Устройство акустического подавления реальности, или музыка из 3D принтера



    Доброго вам времени суток, уважаемые гики и сочувствующие!

    Согласно моим наблюдениям, практически все владельцы 3D принтеров делятся на две группы: те, кому он нужен, и те, кому он нужен на самом деле. Именно с целью стимуляции роста количества граждан во второй группе и была написана эта публикация.

    Всем, кому интересно, что связывает 3D принтер и музыку, почему некоторые старые поговорки потеряли актуальность, и как превратить простую картонку в стальную болванку — добро пожаловать под кат!

    Не секрет, что благодаря усилиям алчных мерзавцев эффективного менеджмента и беспринципных мошенников современных маркетологов полки магазинов звуковой аппаратуры по большей части заполнены обыкновенным мусором, реальные технические характеристики которого искусно скрыты под километрами рекламных текстов с непонятными аббревиатурами и раздутыми результатами каких — то бессмысленных тестов.

    Что же делать ленивому и скаредному человеку, желающему приобрести недорогие, но качественные «настольные» звуковые колонки? Как и в большинстве подобных случаев, вопрос уже содержит в себе часть ответа: колонки нужно сделать.

    Пользуясь случаем, я решил воплотить в жизнь свою давнюю мечту — омниполярные звуковые колонки. Эти колонки отличаются от колонок с обычной фронтальной компоновкой тем, что звуковые волны излучаются одновременно во все стороны с одинаковой амплитудой и фазой, что в теории должно создавать максимально естественную звуковую картину. В наиболее простом варианте это достигается размещением рассеивающего конуса на направленной вверх широкополосной головкой громкоговорителя. Правильный расчёт подобных акустических систем (далее — АС) дело непростое и требующее серьёзного образования в этой области. Поэтому мною был избран древнейший способ проведения исследований непонятной фигни сложных процессов — эмпирический. Проще говоря, действовать придётся наобум и наугад, с переделками и улучшениями конструкции в процессе изготовления.

    Важнейшим компонентом любой АС, не поддающимся модификации в домашних условиях, является головка громкоговорителя (далее — ГГ). Поскольку я решил изготовить компактную и недорогую однополосную АС, выбор головки превратился в нетривиальную задачу со многими неизвестными.

    Для себя я выработал следующий алгоритм поиска: подходящий размер — полоса пропускания — равномерность АЧХ и ФЧХ — номинальное сопротивление — цена.

    Лидером по итогам поиска явилась широкополосная ГГ FR88EX производителя Fountek:



    Эта головка имеет алюминиевые каркас и диффузор, широкий частотный диапазон, гладкие АЧХ и ФЧХ. Все параметры приведены производителем в техдокументации:





    Для АС была выбрана самая простая конструкция: цилиндрический корпус, на верхнем торце закреплена ГГ. Над ГГ должен быть закреплён звукорассеивающий конус. Оформление корпуса — панель акустического сопротивления на нижнем торце, рыхлый звукопоглощающий материал во всём объёме АС. Для корпуса была выбрана труба из толстого картона диаметром 125 мм (соответственно размерам ГГ). На внутреннюю поверхность трубы были наклеены самоклеющиеся битумные вибропоглощающие маты, что позволило полностью подавить вибрации и гулкость корпуса. Технология проста: нагрев маты феном, прикатываем их клейкой стороной к трубе изнутри с помощью алюминиевой «скалки». Самое трудное здесь — найти женщину с феном.



    Далее были проведены высоконаучные эксперименты изготовлены несколько звукорассеивателей и «на слух» проверена эффективность их работы. В абсолютном противоречии с поговоркой «Семь раз отмерь, один раз отрежь» рассеиватели печатались, мялись, резались, плавились, выбрасывались и снова печатались в угоду экспериментаторской любознательности. Кстати, PETG как материал идеально подходит для печати экспериментальных частей АС.



