10 dB dodatne prostornine in bolj gladko krivuljo. Zmedel sem se z glasnostjo ohišja, frekvenco uglaševanja in polnjenjem, dokler nisem našel kombinacije, ki mi je bila zelo všeč pri 0,45 litra, 125 Hz in "rahlo polnjene".

Medtem ko sem jih oblikoval, sem spoznal pojav, ki se imenuje baffle step, znana tudi kot izguba difrakcije, kar je očitno pomemben dejavnik pri večini visokokakovostnih zvočnikov. V bistvu, ko zvočni valovi prihajajo iz zvočnika, poskušajo sevati v vse smeri. Vključno za zvočnikom. Ker imajo visokofrekvenčni zvoki zelo kratko valovno dolžino, se odbijajo od sprednje površine zvočniške omare in streljajo nazaj na poslušalca. Toda nizkofrekvenčni zvoki s svojo veliko daljšo valovno dolžino se zlahka upognejo okoli ohišja zvočnikov. Tako se zdi, da so visokofrekvenčni zvoki poslušalcu nekoliko glasnejši. Na srečo je to enostavno popraviti le z enim uporom in induktorjem. Ta spletni kalkulator vam bo povedal nekaj vrednosti, ki jih potrebujete glede na nekaj vnosov. Od tam bi lahko v križni del svojega simuliranega ojačevalnika dodal svoj vezni korekcijski korak in si ogledal nove rezultate. Malo sem se poigraval s kalkulatorjem, dokler nisem dobil odgovora, ki mi je bil všeč, z vrednostmi komponent, ki so bile na voljo v Parts Expressu.

Na tej točki je pomembno, da pridem čist in rečem, da sem se malo varal.: (Ampak tukaj sem varal in zakaj je v tem primeru v redu.

Zahvaljujoč temu, da sem jih sam izdelal, sem natančno vedel, kje in kako se bodo uporabljali. To mi je dalo malo znanja, ki bi ga lahko uporabil v svojo korist. Oba zvočnika bosta na moji mizi, podprta ob veliki steni, pod dvema velikima, ploščatima računalniškima monitorjema. Morda boste videli, kam to pelje. Te ravne površine bodo delovale kot velika omama in povečale nizke tone na načine, za katere Boxsim ne more vedeti. Zato sem Boxsimu povedal malo belo laž in se pretvarjal, da so moje lopute pravzaprav visoke in široke 100 cm. Žal ni žal, Boxsim. Mislim, da je bolj umetnost kot znanost:)

Ker pa sem to storil, je bilo treba upoštevati, da bodo rezultati v resničnem življenju verjetno dejansko nekje vmes med simulacijami "drobnega odbijača" in "velikega odbijača".

Korak 6: Zasnova ohišja in montaže (CAD)

Prva nagrada na prvič natečaju avtorjev