Tiny* High-Fidelity Desktop-høyttalere (3D-trykt): 11 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Jeg tilbringer mye tid ved skrivebordet mitt. Dette pleide å bety at jeg brukte mye tid på å lytte til musikken min gjennom de forferdelige tynne høyttalerne som er innebygd i datamaskinens skjermer. Uakseptabelt! Jeg ønsket ekte stereolyd av høy kvalitet i en attraktiv pakke som ville passe under skjermene på det lille skrivebordet mitt. Typiske "datamaskinhøyttalere" er alltid en skuffelse, så jeg bestemte meg for å bruke noen grunnleggende høyttalerdesign og ingeniørprinsipper for å bygge et par kompromissløse (ok, mer som lav-kompromiss) høyttalere som, for deres størrelse, vil imponere enhver audiofil.

Vi introduserer det nyeste tilskuddet til min HiFi-familie, "Kitten" Nano-HiFi stasjonære høyttalere. (Godtar nå innsendinger for bedre navn)

Disse høyttalerne måler omtrent 10,8 cm høye, 7 cm brede og 11,4 cm dype inkludert bindestolper, og er designet for god lyd i en liten pakke. De er laget med en typisk ekstrudering 3D -skriver, ved hjelp av PLA -filament. La oss komme inn på det!

Rekvisita

Deler og materialer:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1 "høyttalerdrivere
• 2x 0,2 mH crossover induktorer
• 2x 2,4 Ohm "audio grade" motstander
• 'Plastic Wood' eller lignende trefyllstoff
• 'Perfect Plastic Putty' eller lignende fyllstoff
• Spray primer og maling
• superlim
• RTV silikonforsegling eller lignende
• 4x Wire terminaler / bindende innlegg
• Ca. 3-4 fot med 18-20 ga isolert ledning
• Kvinnelige spade -kontakter
• 4x M2x12 maskinskruer
• 4x M2 nøtter
• 4x M2 skiver
• To små biter av 1/8 " - 1/4" tykk kryssfiner eller lignende solid brett

Verktøy:

• Valgfri 3D -skriver og filament
• Loddejern og loddetinn
• Sandpapir og/eller neglefiler, forskjellige korn fra 200-1000
• Wire strippers/cutters, xacto kniv og noen få andre grunnleggende verktøy vil være nyttig

Trinn 1: Mål og begrensninger

Enten jeg vet det eller ikke, starter jeg med to ting når jeg bygger noe. Mål og begrensninger. Så her er de.

Mål:

• Bassforlengelse så lav som mulig. Forhåpentligvis 90 - 100 Hz før bassen begynner å bli for stille.
• Akseptabelt lyttevolum. Det er allerede mange små høyttalere som høres bra ut på alle frekvenser; Disse kalles hodetelefoner. Problemet er at du må holde dem til hodet ditt. Det er tydeligvis ikke det jeg er ute etter, og det er litt vanskeligere å få dem til å lytte på avstand.
• Flat frekvensrespons. Prøv å eliminere store resonanser, topper og daler som de fleste små høyttalere lider av.

Begrensninger:

• Størrelse. Høyttalerne må passe under datamaskinens skjermer, så de kan ikke være mer enn 4 tommer høye og 5 tommer dype. Jeg bestemte meg for at et internt volum på omtrent 500 ml er et godt mål. I tillegg, fordi jeg brukte en 3D -skriver på universitetet mitt, var jeg begrenset til omtrent 250 gram utskriftsmateriale.
• Koste. Jeg har ikke en million dollar å bruke på disse høyttalerne, så ingen eksotiske materialer, verktøy eller deler.
• Kompleksitet. Dette stemmer litt overens med kostnaden, men også mitt ferdighetsnivå og tid. Dette begrenser meg sannsynligvis til et 'fullrange' design fordi det er langt enklere enn en 2- eller 3-veis design og ikke krever dyre delefilter.
• Estetisk tiltalende design. Fordi jeg må se på disse tingene hele dagen.

Trinn 2: Drivervalg

Med mål og begrensninger i tankene, er det på tide å…. shoppe?