    Безоговорочную победу одержал конический звукорассеиватель. В правой части фото виден этот конус над ГГ, смонтированной в торце корпуса на заглушке — держателе, напечатанной на 3D принтере.

    Несколько слов о дизайне: вследствие применения разнородных материалов и сложной формы частей оклейку каким — либо шпоном или подобным материалом я исключил как излишне трудозатратную. Окраска в чёрный цвет была признана скучной, серебристая окраска — пошлой. Я решил внести свой скромный вклад в создание вселенной постапокалипсиса и придать АС вид потрёпаной военной аппаратуры, созданной с применением радиоактивных материалов.

    Процесс создания частей АС выглядел так: создание модели в DesignSpark Mechanical — печать на 3D принтере — очистка детали — грунтовка — окраска. При этом в процессе грунтовки корпуса АС непросохшая грунтовка частично стиралась пальцами, что обеспечило наличие отчётливых следов коррозии металла привет, Паук. Окраска деталей производилась в несколько этапов: сначала детали окрашивались краской с эффектом нержавеющей стали и тщательно сушились на подогреваемой рабочей площадке принтера. Следующим слоем наносился прозрачный лак, с последующей сушкой в течении 24 часов. Последним слоем была нанесена краска «хаки лесная зелень», примерно соответствующая окраске старой советской военной техники. После двухчасовой сушки можно приступить к созданию эффекта потёртого металла. Для этого куском салфетки, смоченным в ацетоне, нужно аккуратно стереть последний слой краски с выступающих частей, краёв, закруглений, рёбер и «корродированных» поверхностей. Как говорится, лучше один раз увидеть:




    Очень сложная деталь: нижняя заглушка с решёткой панели акустического сопротивления и панелью для закрепления разъёмов для подключения кабелей.



    После окончания окраски и сушки одна АС была собрана с целью проверки качества звучания. На следующем фото видна часть конструкции: шпильки М3 пропущены через торцевую заглушку — держатель и отверстия во фланцах ГГ и звукорассеивающего конуса. Все части закреплены фланцевыми гайками М3. Конус закреплён достаточно высоко над ГГ: эта позиция была определена экспериментально по максимуму воспроизводимых высоких частот.



    К сожалению, в данном случае значительная длина относительно тонких шпилек привела к значительной вибрации конуса звукорассеивателя.

    В качестве мер по устранению этого неприятного эффекта я решил утяжелить и «заглушить» звукорассеиватель путём заполнения его сыпучим вибропоглотителем. Поскольку объём полости конуса звукорассеивателя мал, была спроектирована и изготовлена дополнительная полая часть с крышечкой:



    В качестве наполнителя была выбрана смесь свинцовой дроби и мелкого кварцевого песка. Свинец выбран за высокий удельный вес, а мелкий кварцевый песок хорошо подавляет вибрации и не даёт дроби превратить конус в погремушку. Вследствие наличия свинца в конусе крышечка со значком радиоактивности не просто декоративный, но и функциональный элемент (свинец содержит некоторое количество радиогенных изотопов).

    Окончательный вариант моих самодельных омниполярных АС выглядит так:



    К сожалению, на этой оптимистической ноте моя фотокамера отдала богу душу, и большего количества фотографий не получилось. Качество звучания этих АС полностью соответствует моим потребностям: серые будни тают в чарующих звуках «Spente le stelle» от Emma Shapplin уже при трети доступной громкости, а при желании можно безо всяких усилий катапультироваться из реальности вместе с «Teutonic Terror» от Accept.

    Публикуется под лицензией WTFPL

    Ну, и традиционное: Have fun!

    По просьбам трудящихся 3D модели и размеры корпуса: drive.google.com/folderview?id=0B3W31PA4TxKDdjU3ZHA4bEt4Rms&usp=sharing

    Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

    Занимаетесь ли Вы самостоятельной разработкой и изготовлением акустических систем или аппаратуры?

