利用3D打印技术制作高端声学实验室麦克风，成本仅200元

2022年6月21日，南极熊获悉，声学工程师Peter Riccardi通过3D打印技术，自己设计并制作了一个价格不到200元人民币的，专业实验室级别麦克风。

高端实验室级麦克风，是声学家或声学工程师的必备工具，该设备在工作期间可捕获精准的物理信号。但是，普通人很难接触到这种设备，应为它的价格普遍较贵。例如PCB Piezotronics等知名制造商，提供的电容式麦克风售价约为1000美元（6655元人民币）。

△3D打印麦克风的总成本不到200元

Riccardi解释道：“品牌麦克风质量相对一流，但对于业余爱好者和发烧友来说，他们因该有其它选择。现在，使用3D打印技术，可以让你花很少的钱获得媲美的性能。”

该设备采用了3D打印外壳和四个内部MEMS麦克风，旨在成为那些专业设备的完美替方案。尽管成本仅为30美元（200人民币），但这款麦克风在20Hz至20kHz的音频波段上，具有类似的噪音底面、频率响应、平直度和灵敏度。

设计和3D打印麦克风
关于原型的基本制作过程，工程师将电子设备分成两块板，第一块是MEMS载板。四个MEMS麦克风安装在圆形PCB上，其中包括一系列小通孔焊盘，用于所有所需的电源和信号连接。第二块板是主板，它容纳了MEMS输出的所有输入和信号调节。

然后，需要将电路板固定到机械组件上，这就是3D打印的用武之地。Riccardi在三维软件中设计了一个简单的圆柱形外壳，并使用PLA将组件分为两部分进行了3D打印。它的形状和尺寸旨在模仿直径仅为0.5英寸的品牌麦克风。

他补充说：“由于整个机械组件是弧形的，因此非常坚固，可以随意折腾而不必担心损坏或外壳破裂。但MEMS载板的开口未来将会进行整改，因为层间粘合度不够，且具有应力集中的缺陷。但是，目前它没有任何问题。”

△3D打印的PLA外壳分为两部分

它的性能是否优于商用麦克风？
一次使用四个MEMS麦克风的决定是经过深思熟虑的。带有电压降的电气系统，将不可避免地产生电噪声，这会破坏信号并使它们难以读取。这种噪声是随机的，但可以将其平均以减少其影响。

通过将四个MEMS元件（噪声源）与小电阻并联在一起，可以降低麦克风输出的本底噪声，从而轻松提高信噪比。典型的电容式麦克风具有出色的信噪比，灵敏度约为50mV/Pa。

△正在半消声室中测试的3D打印麦克风

为了测试3D打印麦克风的性能，Riccardi在半消声室（一个非常安静的房间）中完成了测试。他使用NI NI 4431数据采集系统，将该设备的频率响应和噪声测量值，与PCB Piezotronics 378B20自由场电容式麦克风进行比较。

结果出人意料。Riccardi的低成本麦克风在音频频带中，具有足够平坦的频率响应，而其灵敏度被证明对于实际测量来说足够高，尽管低于PCB。然而，在200Hz以下，3D打印麦克风的性能实际上比其它同类产品略好。

他说，“未来，需要进行更严格的实验来表征麦克风，初步结果非常有希望，而且价格让人无法拒绝。”

可在Riccardi的Hackaday页面上找到，关于该项3D打印麦克风的详细信息和可下载文件。(点我传送门获取更多信息)

消费级3D打印技术的兴起，使世界各地的创意人员和爱好者能够，以相对较低的成本开发可迭代的新产品。今年早些时候，业余玩具制造商Riskable，开发了一种用于PC键盘的创新键开关机制。完全开源，可以在家中使用任何普通的FFF 3D打印进行机制造。