Tiny* High-Fidelity Desktop-højttalere (3D-printet): 11 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Jeg bruger meget tid ved mit skrivebord. Det betød tidligere, at jeg brugte meget tid på at lytte til min musik gennem de frygtelige tinny højttalere, der var indbygget i mine computerskærme. Uacceptabelt! Jeg ville have ægte stereolyd i høj kvalitet i en attraktiv pakke, der ville passe under skærmene på mit lille skrivebord. Typiske "computerhøjttalere" er altid en skuffelse, så jeg satte mig for at anvende nogle grundlæggende højttalerdesign- og teknikprincipper for at bygge et par kompromisløse (okay, mere som kompromisløse) højttalere, der i forhold til deres størrelse vil imponere enhver audiofil.

Vi præsenterer den nyeste tilføjelse til min HiFi-familie, "Kitten" Nano-HiFi desktophøjttalere. (Accepterer nu indsendelser for bedre navne)

Disse højttalere er cirka 10,8 cm høje, 7 cm brede og 11,4 cm dybe inklusive bindestolperne og er designet til god lyd i en lille pakke. De er lavet ved hjælp af en typisk ekstruderet 3D -printer ved hjælp af PLA -filament. Lad os komme ind i det!

Forbrugsvarer

Dele og materialer:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1 "højttalerdrivere
• 2x 0,2 mH crossover induktorer
• 2x 2,4 Ohm "audio grade" modstande
• 'Plastic Wood' eller lignende træfyldstof
• 'Perfect Plastic Putty' eller lignende fyldstof
• Sprøjt primer og maling
• super lim
• RTV silikontætningsmasse eller lignende
• 4x Wire -terminaler / bindestolper
• Ca. 3-4 fod 18-20 ga isoleret ledning
• Kvindelige spade -stik
• 4x M2x12 maskinskruer
• 4x M2 nødder
• 4x M2 skiver
• To små stykker af 1/8 " - 1/4" tyk krydsfiner eller lignende robust bord

Værktøjer:

• 3D printer og filament efter eget valg
• Loddejern og loddetin
• Sandpapir og/eller sømfil, forskellige gryn fra 200-1000
• Wire strippers/cutters, xacto kniv og et par andre grundlæggende værktøjer vil være nyttige

Trin 1: Mål og begrænsninger

Uanset om jeg ved det eller ej, starter jeg grundlæggende med to ting, når jeg bygger noget. Mål og begrænsninger. Så her er de.

Mål:

• Basforlængelse så lav som muligt. Forhåbentlig 90 - 100 Hz før bassen begynder at blive for stille.
• Acceptabel lyttevolumen. Der er allerede masser af små højttalere, der lyder fantastisk ved alle frekvenser; Disse kaldes hovedtelefoner. Problemet er, at du skal holde dem til dit hoved. Det er tydeligvis ikke det, jeg leder efter, og det er lidt sværere at få dem til at lytte på afstand.
• Flad frekvensrespons. Prøv at fjerne store resonanser, toppe og dale, som de fleste små højttalere lider af.

Begrænsninger:

• Størrelse. Højttalerne skal passe under mine computerskærme, så de må ikke være mere end cirka 4 tommer høje og 5 tommer dybe. Jeg fastslog, at et internt volumen på ca. 500 ml er et godt mål. Fordi jeg brugte en 3D -printer på mit universitet, var jeg desuden begrænset til omkring 250 gram trykmateriale.
• Koste. Jeg har ikke en million dollars at bruge på disse højttalere, så ingen eksotiske materialer, værktøjer eller dele.
• Kompleksitet. Dette stemmer lidt overens med omkostninger, men også mit færdighedsniveau og tid. Dette begrænser mig sandsynligvis til et 'fullrange' design, fordi det er meget enklere end et 2- eller 3-vejs design og ikke kræver dyre crossover-komponenter.
• Æstetisk tiltalende design. Fordi jeg skal se på disse ting hele dagen.

Trin 2: Valg af driver

Med mål og begrænsninger i tankerne er det tid til…. gå på indkøb?

