Tiny* Desktop Speakers High-Fidelity (3D Printed): 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Saya menghabiskan banyak waktu di meja saya. Ini berarti bahwa saya menghabiskan banyak waktu mendengarkan musik saya melalui pengeras suara nyaring yang terpasang di monitor komputer saya. Tidak dapat diterima! Saya menginginkan suara stereo berkualitas tinggi yang nyata dalam paket menarik yang muat di bawah monitor di meja kecil saya. "Speaker komputer" tipikal selalu mengecewakan, jadi saya mulai menerapkan beberapa prinsip desain dan teknik loudspeaker dasar untuk membangun sepasang speaker tanpa kompromi (oke, lebih seperti kompromi rendah) yang, untuk ukurannya, akan mengesankan audiophile mana pun.

Memperkenalkan tambahan terbaru untuk keluarga HiFi saya, Speaker Desktop Nano-HiFi "Kitten". (Sekarang menerima pengajuan untuk nama yang lebih baik)

Speaker ini berukuran sekitar 4,25 inci (10,8 cm), lebar 2,75 inci (7 cm), dan kedalaman sekitar 4,5 inci (11,4 cm) termasuk tiang penjilidan, dan dirancang untuk menghasilkan suara yang luar biasa dalam kemasan mungil. Mereka dibuat menggunakan Printer 3D ekstrusi khas, menggunakan filamen PLA. Mari kita masuk ke dalamnya!

Perlengkapan

Bagian dan Bahan:

• 4x driver speaker Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1
• 2x 0,2 mH induktor crossover
• 2x 2,4 Ohm "kelas audio" resistor
• 'Kayu Plastik' atau pengisi kayu serupa
• 'Dempul Plastik Sempurna' atau pengisi serupa
• Semprotkan primer dan cat
• lem super
• Sealant silikon RTV atau sejenisnya
• 4x Terminal kawat / tiang pengikat
• Kira-kira 3-4 kaki kawat berinsulasi 18-20 ga
• Konektor sekop wanita
• 4x sekrup mesin M2x12
• 4x kacang M2
• Mesin Cuci 4x M2
• Dua potong kecil kayu lapis tebal 1/8" - 1/4" atau papan kokoh serupa

Peralatan:

• Printer 3D dan filamen pilihan
• Besi solder dan solder
• Kertas amplas dan/atau kikir kuku, berbagai bubur jagung dari 200-1000
• Penari telanjang/pemotong kawat, pisau xacto, dan beberapa alat dasar lainnya akan sangat membantu

Langkah 1: Tujuan dan Kendala

Disadari atau tidak, ketika saya membangun sesuatu, saya memulai, pada dasarnya, dengan dua hal. Tujuan dan Kendala. Jadi di sini mereka.

Sasaran:

• Ekstensi bass serendah mungkin. Mudah-mudahan, 90 - 100 Hz sebelum bass mulai terlalu tenang.
• Volume mendengarkan yang dapat diterima. Sudah ada banyak speaker kecil yang terdengar hebat di semua frekuensi; Ini disebut headphone. Masalahnya adalah, Anda harus menempelkannya di kepala Anda. Jelas bukan itu yang saya kejar, dan membuat mereka dapat mendengarkan dari jauh sedikit lebih sulit untuk dilakukan.
• Respon frekuensi datar. Cobalah untuk menghilangkan resonansi besar, puncak, dan lembah yang dialami oleh sebagian besar speaker kecil.

Kendala:

• Ukuran. Speaker harus muat di bawah monitor komputer saya, jadi tingginya tidak boleh lebih dari 4 inci dan kedalaman 5 inci. Saya menentukan bahwa volume internal sekitar 500 mL adalah target yang baik. Selain itu, karena saya menggunakan printer 3D di universitas saya, saya terbatas pada sekitar 250 gram bahan cetak.
• Biaya. Saya tidak punya satu juta dolar untuk dibelanjakan untuk speaker ini, jadi tidak ada bahan, alat, atau suku cadang yang eksotis.
• Kompleksitas. Ini agak sejalan dengan biaya, tetapi juga tingkat keterampilan dan waktu saya. Ini mungkin membatasi saya pada desain 'fullrange' karena jauh lebih sederhana daripada desain 2 atau 3 arah dan tidak memerlukan komponen crossover yang mahal.
• Desain yang estetis. Karena saya harus melihat hal-hal ini sepanjang hari.

Langkah 2: Pemilihan Pengemudi

Dengan tujuan dan batasan dalam pikiran, saatnya untuk…. pergi belanja?