    • 1,3%Да, регулярно3
    • 7,2%Да, изредка17
    • 17,0%Да, было один раз40
    • 7,2%Нет, но раньше занимался17
    • 18,3%Нет, но собираюсь43
    • 48,9%Нет и не собираюсь115
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 37

      +1
      Симпатично, чё!
      А модельки элементов под WTFPL выложите? ;)
        0
        Думал, не надо никому… завтра выложу.
          0
          Выложил: https://drive.google.com/folderview?id=0B3W31PA4TxKDdjU3ZHA4bEt4Rms&usp=sharing
          0
          Симпатично. Но блестящие шпильки несколько вываливаются из концепции. Ну и конечно, надо бы их потолще сделать. Поатомнее.
            0
            Шпильки такие тонкие потому, что отверстия во фланце ГГ маленькие.
              +1
              Можно напечатать трубки и надеть их на шпильки. Заодно и колпачки на гайки. И покрасить все в том же стиле.
                0
                Этот вопрос надо обдумать не спеша.
                  0
                  В строительных магазинах можно найти алюминиевый прокат, так вот там есть трубки, цена не кусается, кажется я брал 1м х 8мм х 1мм (LxDxTh) за 60 рублей (хотя тут многое зависит от места проживания).
            0
            Интересно наблюдать когда акустику делают своими руками. У самого руки как-то не доходили, да и если дойдут, я скорее буду пробовать на наушниках.
            На Coursera есть несколько хороших бесплатных курсов по акустике.
            Вот курс от Университета Рочестера (https://www.coursera.org/learn/audio-engineering) как раз заточен под создание собственной акустической системы. Хотя в рунете много сайтов с описанием различных схем и конструкций для непрофессионалов приятно понимать почему что-то сделано именно так.
              0
              По названию статьи ждал описание системы активного подавления шумов принтера, но содержание оказалось даже бОльшим сюрпризом=)

              Правильно ли я понял, что оно чуть менее, чем полностью сделано из картона и пластика?
                0
                Да, только картон и пластик.
                  0
                  Означает ли это, что все (или большинство) деталей работают просто как отражатели, и их акустические свойства не играют значительной роли?
                  Или было бы лучше сделать что-то, например, из металла?
                    0
                    Это сложный вопрос… Наверное, что-то потвёрже, чем картон и пластик, было бы лучше.
                      +1
                      Тут влияет жёсткость конструкции, вибрирующий отражатель модулирует звук за счёт эффекта доплера, конечно вибрации можно подавить и таким способом как в статье.
                        0
                        Делаем мастер форму по пластиковой отпечатке, отливаем отражатель из свинца)
                  0
                  Прикольно, но о достатке объёма, меня терзают смутные сомнения, и решеточка ИМХО маловата и дышать через неё вроде бы нельзя, тк на ней всё и стоит.
                    0
                    Объём был выбран согласно техдокументации. Решёточка это панель ПАС, она имеет площадь, равную площади диффузора. Снизу АС имеет ножки, что обеспечивает наличие щели между поверхностями стола и нижней панели. Эта щель функционирует как своего рода рудиментарный фазоинвертор. Путём подбора высоты ножек можно добится некоторого увеличения уровня низкочастотной составляющей спектра.
                      0
                      Хорошо коли так, а то по фоткам и не скажешь, 3D печать интересная штука, можно быть уверенном в площади дырочек…
                    0
                    Было бы неплохо заполнить корпус ватой или синтепоном, это даст сразу 3 полезных эффекта:
                    1) Увеличение эффективного объёма за большей гибкости воздуха, за счёт этого нижняя граничная частота будет чуть ниже
                    2) Ослабление стоячих волн внутри корпуса, за счёт этого ачх будет более ровной и будет меньше посторонних призвуков
                    3) У Вас акустическое оформление ближе к ОЯ или экрану, чем к ЗЯ, требуется дополнительный ФНЧ для звука, излучаемого тыльной стороной динамика. Его роль будет выполнять наполнитель корпуса.
                      0
                      В начале статьи написано:

