Winzige * High-Fidelity-Desktop-Lautsprecher (3D gedruckt) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ich verbringe viel Zeit an meinem Schreibtisch. Das bedeutete früher, dass ich viel Zeit damit verbrachte, meine Musik über die schrecklichen blechernen Lautsprecher zu hören, die in meine Computermonitore eingebaut waren. Inakzeptabel! Ich wollte echten, hochwertigen Stereoklang in einem attraktiven Paket, das unter die Monitore auf meinem kleinen Schreibtisch passt. Typische "Computerlautsprecher" sind immer eine Enttäuschung, also habe ich mich vorgenommen, einige grundlegende Lautsprecherdesign- und Konstruktionsprinzipien anzuwenden, um ein Paar kompromissloser (okay, eher kompromissloser) Lautsprecher zu bauen, die für ihre Größe geeignet sind beeindrucken jeden audiophilen.

Wir stellen das neueste Mitglied meiner HiFi-Familie vor, die "Kitten" Nano-HiFi-Desktop-Lautsprecher. (Aktuell werden Einreichungen für bessere Namen akzeptiert)

Diese Lautsprecher sind ungefähr 10,8 cm (4,25 Zoll) hoch, 7 cm (2,75 Zoll) breit und ungefähr 4,5 Zoll (11,4 cm) tief, einschließlich der Anschlussklemmen, und wurden für großartigen Klang in einem winzigen Paket entwickelt. Sie werden mit einem typischen Extrusions-3D-Drucker mit PLA-Filament hergestellt. Lassen Sie uns darauf eingehen!

Lieferungen

Teile und Materialien:

• 4x Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1" Lautsprechertreiber
• 2x 0,2 mH Crossover-Induktivitäten
• 2x 2,4 Ohm "audio grade" Widerstände
• 'Plastic Wood' oder ähnlicher Holzspachtel
• 'Perfect Plastic Putty' oder ähnlicher Füllstoff
• Grundierung und Farbe sprühen
• Sekundenkleber
• RTV Silikondichtmittel oder ähnliches
• 4x Kabelklemmen / Anschlussklemmen
• Ca. 3-4 Fuß 18-20 ga isolierter Draht
• Flachsteckverbinder
• 4x M2x12 Maschinenschrauben
• 4x M2 Muttern
• 4x M2 Unterlegscheiben
• Zwei kleine Stücke 1/8" - 1/4" dickes Sperrholz oder ein ähnliches stabiles Brett

Werkzeuge:

• 3D-Drucker und Filament nach Wahl
• Lötkolben und Lot
• Schleifpapier und/oder Nagelfeilen, verschiedene Körnungen von 200-1000
• Abisolierzangen/Schneider, Xacto-Messer und einige andere grundlegende Werkzeuge sind hilfreich

Schritt 1: Ziele und Einschränkungen

Ob ich es weiß oder nicht, wenn ich etwas baue, beginne ich im Wesentlichen mit zwei Dingen. Ziele und Einschränkungen. Hier sind sie also.

Ziele:

• Bassausdehnung so niedrig wie möglich. Hoffentlich 90 - 100 Hz, bevor der Bass zu leise wird.
• Akzeptable Hörlautstärke. Es gibt bereits viele winzige Lautsprecher, die bei allen Frequenzen großartig klingen; Diese werden Kopfhörer genannt. Das Problem ist, du musst sie dir an den Kopf kleben. Das ist offensichtlich nicht das, was ich suche, und es ist etwas schwieriger, sie aus der Ferne hörbar zu machen.
• Flacher Frequenzgang. Versuchen Sie, große Resonanzen, Spitzen und Täler zu beseitigen, unter denen die meisten kleinen Lautsprecher leiden.

