เล็ก* ลำโพงตั้งโต๊ะความเที่ยงตรงสูง (พิมพ์ 3 มิติ): 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ฉันใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ที่โต๊ะทำงาน นี้เคยหมายความว่าฉันใช้เวลามากในการฟังเพลงของฉันผ่านลำโพงขนาดเล็กที่น่ากลัวซึ่งติดตั้งอยู่ในจอคอมพิวเตอร์ของฉัน รับไม่ได้! ฉันต้องการเสียงสเตอริโอคุณภาพสูงที่สมจริงในแพ็คเกจที่น่าดึงดูดซึ่งวางอยู่ใต้จอภาพบนโต๊ะทำงานเล็กๆ ของฉันได้ โดยทั่วไปแล้ว "ลำโพงคอมพิวเตอร์" มักจะไม่ลงตัว ดังนั้นฉันจึงตั้งใจที่จะใช้การออกแบบลำโพงพื้นฐานและหลักการทางวิศวกรรมเพื่อสร้างคู่ของลำโพงที่ไม่มีประนีประนอม (โอเค เหมือนกับการประนีประนอมต่ำ) ที่สำหรับขนาดของมัน สร้างความประทับใจให้กับออดิโอไฟล์

ขอแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่ล่าสุดในตระกูลไฮไฟของฉัน นั่นคือ "Kitten" Nano-HiFi Desktop Speakers (ตอนนี้กำลังเปิดรับสมัครเพื่อชื่อที่ดีกว่า)

ลำโพงเหล่านี้สูงประมาณ 4.25 นิ้ว (10.8 ซม.) กว้าง 2.75 นิ้ว (7 ซม.) และลึกประมาณ 4.5 นิ้ว (11.4 ซม.) รวมเสา และออกแบบมาเพื่อเสียงที่ยอดเยี่ยมในแพ็คเกจขนาดเล็ก ผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3D แบบอัดขึ้นรูปทั่วไป โดยใช้เส้นใย PLA เข้าไปกันเถอะ!

เสบียง

ชิ้นส่วนและวัสดุ:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1" ตัวขับเสียง
• ตัวเหนี่ยวนำครอสโอเวอร์ 2x 0.2 mH
• ตัวต้านทาน "เกรดเสียง" 2x 2.4 โอห์ม
• 'ไม้พลาสติก' หรือไม้ฟิลเลอร์ที่คล้ายกัน
• 'Perfect Plastic Putty' หรือฟิลเลอร์ที่คล้ายกัน
• สเปรย์รองพื้นและสี
• ซุปเปอร์กาว
• กาวซิลิโคน RTV หรือใกล้เคียง
• 4x ขั้วลวด / เสาผูก
• ประมาณ ลวดหุ้มฉนวน 18-20 ga 3-4 ฟุต
• ขั้วต่อจอบหญิง
• สกรูเครื่อง 4x M2x12
• ถั่ว M2 4x
• เครื่องซักผ้า M2 4x
• ไม้อัดหนา 1/8" - 1/4" ขนาดเล็กสองชิ้นหรือกระดานแข็งแรงที่คล้ายกัน

เครื่องมือ:

• เครื่องพิมพ์ 3 มิติและเส้นใยที่เลือกได้
• หัวแร้งและหัวแร้ง
• กระดาษทรายและ/หรือตะไบเล็บ ปลายข้าวต่างๆ ตั้งแต่ 200-1000
• ที่ปอกสายไฟ/เครื่องตัด มีด xacto และเครื่องมือพื้นฐานอื่นๆ จะเป็นประโยชน์

ขั้นตอนที่ 1: เป้าหมายและข้อจำกัด

ไม่ว่าฉันจะรู้หรือไม่ก็ตาม เมื่อฉันสร้างบางสิ่ง ฉันจะเริ่มต้นด้วยสองสิ่งโดยพื้นฐาน เป้าหมายและข้อจำกัด ดังนั้นพวกเขาจึงอยู่ที่นี่

เป้าหมาย:

