Petits* haut-parleurs de bureau haute fidélité (impression 3D) : 11 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Je passe beaucoup de temps à mon bureau. Cela signifiait que je passais beaucoup de temps à écouter ma musique à travers les affreux haut-parleurs minuscules intégrés à mes écrans d'ordinateur. Inacceptable! Je voulais un son stéréo réel et de haute qualité dans un emballage attrayant qui tiendrait sous les moniteurs de mon petit bureau. Les "haut-parleurs d'ordinateur" typiques sont toujours décevants, alors j'ai décidé d'appliquer quelques principes de conception et d'ingénierie de base des haut-parleurs pour construire une paire de haut-parleurs sans compromis (d'accord, plutôt à faible compromis) qui, pour leur taille, impressionner n'importe quel audiophile.

Présentation du dernier ajout à ma famille HiFi, les haut-parleurs de bureau Nano-HiFi "Kitten". (J'accepte maintenant les soumissions pour de meilleurs noms)

Ces haut-parleurs mesurent environ 4,25 pouces (10,8 cm) de haut, 2,75 pouces (7 cm) de large et environ 4,5 pouces (11,4 cm) de profondeur, y compris les bornes, et sont conçus pour un son de qualité dans un petit boîtier. Ils sont fabriqués à l'aide d'une imprimante 3D d'extrusion typique, utilisant du filament PLA. Entrons-y !

Fournitures

Pièces et matériaux:

• 4x haut-parleurs Aura "Cougar" NSW1-205-8A 1"
• 2x inductances croisées 0,2 mH
• 2x résistances 2,4 Ohm "audio grade"
• 'Plastic Wood' ou mastic à bois similaire
• 'Perfect Plastic Putty' ou mastic similaire
• Primaire et peinture en aérosol
• super colle
• Mastic silicone RTV ou similaire
• 4x bornes de fil / bornes
• Environ. 3-4 pieds de fil isolé de calibre 18-20
• Connecteurs femelles à fourche
• 4x vis à métaux M2x12
• 4x écrous M2
• 4x M2 Rondelles
• Deux petits morceaux de contreplaqué de 1/8" à 1/4" d'épaisseur ou d'une planche solide similaire

Outils:

• Imprimante 3D et filament au choix
• Fer à souder et soudure
• Papier de verre et/ou limes à ongles, divers grains de 200 à 1000
• Une pince à dénuder/coupe-fil, un couteau xacto et quelques autres outils de base seront utiles

Étape 1: Objectifs et contraintes

Que je le sache ou non, quand je construis quelque chose, je pars, fondamentalement, de deux choses. Objectifs et contraintes. Alors les voici.

Buts:

• Extension des basses aussi faible que possible. Avec un peu de chance, 90 - 100 Hz avant que les basses ne commencent à devenir trop silencieuses.
• Volume d'écoute acceptable. Il existe déjà de nombreux petits haut-parleurs qui sonnent bien à toutes les fréquences; C'est ce qu'on appelle des écouteurs. Le problème, c'est qu'il faut les coller sur la tête. Ce n'est évidemment pas ce que je recherche, et les rendre écoutables à distance est un peu plus difficile à réaliser.
• Réponse en fréquence plate. Essayez d'éliminer les grosses résonances, les pics et les creux dont souffrent la plupart des petits haut-parleurs.

Contraintes:

• Taille. Les haut-parleurs doivent tenir sous mes écrans d'ordinateur, ils ne peuvent donc pas mesurer plus de 4 pouces de hauteur et 5 pouces de profondeur. J'ai déterminé qu'un volume interne d'environ 500 ml est une bonne cible. De plus, comme j'utilisais une imprimante 3D dans mon université, j'étais limité à environ 250 grammes de matériel d'impression.
• Coût. Je n'ai pas un million de dollars à dépenser pour ces enceintes, donc pas de matériaux, outils ou pièces exotiques.
• Complexité. Cela correspond quelque peu au coût, mais aussi à mon niveau de compétence et à mon temps. Cela me limite probablement à une conception "complète" car elle est beaucoup plus simple qu'une conception à 2 ou 3 voies et ne nécessite pas de composants de croisement coûteux.
• Conception esthétique. Parce que je dois regarder ces choses toute la journée.

Étape 2: Sélection du pilote

Avec des objectifs et des contraintes en tête, il est temps de…. aller faire les courses?

