在這個教程中,我將指導您完成從頭開始制作便攜式(藍牙)揚聲器的步驟。對于初學者來說,這聽起來像是一個艱巨的項目,所以我的目標是通過盡可能簡單地解釋事情來幫助任何想要嘗試這個的人,而不會錯過任何重要的步驟。
我認為制作揚聲器所需的最基本工具是鉆頭和拼圖,以及適當的刀片、鉆頭(我也建議使用階梯鉆頭)和測量工具。是的,您可以使用一些直木片作為側導板,用拼圖進行直線切割;顯然,如果您想升級您的設備,臺鋸和路由器將是您最好的朋友(盡管我仍然不擁有)。你還需要一個烙鐵和一些錫來焊接所有的電線。
您需要的其他用品包括:銅線(紅色和黑色揚聲器線都可以,黑色和紅色有助于輕松區分正負極)、螺絲(取決于材料的木頭或金屬螺絲)、木膠(用于木制揚聲器)、膠槍和硅膠(用于連接和密封東西),(可選)熱風槍(以防你想要張開和彎曲用作低音反射端口的pvc管),一個開關,一個2.1x5.5(或首選)尺寸)桶形千斤頂(取決于充電系統),某種保護腳(我使用橡膠腳),手柄,如果需要,可以使用一些LED。
第1步:預算調整
你應該從確定你想在項目上投資多少錢開始,因為保持預算需要一些平衡(你不能把90%的預算單獨花在揚聲器上,因為剩下的錢你就沒有了)。
如果您的預算非常緊張,我的建議是重復使用您已有的東西:舊揚聲器或微型高保真系統的整個揚聲器盒、回收的電池(更多關于電池部分的內容)、剩余的木材。
第2步:材料和制作盒子
您基本上可以選擇任何材料作為揚聲器箱的材料,但由于各種原因,顯然并非所有材料都足夠。
我的建議是使用膠合板:選擇在剛度和重量之間有良好折衷的品種,因為兩者在便攜式設計中同樣重要。你可以用底漆、沙子涂漆,然后噴漆以獲得你想要的顏色,或者簡單地使用木漆來保持木質外觀。
另一種廣泛使用的材料是MDF,這是一個很好的折衷方案。它必須用密封劑處理,不要按原樣使用,因為濕氣會破壞它。至于厚度,我會說和上面一樣:不要因為重量太厚,不要太薄,因為面板會振動。我傾向于使用厚度在10到20毫米之間的膠合板。
萬一你發現你選擇的材料有點振動,你總是可以通過做內部支架來加固它。
一般的材料:金屬(易于使用,但如果薄會振動,對于彈藥箱揚聲器,我建議構建一個內部木箱),刨花板(不會故意購買,但如果你可以使用它已經有了),塑料(有點像金屬,加上所有商業產品都是塑料的,為什么不做點不同的東西?;))
我附上了一些涂漆膠合板(由我的木工表弟制作)、經過處理的膠合板和一個金屬盒的照片以供參考。
按照您喜歡的方式構建您的盒子,確保用膠水和釘子或螺絲固定所有東西。
第3步:揚聲器類型
這是一個微不足道的部分:我應該使用什么樣的揚聲器?如果我對揚聲器的構建不太了解怎么辦?
