Pienet* High-Fidelity-työpöytäkaiuttimet (3D-tulostettu): 11 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Vietän paljon aikaa työpöytäni ääressä. Tämä tarkoitti sitä, että vietin paljon aikaa musiikkini kuuntelemiseen tietokoneen näyttöjen sisäänrakennettujen kauheiden pienten kaiuttimien kautta. Käsittämätön! Halusin todellista, korkealaatuista stereoääntä houkuttelevassa paketissa, joka mahtuu pienen työpöydän näyttöjen alle. Tyypilliset "tietokoneen kaiuttimet" ovat aina pettymyksiä, joten päätin soveltaa joitain peruskaiuttimien suunnittelua ja suunnitteluperiaatteita rakentaaksesi parin kompromissittomia (okei, enemmän kuin matalan kompromissin) kaiuttimia, jotka kokonsa puolesta tehdä vaikutuksen kaikkiin audiofiileihin.

Esittelyssä HiFi-perheeni uusin lisäys, "Kitten" Nano-HiFi -pöytäkaiuttimet. (Hyväksyn nyt parempia nimityksiä)

Nämä kaiuttimet ovat noin 10,8 cm (4,25 tuumaa) korkeita, 7 cm (2,75 tuumaa) leveitä ja noin 4,5 tuumaa (11,4 cm) syviä, mukaan lukien siteet, ja ne on suunniteltu erinomaiseen ääneen pienessä paketissa. Ne on valmistettu käyttämällä tyypillistä 3D -tulostinta, PLA -filamenttia. Mennään asiaan!

Tarvikkeet

Osat ja materiaalit:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1 "kaiutinelementit
• 2x 0,2 mH ristikytkimet
• 2x 2,4 ohmin "ääniluokan" vastukset
• 'Plastic Wood' tai vastaava puun täyteaine
• Täydellinen muovikitti tai vastaava täyteaine
• Suihkuta pohjamaali ja maali
• pikaliima
• RTV -silikonitiiviste tai vastaava
• 4x johdinliittimet / sidontapylväät
• Noin 3-4 jalkaa 18-20 ga eristettyä lankaa
• Naarasliittimet
• 4x M2x12 koneruuvit
• 4x M2 mutteria
• 4x M2 aluslevyt
• Kaksi pientä kappaletta 1/8 " - 1/4" paksuista vaneria tai vastaavaa tukevaa levyä

Työkalut:

• 3D -tulostin ja valinnainen filamentti
• Juotin ja juote
• Hiekkapaperi ja/tai kynsiviilat, erilaisia rakeita 200-1000
• Langanpoistimet/leikkurit, xacto -veitsi ja muutama muu perustyökalu ovat hyödyllisiä

Vaihe 1: Tavoitteet ja rajoitukset

Tiedän sen tai en, mutta kun rakennan jotain, aloitan pohjimmiltaan kahdella tavalla. Tavoitteet ja rajoitukset. Joten tässä he ovat.

Tavoitteet:

• Bassolaajennus mahdollisimman alhaalla. Toivottavasti 90-100 Hz ennen kuin basso alkaa hiljentyä.
• Hyväksyttävä äänenvoimakkuus. On jo paljon pieniä kaiuttimia, jotka kuulostavat hyvältä kaikilla taajuuksilla; Näitä kutsutaan kuulokkeiksi. Ongelma on, että ne on kiinnitettävä päähän. Se ei tietenkään ole sitä mitä haen, ja saada heidät kuunneltavaksi kaukaa on hieman vaikeampi vetää pois.
• Tasainen taajuusvaste. Yritä poistaa suuret resonanssit, huiput ja laaksot, joista useimmat pienet kaiuttimet kärsivät.

Rajoitukset:

• Koko. Kaiuttimien tulee mahtua tietokoneen näyttöjen alle, joten niiden korkeus saa olla enintään noin 4 tuumaa ja syvyys 5 tuumaa. Päätin, että noin 500 ml: n sisäinen tilavuus on hyvä tavoite. Lisäksi koska käytin yliopistossani 3D -tulostinta, painoin vain noin 250 grammaa.
• Kustannus. Minulla ei ole miljoonia dollareita käytettäväksi näihin kaiuttimiin, joten ei eksoottisia materiaaleja, työkaluja tai osia.
• Monimutkaisuus. Tämä vastaa jonkin verran kustannuksia, mutta myös taitotasoa ja aikaa. Tämä rajoittaa minut luultavasti "täyden alueen" suunnitteluun, koska se on huomattavasti yksinkertaisempi kuin 2- tai 3-suuntainen malli eikä vaadi kalliita crossover-osia.
• Esteettisesti miellyttävä muotoilu. Koska minun on katsottava näitä asioita koko päivän.

Vaihe 2: Kuljettajan valinta

Kun tavoitteet ja rajoitukset ovat mielessä, on aika…. mennä ostoksille?