Det er riktig. Fordi drivere er hjertet i enhver høyttaler, valgte jeg først en driver og designet resten av høyttaleren rundt den. Fordi jeg hadde tenkt å tenke litt på disse, trengte jeg ikke bare drivere som passet, men jeg hadde også anstendige spesifikasjoner og målinger levert av produsenten. Jeg skal komme inn på hvorfor disse er viktige i løpet av et minutt, men uten dem blir høyttalerdesignet mitt i utgangspunktet et komplett gjetning.

Så jeg dro opp favorittstedet mitt for å kjøpe høyttalerkomponenter, Parts Express, og så etter "fullrange" -drivere i området 1 " - 2". Jeg fant disse, AuraSound "Cougar" (det var her jeg hentet "Kitten" fra navnet på høyttalerne mine. Få det?) Som har noen få gode kvaliteter.

• Liten størrelse. Jo mindre jo bedre.
• Billig. Bare omtrent $ 10,50 hver.
• Utmerket mellomtone og diskant ytelse, og utrolig lav bassrespons for en så liten driver.
• God krafthåndtering, så jeg kan forhåpentligvis skru dem opp litt uten bekymringer.

Med disse driverne i tankene, var det på tide å laste ned databladet og få simulering.

Trinn 3: Høyttalersimulering

Med en potensiell sjåførkandidat valgt, trengte jeg et par stykker programvare for å kjøre simuleringer og bedømme effektiviteten av mitt høyttalervalg og skapdesign. Så jeg fulgte noen få trinn for å lage en simulering av en enkelt driver i et grunnleggende kabinett.

Det første programmet jeg brukte heter SplTrace. En versjon av den er tilgjengelig her gratis. Dette er et veldig enkelt lite program. For å bruke den importerte jeg først et bilde av grafene for frekvensrespons og impedansrespons av den valgte driveren. Deretter, ved å spore plottene med markøren min, var jeg i stand til å konvertere bilder av tomtene til filer som simuleringsprogramvaren kan bruke.

Deretter brukte jeg et program som heter Boxsim. Den siste engelske versjonen er tilgjengelig her. Jeg opprettet et nytt prosjekt og fulgte med det første oppsettet. Da jeg refererte til databladet jeg lastet ned for sjåføren min, fylte jeg ut alle nødvendige driverdata. Nederst er det muligheten til å legge inn frekvens- og impedansresponsdata. Det er her jeg lastet inn filene jeg opprettet ved hjelp av SplTrace. Deretter klikket jeg gjennom fanene og la til innledende estimater for kabinettype, dimensjoner og tuningsfrekvens, siden jeg bestemte meg for å bruke et portet kabinett. Et ventilert skap ga meg to fordeler. Først muligheten til å stille inn porten for en lav frekvens, forhåpentligvis utvide bassresponsen litt. For det andre tillater det at sjåføren beveger seg mer fritt og bør være litt mer effektiv sammenlignet med et forseglet kabinett. Gitt at ventilasjonen blir nøyaktig designet og skrevet ut som en integrert del av kabinettet, er det en no brainer.

Med all nødvendig informasjon angitt i Boxsim riktig, koblet jeg enkeltdriveren til forsterkeren under 'Forsterker 1' -menyen, og da jeg traff "Ok" ble jeg presentert med en interessant graf som ligner den som vises her. Suksess! Jeg hadde nå en baseline frekvensresponssimulering å begynne å tukle med.

Trinn 4: Utvikle høyttalerdesignet

Med min første simulering utført, var det på tide å forstå hvordan denne informasjonen kunne veilede mine designvalg.

Jeg blir presentert for et typisk frekvensresponsplott, med SPL (lydstyrke, i dB) på y-aksen og frekvens på x-aksen. En perfekt høyttaler ville ha en rett linje over denne grafen, helt fra 20 Hz til 20 000 Hz. Dermed var målet mitt nå å justere parametrene jeg kunne for å få høyttaleren til å være så nær denne imaginære ideelle høyttaleren som mulig.

Med det viste to problemer seg umiddelbart.

Først var den betydelige støten i grafen over omtrent 1000 Hz. Med litt utjevning og/eller noen få analoge filtre, kan dette være et enkelt problem å løse … Hvis det ikke var for mitt andre problem.