讓我們從汽車音響揚聲器(同軸,2路,不是低音炮)開始。這些對于不想花太多時間進行分頻器、計算盒子大小等的人來說非常有吸引力。這樣做的問題是你根本無法預測揚聲器的聲音,因為大多數時候除了靈敏度、功率和(大部分無用的)頻率響應圖之外,沒有關于它們的信息。我的建議是:如果您的預算有限并且有一些剩余,請使用它們。不要試圖制作一個移植的盒子,因為大多數時候它聽起來很糟糕!制作一個大小合適的封閉盒子,它們會玩得很好。只是不要期望他們有太多的低音。有關您需要多少音量的粗略估計,請查看此網站(它是德語,
為了獲得可能的最佳效果,您應該購買具有記錄規格(稱為Thiele-Small參數)、頻率響應和阻抗圖表的高保真(非汽車音響)揚聲器驅動器。對于那些對分頻器和盒子設計不太了解的人,我的建議是尋找已經完成的項目(免費或付費構建計劃),因為建模和設計分頻器和盒子尺寸/類型的大部分已經完成并經過測試證明是好的。否則,一個簡單的起點是“全范圍“揚聲器,通常為3-4英寸大小:它們覆蓋了大部分頻譜,因此不需要分頻器(*),其中一些在放置在足夠的外殼中時也可以實現不錯的低音。你可以根據驅動程序Thiele-Small參數設計外殼,方法是將這些參數放入WinISD或VituixCAD2等盒子建模軟件(或在線的SpeakerBoxLite)。
我可以給你一些關于YouTube頻道教學盒建模和分頻器制作的建議是Toid的DIY音頻、Impulse音頻、DIY音頻專家。對于已經做的項目,有很多網站可以查看;其中之一是PaulCarmody的網站。
如果您想隨身攜帶揚聲器,我建議您使用揚聲器格柵,因為這將保護驅動程序免受與外部物體的意外接觸,這可能會損壞它們。
如果您打算重復使用已經制造的揚聲器,可以跳過以上所有內容,您只需打開盒子將電子設備放入其中。通常這只需要擰下并移除盒子中較大的揚聲器。
*通常總是需要某種交叉來補償幾個與衍射相關的問題,但對于初學者項目,這些可以暫時擱置一旁,因為它們需要一些交叉制作知識。
第4步:靈敏度、功率、阻抗
我們需要了解這些事情,因為它們對于確定揚聲器設計中的基線/目標至關重要。
靈敏度,以分貝為單位,表示揚聲器播放的音量,在距離麥克風1米處測量,當給定1W的功率(或2.83V的電壓,這并不總是1W,但取決于揚聲器阻抗;公式是power=電壓^2/阻抗)。如果您的靈敏度為90dB,這意味著向揚聲器發送1瓦的功率將產生90dB的聲壓級(SPL)。現在,如果將輸入功率加倍,則SPL增加3dB(2瓦時為93dB),再次加倍,然后再增加3(4瓦時為96dB),再次(8瓦時為99dB),以此類推。
一般規則是:功率翻倍,聲壓級增加3dB(10倍功率增加聲壓級10dB);將音盆面積增加一倍也會使SPL增加3dB;將揚聲器數量加倍結合了上述兩者,因此SPL增加了6dB(并且功耗加倍)。
這些計算對于確定“目標最大聲壓級”和確定您真正需要多少功率很有用,因為更多的功率意味著更少的電池壽命,或者需要更大更昂貴的電池。例如:如果我想從一對90dB揚聲器達到106dBSPL,我只需要2x10瓦的功率(90dB+10將功率從1到10W;如果有兩個揚聲器,我們用2x10W從100到106dB功耗);如果揚聲器的靈敏度為87dB,我需要2x20W,如果它們是84dB,我需要2x40W,依此類推。
我需要多少最大聲壓級?這取決于您將使用揚聲器做什么。戶外派對?在緊湊的設計中拍攝100-105dB,在更大的揚聲器中拍攝更多。室內收聽?您可能不需要超過90-95dB,因此靈敏度較低的揚聲器是好的。
關于阻抗:這是與放大器一起考慮的參數,因為它將決定放大器可以輸出多少功率。我不會超過8歐姆,因為這會使電池系統復雜化(需要更高的電壓)。無論如何,大多數揚聲器都在4到8歐姆之間。
第5步:放大器
功放是便攜式音箱的心臟和大腦,因此必須根據其余所有組件進行選擇。
由于這是一個電池供電的系統,因此選擇D類放大器是很自然的,因為它們的效率比其他放大器更高,因此電池運行時間會更長,產生的熱量也會更少。
