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Parlano del progetto:

Blog di Hackaday: https://hackaday.com/2020/05/14/a-transmission-line-speaker-with-the-design-work-to-back-it-up/
News di Hackster: https://www.hackster.io/news/these-diy-desktop-speakers-are-designed-with-transmission-line-theory-in-mind-5b735309998f

Descrizione

Ciao makers!
Oggi sono felice perché finalmente posso presentarvi questo progetto su cui ormai lavoravo da molti mesi. Si tratta di casse acustiche stampabili in 3D che funzionano bene collegate con cavo ad un PC oppure sfruttando il bluetooth del vostro notebook o del vostro smartphone.

Riescono ad avere molta potenza acustica, arrivando senza distorsioni a 10 watt RMS (in genere le casse per computer sono 3 watt!), poi grazie al woofer full range di qualità, si sentono una bomba.
Sono perfette anche da tenere in camera per ascoltare musica come fate con quella cassettina bluetooth portatile, solo vi assicuro che queste si sentono decisamente meglio.

English version here on hackaday.io

Processo di design

La simulazione del cabinet è stata ottenuta con HornResp (link: http://www.hornresp.net/ ) immettendo i parametri T/S comunicati dall’azienda produttrice del woofer (datasheet).

Le dimensioni della transmission line
Grafico dell’impedenza, in rosso senza materiale di riempimento
Grafico dell’andamento della potenza acustica rispetto alla frequenza

Una volta ottenuta la transmission line, sono passato alla modellazione geometrica utilizzando Grasshopper per Rhino.

Siccome la mia transmission line andava stampata in 3D potevo introdurre qualche innovazione e lavorare con superfici molto più complesse; quindi ho impostato l’algoritmo affinché dai parametri ottenuti da HornResp ottenessi cross sections rettangolari in rapporto aureo e un andamento parabolico delle superfici del condotto sempre corretto durante le piegature.

La TL piegata è stata usata poi come oggetto per progettare in Fusion360 l’effettivo design delle casse.

Baffle Step Crossover [non aggiunto]

Per progettare questo crossover utilizzando XSim, ho dovuto creare due file che il produttore non fornisce: uno restituisce la risposta in frequenza del driver e l’altro la variazione di impedenza rispetto la frequenza.
I file sono i “famosi” FRD e ZMA. Per crearli ho utilizzato un geniale piccolo programma che si chiama FPGraphTracer.
Nel file da scaricare vi ho aggiunto anche il .txt che configura il driver in hornresp.

Risposta in frequenza registrata

*** Sine sweep full spectrum, registrato con Spectroid APP su uno smartphone Honor8 attraverso il suo microfono integrato, a 50cm di distanza (da guardare la linea rossa; il software non applica uno smoothing) ***

File di registrazione live

All’inizio batto le mani per far sentire l’acustica della stanza, il livello sonoro ed il rumore di fondo dei microfoni. La registrazione è fatta con il mio smartphone, che ha due microfoni e registra in stereo con una qualità piuttosto decente, ma comunque niente di “ideale” per queste cose. Bisogna ascoltarlo in cuffia, ricordatevi però che quello che sentite è un suono catturato da microfoni e riprodotto dalla qualità delle vostre cuffie, al massimo quindi potrete giudicare la ricchezza del suono.
Le casse erano distanti tra loro 90cm, ed orientate sul centro di ascolto a 160cm dove era posizionato lo smartphone su di un cavalletto.
Buon ascolto.

La traccia è Bowsprit, dall’album Costellations dei Balmorhea.
Tutti i diritti appartengono ai rispettivi proprietari.

Elenco dei componenti

– PLA: (referenziato) https://amzn.to/3bSj793
– Woofer: (non sponsorizzato) https://www.soundimports.eu/en/tc6fd0
– Amplificatore YDA-138E: https://it.aliexpress.com/item/32980529379.html
– Modulo con CSR8675: https://it.aliexpress.com/item/33049927435.html
– Modulo MAX97220: (referenziato) https://amzn.to/3f6oF1F
– DC-DC convertitore isolato 12v a 5v: (referenziato) https://tinyurl.com/yb7pawet (referenziato) https://tinyurl.com/ya7m3rxr
– Spinotto RCA da pannello: (referenziato) https://amzn.to/2KQ8mZ4
– Cavo RCA, singolo: (referenziato) https://amzn.to/2KRtWfy
– Jack femmina 3.5 con interruttore: (referenziato) https://tinyurl.com/y73ujfe8
– Jack di alimentazione: (referenziato) https://amzn.to/2yeLQGu
– Interruttore a bilanciere: (referenziato) https://tinyurl.com/ydhunp3h
– Imbottitura in poliestere: (referenziato) https://amzn.to/2zGpzl7
– Gommini paracolpi: (referenziato) https://amzn.to/2zM17yZ
– Alimentatore 12v, 4A: (referenziato) https://amzn.to/2YnK3JR

Poi avrete bisogno di:
4x – viti per plastica 3*20mm
4x – viti per plastica 3*5mm
2x – viti per plastica 3*10mm
8x – viti per plastica 3*12mm (o anche altre 3*10mm)

NOTE TECNICHE

SCHEDA DI AMPLIFICAZIONE

1 – Probabilmente rilascerò presto la versione “desktop speakers” (senza Bluetooth), basata sul TPA3116
2 – Il TPA3116 avrà bisogno di un baffle step crossover (l’ho già fatto e testato)
3 – La scheda YDA-138 avrebbe anche lei bisogno di un baffle step crossover, MA, dato che il filtro RLC su questa scheda è per un carico di 8ohm, abbiamo già un “baffle step” montando un 4ohm (a partire da 2kHz). Non è progettato, ma è sufficiente per suonare bene qui.
4 – La scheda YDA-138 non ha un interruttore di accensione (d’ho!) quindi ho dovuto aggiungerne uno.

BLUETOOTH 5.0 (yeah!)

1 – L’unico modo era aggiungere un altro modulo esterno, perché le schede di amplificazione con il circuito integrato Bluetooth che potete trovare in vendita sono solo una truffa.
2 – Volevo un grande SoC, quindi ho scelto il CSR8675, ma ho qualche rimpianto… Forse un 4.2 sarebbe sufficiente qui: più vecchio = più economico.
3 – L’uscita analogica è BILANCIATA… Questo significa che bisogna sbilanciarla.
4 – Il chip MAX97220 è un piccolo amplificatore differenziale, quindi ho aggiunto questo modulo, con gain 0, per sbilanciare il segnale del CSR8675.
5 – Poiché l’alimentazione è condivisa, la catena “CSR+MAX” è davvero rumorosa.
6 – Quindi un convertitore DC-DC isolato qui era obbligatorio, così ho aggiunto il B1205S-1W (0.2A)

INGRESSO JACK FEMMINA

1 – La scheda dell’amp non ha un jack di ingresso (d’ho!)… MA
2 – Quello integrato sarebbe inutilizzabile perché dobbiamo chiudere l’uscita del MAX97220 quando si collega una sorgente di linea.
3 – Ho quindi aggiunto un jack femmina con interruttore.

ISTRUZIONI

1 – Stampa 3D

Scaricare e stampare una sola volta tutti i file .stl allegati.

Altezza del layer: quello che si vuole, le mie sono a 0.24
Perimetri: 4 (con un nuzzle di 0.4)
Bottom Layers: 5
Top Layers: 5
riempimento: 15%
velocità: circa 55mm/s

Avrete bisogno di ~20h per stampare un cabinet.

