Altaveus d'escriptori d'alta fidelitat (petits) * (impresos en 3D): 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Passo molt de temps al meu escriptori. Això volia dir que passava molt de temps escoltant la meva música a través dels horribles altaveus escurats incorporats als monitors del meu ordinador. Inacceptable. Volia un so estèreo real i d’alta qualitat en un atractiu paquet que s’adaptés a sota dels monitors del meu petit escriptori. Els "altaveus d'ordinador" típics sempre són una decepció, de manera que em vaig proposar aplicar alguns principis bàsics de disseny i enginyeria dels altaveus per construir un parell d'altaveus sense compromís (bé, més aviat com a baixos compromisos) que, per la seva mida, impressionar a qualsevol audiòfil.

Us presento la nova incorporació a la meva família HiFi, els altaveus d’escriptori Nano-HiFi "Kitten". (Ara accepta enviaments per obtenir millors noms)

Aquests altaveus mesuren aproximadament 10,8 cm d’alçada, 7 cm d’amplada i 11,4 cm de profunditat, inclosos els pals d’enquadernació, i estan dissenyats per obtenir un so fantàstic en un petit paquet. Es fabriquen amb una impressora 3D d’extrusió típica, amb filament PLA. Entrem-hi!

Subministraments

Peces i materials:

• 4x controladors d'altaveus Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1"
• 2x inductors creuats de 0,2 mH
• Resistències de 2 x 2,4 Ohm "grau d'àudio"
• Fusta de plàstic o material de farciment similar
• "Perfect Plastic Putty" o farcit similar
• Polvoritzeu imprimació i pintura
• Super cola
• Segellador de silicona RTV o similar
• 4x Terminals de filferro / pals d'enquadernació
• Aprox. 3-4 peus de filferro aïllat de 18-20 ga
• Connectors de pala femella
• 4x cargols M2x12
• 4x femelles M2
• 4x Rentadores M2
• Dos trossos petits de fusta contraxapada de 1/8 "a 1/4" de gruix o tauler resistent similar

Eines:

• Impressora 3D i filament a escollir
• Soldador i soldador
• Paper de sorra i / o llimes d’ungles, granulats diversos de 200 a 1000
• Seran útils els talladors de filferro, el ganivet xacto i algunes eines bàsiques

Pas 1: objectius i restriccions

Ho sé o no, quan construeixo alguna cosa començo, fonamentalment, amb dues coses. Objectius i restriccions. Així que aquí estan.

Metes:

• Extensió de greus el més baixa possible. Amb sort, 90 - 100 Hz abans que els greus comencin a callar massa.
• Volum d’escolta acceptable. Ja hi ha molts altaveus diminuts que sonen molt bé a totes les freqüències; S’anomenen auriculars. El problema és que els heu d’enganxar al cap. Evidentment, això no és el que busco, i fer-los escoltar a distància és una mica més difícil d’aconseguir.
• Resposta de freqüència plana. Intenteu eliminar les grans ressonàncies, cims i valls que pateixen la majoria dels parlants petits.

Restriccions:

• Mida. Els altaveus han d’adaptar-se a sota dels monitors del meu ordinador, de manera que no poden tenir més de 4 polzades d’alçada i 5 de polzada de profunditat. Vaig determinar que un bon volum d’uns 500 ml és un bon objectiu. A més, com que utilitzava una impressora 3D a la meva universitat, em limitava a uns 250 grams de material d’impressió.
• Cost. No tinc un milió de dòlars per gastar en aquests altaveus, de manera que no hi ha materials, eines o peces exòtiques.
• Complexitat. Això s’alinea una mica amb el cost, però també amb el meu nivell d’habilitat i el temps. Probablement, això em limita a un disseny de gamma completa perquè és molt més senzill que un disseny de 2 o 3 vies i no requereix components creuats cars.
• Disseny estèticament agradable. Perquè he de mirar aquestes coses tot el dia.

Pas 2: Selecció del controlador

Tenint en compte els objectius i les limitacions, és hora que … anar de compres?

Això és correcte. Com que els conductors són el cor de qualsevol altaveu, primer vaig triar un conductor i vaig dissenyar la resta d’altaveus que l’envoltaven. Com que tenia previst reflexionar-hi, no només necessitava conductors que s’adaptessin, sinó que també tingués especificacions i mesures decents proporcionades pel fabricant. En un minut veuré per què són importants, però sense ells el meu disseny d’altaveus es converteix bàsicament en una suposició completa.

Així que vaig treure el meu lloc preferit per comprar components d’altaveus, Parts Express, i vaig buscar controladors “fullrange” del rang 1”- 2”. Vaig trobar aquests, l'AuraSound "Cougar" (d'aquí vaig derivar "Kitten" pel nom dels meus parlants. Aconsegueix-ho?) Que tenen algunes bones qualitats.

• Mida petita. Com més petit millor.
• Barat. Només uns 10,50 dòlars cadascun.
• Excel·lent rendiment mitjà i agut i una resposta de baixos increïblement baixa per a un controlador tan petit.
• Bon maneig de la potència, de manera que, amb sort, puc agafar-los una mica sense preocupacions.

Tenint en compte aquests controladors, era hora de descarregar el full de dades i simular-los.

Pas 3: simulació dels altaveus

Amb un candidat potencial a un conductor seleccionat, necessitava un parell de programari per executar simulacions i jutjar l’eficàcia de l’elecció dels altaveus i del disseny del recinte. Per tant, vaig seguir uns quants passos per crear una simulació d’un sol controlador en un recinte bàsic.

El primer programa que he utilitzat es diu SplTrace. Hi ha disponible una versió gratuïta aquí. Aquest és un petit programa molt senzill. Per utilitzar-lo, primer vaig importar una imatge dels gràfics de resposta de freqüència i impedància del controlador que he escollit. Després, rastrejant les trames amb el cursor, vaig poder convertir imatges de les trames en fitxers que el programari de simulació pot utilitzar.

A continuació, vaig fer servir un programa anomenat Boxsim. La versió més recent en anglès està disponible aquí. Vaig crear un projecte nou i el vaig seguir junt amb la configuració inicial. Després, fent referència al full de dades que he descarregat per al meu controlador, he emplenat totes les dades necessàries del conductor. A la part inferior, hi ha l’opció d’introduir dades de resposta de freqüència i impedància. Aquí és on he carregat els fitxers que he creat amb SplTrace. Després vaig fer clic a les pestanyes i vaig afegir estimacions inicials per al tipus de recinte, les dimensions i la freqüència de sintonització, ja que vaig decidir utilitzar un recinte portat. Un recinte ventilat em va proporcionar dos avantatges. En primer lloc, la possibilitat de sintonitzar el port per obtenir una freqüència baixa, esperem que estengui una mica la resposta dels greus. En segon lloc, permet al conductor moure’s amb més llibertat i hauria de ser una mica més eficient en comparació amb un recinte tancat. Tenint en compte que el respirador estarà dissenyat i imprès amb precisió com a part integral del recinte, no és gens obvi.

Amb tota la informació necessària introduïda a Boxsim correctament, vaig connectar el controlador únic a l'amplificador al menú "Amplificador 1" i quan vaig prémer "Ok" em van presentar un gràfic interessant que s'assembla al que es mostra aquí. Èxit! Ara tenia una simulació de resposta de freqüència de referència per començar a jugar.

Pas 4: desenvolupar el disseny dels altaveus

Amb la meva primera simulació feta, era hora d’entendre com aquesta informació podria guiar les meves opcions de disseny.

Se’m presenta un gràfic típic de resposta de freqüència, amb SPL (sonoritat, en dB) a l’eix y i freqüència a l’eix x. Un altaveu perfecte tindria una línia recta a través d’aquest gràfic, des de 20 Hz fins a 20.000 Hz. Per tant, el meu objectiu ara era ajustar qualsevol paràmetre que pogués per fer que el meu altaveu estigués el més proper possible a aquest altaveu ideal imaginari.

Amb això, es van presentar immediatament dos problemes.

Primer va ser la protuberància significativa del gràfic sobre uns 1000 Hz. Amb una certa igualació i / o alguns filtres analògics, aquest podria ser un problema senzill de resoldre … Si no fos el meu segon problema.

