Портативная колонка

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Портативная колонка

Мухатдинов Я.М. 1
1МБОУ "Лицей" г.Арзамас
Мухатдинова Г.Н. 1Кочешков Д.С. 2
1МБОУ СШ №13
2МБОУ "Лицей"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Сегодня мы уже не представляем нашей жизни без звуков, музыки, наушников, недорогих колонок и брендовых акустических систем по несколько сотен ватт, повергающих соседей в ужас. Я закончил «Детскую музыкальную школу №2» по классу фортепиано и мне хорошо знакомо воздействие звука – звуков музыки на человека. Не первый год моим увлечением является радиотехника. В ходе практических экспериментов мне стало интересно создать звуковую колонку определенных характеристик конкурентно способную к фабричным аналогам

Гипотеза: предположим, что в домашних условиях можно собрать портативную колонку с заданными характеристиками.

Цель работы: спроектировать и собрать портативную колонку, отвечающую заданным требованиям.

Задачи:

изучить устройство всех необходимых деталей для изготовления колонки;

разработать конструкцию портативной колонки;

изготовить корпус для колонки;

спаять электронные составляющие;

провести тестирование и оценку эффективности работы колонки;

целесообразность самостоятельного изготовления портативных колонок.

Давайте окунемся в мир звуков и начнем свое путешествие с истории развития акустических систем.

Глава 1. КОНСТРУКЦИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1. Теоретические сведения

Основные характеристики колонок

Разрабатывая новую модель колонки, стремились наиболее качественно выполнить три условия:

согласованность параметров динамических громкоговорителей и усилителей звука;

формирование широкой диаграммы направленности звуковых волн;

автономность работы и удобство использования в полевых условиях.

При разработке колонки нужно обращать внимание на следующие их характеристики:

Номинальная, или рабочая, мощность – такой показатель мощности подводимого к динамику сигнала, при котором обеспечивается наиболее чистое воспроизведение звука.

Максимальная мощность – показатель мощности, при котором достигается наибольшая громкость звука, но отсутствие искажений звуковых волн уже не гарантируется.

Частотный диапазон. Разность между максимальной и минимальной частотами, которые способна воспроизводить колонка с помощью всех используемых динамических излучателей. Диапазон может полностью реализовываться одним широкополосным динамиком или разделяться между двумя или тремя излучателями. В таком случае сверхнизкие частоты отходят сабвуферу, а сверхвысокие – твиттеру. Качество воспроизводимых частот напрямую зависит от диаметра динамиков и материалов, использованных при их конструировании.

Емкость аккумулятора. Емкость аккумулятора показывает, сколько времени аккумулятор сможет питать подключенную к нему нагрузку. Обычно емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах, а для небольших аккумуляторов - в миллиампер-часах.

Сама единица измерения показывает, что емкость аккумулятора является произведением постоянного тока разряда аккумулятора (в амперах, иногда в миллиамперах) на время разряда (в часах).

Материалы изготовления

На качество звука, весьма косвенно, но все же влияют материалы, из которых изготовлены все элементы колонки.

В первую очередь это качество диффузорной мембраны. Она может быть изготовлена как из тонкого пластика, так и из простой бумаги – любого материала, способного вибрировать под действием движущейся катушки. В дорогих моделях колонок может использоваться титан.

Не менее важны особенности корпуса. Он должен хорошо поглощать и направлять звуковые волны. Для этого при его изготовлении должен использоваться либо высококачественный пластик, либо древесина средней плотности – ДСП, фанера или ДВП. В конструкции желательно присутствие фазоинвертора.

Основываясь на знании всех факторов, влияющих на качество издаваемого колонками звука, любой человек сможет подобрать наиболее качественную акустическую систему для своего дома. Но главное, как уже было сказано – полагаться на свой слух, который никогда не обманет.

1.2. Анализ возможных идей. Выбор оптимальных идей.

Изучив теоретический материал, я изготовил несколько вариантов портативных акустических систем.

Изготовленные колонки были оценены по следующим характеристикам:

Таблица

 

Модель

Мощность, Вт

Емкость аккумулятора, мАч

Напряжение аккумулятора, V

Время автономной работы на максимальной мощности, ч

Количество динамиков

Наличие фазоинверторов

Аудиовходы

1

В1 (2015)

6

1000

4,2

1

2

нет

Миниджек 3,5

2

В2 «Черный дрозд» (2016)

6

2000

4,2

2

2

нет

Миниджек 3,5

3

В3 (2017)

30

5200

12,6

2,5

2

2

Миниджек 3,5 и блютуз модуль

4

В4 (2018)

50

5200

16,8

2

2

2

Миниджек 3,5 и блютуз модуль

Исходя из результатов оценки, наилучшим вариантом на данный момент является модель В4 (2018).