Klikk over til maks. SPL -fanen Jeg så et lignende frekvensresponsplott. I motsetning til den andre viser imidlertid denne plottet det høyeste høyttaleren kan spille på en gitt frekvens før den enten overskrider maksimal effektgrense eller maksimal ekskursjonsgrense. Således, selv om jeg brukte en viss utjevning (finnicky og ikke 'holder meg til' høyttalerne hvis de flyttes rundt) eller analog filtrering (dyr, komplisert og klumpete) for å få mellomtonene mer i tråd med bassen, Jeg ville bare kunne spille musikken min på omtrent 80 dB på det absolutt høyeste. Selv om 80 dB faktisk er ganske høyt (tenk på støvsuger eller søppeltømming), husk at dette vil være på grensen for høyttalernes evne, noe som ikke er et godt sted å være. For å forhindre at høyttalerne ødelegger seg selv eller høres ut som forvrengt søppel, ønsket jeg meg en god takhøyde før de nådde grensene. Den eneste måten å komme dit var å enten velge en annen (nesten helt sikkert større) sjåfør eller doble ned.

Trinn 5: Fullfør høyttalerdesignet

Så, som du sikkert la merke til i begynnelsen av denne instruksjonsboken, valgte jeg å doble ned. I sammenligning med de tilgjengelige 2 -driverne på Parts Express, bør to av disse gi like mye eller mer ytelse til prisen. Og for å være ærlig, så likte jeg utseendet til to stablede drivere. Estetikk har også betydning:)

Å legge til en duplikatdriver i Boxsim var ganske enkelt. Jeg lagde et nytt prosjekt i Boxsim, kopierte driveren ved første oppsett og brukte "vanlige ytterhus" -innstillinger for å definere kabinettet og baffelen. Med det gjort så resultatene mye mer lovende ut. Jeg hadde nå 5-10 dB ekstra takhøyde og en jevnere total kurve. Jeg lurte med kabinettvolum, tuningsfrekvens og fylling til jeg fant en kombinasjon jeg virkelig likte på 0,45 liter, 125 Hz og "lett fylt".

Mens jeg var i ferd med å designe disse, lærte jeg om et fenomen som kalles baffle step, aka diffraksjonstap som tilsynelatende er en viktig faktor for de fleste høykvalitets høyttalere. I hovedsak, når lydbølger kommer fra en høyttaler, prøver de å stråle i alle retninger. Inkludert bak høyttaleren. Fordi høyfrekvente lyder har en veldig kort bølgelengde, spretter de av frontflaten på høyttalerboksen og blir skutt tilbake på lytteren. Men lyder med lavere frekvens, med sine mye lengre bølgelengder, vil lett bøye seg rundt høyttalerkabinettet. Dermed ser høyfrekvente lyder ut til å være litt høyere for lytteren. Heldigvis løses dette enkelt med bare en motstand og induktor. Denne online kalkulatoren vil fortelle deg verdiene du trenger gitt noen få innganger. Derfra kunne jeg legge til min baffle -trinn -korreksjonskrets i crossover -delen av min simulerte forsterker og se de nye resultatene. Jeg fiklet litt med kalkulatoren til jeg fikk et svar jeg likte med komponentverdier som var tilgjengelige fra Parts Express.

På dette tidspunktet er det viktig at jeg kommer ren og sier at jeg vel jukset litt.: (Men her er hvordan jeg jukset og hvorfor, i dette tilfellet, er det ok.

Takket være å bygge disse selv, visste jeg nøyaktig hvor og hvordan de skal brukes. Dette ga meg litt kunnskap som jeg kunne bruke til min fordel. Begge høyttalerne vil stå på skrivebordet mitt, støttet helt opp mot en stor vegg og under to store, flate dataskjermer. Du kan se hvor dette går. Disse flate overflatene vil virke litt som en stor baffle, og øke bassen på måter som Boxsim ikke er i stand til å vite om. Så jeg fortalte Boxsim en liten hvit løgn og lot som om bafflene mine faktisk er 100 cm høye og brede. Beklager ikke beklager, Boxsim. Mer av en kunst enn en vitenskap antar jeg:)

Siden jeg gjorde dette, var det imidlertid viktig å huske på at de virkelige resultatene sannsynligvis faktisk ville ligge et sted i mellom "lille baffelen" og "enorme baffle" simuleringene.

Trinn 6: Kapsling og monteringsdesign (CAD)

Førstepremie i forfatterkonkurransen for første gang