• การขยายเสียงเบสให้ต่ำที่สุด หวังว่า 90 - 100 Hz ก่อนที่เสียงเบสจะเริ่มเบาเกินไป
• ปริมาณการฟังที่ยอมรับได้ มีลำโพงขนาดเล็กจำนวนมากที่ให้เสียงที่ดีในทุกความถี่อยู่แล้ว สิ่งเหล่านี้เรียกว่าหูฟัง ปัญหาคือคุณต้องติดมันไว้ที่หัวของคุณ เห็นได้ชัดว่าไม่ใช่สิ่งที่ฉันตามหา และการทำให้พวกเขาสามารถฟังจากระยะไกลได้ยากขึ้นเล็กน้อย
• การตอบสนองความถี่แบน พยายามขจัดเสียงสะท้อน ยอดเขา และหุบเขาขนาดใหญ่ที่ผู้พูดขนาดเล็กส่วนใหญ่ประสบ

ข้อจำกัด:

• ขนาด. ลำโพงต้องพอดีกับจอคอมพิวเตอร์ของฉัน ดังนั้นต้องสูงไม่เกิน 4 นิ้วและลึก 5 นิ้วไม่ได้ ฉันพิจารณาแล้วว่าปริมาตรภายในประมาณ 500 มล. เป็นเป้าหมายที่ดี นอกจากนี้ เนื่องจากฉันใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มหาวิทยาลัย ฉันจึงจำกัดวัสดุการพิมพ์ได้ประมาณ 250 กรัม
• ค่าใช้จ่าย. ฉันไม่มีเงินล้านเหรียญจะใช้ไปกับวิทยากรเหล่านี้ ดังนั้นจึงไม่มีวัสดุ เครื่องมือ หรือชิ้นส่วนที่แปลกใหม่
• ความซับซ้อน สิ่งนี้ค่อนข้างสอดคล้องกับต้นทุน แต่ยังรวมถึงระดับทักษะและเวลาของฉันด้วย สิ่งนี้อาจจำกัดฉันให้อยู่ในการออกแบบ 'ฟูลเรนจ์' เพราะมันง่ายกว่าการออกแบบ 2 หรือ 3 ทางอย่างมาก และไม่ต้องการส่วนประกอบครอสโอเวอร์ราคาแพง
• การออกแบบที่สวยงามน่าพอใจ เพราะต้องดูสิ่งเหล่านี้ทั้งวัน

ขั้นตอนที่ 2: การเลือกไดรเวอร์

ด้วยเป้าหมายและข้อจำกัดในใจ ถึงเวลาแล้วที่จะ…. ไปซื้อของ?

ถูกตัอง. เนื่องจากไดรเวอร์คือหัวใจของลำโพงใดๆ ฉันจึงเลือกไดรเวอร์ก่อนและออกแบบลำโพงที่เหลือรอบๆ เนื่องจากฉันวางแผนที่จะใช้ความคิดในเรื่องเหล่านี้ ฉันจึงไม่เพียงแต่ต้องการไดรเวอร์ที่พอดี แต่ยังต้องมีสเปกและการวัดที่เหมาะสมจากผู้ผลิตด้วย ฉันจะเข้าใจว่าทำไมสิ่งเหล่านี้ถึงมีความสำคัญในไม่กี่นาที แต่หากไม่มีพวกเขา การออกแบบลำโพงของฉันก็จะกลายเป็นการเดาที่สมบูรณ์

ดังนั้นฉันจึงดึงไซต์โปรดขึ้นมาเพื่อซื้อส่วนประกอบลำโพง Parts Express และมองหาไดรเวอร์ "fullrange" ในช่วง 1" - 2" ฉันพบสิ่งเหล่านี้ AuraSound "Cougar" (นี่คือที่มาของคำว่า "ลูกแมว" จากชื่อผู้พูดของฉัน เข้าใจไหม) ซึ่งมีคุณสมบัติที่ดีบางประการ

• ขนาดเล็ก. ยิ่งเล็กยิ่งดี
• ราคาถูก. ตัวละประมาณ 10.50 เท่านั้น
• ประสิทธิภาพเสียงกลางและเสียงแหลมที่ยอดเยี่ยม และการตอบสนองเสียงเบสที่ต่ำอย่างน่าทึ่งสำหรับไดรเวอร์ขนาดเล็กเช่นนี้
• การจัดการพลังงานที่ดี ฉันหวังว่าจะได้เหวี่ยงมันขึ้นเล็กน้อยโดยไม่ต้องกังวล

