工程師的實驗室級麥克風可以以低于30美元的價格進行3D打印
時間：2022-06-21 09:23 來源：中國3D打印網 作者：admin 閱讀：次
中國3D打印網6月21日訊，聲學工程師 Peter Riccardi 設計了自己的實驗室級麥克風，可以 3D 打印和組裝，價格不到 30 美元。高端實驗室級麥克風是聲學家或聲學工程師的基本工具，可提供在實驗期間捕獲精確物理信號所需的性能水平。不過PCB Piezotronics 等知名制造商提供的傳統電容式麥克風售價約為 1000 美元重。Riccardi 在他的 Hackaday 項目頁面上寫道：“這種麥克風的質量非常好，但對于業余愛好者和發燒友來說，還有其他選擇可以讓您以一小部分成本獲得。”
Riccardi 的本土設備具有 3D 打印外殼和四個內部 MEMS 麥克風，旨在成為那些高端系統的可訪問替代品。盡管成本僅為 30 美元，但麥克風的設計目的是在 20Hz 至 20kHz 的音頻頻帶中提供類似的本底噪聲、頻率響應、平坦度和靈敏度。
3D 打印麥克風的總成本不到 30 美元。照片來自彼得里卡爾迪。
設計和 3D 打印麥克風
對于他的原型，工程師將電子設備分成兩塊板，第一塊是 MEMS 載板。四個 MEMS 麥克風安裝在圓形 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節。
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 SolidWorks 中設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行了 3D 打印。機箱的形狀和尺寸旨在模仿直徑僅為 0.5 英寸的市售麥克風。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擔心損壞或破裂外殼。 MEMS 載板的開口將需要在未來進行修改，因為作用在層間粘合上的材料非常少且應力集中。目前，它工作得很好。”
3D 打印的 PLA 外殼分為兩部分。照片來自彼得里卡爾迪。
它的性能是否優于商用麥克風？
一次使用四個 MEMS 麥克風的決定是經過深思熟慮的。帶有電壓降的組件的電氣系統將不可避免地產生電噪聲，這會破壞信號并使它們更難讀取。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）與小電阻并聯在一起，可以降低麥克風的輸出本底噪聲，從而輕松提高系統的信噪比。典型的電容式麥克風具有出色的信噪比，靈敏度約為 50mV/Pa。為了測試 3D 打印麥克風的性能，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 數據采集系統將該設備的頻率響應和噪聲測量值與 PCB Piezotronics 378B20 自由場電容式麥克風進行比較。
至少可以說，結果令人印象深刻。 Riccardi 的低成本麥克風在音頻頻帶中具有足夠平坦的頻率響應，而其靈敏度被證明對于實際測量來說足夠高，盡管低于 PCB 產品。然而，在 200Hz 以下，3D 打印麥克風的性能實際上比其商業同類產品略好。他寫道，“需要進行額外的實驗來更嚴格地表征麥克風。但是，初步結果非常有希望，而且價格讓人無法忽視。”
正在半消聲室中測試的 3D 打印麥克風。照片來自彼得里卡爾迪。
Riccardi 的本土設備具有 3D 打印外殼和四個內部 MEMS 麥克風，旨在成為那些高端系統的可訪問替代品。盡管成本僅為 30 美元，但麥克風的設計目的是在 20Hz 至 20kHz 的音頻頻帶中提供類似的本底噪聲、頻率響應、平坦度和靈敏度。
3D 打印麥克風的總成本不到 30 美元。照片來自彼得里卡爾迪。
設計和 3D 打印麥克風
對于他的原型，工程師將電子設備分成兩塊板，第一塊是 MEMS 載板。四個 MEMS 麥克風安裝在圓形 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節。
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 SolidWorks 中設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行了 3D 打印。機箱的形狀和尺寸旨在模仿直徑僅為 0.5 英寸的市售麥克風。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擔心損壞或破裂外殼。 MEMS 載板的開口將需要在未來進行修改，因為作用在層間粘合上的材料非常少且應力集中。目前，它工作得很好。”
3D 打印的 PLA 外殼分為兩部分。照片來自彼得里卡爾迪。
它的性能是否優于商用麥克風？
一次使用四個 MEMS 麥克風的決定是經過深思熟慮的。帶有電壓降的組件的電氣系統將不可避免地產生電噪聲，這會破壞信號并使它們更難讀取。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）與小電阻并聯在一起，可以降低麥克風的輸出本底噪聲，從而輕松提高系統的信噪比。典型的電容式麥克風具有出色的信噪比，靈敏度約為 50mV/Pa。為了測試 3D 打印麥克風的性能，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 數據采集系統將該設備的頻率響應和噪聲測量值與 PCB Piezotronics 378B20 自由場電容式麥克風進行比較。
至少可以說，結果令人印象深刻。 Riccardi 的低成本麥克風在音頻頻帶中具有足夠平坦的頻率響應，而其靈敏度被證明對于實際測量來說足夠高，盡管低于 PCB 產品。然而，在 200Hz 以下，3D 打印麥克風的性能實際上比其商業同類產品略好。他寫道，“需要進行額外的實驗來更嚴格地表征麥克風。但是，初步結果非常有希望，而且價格讓人無法忽視。”
正在半消聲室中測試的 3D 打印麥克風。照片來自彼得里卡爾迪。
消費級 3D 打印技術的興起使世界各地的創意人員和愛好者能夠以相對較低的成本開發可訪問的產品版本。今年早些時候，業余玩具制造商 Riskable 開發了一種用于 PC 鍵盤的創新鍵開關機制。這種基于磁鐵的設計名為“Void Switch”，完全開源，可以使用任何普通的 FFF 3D 打印機在家中制造。
在其他地方，YouTuber Akaki Kuumeri 之前為他的 Xbox Series X/S 控制器設計并 3D 打印了一個新穎的操縱桿附件，將其變成了一個功能齊全的飛行桿。 最近，他繼續構建了一個 3D 可打印部件的開源庫，這些部件連接到游戲控制器以實現非標準的手部位置，使身體殘疾的人更容易玩視頻游戲。
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