2 – Montaggio del driver

1 – Rompere l’ultimo bottom layer (MK4_DX_LittleJet.stl) per liberare il canale (guardate all’interno del cabinet per vedere dove si trova)
2 – Spingere i 2 fili del driver dal basso, attraverso il canale (sarebbero necessari circa 250 mm di fili) all’ interno del cabinet.
3 – Estrarre i 2 fili dal cabinet attraverso il foro del driver.
4 – Collegare i 2 fili al driver (c’è un punto grigio sul connettore che indica il “polo caldo”, quindi collegare lì il +)
5 – Riempire con la fibra di poliestere
6 – Orientare il driver con il connettore rivolto verso il basso e forzare i fili a a stare vicini: inserite quindi il magnete nel foro del driver partendo dal lato superiore, inclinandolo, poi spingete il lato inferiore, utilizzando la tacca nel foro del driver per far passare facilmente i fili.
7 – Avvitare con quattro viti 3×10 o 3×12

3 – Montaggio dell’elettronica sulla base

Avrete bisogno:
4x – 3x5mm viti
2x – 3x5mm fino a 3x10mm viti

Avvitare la scheda dell’amplificatore con quattro viti 3x5mm;
poi avvitare il modulo CSR8675 con una sola vite (per ora) perché è necessario ruotarlo successivamente per collegare i fili di uscita dall’amplificatore.
Far scorrere il modulo MAX97220 nella piccola fessura a sinistra.
Spingere nello slot quadrato il convertitore B1205S.

4 – Cablaggio

** È necessario un saldatore

1 – Saldare 4 fili dal CSR8675 al MAX97220:
da RP a R+
Da RN a R-
Da LP a L+
Da LN a L-

2 – Collegare da VCC+ e VCC- della scheda di amplificazione al B1205S:
VCC+ al pin1 (confermare con il vostro datasheet)
VCC- a pin2 (stesso)

3 – Collegare da B1205S a MAX97220:
da pin3 a GND (confermare con il vostro datasheet)
da pin4 a VCC (stesso)

4 – Collegare il CSR8675 al MAX97220:
da VCC a VCC
Da GND a GND

5 – Montaggio delle cose da pannello (il jack femmina da 3.5 dopo)

1 – Inserisci, spingendo, l’interruttore di alimentazione.
2 – Inserire il jack di alimentazione ed avvitare il dado dal lato interno.
3 – Inserire il jack RCA, con anche il suo terminale negativo, ed avvitare il dado nel lato interno.

6 – Cablaggio delle cose da pannello

1 – Collegare il jack di alimentazione con l’interruttore di accensione (Attenzione alla polarità, il + è al centro del jack)
2 – Collegare l’interruttore di alimentazione alla scheda di amplificazione:
VCC+ con il +
VCC- con il –
3 – Collegare i fili del driver locale alla scheda (quindi scegliere se è la sinistra o la destra)
4 – Collegare l’altro canale alla presa RCA

7 – Jack femmina da 3.5

1 – Con un multimetro tester, mappate i pin del jack femmina 3,5 (avrete 1 pin GRD e quattro pin: 2 per la linea e 2 per il MAX97220)
1 – Usate i 3 fili del cavo dato (quello con la scheda dell’amplificatore) e saldate l’LRG al jack femmina.
2 – Saldate anche i 3 fili da LRG sul MAX97220 al jack femmina.
3 – Inserite il jack femmina nel foro del jack 3.5 del cabinet e mettete il dado dall’esterno fino a quando potete farlo manualmente. Date l’ultima stretta ruotando l’intero jack.

8 – Avvitare la base

1 – Dal fondo, inserire il braccio del potenziometro del volume attraverso il “buco del potenziometro” del cabinet.
2 – Spingere la base dal basso verso l’alto.
3 – Avvitare quattro viti 3x20mm per accoppiare la base al cabinet.
4 – Fissare 3 gommini paracolpi.

9 – Secondo canale

1 – Ripetere l’istruzione numero 2
2 – Inserire e saldare il filo sul jack RCA
3 – Attaccare 3 gommini paracolpi sui pad creati a posta.