C'est exact. Parce que les haut-parleurs sont le cœur de tout haut-parleur, j'ai d'abord choisi un haut-parleur et conçu le reste de l'enceinte autour de lui. Parce que j'avais prévu d'y réfléchir, j'avais non seulement besoin de pilotes adaptés, mais aussi de spécifications et de mesures décentes fournies par le fabricant. Je vais expliquer pourquoi ceux-ci sont importants dans une minute, mais sans eux, la conception de mes haut-parleurs devient fondamentalement une supposition complète.

J'ai donc consulté mon site préféré pour acheter des composants d'enceintes, Parts Express, et j'ai recherché des pilotes "fullrange" dans la gamme 1" - 2". J'ai trouvé celles-ci, les AuraSound "Cougar" (c'est de là que j'ai tiré "Kitten" pour le nom de mes enceintes. Comprenez-vous ?) qui ont quelques bonnes qualités.

• Petite taille. Plus c'est petit, mieux c'est.
• Pas cher. Seulement environ 10,50 $ chacun.
• Excellentes performances dans les médiums et les aigus, et réponse dans les graves incroyablement faible pour un si petit haut-parleur.
• Bonne tenue en puissance, je peux donc, espérons-le, les augmenter un peu sans souci.

Avec ces pilotes à l'esprit, il était temps de télécharger la fiche technique et de procéder à la simulation.

Étape 3: Simulation de haut-parleur

Avec un candidat pilote potentiel sélectionné, j'avais besoin de quelques logiciels pour exécuter des simulations et juger de l'efficacité de mon choix d'enceintes et de la conception de mon enceinte. J'ai donc suivi quelques étapes pour créer une simulation d'un seul pilote dans un boîtier de base.

Le premier programme que j'ai utilisé s'appelle SplTrace. Une version de celui-ci est disponible ici gratuitement. C'est un petit programme très simple. Pour l'utiliser, j'ai d'abord importé une image des graphiques de réponse en fréquence et de réponse en impédance de mon pilote choisi. Ensuite, en traçant les tracés avec mon curseur, j'ai pu convertir les images des tracés en fichiers utilisables par le logiciel de simulation.

Ensuite, j'ai utilisé un programme appelé Boxsim. La dernière version anglaise est disponible ici. J'ai créé un nouveau projet et j'ai suivi la configuration initiale. Ensuite, en me référant à la fiche technique que j'ai téléchargée pour mon chauffeur, j'ai rempli toutes les données de chauffeur requises. En bas, il y a la possibilité d'entrer des données de réponse de fréquence et d'impédance. C'est là que j'ai chargé les fichiers que j'ai créés à l'aide de SplTrace. Ensuite, j'ai cliqué sur les onglets et ajouté des estimations initiales pour le type de boîtier, les dimensions et la fréquence de réglage, puisque j'ai décidé d'utiliser un boîtier avec port. Une enceinte ventilée m'a procuré deux avantages. Tout d'abord, la possibilité de régler le port pour une basse fréquence, étendant, espérons-le, un peu la réponse des basses. Deuxièmement, il permet au conducteur de se déplacer plus librement et devrait être un peu plus efficace par rapport à un boîtier étanche. Étant donné que l'évent sera conçu et imprimé avec précision en tant que partie intégrante de l'enceinte, c'est une évidence.

Avec toutes les informations requises entrées correctement dans Boxsim, j'ai connecté le pilote unique à l'amplificateur dans le menu "Amplificateur 1" et lorsque j'ai appuyé sur "Ok", un graphique intéressant m'a été présenté qui ressemble à celui montré ici. Succès! J'avais maintenant une simulation de réponse en fréquence de base pour commencer à bricoler.

Étape 4: Développement de la conception du haut-parleur

Ma première simulation étant terminée, il était temps de comprendre comment ces informations pouvaient guider mes choix de conception.

On me présente un tracé de réponse en fréquence typique, avec SPL (volume, en dB) sur l'axe des y et la fréquence sur l'axe des x. Un haut-parleur parfait aurait une ligne droite sur ce graphique, allant de 20 Hz à 20 000 Hz. Ainsi, mon objectif était maintenant de modifier tous les paramètres que je pouvais pour que mon haut-parleur soit aussi proche que possible de ce haut-parleur idéal imaginaire.

Avec cela, deux problèmes se sont immédiatement posés.

Le premier était la bosse significative dans le graphique au-dessus d'environ 1000 Hz. Avec un peu d'égalisation et/ou quelques filtres analogiques, cela pourrait être un problème simple à résoudre… S'il n'y avait pas eu mon deuxième problème.