Det er rigtigt. Fordi drivere er hjertet i enhver højttaler, valgte jeg først en driver og designede resten af højttaleren omkring den. Fordi jeg planlagde at tænke lidt over disse, havde jeg ikke kun brug for drivere, der passede, men også har anstændige specifikationer og målinger fra producenten. Jeg vil komme ind på, hvorfor disse er vigtige på et minut, men uden dem bliver mit højttalerdesign grundlæggende et komplet gæt.

Så jeg trak mit yndlingswebsted op for at købe højttalerkomponenter, Parts Express, og ledte efter "fullrange" -drivere i området 1 " - 2". Jeg fandt disse, AuraSound "Cougar" (det er her jeg stammer "Kitten" fra for navnet på mine højttalere. Få det?) Som har et par gode kvaliteter.

• Lille størrelse. Jo mindre jo bedre.
• Billig. Kun omkring $ 10,50 hver.
• Fremragende mellemtone og diskant ydeevne og fantastisk lav basrespons for sådan en lille driver.
• God effekthåndtering, så jeg forhåbentlig kan skrue dem lidt op uden bekymring.

Med disse drivere i tankerne var det tid til at downloade databladet og få simulering.

Trin 3: Højttalersimulering

Med en potentiel chaufførkandidat valgt, havde jeg brug for et par stykker software for at køre simuleringer og bedømme effektiviteten af mit højttalervalg og kabinetdesign. Så jeg fulgte et par trin for at oprette en simulering af en enkelt driver i et grundlæggende kabinet.

Det første program, jeg brugte, hedder SplTrace. En version af den er tilgængelig gratis her. Dette er et meget simpelt lille program. For at bruge det importerede jeg først et billede af frekvensrespons- og impedansresponsgraferne for min valgte driver. Derefter kunne jeg ved at spore plots med min markør konvertere billeder af plots til filer, som simuleringssoftwaren kan bruge.

Dernæst brugte jeg et program kaldet Boxsim. Den seneste engelske version er tilgængelig her. Jeg oprettede et nyt projekt og fulgte med den første opsætning. Under henvisning til det datablad, jeg downloadede til min driver, udfyldte jeg alle de nødvendige driverdata. I bunden er der mulighed for at indtaste frekvens- og impedensresponsdata. Det er her, jeg indlæste de filer, jeg oprettede ved hjælp af SplTrace. Derefter klikkede jeg igennem fanerne og tilføjede indledende skøn for kabinettype, dimensioner og tuningsfrekvens, da jeg besluttede at bruge et portet kabinet. Et ventileret kabinet gav mig to fordele. For det første muligheden for at indstille porten til en lav frekvens, forhåbentlig forlænge basresponsen en smule. For det andet giver det chaufføren mulighed for at bevæge sig mere frit og burde være lidt mere effektiv i forhold til et forseglet kabinet. I betragtning af at udluftningen bliver præcist designet og printet som en integreret del af kabinettet, er det en no brainer.

Med alle de nødvendige oplysninger korrekt indtastet i Boxsim, sluttede jeg den enkelte driver til forstærkeren under menuen 'Forstærker 1', og da jeg slog "Ok", blev jeg præsenteret for en interessant graf, der ligner den, der er vist her. Succes! Jeg havde nu en baseline frekvensresponssimulering til at begynde at pille ved.

Trin 4: Udvikling af højttalerdesignet

Da min første simulering var udført, var det på tide at forstå, hvordan disse oplysninger kunne guide mine designvalg.

Jeg præsenteres for et typisk frekvensresponsplot med SPL (lydstyrke, i dB) på y-aksen og frekvens på x-aksen. En perfekt højttaler ville have en lige linje på tværs af denne graf, helt fra 20 Hz til 20.000 Hz. Således var mit mål nu at justere de parametre, jeg kunne, for at min højttaler skulle være så tæt på denne imaginære ideelle højttaler som muligt.

Med det viste to problemer sig straks.

Først var det betydelige bump i grafen over omkring 1000 Hz. Med en vis udligning og/eller et par analoge filtre kan dette være et enkelt problem at løse … Hvis det ikke var for mit andet problem.