有很多板已經包含藍牙,因此對于簡單的設計,您可以使用它們,否則您需要一個帶有穩壓器的單獨藍牙模塊(因為它們通常在5伏電壓下運行)。
確定您需要多少功率后,您可以選擇一個可以提供它的放大器。
對于便攜式設計,我的首選是TPA3116/TPA3118,可以在有或沒有藍牙的中國放大器板上找到便宜的產品;它可以為4歐姆揚聲器提供超過50瓦的功率,為8歐姆揚聲器提供超過30瓦的功率。但是,這些放大器的最大功率取決于輸入電壓(參見數據表,轉到名為“輸出功率與電源電壓”的圖表,這是您的電池電壓或來自(例如)升壓調節器的電壓。例如,在14V時,tpa3116在4ohm揚聲器中可以輸出大約20W(1%thd,所以失真不大,忽略10%thd曲線),但在8ohm揚聲器中只能輸出10W。如果您需要更多功率,則需要為放大器提供更高的電壓(顯然在該芯片的范圍內)。因此,選擇一個芯片,從這些曲線中,您可以確定進入放大器的電壓,從而確定您將如何制作電池系統。
還有關于阻抗:所有這些芯片在數據表中都有指定的最小阻抗。例如,您不能將2歐姆揚聲器連接到普通的立體聲tpa3116(稱為BTL模式),但您可以在單聲道tpa3116中執行此操作(稱為PBTL模式)。例如,2.1放大器將子通道置于PBTL模式,因此它們支持低至2歐姆的阻抗,而立體聲通道限制為4歐姆。另一個例子,tpa3110在使用4歐姆揚聲器時只能工作到16V(由于功率限制),這是您可以從功率與電壓曲線中看到的另一件事。所以總是先檢查數據表!
此類別中可用的其他芯片是tpa3110(功率較低,但與3116非常相似,背景噪聲較小)、tda7492、tda7492p、tda7498/7498p(用于更高功率)
我測試的一些好板子:這個簡單的tpa3118立體聲藍牙,這個tpa3116還有一個低音炮通道,音調調節和左右聲道的高通(如果你想制作一個2.1系統),這些基于tpa3116的各種板
PS:如果制造彈藥箱揚聲器,請考慮將外部天線焊接到現有天線上,因為金屬用作法拉第籠,從而減少藍牙范圍。我使用的是舊的2.4GHzWi-Fi調制解調器中的一個,它工作正常,因為藍牙也是2.4GHz(射頻專家請不要生我的氣)。
第6步:電池
您需要設計的最后一件事是電池系統。
我的選擇是使用鋰離子電池:與鉛酸電池相比,它們更輕,不需要一直充電(鉛酸電池在放電時會退化),與鎳相比,它們需要更少的電池來獲得一定的電壓-MH,同時也比Ni-CAD的能量密度更高,并且具有零記憶效應。
由于我們正在使用鋰電池,因此需要快速免責聲明:切勿將鋰離子電池短路,將它們浸入水中,加熱它們,通常對其進行虐待:它們真的不喜歡被虐待并且可能會爆炸。
最普遍的鋰離子電池形式是18650電池,用于電子煙、筆記本電腦電池和其他電子產品。它們附帶有用的數據表,指示它們的電流額定值(連續和峰值),我們將使用這些數據表來選擇最合適的電池。
關于串聯/并聯連接的一點說明。在串聯連接中,您將電池的正極連接到另一個電池的負極;在未連接的正極和負極之間測量的電壓是電池電壓的兩倍。在并聯連接中,您將正極連接在一起,將負極連接在一起,并且您測量的電壓與單個電池相同。電池組可以用“xSyP”代碼表示:x是串聯模塊的數量,y是構成每個模塊的并聯電池的數量。一個4s1p電池有4個模組串聯,每個模組由1個電芯組成(共4個電芯)。一個5s2p電池有5個模組串聯,每個模組由2個電芯并聯組成(共10個電芯)。
一旦你確定了你的放大器將輸出多少功率以及你需要給它多少電壓,你必須確定你必須串聯多少個電池才能達到這個電壓:給定你的目標電壓,你只需將它除以3.7您將獲得所需的大致數量的串聯電池(或模塊)。例如,如果我的目標是14V左右,我需要串聯4個電池。請注意,最大電壓會更高,因為電池在充滿電時會達到4.2V,因此請確保放大器能夠承受更高的電壓。
