利用3D打印技术制作高端声学实验室麦克风,成本仅200元

3D打印资讯
2022
06/21
10:41
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本帖最后由 冰墩熊 于 2022-6-21 10:45 编辑

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)。

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△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。”

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△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。

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△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。




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