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利用3D打印技術(shù)制作高端聲學(xué)實驗室麥克風(fēng),成本僅200元

3D打印動態(tài)
2022
06/21
10:41
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本帖最后由 冰墩熊 于 2022-6-21 10:45 編輯

2022年6月21日,南極熊獲悉,聲學(xué)工程師Peter Riccardi通過3D打印技術(shù),自己設(shè)計并制作了一個價格不到200元人民幣的,專業(yè)實驗室級別麥克風(fēng)。

高端實驗室級麥克風(fēng),是聲學(xué)家或聲學(xué)工程師的必備工具,該設(shè)備在工作期間可捕獲精準(zhǔn)的物理信號。但是,普通人很難接觸到這種設(shè)備,應(yīng)為它的價格普遍較貴。例如PCB Piezotronics等知名制造商,提供的電容式麥克風(fēng)售價約為1000美元(6655元人民幣)。

△3D打印麥克風(fēng)的總成本不到200元

Riccardi解釋道:“品牌麥克風(fēng)質(zhì)量相對一流,但對于業(yè)余愛好者和發(fā)燒友來說,他們因該有其它選擇,F(xiàn)在,使用3D打印技術(shù),可以讓你花很少的錢獲得媲美的性能!

該設(shè)備采用了3D打印外殼和四個內(nèi)部MEMS麥克風(fēng),旨在成為那些專業(yè)設(shè)備的完美替方案。盡管成本僅為30美元(200人民幣),但這款麥克風(fēng)在20Hz至20kHz的音頻波段上,具有類似的噪音底面、頻率響應(yīng)、平直度和靈敏度。

設(shè)計和3D打印麥克風(fēng)
關(guān)于原型的基本制作過程,工程師將電子設(shè)備分成兩塊板,第一塊是MEMS載板。四個MEMS麥克風(fēng)安裝在圓形PCB上,其中包括一系列小通孔焊盤,用于所有所需的電源和信號連接。第二塊板是主板,它容納了MEMS輸出的所有輸入和信號調(diào)節(jié)。

然后,需要將電路板固定到機械組件上,這就是3D打印的用武之地。Riccardi在三維軟件中設(shè)計了一個簡單的圓柱形外殼,并使用PLA將組件分為兩部分進(jìn)行了3D打印。它的形狀和尺寸旨在模仿直徑僅為0.5英寸的品牌麥克風(fēng)。

他補充說:“由于整個機械組件是弧形的,因此非常堅固,可以隨意折騰而不必?fù)?dān)心損壞或外殼破裂。但MEMS載板的開口未來將會進(jìn)行整改,因為層間粘合度不夠,且具有應(yīng)力集中的缺陷。但是,目前它沒有任何問題!

△3D打印的PLA外殼分為兩部分

它的性能是否優(yōu)于商用麥克風(fēng)?
一次使用四個MEMS麥克風(fēng)的決定是經(jīng)過深思熟慮的。帶有電壓降的電氣系統(tǒng),將不可避免地產(chǎn)生電噪聲,這會破壞信號并使它們難以讀取。這種噪聲是隨機的,但可以將其平均以減少其影響。

通過將四個MEMS元件(噪聲源)與小電阻并聯(lián)在一起,可以降低麥克風(fēng)輸出的本底噪聲,從而輕松提高信噪比。典型的電容式麥克風(fēng)具有出色的信噪比,靈敏度約為50mV/Pa。

△正在半消聲室中測試的3D打印麥克風(fēng)

為了測試3D打印麥克風(fēng)的性能,Riccardi在半消聲室(一個非常安靜的房間)中完成了測試。他使用NI NI 4431數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),將該設(shè)備的頻率響應(yīng)和噪聲測量值,與PCB Piezotronics 378B20自由場電容式麥克風(fēng)進(jìn)行比較。

結(jié)果出人意料。Riccardi的低成本麥克風(fēng)在音頻頻帶中,具有足夠平坦的頻率響應(yīng),而其靈敏度被證明對于實際測量來說足夠高,盡管低于PCB。然而,在200Hz以下,3D打印麥克風(fēng)的性能實際上比其它同類產(chǎn)品略好。

他說,“未來,需要進(jìn)行更嚴(yán)格的實驗來表征麥克風(fēng),初步結(jié)果非常有希望,而且價格讓人無法拒絕!

可在Riccardi的Hackaday頁面上找到,關(guān)于該項3D打印麥克風(fēng)的詳細(xì)信息和可下載文件。(點我傳送門獲取更多信息)

消費級3D打印技術(shù)的興起,使世界各地的創(chuàng)意人員和愛好者能夠,以相對較低的成本開發(fā)可迭代的新產(chǎn)品。今年早些時候,業(yè)余玩具制造商Riskable,開發(fā)了一種用于PC鍵盤的創(chuàng)新鍵開關(guān)機制。完全開源,可以在家中使用任何普通的FFF 3D打印進(jìn)行機制造。




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