                      Оформление корпуса — панель акустического сопротивления на нижнем торце, рыхлый звукопоглощающий материал во всём объёме АС.
                        0
                        вот только «гибкость» тут не причём, всё дело изменении адиабатного процесса на изотермический.
                          0
                          Про звукопоглощающий наполнитель пропустил.
                          Спасибо, но поясните пожалуйста подробнее, за счёт чего изменяется процесс.
                            0
                            При изменении давления воздух нагревается и охлаждается наполнитель повышает теплоёмкость, за счёт этого рост давления замедляется и ящик как бы увеличивается, по этому максимальный теоретический предел для увеличения кажущегося объёма за счёт набивки ограничен законами термодинамики.
                            Это всё справедливо для тех случаев когда размер ящика мал по сравнению с длинной волны, потом уже начинаются хитрости с преломлением, отражением и поглощением
                              0
                              Вообще-то, всё намного проще: звуковые волны деформируют наполнитель, деформация переходит в тепловую энергию. Тем самым часть кинетической энергии звуковой волны будет переведена в тепловую, и звуковая волна ослабнет на эту часть энергии. При переотражении эта ослабленная волна будет снова ослаблена путём перевода кинетическои энергии молекул воздуха в тепловую энергию вещества поглотителя, и так далее. Таким образом подавляются переотражения, паразитные колебания и резонансы. Уменьшения степени компрессии воздуха в обьёме корпуса за счёт введения наполнитея добиться трудно.
                                0
                                то что вы описываете начинается уже после того как длинна волны становится меньше размеров ящика, звуковой волны области нч внутри ящика нет от слова совсем ( надо минимум 1/4 длинны волны).
                                  0
                                  Это справедливо только для (полу)пустого ящика, в котором движению молекул воздуха ничего не препятствует. При заполнении всего объёма звукопоглотителем происходит изменение скорости распространения волны при переходе из одной среды в другую (газ — твёрдое тело), а также при многократных процессах обмена кинетической энергией между воздухом и волокнами наполнителя. Тем самым волновой характер распростраения поддерживается в большом диапазоне значений длины волны, этим «эмулируется» не больший объём ящика, а большее расстояние до отражающей поверхности.

                        0
                        Зачетная конструкция и внешний вид! Думаю, и звучат неплохо. А не думали ВЧ отражатель сделать направленным, хотя бы створ в 90 градусов в сторону слушателя? Уменьшилось бы отражение от стен помещения.
                          0
                          Направленные рассеиватели я испытывал, эффект совсем не тот. Так можно и обычные фронтальные АС собрать.
                          0
                          А Вам не в тягу будет скинуть эскизы, размеры, 3D файлики?.. Ну пожааалуйста!
                            0
                            Сегодня-завтра сделаю.
                              0
                              Выложил: https://drive.google.com/folderview?id=0B3W31PA4TxKDdjU3ZHA4bEt4Rms&usp=sharing
                                0
                                Спасибо!
                              0
                              А вы пробовали не конус, а тело вращения с эллиптической образующей? Чтобы центр купола был в одном из фокусов, а ось между фокусами была бы направлена в голову потенциального слушателя. Примерно такая конструкция отражателя применяется у bang & olufsen.
                                0
                                Я пробовал сделать акустические линзы как в Beolab 5, но ничего не получилось. Видимо, знаний не хватило.
                                0
                                Интересно, я бы послушал, как оно играет :)
                                ИМХО к таким фронтальным АС нужен сабвуфер для полноты ощущений.
                                  0
                                  Ну, как говорится, будете у нас на Колыме в окрестностях Bad Kissingen — заходите. А сабвуфер не нужен, ибо двое детей
                                  0
                                  3d принтер может еще пригодится при изготовлении акустических линз

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое