Diminutos * Altavoces de escritorio de alta fidelidad (impresos en 3D): 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Paso mucho tiempo en mi escritorio. Esto solía significar que pasaba mucho tiempo escuchando mi música a través de los horribles parlantes diminutos integrados en los monitores de mi computadora. ¡Inaceptable! Quería un sonido estéreo real y de alta calidad en un paquete atractivo que encajara debajo de los monitores de mi pequeño escritorio. Los típicos "altavoces de computadora" son siempre decepcionantes, así que me propuse aplicar algunos principios básicos de diseño e ingeniería de altavoces para construir un par de altavoces sin compromiso (bueno, más como de bajo compromiso) que, para su tamaño, funcionarán impresionar a cualquier audiófilo.

Presentamos la última incorporación a mi familia de equipos de alta fidelidad, los parlantes de escritorio Nano-HiFi "Kitten". (Aceptando presentaciones para mejores nombres)

Estos altavoces miden aproximadamente 4,25 pulgadas (10,8 cm) de alto, 2,75 pulgadas (7 cm) de ancho y aproximadamente 4,5 pulgadas (11,4 cm) de profundidad, incluidos los postes de unión, y están diseñados para ofrecer un sonido excelente en un paquete pequeño. Están hechos usando una impresora 3D de extrusión típica, usando filamento PLA. ¡Entremos en ello!

Suministros

Piezas y materiales:

• 4 controladores de altavoz Aura "Cougar" NSW1-205-8A de 1"
• 2 inductores de cruce de 0,2 mH
• 2 resistencias de "calidad de audio" de 2,4 ohmios
• 'Plastic Wood' o masilla para madera similar
• 'Perfect Plastic Putty' o relleno similar
• Spray de imprimación y pintura
• Super pegamento
• Sellador de silicona RTV o similar
• 4x terminales de cable / postes de enlace
• Aprox. 3-4 pies de cable aislado de calibre 18-20
• Conectores de pala hembra
• 4 tornillos de máquina M2x12
• 4x tuercas M2
• Arandelas 4x M2
• Dos piezas pequeñas de madera contrachapada de 1/8 "- 1/4" de espesor o tabla resistente similar

Instrumentos:

• Impresora 3D y filamento de elección
• Soldador y soldadura
• Papel de lija y / o limas de uñas, varios granos de 200-1000
• Los pelacables / cortadores, el cuchillo xacto y algunas otras herramientas básicas serán útiles

Paso 1: objetivos y limitaciones

Lo sepa o no, cuando construyo algo empiezo, fundamentalmente, con dos cosas. Objetivos y limitaciones. Así que aquí están.

Metas:

• Extensión de graves lo más baja posible. Con suerte, 90 - 100 Hz antes de que los graves comiencen a volverse demasiado silenciosos.
• Volumen de escucha aceptable. Ya hay muchos parlantes diminutos que suenan muy bien en todas las frecuencias; Estos se llaman auriculares. El problema es que tienes que pegártelas en la cabeza. Obviamente, eso no es lo que busco, y hacer que se puedan escuchar a distancia es un poco más difícil de lograr.
• Respuesta de frecuencia plana. Intente eliminar las grandes resonancias, picos y valles que sufren la mayoría de los altavoces pequeños.

Restricciones:

• Tamaño. Los parlantes deben caber debajo de los monitores de mi computadora, por lo que no pueden tener más de 4 pulgadas de alto y 5 pulgadas de profundidad. Determiné que un volumen interno de aproximadamente 500 ml es un buen objetivo. Además, debido a que usé una impresora 3D en mi universidad, estaba limitado a unos 250 gramos de material de impresión.
• Costo. No tengo un millón de dólares para gastar en estos altavoces, por lo que no tengo materiales, herramientas o piezas exóticas.
• Complejidad. Esto de alguna manera se alinea con el costo, pero también con mi nivel de habilidad y tiempo. Esto probablemente me limita a un diseño de 'rango completo' porque es mucho más simple que un diseño de 2 o 3 vías y no requiere costosos componentes cruzados.
• Diseño estéticamente agradable. Porque tengo que mirar estas cosas todo el día.

Paso 2: Selección del controlador

Con los objetivos y las limitaciones en mente, es hora de…. ¿ir de compras?