為了確定電池的電流額定值并為了安全起見,確定當電池全部充電時放大器的總功率(每個電池為4.2V:串聯4個電池為16.8V)并將其除以電壓。對于tpa3116,在16.8V時,您將2x30W轉換為4歐姆,因此總共60W。60/16.8提供3.57A電流。現在放大器的效率不是100%,因此您可以從數據表中獲得效率,或者估計D類的保守效率為80-85%。將電流除以效率,即可得到實際最大電流,在我們的示例中為4.5A。所以理論上任何放電率高于4.5A的電池都可以工作。在實踐中,超大尺寸很重要因為電池總是有一個電壓降,在接近其最大電流能力時會很高,并且會導致失真。對于帶有立體聲tpa3116和4s電池的項目,我會選擇放電電流超過6-7A的電池。對于更高功率的項目,獲得更高電流的電池,或者制作多電池模塊,然后將它們串聯起來。
您現在可以計算電池有多少瓦時:只需將單個電池的標稱電壓乘以其容量(與當前容量不同,以mAh表示)乘以電池總數。如果我們有4節電池串聯,每節電池容量為3500mAh,我們將有3.7V*3.5Ah*4=51.8Wh。
我的電池能用多久?考慮到您從不經常使用全功率(請參閱音樂峰值因數),您可以假設平均功耗為放大器最大功率的10%/15%。因此,要獲得運行時間,您將電池的瓦特小時除以總輸出功率的15%,因此在我們的例子中,考慮到51.8Wh電池和50W總輸出功率,我們應該得到大約51.8/(60*0.15)=5小時45分鐘(5.75)全音量。您可以使用這些計算來大致確定電池需要多少Ah。
組裝電池組時,請務必始終使用相同型號的電池,切勿錯配!
始終從可靠的賣家那里購買電池,因為假電池與他們的說法不符并且可能很危險。
如果您想重復使用舊的筆記本電腦/電鉆電池,請嘗試獲取有關它們的信息(它們通常在電池上印有型號),并使用liitokalalii-500或opusbt-c3100(單個電池充電器和測試儀)。盡量匹配好,不要使用容量差異大的電池,尤其是并聯的時候(避免用舊的不匹配的電池這樣做)
我如何將電池放在一起并連接它們?我喜歡使用帶彈簧端子的電池盒,否則你要么焊接電池(不推薦),要么點焊它們。
在選擇所需的電池數量后,您將需要一個稱為BMS的保護電路:這可以避免過度充電、過度放電和短路;我個人總是購買平衡充電的BMS電路,因為它使電池在充電時始終保持相同的電壓(它們是“平衡的”),就像這個一樣。“xS”表示您有多少個系列“模塊”:如果您有四個串聯電池,那么您的電池組是4S1P電池組,因此您需要一個4SBMS。如果您有5個串聯電池,那么它就是5S,您需要一個5SBMS。經常檢查BMS是否有正確的電壓,過壓保護(通常每個電池4.3V,不多)。獲得可以支持您之前確定的最大電流的BMS。
最后,你需要一個合適的充電器。尋找一個可以做“cc-cv”的充電器(不是電源適配器),它是為鋰離子電池設計的,適合你的包(如果你有5s包,買一個5s充電器等等)。根據您的電池的最大充電電流選擇其最大充電電流:較低或相等是好的,不建議使用較高的。我個人將其用于4s1p電池;還有一些帶有C型連接器的充電器。
第7步:接線
現在一切準備就緒,您可以連接電氣系統。我已經附上了完整系統的方案,帶有一個開/關開關和一個用于連接外部充電器的筒形插孔(我通常使用2.1x5.5筒形插孔;內部尖端是正的,外環是負的;請確保用萬用表檢查極性,因為某些充電器可能會顛倒)。我還附上了一個連接到BMS的4s電池的方案。您可以發揮創意并添加您想要的。
第8步:組裝一切
在制作電氣系統時,把所有東西都放在你的音箱里。如果您的揚聲器與您的電氣系統共享相同的空間,請用硅膠或熱膠密封所有可能的漏氣,因為這對于避免密封或端口系統中的噪音和性能損失很重要。
第9步:完成
如果你通過了我所有的指導并制作了自己的便攜式揚聲器,那么恭喜你,你成功了!
現在,無論您走到哪里,您最喜愛的音樂都會跟隨您,并且您可以自豪地回答“我做到了”的人,因為您有獨特的揚聲器。
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