Mali* Desktop zvučnici visoke vjernosti (3D ispis): 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Provodim puno vremena za svojim stolom. To je nekad značilo da sam puno vremena provodio slušajući svoju glazbu kroz užasne limene zvučnike ugrađene u moje računalne monitore. Neprihvatljivo! Htio sam pravi, visokokvalitetni stereo zvuk u atraktivnom pakiranju koje bi stalo ispod monitora na mom malom stolu. Tipični "računalni zvučnici" uvijek su iznevjereni, pa sam odlučio primijeniti neke osnovne principe dizajna i inženjerskih principa 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 obitelji, "Kitten" Nano-HiFi stolne zvučnike. (Sada prihvaćam podneske za bolja imena)

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

Pribor

Dijelovi i materijali:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1 "upravljački programi zvučnika
• 2x križni induktori 0,2 mH
• 2x 2.4 Ohm "audio grade" otpornici
• Punilo za drvo od plastike ili slično
• 'Savršeni plastični kit' ili slično punilo
• Temelj u spreju i boju
• super ljepilo
• RTV silikonsko brtvilo ili slično
• 4x žičani terminali / vezni stupovi
• Cca. 3-4 stope izolirane žice od 18-20 ga
• Priključci ženskih lopatica
• 4x vijci za stroj M2x12
• 4x M2 matice
• 4x M2 podloške
• Dva mala komada šperploče debljine 1/8 " - 1/4" ili slične čvrste ploče

Alati:

• 3D pisač 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 da će 90 - 100 Hz prije nego što se bas počne previše utišati.
• Prihvatljiva glasnoća slušanja. Već postoji mnogo sićušnih zvučnika koji odlično zvuče na svim frekvencijama; To se zove slušalica. Problem je što ih morate zalijepiti za glavu. To očito nije ono što želim, a učiniti ih da ih 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 mogu biti veći od 4 inča i dubine 5 inča. Utvrdio sam da je unutarnji volumen od oko 500 ml dobra meta. Osim toga, budući da sam na svom sveučilištu koristio 3D printer, bio sam ograničen na oko 250 grama materijala za tiskanje.
• Trošak. Nemam milijun dolara za potrošiti na ove zvučnike, pa nema egzotičnih materijala, alata ili dijelova.
• Složenost. To je donekle usklađeno s troškovima, ali i razinom moje vještine i vremenom. To 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 za…. ići kupovati?

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

Stoga sam otvorio svoje omiljeno web mjesto za kupnju dijelova 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. Shvatite?) Koji imaju nekoliko dobrih osobina.

• Mala veličina. Što manje to bolje.
• Jeftino. Samo oko 10,50 USD svaki.
• Izvrsne performanse srednjih i visokih tonova i nevjerojatno nizak odziv basa za tako malog vozača.
• Dobro rukovanje napajanjem, 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 odabirom potencijalnog kandidata 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, najprije sam uvezao sliku grafikona frekvencijskog odziva i odziva impedancije odabranog upravljačkog programa. Zatim sam praćenjem crta pomoću pokazivača uspio pretvoriti slike iscrtanih u datoteke koje simulacijski softver može koristiti.

Zatim sam koristio program pod nazivom Boxsim. Najnovija engleska verzija dostupna je ovdje. Napravio sam novi projekt i slijedio početno postavljanje. Zatim sam, upućujući se na podatkovni list koji sam preuzeo za svoj upravljački program, ispunio sve potrebne podatke o upravljačkom programu. Pri dnu se nalazi mogućnost unosa podataka o frekvenciji i odzivu impedence. Ovdje sam učitao datoteke koje sam stvorio pomoću SplTrace. Zatim sam prelistao kartice i dodao početne procjene za vrstu kućišta, dimenzije i učestalost ugađanja, budući da sam se odlučio za prijenosno kućište. Ventilirano kućište za mene je dalo dvije prednosti. Prvo, mogućnost podešavanja ulaza za niske frekvencije, nadamo se da će malo produžiti bas odziv. Drugo, omogućuje vozaču slobodnije kretanje i trebao bi biti malo učinkovitiji u usporedbi s zatvorenim kućištem. S obzirom na to da će otvor za ventilaciju biti precizno dizajniran i ispisan kao sastavni dio kućišta, nema problema.

Uz ispravno unošenje svih potrebnih podataka u Boxsim, spojio sam pojedinačni upravljački program na pojačalo ispod izbornika 'Pojačalo 1', a kad sam pritisnuo "Ok", pojavio mi se zanimljiv grafikon koji izgleda nešto poput ovog prikazanog ovdje. Uspjeh! Sada sam imao simulaciju osnovnog frekvencijskog odziva za početak.

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 tipični grafikon frekvencijskog odziva, sa SPL-om (glasnost, u dB) na osi y i frekvencijom na osi x. Savršen zvučnik imao bi ravnu liniju na ovom grafikonu, 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 sličan prikaz frekvencijskog odziva. Međutim, za razliku od drugog, ovaj zaplet prikazuje najglasnije što zvučnik može svirati na zadanoj frekvenciji prije nego što pređe ograničenje maksimalne snage ili ograničenje izleta. Dakle, čak i ako jesam upotrijebio izjednačavanje (finno i ne "drži se" zvučnika ako se pomiče) ili analogno filtriranje (skupo, komplicirano i glomazno) kako bi srednje visokotonce bile u skladu s basom, Mogao bih reproducirati svoju glazbu samo na oko 80 dB na najglasnije zvukove. Iako je 80 dB zapravo prilično glasno (pomislite na usisavač ili odlaganje 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 zasigurno primijetili na početku ovog Instructablea, odlučio sam udvostručiti. U usporedbi s raspoloživim 2 upravljačkim programima na Parts Expressu, dva od njih trebala bi pružiti koliko -toliko performanse za cijenu. I, da budem iskren, svidio mi se izgled dva naslagana upravljačka programa. Estetika je također bitna:)

Dodavanje dupliciranog 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. Zafrkavao sam se s volumenom kućišta, frekvencijom ugađanja i nadjevom sve dok nisam našao kombinaciju koja mi se jako svidjela na 0,45 litara, 125 Hz i 'lagano punjene'.

Dok sam ih dizajnirao, naučio sam o fenomenu koji se zove zbunjujući korak, poznat i kao gubitak difrakcije, što je očito 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 zvukovi visoke frekvencije imaju vrlo kratku valnu duljinu, odbijaju se od prednje površine zvučničke kutije i pucaju na slušatelja. No, zvukovi niže frekvencije, 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, to se lako popravlja sa samo jednim otpornikom i prigušnicom. Ovaj mrežni kalkulator reći će vam potrebne vrijednosti s obzirom na nekoliko unosa. Odatle bih mogao dodati svoj krug korekcije koraka pregrade u presječni dio moga simuliranog pojačala i vidjeti nove rezultate. Malo sam petljao po kalkulatoru dok nisam dobio odgovor koji mi se svidio s vrijednostima komponenti koje su bile dostupne iz Parts Expressa.

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

Zahvaljujući vlastitoj izgradnji, znao sam točno gdje će se i kako koristiti. To mi je dalo malo znanja koje bih mogao koristiti u svoju korist. Oba zvučnika bit će 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 donekle 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 znanost:)

Međutim, budući da sam to učinio, bilo je važno imati na umu da bi se rezultati u stvarnom životu vjerojatno zapravo nalazili negdje između simulacija "male pregrade" i "ogromne pregrade".

Korak 6: Dizajn kućišta i montaže (CAD)

Prva nagrada na Prvom natječaju za autore