Klikker over til maks. SPL -fane Jeg så et lignende frekvensresponsplot. Men i modsætning til den anden viser dette plot det højeste, højttaleren kan afspille ved en given frekvens, før den enten overskrider sin maksimale effektgrænse eller den maksimale ekskursionsgrænse. Selvom jeg altså brugte en vis udligning (finnicky og ikke 'holder fast i' højttalerne, hvis de flyttes rundt) eller analog filtrering (dyr, kompliceret og omfangsrig) for at få mellemtonerne til at falde mere i tråd med bassen, Jeg ville kun kunne afspille min musik ved omkring 80 dB på det absolut højeste. Selvom 80 dB faktisk er temmelig højt (tænk støvsuger eller affaldsbortskaffelse), skal du huske på, at dette ville være på grænsen for højttalernes evne, hvilket ikke er et godt sted at være. For at forhindre højttalerne i at ødelægge sig selv eller lyde som forvrænget skrammel, ville jeg have en anstændig mængde frihøjde, før de havde ramt deres grænser. Den eneste måde at komme dertil var enten at vælge en anden (næsten helt sikkert større) chauffør eller dobbelt ned.

Trin 5: Afslutning af højttalerdesignet

Så som du sikkert har bemærket i begyndelsen af denne instruktive, valgte jeg at fordoble. I sammenligning med de tilgængelige 2 drivere på Parts Express burde to af disse give lige så meget eller mere ydelse til prisen. Og for at være ærlig kunne jeg godt lide udseendet af to stablede chauffører. Æstetik har også betydning:)

Tilføjelse af en duplikatdriver i Boxsim var ret let. Jeg lavede et nyt projekt i Boxsim, kopierede driveren ved første opsætning og brugte indstillingerne for "fælles ydre hus" til at definere kabinettet og skærmen. Med det gjort så resultaterne meget mere lovende ud. Jeg havde nu 5-10 dB ekstra frihøjde og en glattere overordnet kurve. Jeg dummede rundt med kabinets volumen, tuningsfrekvens og fyld, indtil jeg fandt en kombination, jeg virkelig kunne lide ved 0,45 liter, 125 Hz og 'let fyldt'.

Mens jeg var i gang med at designe disse, lærte jeg om et fænomen kaldet baffle step, også kendt som diffraktionstab, som tilsyneladende er en vigtig overvejelse for de fleste højkvalitets højttalere. Når lydbølger kommer fra en højttaler, forsøger de i det væsentlige at stråle i alle retninger. Herunder bag højttaleren. Fordi højfrekvente lyde har en meget kort bølgelængde, hopper de ud af højttalerkassens forside og bliver skudt tilbage på lytteren. Men lyde med lavere frekvens, med deres meget længere bølgelængder, vil let bøje rundt om højttalerkabinettet. Højfrekvente lyde ser således ud til at være lidt højere for lytteren. Heldigvis løses dette let med kun en modstand og induktor. Denne online lommeregner fortæller dig de værdier, du har brug for givet et par input. Derfra kunne jeg tilføje mit baffle -trin -korrektionskredsløb i crossover -sektionen på min simulerede forstærker og se de nye resultater. Jeg pillede lidt med lommeregneren, indtil jeg fik et svar, jeg kunne lide med komponentværdier, der var tilgængelige fra Parts Express.

På dette tidspunkt er det vigtigt, at jeg kommer ren og siger, at jeg godt har snydt lidt.: (Men her har jeg snydt, og hvorfor det i dette tilfælde er ok.

Takket være at bygge disse selv, vidste jeg nøjagtigt, hvor og hvordan de vil blive brugt. Dette gav mig lidt viden, som jeg kunne bruge til min fordel. Begge højttalere vil være på mit skrivebord, bakket op mod en stor væg og under to store, flade computerskærme. Du kan måske se, hvor det går hen. Disse flade overflader vil fungere lidt som en stor baffle og øge bassen på måder, som Boxsim ikke er i stand til at vide om. Så jeg fortalte Boxsim en lille hvid løgn og lod som om, at mine baffler faktisk er 100 cm høje og brede. Beklager ikke undskyld, Boxsim. Jeg tror mere på kunst end videnskab:)

Siden jeg gjorde dette, var det imidlertid vigtigt at huske på, at resultaterne fra det virkelige liv sandsynligvis faktisk ville ligge et sted imellem "små baffle" og "enorme baffle" simuleringer.

Trin 6: Kabinet og monteringsdesign (CAD)

Førstepræmie i første gang forfatterkonkurrence