Eso es correcto. Debido a que los controladores son el corazón de cualquier altavoz, primero elegí un controlador y diseñé el resto del altavoz a su alrededor. Debido a que planeaba pensar un poco en estos, no solo necesitaba controladores que se ajustaran, sino que también tenían especificaciones y medidas decentes proporcionadas por el fabricante. En un minuto explicaré por qué son importantes, pero sin ellos, el diseño de mi altavoz se convierte básicamente en una suposición completa.

Así que abrí mi sitio favorito para comprar componentes de altavoces, Parts Express, y busqué controladores de "rango completo" en el rango de 1 "- 2". Encontré estos, el AuraSound "Cougar" (de aquí derivé "Kitten" para el nombre de mis altavoces. ¿Lo entiendes?) Que tienen algunas buenas cualidades.

• Talla pequeña. Cuanto más pequeño, mejor.
• Barato. Solo alrededor de $ 10.50 cada uno.
• Excelente rendimiento de medios y agudos, y una respuesta de graves sorprendentemente baja para un controlador tan pequeño.
• Buen manejo de potencia, así que espero poder subirlos un poco sin preocuparme.

Con estos controladores en mente, era hora de descargar la hoja de datos y comenzar a simular.

Paso 3: simulación de altavoz

Con un candidato a conductor potencial seleccionado, necesitaba un par de piezas de software para ejecutar simulaciones y juzgar la efectividad de mi elección de altavoz y el diseño de la carcasa. Así que seguí algunos pasos para crear una simulación de un solo controlador en un gabinete básico.

El primer programa que utilicé se llama SplTrace. Una versión está disponible aquí de forma gratuita. Este es un pequeño programa muy simple. Para usarlo, primero importé una imagen de la respuesta de frecuencia y los gráficos de respuesta de impedancia de mi controlador elegido. Luego, al rastrear los gráficos con el cursor, pude convertir imágenes de los gráficos en archivos que el software de simulación puede usar.

A continuación, utilicé un programa llamado Boxsim. La última versión en inglés está disponible aquí. Creé un nuevo proyecto y seguí la configuración inicial. Luego, haciendo referencia a la hoja de datos que descargué para mi controlador, completé todos los datos requeridos del controlador. En la parte inferior, existe la opción de ingresar datos de respuesta de frecuencia e impedancia. Aquí es donde cargué los archivos que creé usando SplTrace. Luego hice clic en las pestañas y agregué estimaciones iniciales para el tipo de caja, las dimensiones y la frecuencia de sintonización, ya que decidí usar una caja con puerto. Un recinto ventilado me proporcionó dos beneficios. Primero, la capacidad de sintonizar el puerto para una frecuencia baja, con suerte extendiendo un poco la respuesta de graves. En segundo lugar, permite que el conductor se mueva más libremente y debería ser un poco más eficiente en comparación con un recinto sellado. Dado que la ventilación se diseñará e imprimirá con precisión como parte integral del gabinete, es una obviedad.

Con toda la información requerida ingresada correctamente en Boxsim, conecté el controlador único al amplificador en el menú 'Amplificador 1' y cuando presioné "Aceptar" se me presentó un gráfico interesante que se parece al que se muestra aquí. ¡Éxito! Ahora tenía una simulación de respuesta de frecuencia de referencia para empezar a jugar.

Paso 4: desarrollo del diseño del altavoz

Con mi primera simulación realizada, llegó el momento de comprender cómo esta información podría guiar mis elecciones de diseño.

Se me presenta una gráfica de respuesta de frecuencia típica, con SPL (volumen, en dB) en el eje y y frecuencia en el eje x. Un hablante perfecto tendría una línea recta a lo largo de este gráfico, desde 20 Hz hasta 20 000 Hz. Por lo tanto, mi objetivo ahora era modificar todos los parámetros que pudiera para que mi altavoz estuviera lo más cerca posible de este orador ideal imaginario.

Con eso, inmediatamente se presentaron dos problemas.

Primero fue el aumento significativo en el gráfico por encima de aproximadamente 1000 Hz. Con algo de ecualización y / o algunos filtros analógicos, este podría ser un problema simple de resolver… Si no fuera por mi segundo problema.