En cliquant sur le Max. Onglet SPL J'ai vu un tracé de réponse en fréquence similaire. Cependant, contrairement à l'autre, ce graphique montre le plus fort que le haut-parleur peut jouer à une fréquence donnée avant de dépasser sa limite de puissance maximale ou sa limite d'excursion maximale. Ainsi, même si j'ai utilisé une égalisation (finnicky et ne "colle pas" avec les haut-parleurs s'ils sont déplacés) ou une filtration analogique (coûteuse, compliquée et encombrante) pour obtenir les médiums aigus plus en ligne avec les basses, je ne pourrais jouer ma musique qu'à environ 80 dB au plus fort. Bien que 80 dB soit en fait assez bruyant (pensez à un aspirateur ou à une poubelle), gardez à l'esprit que ce serait à la limite de la capacité des haut-parleurs, ce qui n'est pas un bon endroit pour être. Pour empêcher les haut-parleurs de s'autodétruire ou de sonner comme de la camelote déformée, je voulais une quantité décente de marge avant qu'ils n'atteignent leurs limites. La seule façon d'y arriver était de choisir un pilote différent (presque certainement plus gros) ou de doubler.

Étape 5: Finalisation de la conception du haut-parleur

Donc, comme vous l'avez sûrement remarqué au début de ce Instructable, j'ai choisi de doubler. Par rapport aux pilotes 2 disponibles sur Parts Express, deux d'entre eux devraient offrir autant ou plus de performances pour le prix. Et, pour être honnête, j'ai aimé le look de deux pilotes empilés. L'esthétique compte aussi:)

L'ajout d'un pilote en double dans Boxsim était assez facile. J'ai créé un nouveau projet dans Boxsim, copié le pilote lors de la configuration initiale et utilisé les paramètres du "boîtier extérieur commun" pour définir le boîtier et le déflecteur. Cela fait, les résultats semblaient beaucoup plus prometteurs. J'avais maintenant 5 à 10 dB de marge supplémentaire et une courbe globale plus douce. Je me suis amusé avec le volume de l'enceinte, la fréquence de réglage et le rembourrage jusqu'à ce que je trouve une combinaison que j'ai vraiment aimée à 0,45 litre, 125 Hz et "légèrement bourré".

Pendant le processus de conception de ceux-ci, j'ai découvert un phénomène appelé baffle step, alias perte de diffraction, qui est apparemment une considération majeure pour la plupart des haut-parleurs de haute qualité. Essentiellement, lorsque les ondes sonores proviennent d'un haut-parleur, elles tentent de rayonner dans toutes les directions. Y compris derrière l'enceinte. Étant donné que les sons à haute fréquence ont une longueur d'onde très courte, ils rebondissent sur la surface avant du boîtier du haut-parleur et sont renvoyés vers l'auditeur. Mais les sons à basse fréquence, avec leurs longueurs d'onde beaucoup plus longues, se plieront facilement autour de l'enceinte du haut-parleur. Ainsi, les sons à haute fréquence semblent être un peu plus forts pour l'auditeur. Heureusement, cela est facilement résolu avec une seule résistance et une seule inductance. Cette calculatrice en ligne vous indiquera les valeurs dont vous avez besoin en fonction de quelques entrées. À partir de là, j'ai pu ajouter mon circuit de correction de pas de baffle dans la section de croisement de mon amplificateur simulé et voir les nouveaux résultats. J'ai un peu joué avec la calculatrice jusqu'à ce que j'obtienne une réponse que j'aimais avec les valeurs des composants disponibles auprès de Parts Express.

À ce stade, il est important que je dise franchement que j'ai un peu triché.:(Mais voici comment j'ai triché et pourquoi, dans ce cas, ça va.

Grâce à les construire moi-même, je savais exactement où et comment ils seraient utilisés. Cela m'a donné un peu de connaissances que je pourrais utiliser à mon avantage. Les deux haut-parleurs seront sur mon bureau, adossés à un grand mur et sous deux grands écrans d'ordinateur plats. Vous pourriez voir où cela va. Ces surfaces planes agiront un peu comme un gros baffle, augmentant les basses d'une manière que Boxsim n'est pas en mesure de connaître. J'ai donc dit un petit mensonge à Boxsim et j'ai prétendu que mes baffles faisaient en fait 100 cm de haut et de large. Désolé pas désolé, Boxsim. Plus un art qu'une science je suppose:)

Cependant, depuis que j'ai fait cela, il était important de garder à l'esprit que les résultats réels se situeraient probablement quelque part entre les simulations de "minuscule baffle" et "énorme baffle".

Étape 6: Conception de boîtier et d'assemblage (CAO)

Premier prix du concours d'auteur pour la première fois