Einschränkungen:

• Größe. Die Lautsprecher müssen unter meine Computermonitore passen, dürfen also nicht mehr als 10 cm hoch und 5 cm tief sein. Ich habe festgestellt, dass ein Innenvolumen von etwa 500 ml ein gutes Ziel ist. Da ich an meiner Universität einen 3D-Drucker verwendet habe, war ich außerdem auf etwa 250 Gramm Druckmaterial beschränkt.
• Kosten. Ich habe keine Million Dollar, um für diese Lautsprecher auszugeben, also keine exotischen Materialien, Werkzeuge oder Teile.
• Komplexität. Dies entspricht in gewisser Weise den Kosten, aber auch meinem Können und meiner Zeit. Dies beschränkt mich wahrscheinlich auf ein Fullrange-Design, da es wesentlich einfacher ist als ein 2- oder 3-Wege-Design und keine teuren Frequenzweichenkomponenten erfordert.
• Ästhetisch ansprechendes Design. Weil ich mir diese Dinge den ganzen Tag anschauen muss.

Schritt 2: Treiberauswahl

Mit Zielen und Einschränkungen im Hinterkopf ist es an der Zeit…. Einkaufen gehen?

Korrekt. Da Treiber das Herz eines jeden Lautsprechers sind, habe ich zuerst einen Treiber ausgewählt und den Rest des Lautsprechers darum herum entworfen. Da ich mir darüber Gedanken machen wollte, brauchte ich nicht nur passende Treiber, sondern auch ordentliche Spezifikationen und Maße vom Hersteller. Ich werde gleich darauf eingehen, warum diese wichtig sind, aber ohne sie wird mein Lautsprecherdesign im Grunde eine vollständige Vermutung.

Also habe ich meine Lieblingsseite zum Kauf von Lautsprecherkomponenten aufgerufen, Parts Express, und nach "Fullrange"-Treibern im Bereich von 1" - 2" gesucht. Ich habe diese gefunden, den AuraSound "Cougar" (daher habe ich "Kitten" für den Namen meiner Lautsprecher abgeleitet. Verstehst du ihn?), die ein paar gute Eigenschaften haben.

• Kleine Größe. Je kleiner desto besser.
• Billig. Nur etwa 10,50 $ pro Stück.
• Hervorragende Mittel- und Höhenleistung und erstaunlich niedrige Basswiedergabe für einen so kleinen Treiber.
• Gute Belastbarkeit, so dass ich sie hoffentlich ohne Sorgen ein wenig aufdrehen kann.

Mit diesen Treibern im Hinterkopf war es an der Zeit, das Datenblatt herunterzuladen und mit der Simulation zu beginnen.

Schritt 3: Lautsprechersimulation

Nachdem ein potenzieller Treiberkandidat ausgewählt wurde, benötigte ich einige Software, um Simulationen durchzuführen und die Wirksamkeit meiner Lautsprecherauswahl und des Gehäusedesigns zu beurteilen. Also habe ich ein paar Schritte befolgt, um eine Simulation eines einzelnen Treibers in einem Basisgehäuse zu erstellen.

Das erste von mir verwendete Programm heißt SplTrace. Eine Version davon ist hier kostenlos erhältlich. Dies ist ein sehr einfaches kleines Programm. Um es zu verwenden, importierte ich zuerst ein Bild des Frequenzgangs und des Impedanzgangs meines gewählten Treibers. Dann konnte ich, indem ich die Plots mit meinem Cursor verfolgte, Bilder der Plots in Dateien umwandeln, die die Simulationssoftware verwenden kann.