Betul sekali. Karena driver adalah inti dari setiap speaker, saya memilih driver terlebih dahulu dan mendesain speaker lainnya di sekitarnya. Karena saya berencana untuk memikirkan hal ini, saya tidak hanya membutuhkan driver yang sesuai, tetapi juga memiliki spesifikasi dan ukuran yang layak yang disediakan oleh pabrikan. Saya akan membahas mengapa ini penting dalam satu menit, tetapi tanpa mereka, desain speaker saya pada dasarnya menjadi tebakan lengkap.

Jadi saya membuka situs favorit saya untuk membeli komponen speaker, Parts Express, dan mencari driver "fullrange" di kisaran 1" - 2". Saya menemukan ini, AuraSound "Cougar" (dari sinilah saya mendapatkan "Kitten" untuk nama speaker saya. Mengerti?) yang memiliki beberapa kualitas bagus.

• Ukuran kecil. Semakin kecil semakin baik.
• Murah. Hanya sekitar $10,50 masing-masing.
• Performa midrange dan treble yang luar biasa, dan respons bass yang luar biasa rendah untuk driver sekecil itu.
• Penanganan daya yang baik, jadi semoga saya bisa menghidupkannya sedikit tanpa khawatir.

Dengan mempertimbangkan driver ini, sudah waktunya untuk mengunduh lembar data dan melakukan simulasi.

Langkah 3: Simulasi Pembicara

Dengan calon pengemudi potensial yang dipilih, saya memerlukan beberapa perangkat lunak untuk menjalankan simulasi dan menilai efektivitas pilihan speaker dan desain enklosur saya. Jadi saya mengikuti beberapa langkah untuk membuat simulasi driver tunggal dalam enklosur dasar.

Program pertama yang saya gunakan disebut SplTrace. Sebuah versi itu tersedia di sini secara gratis. Ini adalah program kecil yang sangat sederhana. Untuk menggunakannya, pertama-tama saya mengimpor gambar respons frekuensi dan grafik respons impedansi dari driver yang saya pilih. Kemudian, dengan menelusuri plot dengan kursor, saya dapat mengonversi gambar plot menjadi file yang dapat digunakan oleh perangkat lunak simulasi.

Selanjutnya, saya menggunakan program bernama Boxsim. Versi bahasa Inggris terbaru tersedia di sini. Saya membuat proyek baru dan mengikuti pengaturan awal. Kemudian, dengan merujuk pada lembar data yang saya unduh untuk driver saya, saya mengisi semua data driver yang diperlukan. Di bagian bawah, ada opsi untuk memasukkan data respons frekuensi dan impedansi. Di sinilah saya memuat file yang saya buat menggunakan SplTrace. Kemudian saya mengklik tab dan menambahkan perkiraan awal untuk jenis enklosur, dimensi, dan frekuensi penyetelan, karena saya memutuskan untuk menggunakan enklosur porting. Sebuah kandang berventilasi memberikan dua manfaat bagi saya. Pertama, kemampuan menyetel port untuk frekuensi rendah, semoga sedikit memperluas respons bass. Kedua, memungkinkan pengemudi untuk bergerak lebih bebas dan harus sedikit lebih efisien dibandingkan dengan kandang tertutup. Mengingat bahwa ventilasi akan dirancang dan dicetak dengan tepat sebagai bagian integral dari enklosur, itu tidak perlu dipikirkan.

Dengan semua informasi yang diperlukan dimasukkan ke dalam Boxsim dengan benar, saya menghubungkan driver tunggal ke amplifier di bawah menu 'Amplifier 1' dan ketika saya menekan "Ok" saya disajikan dengan grafik menarik yang terlihat seperti yang ditunjukkan di sini. Kesuksesan! Saya sekarang memiliki simulasi respons frekuensi dasar untuk mulai mengotak-atik.

Langkah 4: Mengembangkan Desain Loudspeaker

Setelah simulasi pertama saya selesai, inilah saatnya untuk memahami bagaimana informasi ini dapat memandu pilihan desain saya.

Saya disajikan dengan plot respons frekuensi yang khas, dengan SPL (kenyaringan, dalam dB) pada sumbu y dan frekuensi pada sumbu x. Pembicara yang sempurna akan memiliki garis lurus melintasi grafik ini, mulai dari 20 Hz hingga 20.000 Hz. Jadi, tujuan saya sekarang adalah mengubah parameter apa pun yang saya bisa untuk membuat pembicara saya sedekat mungkin dengan pembicara ideal imajiner ini.

Dengan itu, dua masalah segera muncul dengan sendirinya.

Pertama adalah tonjolan signifikan pada grafik di atas sekitar 1000 Hz. Dengan beberapa pemerataan dan/atau beberapa filter analog, ini bisa menjadi masalah sederhana untuk dipecahkan… Jika bukan karena masalah kedua saya.