Fent clic a sobre del valor màx. Pestanya SPL He vist un gràfic de resposta de freqüència d’aspecte similar. Tanmateix, a diferència de l’altra, aquesta trama mostra el més fort que pot tocar l’altaveu a una freqüència determinada abans de superar el límit màxim de potència o el límit màxim d’excursió. Per tant, fins i tot si he utilitzat una certa igualació (finnicky i no "s'adhereix amb" els altaveus si es mouen) o filtrat analògic (car, complicat i voluminós) per aconseguir que els mitjans es tripliquin més en línia amb els greus, Només seria capaç de reproduir la meva música a uns 80 dB al màxim. Tot i que els 80 dB en realitat són força forts (penseu que l’aspirador o l’eliminació d’escombraries), tingueu en compte que això estaria al límit de la capacitat dels altaveus, cosa que no és un bon lloc per estar. Per evitar que els altaveus s'autodestruïssin o sonessin com a brossa distorsionada, volia una quantitat decent d'espai lliure abans que arribessin als seus límits. L’única manera d’arribar-hi era triar un conductor diferent (gairebé segur que era més gran) o doblar-lo.

Pas 5: finalització del disseny de l’altaveu

Per tant, com segurament vau notar al principi d’aquest instructiu, vaig optar per doblar. En comparació amb els controladors de 2 disponibles a Parts Express, dos d'aquests haurien de proporcionar un rendiment o més al preu. I, per ser sincer, m'ha agradat l'aspecte de dos controladors apilats. L'estètica també importa:)

Afegir un controlador duplicat a Boxsim va ser força senzill. Vaig fer un nou projecte a Boxsim, vaig copiar el controlador en configurar-lo inicialment i vaig utilitzar els paràmetres de "carcassa exterior comuna" per definir el recinte i el deflector. Fet això, els resultats semblaven molt més prometedors. Ara tenia 5-10 dB d’espai addicional addicional i una corba general més suau. Vaig enganyar-me amb el volum del recinte, la freqüència de sintonització i el farciment fins que vaig trobar una combinació que em va agradar molt a 0,45 litres, 125 Hz i "farcida lleugerament".

Mentre estava en el procés de dissenyar-los, vaig conèixer un fenomen anomenat pas deflector, és a dir, la pèrdua de difracció, que aparentment és una consideració important per a la majoria de parlants d’alta qualitat. Essencialment, quan les ones sonores provenen d'un altaveu, intenten radiar en totes direccions. Inclòs darrere de l’altaveu. Com que els sons d'alta freqüència tenen una longitud d'ona molt curta, reboten sobre la superfície frontal de la caixa dels altaveus i es tornen a disparar cap a l'oient. Però els sons de menor freqüència, amb longituds d’ona molt més llargues, es doblegaran fàcilment al voltant del recinte dels altaveus. Per tant, els sons d’alta freqüència semblen ser una mica més forts per a l’oient. Per sort, això es soluciona fàcilment amb només una resistència i un inductor. Aquesta calculadora en línia us indicarà els valors que necessiteu amb algunes aportacions. A partir d’aquí, podria afegir el meu circuit de correcció de pas deflector a la secció transversal del meu amplificador simulat i veure els nous resultats. Vaig jugar una mica amb la calculadora fins que vaig obtenir una resposta que em va agradar amb els valors de components disponibles a Parts Express.

En aquest moment és important que vingui net i digui que, bé, he enganyat una mica.: (Però heus aquí com he enganyat i per què, en aquest cas, està bé.

Gràcies a construir-los jo mateix, sabia exactament on i com s’utilitzaran. Això em va proporcionar una mica de coneixement que podia utilitzar per al meu avantatge. Els dos altaveus estaran al meu escriptori, recolzats contra una gran paret i sota dos monitors grans i plans. És possible que vegeu cap a on va això. Aquestes superfícies planes actuaran una mica com un gran desconcert, augmentant els baixos de manera que Boxsim no és capaç de conèixer. Així que vaig dir a Boxsim una petita mentida blanca i vaig fingir que els meus deflectors realment mesuraven 100 cm d'alçada i ample. No ho sento, Boxsim. Suposo que és més un art que una ciència:)

Tanmateix, des que vaig fer això, era important tenir en compte que els resultats de la vida real probablement es trobarien en algun lloc entre les simulacions del "petit deflector" i del "deflector enorme".

Pas 6: disseny de recintes i muntatges (CAD)

Primer premi del concurs d'autors per primera vegada