Haciendo clic en Max. Pestaña SPL Vi una gráfica de respuesta de frecuencia de aspecto similar. Sin embargo, a diferencia del otro, este gráfico muestra lo más alto que puede reproducir el altavoz a una frecuencia determinada antes de superar su límite máximo de potencia o el límite máximo de excursión. Por lo tanto, incluso si usé algo de ecualización (meticuloso y no se 'pega' a los parlantes si se mueven) o filtración analógica (costosa, complicada y voluminosa) para hacer que los medios agudos estén más en línea con los graves., Solo podría reproducir mi música a unos 80 dB en el nivel más alto. Si bien 80 dB es en realidad bastante alto (piense en una aspiradora o un triturador de basura), tenga en cuenta que esto estaría en el límite de la capacidad de los altavoces, lo cual no es un buen lugar para estar. Para evitar que los altavoces se autodestruyeran o sonaran como basura distorsionada, quería una cantidad decente de espacio para la cabeza antes de que alcanzaran sus límites. La única forma de llegar allí era elegir un conductor diferente (casi con certeza más grande) o doblar la apuesta.

Paso 5: Finalización del diseño del altavoz

Entonces, como seguramente notó al comienzo de este Instructable, elegí duplicar. En comparación con los controladores de 2 disponibles en Parts Express, dos de estos deberían proporcionar tanto o más rendimiento por el precio. Y, para ser honesto, me gustó el aspecto de dos controladores apilados. La estética también importa:)

Agregar un controlador duplicado en Boxsim fue bastante fácil. Hice un nuevo proyecto en Boxsim, copié el controlador en la configuración inicial y utilicé la configuración de "carcasa exterior común" para definir el gabinete y el deflector. Una vez hecho esto, los resultados parecían mucho más prometedores. Ahora tenía 5-10 dB de margen adicional y una curva general más suave. Hice el tonto con el volumen del recinto, la frecuencia de sintonización y el relleno hasta que encontré una combinación que realmente me gustó a 0,45 litros, 125 Hz y 'ligeramente relleno'.

Mientras estaba en el proceso de diseño de estos, aprendí sobre un fenómeno llamado paso deflector, también conocido como pérdida por difracción, que aparentemente es una consideración importante para la mayoría de los altavoces de alta calidad. Básicamente, cuando las ondas sonoras provienen de un altavoz, intentan irradiar en todas direcciones. Incluso detrás del altavoz. Debido a que los sonidos de alta frecuencia tienen una longitud de onda muy corta, rebotan en la superficie frontal de la caja del altavoz y son disparados hacia el oyente. Pero los sonidos de baja frecuencia, con sus longitudes de onda mucho más largas, se doblarán fácilmente alrededor del recinto del altavoz. Por lo tanto, los sonidos de alta frecuencia parecen ser un poco más fuertes para el oyente. Afortunadamente, esto se soluciona fácilmente con solo una resistencia e inductor. Esta calculadora en línea le dirá los valores que necesita con algunas entradas. A partir de ahí, podría agregar mi circuito de corrección de paso del deflector en la sección de cruce de mi amplificador simulado y ver los nuevos resultados. Jugué un poco con la calculadora hasta que obtuve una respuesta que me gustó con los valores de los componentes que estaban disponibles en Parts Express.

En este punto es importante que sea sincero y diga que, bueno, hice un poco de trampa.: (Pero así es como hice trampa y por qué, en este caso, está bien.

Gracias a que los construí yo mismo, sabía exactamente dónde y cómo se usarían. Esto me brindó un poco de conocimiento que podría usar para mi beneficio. Ambos altavoces estarán en mi escritorio, apoyados contra una pared grande y debajo de dos monitores de computadora grandes y planos. Es posible que vea a dónde va esto. Estas superficies planas actuarán como un gran bafle, aumentando los graves de formas que Boxsim no puede conocer. Así que le dije a Boxsim una pequeña mentira piadosa y fingí que mis deflectores en realidad miden 100 cm de alto y ancho. Lo siento, no lo siento, Boxsim. Más un arte que una ciencia, supongo:)

Sin embargo, dado que hice esto, era importante tener en cuenta que los resultados de la vida real probablemente se encontrarían en algún lugar entre las simulaciones de "pequeño deflector" y "enorme deflector".

Paso 6: Diseño de gabinete y ensamblaje (CAD)

Primer premio en el concurso de autores por primera vez