เมื่อคำนึงถึงไดรเวอร์เหล่านี้แล้ว ก็ถึงเวลาดาวน์โหลดแผ่นข้อมูลและทำการจำลอง

ขั้นตอนที่ 3: การจำลองลำโพง

เมื่อเลือกโปรแกรมควบคุมที่มีศักยภาพ ฉันต้องการซอฟต์แวร์สองสามชิ้นเพื่อเรียกใช้การจำลองและตัดสินประสิทธิภาพของตัวเลือกลำโพงและการออกแบบตัวเครื่องของฉัน ดังนั้นฉันจึงทำตามขั้นตอนสองสามขั้นตอนเพื่อสร้างการจำลองไดรเวอร์ตัวเดียวในกล่องหุ้มพื้นฐาน

โปรแกรมแรกที่ฉันใช้คือ SplTrace รุ่นของมันมีให้บริการฟรีที่นี่ นี่เป็นโปรแกรมเล็กๆ น้อยๆ ที่ง่ายมาก ในการใช้งาน อันดับแรก ฉันนำเข้ารูปภาพของการตอบสนองความถี่และกราฟการตอบสนองต่ออิมพีแดนซ์ของไดรเวอร์ที่ฉันเลือก จากนั้น โดยการติดตามโครงเรื่องด้วยเคอร์เซอร์ของฉัน ฉันสามารถแปลงรูปภาพของแปลงเป็นไฟล์ที่ซอฟต์แวร์จำลองสถานการณ์ใช้ได้

ต่อไปฉันใช้โปรแกรมที่เรียกว่า Boxsim เวอร์ชันภาษาอังกฤษล่าสุดมีให้ที่นี่ ฉันสร้างโครงการใหม่และตามด้วยการตั้งค่าเริ่มต้น จากนั้นอ้างอิงเอกสารข้อมูลที่ฉันดาวน์โหลดสำหรับไดรเวอร์ของฉัน ฉันกรอกข้อมูลไดรเวอร์ที่จำเป็นทั้งหมด ที่ด้านล่าง มีตัวเลือกในการป้อนข้อมูลความถี่และข้อมูลการตอบสนองอิมพีแดนซ์ นี่คือที่ที่ฉันโหลดไฟล์ที่ฉันสร้างโดยใช้ SplTrace จากนั้นฉันก็คลิกผ่านแท็บต่างๆ และเพิ่มการประมาณการเบื้องต้นสำหรับประเภทกล่องหุ้ม ขนาด และความถี่ในการปรับแต่ง เนื่องจากฉันตัดสินใจใช้กล่องหุ้มที่มีพอร์ต ตู้ที่มีช่องระบายอากาศให้ประโยชน์สองอย่างสำหรับฉัน ประการแรก ความสามารถในการปรับแต่งพอร์ตสำหรับความถี่ต่ำ หวังว่าจะขยายการตอบสนองเสียงเบสเล็กน้อย ประการที่สอง ช่วยให้ผู้ขับขี่สามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระมากขึ้นและควรจะมีประสิทธิภาพมากกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับกล่องหุ้มที่ปิดสนิท เนื่องจากช่องระบายอากาศจะได้รับการออกแบบและพิมพ์อย่างแม่นยำให้เป็นส่วนหนึ่งของกล่องหุ้ม จึงไม่ต้องคิดมาก

เมื่อป้อนข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดลงใน Boxsim อย่างถูกต้อง ฉันจึงเชื่อมต่อไดรเวอร์ตัวเดียวกับแอมพลิฟายเออร์ภายใต้เมนู 'เครื่องขยายเสียง 1' และเมื่อฉันกด "ตกลง" ฉันจะได้รับกราฟที่น่าสนใจซึ่งดูเหมือนที่แสดงที่นี่ ความสำเร็จ! ตอนนี้ฉันมีการจำลองการตอบสนองความถี่พื้นฐานเพื่อเริ่มแก้ไข

ขั้นตอนที่ 4: พัฒนาการออกแบบลำโพง

เมื่อการจำลองครั้งแรกของฉันเสร็จสิ้น ถึงเวลาแล้วที่จะทำความเข้าใจว่าข้อมูลนี้จะแนะนำตัวเลือกการออกแบบของฉันได้อย่างไร