Mengklik ke Max. Tab SPL Saya melihat plot respons frekuensi yang tampak serupa. Namun, tidak seperti yang lain, plot ini menunjukkan pengeras suara yang dapat diputar pada frekuensi tertentu sebelum melebihi batas daya maksimum atau batas ekskursi maksimum. Jadi, bahkan jika saya menggunakan beberapa pemerataan (finnicky dan tidak 'menempel dengan' speaker jika mereka dipindahkan) atau filtrasi analog (mahal, rumit, dan besar) untuk mendapatkan treble mid yang lebih sesuai dengan bass, saya hanya dapat memutar musik saya pada sekitar 80 dB dengan suara paling keras. Sementara 80 dB sebenarnya cukup keras (pikirkan penyedot debu atau pembuangan sampah), perlu diingat bahwa ini akan berada di batas kemampuan speaker, yang bukan tempat yang baik. Agar speaker tidak merusak diri sendiri atau terdengar seperti sampah yang terdistorsi, saya menginginkan ruang kepala yang cukup sebelum mencapai batasnya. Satu-satunya cara untuk sampai ke sana adalah dengan memilih driver yang berbeda (hampir pasti lebih besar) atau menggandakannya.

Langkah 5: Menyelesaikan Desain Loudspeaker

Jadi, seperti yang pasti Anda perhatikan di awal Instructable ini, saya memilih untuk menggandakan. Dibandingkan dengan driver 2 yang tersedia di Parts Express, dua di antaranya seharusnya memberikan performa yang sama atau lebih untuk harganya. Dan, sejujurnya, saya menyukai tampilan dua driver bertumpuk. Estetika juga penting:)

Menambahkan driver duplikat di Boxsim cukup mudah. Saya membuat proyek baru di Boxsim, menyalin driver pada pengaturan awal, dan menggunakan pengaturan "rumah luar biasa" untuk menentukan enklosur dan penyekat. Dengan itu dilakukan, hasilnya tampak jauh lebih menjanjikan. Saya sekarang memiliki ruang kepala tambahan 5-10 dB, dan kurva keseluruhan yang lebih mulus. Saya bermain-main dengan volume enklosur, frekuensi penyetelan, dan isian sampai saya menemukan kombinasi yang sangat saya sukai pada 0,45 liter, 125 Hz, dan 'berisi ringan'.

Saat dalam proses mendesain ini, saya belajar tentang fenomena yang disebut baffle step, alias kehilangan difraksi yang tampaknya menjadi pertimbangan utama bagi sebagian besar speaker berkualitas tinggi. Pada dasarnya, ketika gelombang suara datang dari speaker, mereka berusaha memancar ke segala arah. Termasuk di belakang speaker. Karena suara frekuensi tinggi memiliki panjang gelombang yang sangat pendek, mereka memantul dari permukaan depan kotak speaker dan ditembakkan kembali ke pendengar. Tetapi suara dengan frekuensi yang lebih rendah, dengan panjang gelombang yang lebih panjang, akan dengan mudah melengkung di sekitar penutup speaker. Dengan demikian, suara frekuensi tinggi tampak sedikit lebih keras bagi pendengar. Untungnya, ini mudah diperbaiki hanya dengan satu resistor dan induktor. Kalkulator online ini akan memberi tahu Anda nilai yang Anda perlukan dengan beberapa masukan. Dari sana, saya dapat menambahkan rangkaian koreksi langkah baffle di bagian crossover penguat simulasi saya dan melihat hasil baru. Saya mengutak-atik kalkulator sedikit sampai saya mendapat respons yang saya suka dengan nilai komponen yang tersedia dari Parts Express.

Pada titik ini penting bagi saya untuk berterus terang dan mengatakan bahwa, yah, saya sedikit curang.:(Tapi inilah cara saya curang dan mengapa, dalam hal ini, tidak apa-apa.

Berkat membangun ini sendiri, saya tahu persis di mana dan bagaimana mereka akan digunakan. Ini memberi saya sedikit pengetahuan yang bisa saya gunakan untuk keuntungan saya. Kedua speaker akan berada di meja saya, disandarkan tepat di dinding besar, dan di bawah dua monitor komputer datar yang besar. Anda mungkin melihat ke mana arahnya. Permukaan datar ini akan bertindak seperti penyekat besar, meningkatkan bass dengan cara yang tidak dapat diketahui oleh Boxsim. Jadi saya memberi tahu Boxsim sedikit kebohongan putih dan berpura-pura bahwa baffle saya sebenarnya memiliki tinggi dan lebar 100 cm. Maaf tidak maaf, Boxsim. Lebih dari seni daripada sains kurasa:)

Namun, karena saya melakukan ini, penting untuk diingat bahwa hasil kehidupan nyata mungkin sebenarnya terletak di suatu tempat di antara simulasi "penyekat kecil" dan "penyekat besar".

Langkah 6: Desain Enklosur dan Perakitan (CAD)

Hadiah Pertama dalam Kontes Penulis Pertama Kali