Oikein. Koska kuljettajat ovat minkä tahansa kaiuttimen sydän, valitsin ensin ohjaimen ja suunnittelin loput kaiuttimesta sen ympärille. Koska ajattelin harkita näitä, en tarvinnut vain sopivia ajureita, vaan myös valmistajan toimittamat kunnolliset tiedot ja mitat. Ymmärrän, miksi nämä ovat tärkeitä minuuteissa, mutta ilman niitä kaiutinsuunnittelustani tulee pohjimmiltaan täydellinen arvaus.

Joten otin suosikkisivustoni ostaakseni kaiutinkomponentit, Parts Expressin, ja etsin "täyden alueen" ohjaimia 1 " - 2" -alueelta. Löysin nämä, AuraSound "Cougar" (tästä olen johdattanut "Kitten" kaiuttimien nimestä. Saako sen?), Joilla on muutamia hyviä ominaisuuksia.

• Pieni koko. Mitä pienempi sen parempi.
• Halpa. Vain noin 10,50 dollaria kappale.
• Erinomainen keskialueen ja diskantin suorituskyky ja hämmästyttävän matala bassovaste niin pienelle kuljettajalle.
• Hyvä voimankäsittely, joten toivon, että voin pyörittää niitä hieman huoletta.

Nämä ajurit mielessä oli aika ladata tietolomake ja simuloida.

Vaihe 3: Kaiutinsimulaatio

Kun mahdollinen kuljettajaehdokas oli valittu, tarvitsin pari ohjelmistoa simulaatioiden suorittamiseen ja kaiutinvalintani ja kotelon suunnittelun tehokkuuden arvioimiseen. Joten seurasin muutamaa vaihetta luodakseni simulaation yhdestä ohjaimesta peruskotelossa.

Ensimmäinen käyttämäni ohjelma on nimeltään SplTrace. Sen versio on saatavilla ilmaiseksi täältä. Tämä on hyvin yksinkertainen pieni ohjelma. Jotta voisin käyttää sitä, toin ensin kuvan valitsemani ohjaimen taajuusvaste- ja impedanssivastekaavioista. Sitten, jäljittämällä tontit kursorillani, pystyin muuttamaan kuvaajat kuvat tiedostoiksi, joita simulointiohjelmisto voi käyttää.

Seuraavaksi käytin ohjelmaa nimeltä Boxsim. Uusin englanninkielinen versio löytyy täältä. Tein uuden projektin ja seurasin alkuasetuksia. Viitaten sitten ohjaimelle lataamaani tietolomakkeeseen, täytin kaikki vaaditut ohjaintiedot. Alareunassa on mahdollisuus syöttää taajuus- ja impedanssivastaustietoja. Tässä latasin SplTrace -ohjelmalla luomani tiedostot. Sitten napsautin välilehtiä ja lisäsin alustavia arvioita kotelon tyypistä, mitoista ja viritystiheydestä, koska päätin käyttää siirrettyä koteloa. Tuuletettu kotelo tarjosi minulle kaksi hyötyä. Ensinnäkin kyky virittää portti matalille taajuuksille, toivottavasti pidentämällä bassovastetta hieman. Toiseksi se antaa kuljettajalle mahdollisuuden liikkua vapaammin ja sen pitäisi olla hieman tehokkaampi verrattuna suljettuun koteloon. Koska tuuletusaukko suunnitellaan ja painetaan tarkasti kiinteäksi osaksi koteloa, se on turhaa.

Kun kaikki tarvittavat tiedot oli syötetty Boxsimiin oikein, liitin yksittäisen ohjaimen vahvistimeen Vahvistin 1 -valikon alla ja kun painin "Ok", minulle näytettiin mielenkiintoinen kaavio, joka näyttää jotain tässä esitetyltä. Menestys! Minulla oli nyt perustaajuuden vaste -simulaatio aloittaakseni tinkimisen.

Vaihe 4: Kaiuttimen suunnittelun kehittäminen

Ensimmäisen simulaationi jälkeen oli aika ymmärtää, miten nämä tiedot voivat ohjata suunnitteluvalintojani.

Minulle esitetään tyypillinen taajuusvastekaavio, jossa SPL (äänenvoimakkuus, dB) y-akselilla ja taajuus x-akselilla. Täydellisellä kaiuttimella olisi suora käyrä tämän kaavion poikki, aina 20 Hz - 20 000 Hz. Siksi tavoitteeni oli nyt säätää mitä tahansa parametreja, jotta kaiutin olisi mahdollisimman lähellä tätä kuviteltua ihanteellinen kaiutinta.

Tämän seurauksena kaksi ongelmaa ilmeni heti.

Ensimmäinen oli kaavion merkittävä kohouma noin 1000 Hz: n yläpuolella. Joillakin taajuuskorjauksilla ja/tai muutamilla analogisilla suodattimilla tämä voisi olla yksinkertainen ongelma ratkaistavaksi … Jos se ei olisi toinen ongelma.