ฉันพบกับพล็อตการตอบสนองความถี่ทั่วไป โดยมี SPL (ความดังเป็น dB) บนแกน y และความถี่บนแกน x ผู้พูดที่สมบูรณ์แบบจะมีเส้นตรงข้ามกราฟนี้ ตั้งแต่ 20 Hz ถึง 20, 000 Hz ดังนั้นเป้าหมายของฉันในตอนนี้คือปรับแต่งพารามิเตอร์ใด ๆ ที่ฉันสามารถทำได้เพื่อให้ผู้พูดของฉันอยู่ใกล้กับผู้พูดในอุดมคติในจินตนาการให้มากที่สุด

ด้วยเหตุนี้ ปัญหาสองประการจึงปรากฏขึ้นในทันที

อย่างแรกคือการชนที่มีนัยสำคัญในกราฟที่สูงกว่า 1,000 Hz ด้วยอีควอไลเซอร์และ/หรือฟิลเตอร์แอนะล็อกบางตัว นี่อาจเป็นปัญหาง่ายๆ ในการแก้ไข… ถ้าไม่ใช่สำหรับปัญหาที่สองของฉัน

คลิกไปที่ Max. แท็บ SPL ฉันเห็นพล็อตการตอบสนองความถี่ที่ดูคล้ายกัน อย่างไรก็ตาม โครงเรื่องนี้แสดงเสียงที่ดังที่สุดที่ผู้พูดสามารถเล่นได้ที่ความถี่ที่กำหนด ก่อนที่จะเกินขีดจำกัดกำลังสูงสุดหรือขีดจำกัดการเดินทางสูงสุด ดังนั้น แม้ว่าฉันจะใช้อีควอไลเซอร์บ้าง (ฟินนิกกี้และไม่ 'เกาะติด' กับลำโพงหากเลื่อนไปมา) หรือการกรองแบบแอนะล็อก (แพง ซับซ้อน และเทอะทะ) เพื่อให้ได้เสียงกลางแหลมที่สอดคล้องกับเสียงเบสมากขึ้น ฉันสามารถเล่นเพลงของฉันได้เพียงประมาณ 80 dB ที่ดังที่สุดเท่านั้น ในขณะที่ 80 dB ค่อนข้างดัง (คิดว่าเครื่องดูดฝุ่นหรือการกำจัดขยะ) โปรดจำไว้ว่านี่จะอยู่ที่ขีด จำกัด ของความสามารถของลำโพงซึ่งไม่ใช่สถานที่ที่ดี เพื่อป้องกันไม่ให้ลำโพงทำลายตัวเองหรือส่งเสียงเหมือนขยะที่บิดเบี้ยว ฉันต้องการพื้นที่เฮดรูมในปริมาณที่เหมาะสมก่อนที่จะถึงขีดจำกัด วิธีเดียวที่จะไปถึงที่นั่นได้คือเลือกไดรเวอร์อื่น (ใหญ่กว่าเกือบแน่นอน) หรือลดสองเท่า

ขั้นตอนที่ 5: จบการออกแบบลำโพง

ดังนั้น ตามที่คุณสังเกตเห็นอย่างแน่นอนในตอนต้นของคำแนะนำนี้ ฉันจึงเลือกที่จะเพิ่มเป็นสองเท่า เมื่อเทียบกับไดรเวอร์ 2 ที่มีอยู่ใน Parts Express แล้ว สองตัวนี้น่าจะให้ประสิทธิภาพตามราคาหรือมากกว่านั้น และพูดตามตรง ฉันชอบรูปลักษณ์ของไดรเวอร์แบบเรียงซ้อนสองตัว สุนทรียศาสตร์ก็สำคัญเช่นกัน:)