Als nächstes habe ich ein Programm namens Boxsim verwendet. Die neueste englische Version ist hier verfügbar. Ich erstellte ein neues Projekt und folgte zusammen mit der Ersteinrichtung. Dann habe ich unter Bezugnahme auf das Datenblatt, das ich für meinen Fahrer heruntergeladen habe, alle erforderlichen Fahrerdaten eingegeben. Unten gibt es die Möglichkeit, Frequenz- und Impedanzantwortdaten einzugeben. Hier habe ich die Dateien geladen, die ich mit SplTrace erstellt habe. Dann habe ich mich durch die Registerkarten geklickt und erste Schätzungen für Gehäusetyp, Abmessungen und Abstimmfrequenz hinzugefügt, da ich mich für ein portiertes Gehäuse entschieden habe. Ein belüftetes Gehäuse bot mir zwei Vorteile. Erstens die Möglichkeit, den Port auf eine niedrige Frequenz abzustimmen, wodurch die Basswiedergabe hoffentlich etwas erweitert wird. Zweitens ermöglicht es dem Fahrer, sich freier zu bewegen und sollte im Vergleich zu einem geschlossenen Gehäuse etwas effizienter sein. Da die Lüftungsöffnung als integraler Bestandteil des Gehäuses präzise entworfen und gedruckt wird, ist dies ein Kinderspiel.

Nachdem ich alle erforderlichen Informationen korrekt in Boxsim eingegeben hatte, habe ich den einzelnen Treiber unter dem Menü "Verstärker 1" an den Verstärker angeschlossen und als ich auf "Ok" geklickt habe, wurde mir ein interessantes Diagramm angezeigt, das in etwa wie das hier gezeigte aussieht. Erfolg! Ich hatte jetzt eine Grundlinien-Frequenzgangsimulation, an der ich herumbasteln konnte.

Schritt 4: Entwicklung des Lautsprecherdesigns

Nach meiner ersten Simulation war es an der Zeit zu verstehen, wie diese Informationen meine Designentscheidungen leiten können.

Mir wird ein typisches Frequenzgangdiagramm präsentiert, mit SPL (Loudness, in dB) auf der y-Achse und Frequenz auf der x-Achse. Ein perfekter Lautsprecher hätte eine gerade Linie durch dieses Diagramm, die von 20 Hz bis 20.000 Hz reicht. Daher war mein Ziel jetzt, alle Parameter zu optimieren, die ich konnte, um meinen Lautsprecher so nah wie möglich an diesem imaginären idealen Lautsprecher zu machen.

Damit stellten sich sofort zwei Probleme.

Der erste war die signifikante Erhebung in der Grafik oberhalb von etwa 1000 Hz. Mit etwas Entzerrung und/oder ein paar analogen Filtern könnte dies ein einfach zu lösendes Problem sein… Wäre da nicht mein zweites Problem.

Klicken Sie auf die Max. Registerkarte SPL Ich habe ein ähnlich aussehendes Frequenzgangdiagramm gesehen. Im Gegensatz zum anderen zeigt dieses Diagramm jedoch, wie laut der Lautsprecher bei einer bestimmten Frequenz spielen kann, bevor entweder seine maximale Leistungsgrenze oder die maximale Auslenkungsgrenze überschritten wird. Selbst wenn ich eine Entzerrung (finnicky und "klebt" nicht an den Lautsprechern, wenn sie bewegt werden) oder eine analoge Filterung (teuer, kompliziert und sperrig) verwendet habe, um die Mitten und Höhen besser mit den Bässen in Einklang zu bringen?, ich könnte meine Musik nur mit etwa 80 dB am absolut lautesten abspielen. Obwohl 80 dB eigentlich ziemlich laut sind (denken Sie an einen Staubsauger oder eine Müllentsorgung), bedenken Sie, dass dies an der Grenze der Lautsprecherleistung liegt, was kein guter Ort ist. Um zu verhindern, dass sich die Lautsprecher selbst zerstören oder wie verzerrter Müll klingen, wollte ich eine ordentliche Menge Headroom, bevor sie an ihre Grenzen stoßen. Der einzige Weg dorthin war, entweder einen anderen (fast sicher größeren) Fahrer zu wählen oder zu verdoppeln.