Napsauttamalla Max. SPL -välilehti Näin samanlaisen näköisen taajuusvastekaavion. Kuitenkin toisin kuin tämä toinen, tämä juoni näyttää kovimmin, jonka kaiutin voi toistaa tietyllä taajuudella, ennen kuin se ylittää suurimman sallitun tehon tai enimmäiskierrosrajan. Näin ollen, vaikka käyttäisin jonkin verran taajuuskorjausta (finnicky eikä "tartu" kaiuttimiin, jos niitä siirretään) tai analogista suodatusta (kallista, monimutkaista ja tilaa vievää) saadakseni keskipitkän diskantin paremmin basson mukaiseksi, Pystyisin toistamaan musiikkiani vain noin 80 dB: n äänenvoimakkuudella. Vaikka 80 dB on itse asiassa melko kova (ajattele pölynimuria tai roskien hävittämistä), muista, että tämä olisi kaiuttimien kyvyn raja, mikä ei ole hyvä paikka. Jotta kaiuttimet eivät tuhoutuisi itsestään tai kuulostaisi vääristyneeltä roskalta, halusin kunnollisen määrän pääntilaa ennen kuin ne saavuttavat rajansa. Ainoa tapa päästä sinne oli joko valita toinen (lähes varmasti isompi) kuljettaja tai tuplata.

Vaihe 5: Kaiuttimen suunnittelun viimeistely

Joten, kuten varmasti huomasit tämän Instructable -ohjelman alussa, päätin tuplata. Verrattuna Parts Expressin saatavilla oleviin 2 -ohjaimiin, kahden näistä pitäisi tarjota yhtä paljon tai enemmän suorituskykyä hintaan. Ja rehellisesti sanottuna pidin kahden pinotun ohjaimen ulkoasusta. Myös estetiikalla on väliä:)

Kaksoiskappaleen lisääminen Boxsimiin oli melko helppoa. Tein uuden projektin Boxsimissa, kopioin ohjaimen alkuasetusten yhteydessä ja käytin "yhteisen ulkokotelon" asetuksia kotelon ja välilevyn määrittämiseen. Kun tämä oli tehty, tulokset näyttivät paljon lupaavammilta. Minulla oli nyt 5-10 dB ylimääräistä pääntilaa ja tasaisempi yleiskäyrä. Hölmöilin kotelon äänenvoimakkuudella, viritystiheydellä ja täytteellä, kunnes löysin yhdistelmän, josta pidin todella 0,45 litran, 125 Hz: n ja "kevyesti täytettyinä".

Näiden suunnittelun aikana sain tietää ilmiöstä, jota kutsutaan ohjauslevyksi, eli diffraktiohäviöksi, joka on ilmeisesti tärkeä tekijä useimmille korkealaatuisille kaiuttimille. Pohjimmiltaan, kun ääni -aallot tulevat kaiuttimesta, ne yrittävät säteillä kaikkiin suuntiin. Sisältää kaiuttimen takana. Koska suurtaajuisilla äänillä on hyvin lyhyt aallonpituus, ne pomppivat kaiutinlaatikon etupinnalta ja ammutaan takaisin kuuntelijaa vasten. Mutta matalamman taajuuden äänet, joiden aallonpituudet ovat paljon pidemmät, taipuvat helposti kaiutinkotelon ympärille. Siten korkeataajuiset äänet näyttävät kuulijalta hieman kovemmilta. Onneksi tämä on helppo korjata vain yhdellä vastuksella ja induktorilla. Tämä online -laskin kertoo tarvitsemasi arvot muutamalla syötteellä. Sieltä voisin lisätä ohjauslevyn askelkorjauspiirin simuloidun vahvistimen jako -osaan ja nähdä uudet tulokset. Kikkailin hiukan laskimen kanssa, kunnes sain vastauksen, josta pidin, osien arvoilla, jotka olivat saatavilla Parts Expressistä.

Tässä vaiheessa on tärkeää, että tulen puhtaaksi ja sanon, että no, petin vähän.: (Mutta näin minä petin ja miksi tässä tapauksessa se on ok.

Itse rakentamani ansiosta tiesin tarkalleen, missä ja miten niitä käytetään. Tämä antoi minulle vähän tietoa, jota voisin hyödyntää. Molemmat kaiuttimet ovat työpöydälläni, suoraan seinää vasten ja kahden suuren, litteän tietokoneen näytön alla. Saatat nähdä mihin tämä on menossa. Nämä litteät pinnat toimivat jonkin verran kuin iso olkalevy, mikä korostaa bassoa tavoilla, joista Boxsim ei voi tietää. Joten kerroin Boxsimille pienen valkoisen valheen ja teeskentelin, että välilevyt ovat itse asiassa 100 cm korkeita ja leveitä. Anteeksi, älä pahoillani, Boxsim. Enemmän taidetta kuin tiedettä:)

Kuitenkin, koska tein tämän, oli tärkeää pitää mielessä, että tosielämän tulokset olisivat todennäköisesti jossain "pienen välilevyn" ja "valtavan välilevyn" simulaatioiden välissä.

Vaihe 6: Kotelon ja kokoonpanon suunnittelu (CAD)

Ensimmäinen palkinto ensimmäisen kerran kirjailijakilpailussa