การเพิ่มไดรเวอร์ที่ซ้ำกันใน Boxsim นั้นค่อนข้างง่าย ฉันสร้างโปรเจ็กต์ใหม่ใน Boxsim คัดลอกไดรเวอร์เมื่อตั้งค่าเริ่มต้น และใช้การตั้งค่า "ภายนอกทั่วไป" เพื่อกำหนดกล่องหุ้มและแผ่นกั้น เมื่อทำเสร็จแล้ว ผลลัพธ์ก็ดูมีแนวโน้มมากขึ้น ตอนนี้ฉันมี headroom เพิ่มเติม 5-10 dB และเส้นโค้งโดยรวมที่นุ่มนวลขึ้น ฉันลองไปเล่นๆ กับระดับเสียงของตู้ ความถี่ในการปรับแต่ง และการบรรจุ จนกระทั่งพบชุดค่าผสมที่ชอบมากที่ 0.45 ลิตร 125 เฮิร์ตซ์ และ 'ยัดไว้เล็กน้อย'

ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ ฉันได้เรียนรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เรียกว่า baffle step หรือที่เรียกว่า diffraction loss ซึ่งเห็นได้ชัดว่าเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับผู้พูดคุณภาพสูงส่วนใหญ่ โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อคลื่นเสียงมาจากลำโพง พวกมันจะพยายามแผ่กระจายไปทั่วทุกทิศทาง รวมทั้งหลังลำโพง เนื่องจากเสียงความถี่สูงมีความยาวคลื่นสั้นมาก จึงกระดอนออกจากพื้นผิวด้านหน้าของกล่องลำโพงและถูกยิงกลับมาที่ผู้ฟัง แต่เสียงที่มีความถี่ต่ำกว่าด้วยความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามาก จะงอไปรอบๆ ตัวลำโพงได้ง่าย ดังนั้นเสียงความถี่สูงจึงทำให้ผู้ฟังดังขึ้นเล็กน้อย โชคดีที่สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้ง่ายด้วยตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำเพียงตัวเดียว เครื่องคิดเลขออนไลน์นี้จะบอกคุณถึงค่าต่างๆ ที่คุณต้องการจากอินพุตเล็กน้อย จากที่นั่น ฉันสามารถเพิ่มวงจรแก้ไขขั้นตอน baffle ในส่วนครอสโอเวอร์ของแอมพลิฟายเออร์จำลองและเห็นผลลัพธ์ใหม่ ฉันเล่นซอกับเครื่องคิดเลขเล็กน้อยจนกระทั่งได้คำตอบที่ฉันชอบด้วยค่าส่วนประกอบที่หาได้จาก Parts Express

ณ จุดนี้มันสำคัญที่ฉันจะต้องพูดออกมาตรงๆ ว่า ฉันโกงนิดหน่อย:(แต่นี่เป็นวิธีที่ฉันโกงและทำไมในกรณีนี้มันก็โอเค

ต้องขอบคุณการสร้างสิ่งเหล่านี้เอง ฉันรู้ดีว่าจะใช้ที่ไหนและอย่างไร สิ่งนี้ทำให้ฉันมีความรู้เล็กน้อยที่ฉันสามารถใช้เพื่อประโยชน์ของฉัน ลำโพงทั้งสองตัวจะวางอยู่บนโต๊ะทำงานของฉัน โดยวางชิดกับผนังขนาดใหญ่ และอยู่ใต้จอคอมพิวเตอร์แบนขนาดใหญ่สองเครื่อง คุณอาจเห็นว่าสิ่งนี้กำลังจะไป พื้นผิวเรียบเหล่านี้จะทำหน้าที่คล้ายกับแผ่นกั้นขนาดใหญ่ ช่วยเพิ่มเสียงเบสในแบบที่ Boxsim ไม่สามารถรู้ได้ ฉันก็เลยบอก Boxsim นิดหน่อย แล้วแกล้งทำเป็นว่าแผ่นกั้นของฉันสูง 100 ซม. และกว้างจริงๆ ขออภัยไม่ขอโทษ Boxsim ฉันคิดว่าเป็นศิลปะมากกว่าวิทยาศาสตร์:)

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฉันทำเช่นนี้ สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าผลลัพธ์ในชีวิตจริงอาจจะอยู่ที่ใดที่หนึ่งระหว่างการจำลอง "แผ่นกั้นเล็กๆ" และ "แผ่นกั้นขนาดใหญ่"

ขั้นตอนที่ 6: การออกแบบสิ่งที่แนบมาและการประกอบ (CAD)

รางวัลที่หนึ่งในการประกวดผู้แต่งครั้งแรก