Schritt 5: Fertigstellung des Lautsprecherdesigns

Also, wie Sie sicherlich zu Beginn dieses Instructable bemerkt haben, entschied ich mich, zu verdoppeln. Im Vergleich zu den verfügbaren 2 -Treibern von Parts Express sollten zwei davon für den Preis genauso viel oder mehr Leistung bieten. Und um ehrlich zu sein, gefiel mir die Optik von zwei gestapelten Treibern. Auch die Ästhetik zählt:)

Das Hinzufügen eines doppelten Treibers in Boxsim war ziemlich einfach. Ich habe in Boxsim ein neues Projekt erstellt, den Treiber bei der Ersteinrichtung kopiert und die Einstellungen für "gemeinsames Außengehäuse" verwendet, um das Gehäuse und die Schallwand zu definieren. Damit sahen die Ergebnisse viel vielversprechender aus. Ich hatte jetzt 5-10 dB zusätzlichen Headroom und eine glattere Gesamtkurve. Ich habe mit dem Gehäusevolumen, der Abstimmfrequenz und der Füllung herumgespielt, bis ich eine Kombination gefunden habe, die mir mit 0,45 Litern, 125 Hz und "leicht gestopft" wirklich gefiel.

Während des Entwurfsprozesses erfuhr ich von einem Phänomen namens Baffle Step, auch bekannt als Beugungsverlust, der anscheinend für die meisten hochwertigen Lautsprecher ein wichtiger Aspekt ist. Im Wesentlichen versuchen Schallwellen, die von einem Lautsprecher kommen, in alle Richtungen abzustrahlen. Auch hinter dem Lautsprecher. Da hochfrequente Töne eine sehr kurze Wellenlänge haben, prallen sie von der Vorderseite der Lautsprecherbox ab und werden auf den Hörer zurückgeschossen. Niederfrequente Töne mit ihren viel längeren Wellenlängen werden sich jedoch leicht um das Lautsprechergehäuse biegen. Somit erscheinen hochfrequente Töne für den Hörer etwas lauter. Glücklicherweise lässt sich dies leicht mit nur einem Widerstand und einer Induktivität beheben. Dieser Online-Rechner sagt Ihnen die Werte, die Sie mit wenigen Eingaben benötigen. Von dort aus konnte ich meine Baffle-Step-Korrekturschaltung im Crossover-Bereich meines simulierten Verstärkers hinzufügen und die neuen Ergebnisse sehen. Ich habe ein bisschen mit dem Rechner herumgefummelt, bis ich eine Antwort bekam, die mir mit Komponentenwerten gefallen hat, die von Parts Express erhältlich waren.

An dieser Stelle ist es wichtig, dass ich reinkomme und sage, dass ich ein bisschen geschummelt habe.:(Aber hier ist, wie ich betrogen habe und warum es in diesem Fall in Ordnung ist.

Da ich diese selbst gebaut habe, wusste ich genau, wo und wie sie verwendet werden. Dadurch hatte ich ein wenig Wissen, das ich zu meinem Vorteil nutzen konnte. Beide Lautsprecher werden auf meinem Schreibtisch stehen, direkt vor einer großen Wand und unter zwei großen, flachen Computermonitoren. Sie können sehen, wohin das führt. Diese flachen Oberflächen wirken wie eine große alte Schallwand und verstärken den Bass auf eine Weise, die Boxsim nicht kennt. Also habe ich Boxsim eine kleine Notlüge erzählt und so getan, als wären meine Schallwände tatsächlich 100 cm groß und breit. Tut mir leid, Boxsim. Ich nehme an, eher eine Kunst als eine Wissenschaft:)

Da ich dies getan habe, war es jedoch wichtig zu bedenken, dass die realen Ergebnisse wahrscheinlich tatsächlich irgendwo zwischen den Simulationen "kleine Schallwand" und "große Schallwand" liegen würden.

Schritt 6: Gehäuse- und Baugruppendesign (CAD)

Erster Preis beim Erstautorenwettbewerb