1.3. Технические требования к аудиоколонке:

Мощность – 50 Вт

Емкость аккумулятора - 5200;

Напряжение аккумулятора – 16,8V

Количество динамиков – 2 шт

Наличие фазоинверторов

Наличие технологии блютуз

1.4. Конструкция и изготовление корпуса

Акустическое оформление колонки я сделал в форме «закрытого ящика». (3d модель и чертеж в Приложении 2) Для изготовления корпуса была использована фанера толщиной 6 мм. Размеры короба составили 330х90х110 мм. Выпиливание деталей производилось ручным лобзиком с последующим удалением заусенцев напильником и шлифовальной бумагой.

Угловое зубчатое соединение деталей фанеры позволило добиться ровных прямых углов на стыках корпуса. В дальнейшем напильником углы были закруглены для придания эстетического вида.

1.5 Электронная начинка

После сборки корпуса приступил к изготовлению электронной начинки. Для этого использовал:

Понижающий преобразователь модуль LM2596 3,2 В-40 В

TDA7377 Усилитель мощности доска 2*25 Вт

4 шт кнопка с подсветкой без фиксации 12 мм

1 шт кнопка с подсветкой с фиксацией 12 мм

1 шт кнопка с подсветкой с фиксацией 16 мм

2 шт динамик 8 Ом 25 Вт

8 шт литии-ионные аккумуляторы ICR18650-26F

1 шт БМС контроллер для аккумуляторов

1 шт блютуз модуль KRC-86B Bluetooth V4.0

2 шт фазоинвертор

1 шт индикатор заряда аккумуляторов

Провод акустический

Припой

Фанера толщиной 6 мм

Полоса алюминия 40*2 мм

Схема сборки электронной начинки представлена в Приложении 3.

1.6. Обоснование выбора материалов

Выбор материала для корпуса

Для изготовления корпуса была использована фанера толщиной 6 мм, т.к. дерево улучшает звучание и легко обрабатывается.

Выбор отделочных материалов

Для интерфейсных панелей были использованы металлические вставки из полосы алюминия 40*2 мм. Это позволило выполнить несколько функций:

эстетичный дизайнерский вид;

простота в уходе.

Глава 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРТАТИВНОЙ КОЛОНКИ

2.1. Выбор технологии изготовления

Для изготовления колонки потребуется выполнение таких операций, как разметка, пиление, зачистка, шлифование, сверление, пайка

Каждая операция важна и требует точности выполнения:

качественное выполнение разметки и выпиливания увеличивает точность сборки, уменьшает время на зачистку торцов и кромок;

качество шлифования влияет на внешний вид изделия;

от качества пайки зависит стабильность работы электроники.

2.2. Инструменты и приспособления

При изготовлении колонки применяются следующие инструменты и приспособления:

программное обеспечение по 3d-моделированию (SolidWorks 2015) и черчению (учебная версия T-FLEZ CAD);

бумага для печати на принтере;

карандаш;

линейка;

шлифовальная шкурка;

ручной лобзик с пилками

паяльник;

набор для пайки (припой, флюс)

кусачки

Глава 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТА

Стоимость изготовленного изделия в основном определяется затратами на материалы, электроэнергию и оплату труда.

Согласно проведенным расчетам затраты составили:

на фанеру: Один м2 в среднем составляет 200 руб., но площадь нашего изделия составляет 0,15 м2, следовательно на корпус было затрачено 28 руб.

на алюминиевые элементы: 1 погонный метр стоит в среднем 115 руб., требуется длина 0,23 м и стоимость составляет 27 руб.

на электронную составляющую затрачено 5168,67 руб (Приложение 4)

на электроэнергию: мощность паяльника – 0,06 кВт, а также во время работы использовались осветительные приборы мощностью 0,1кВт изготовление заняло 3 часа, стоимость 1 кВт/ч – 4 руб. следовательно на электроэнергию ушло 2 руб.

При условии приобретения всех материалов, оплаты затрат на электроэнергию, без учета заработной платы, которую я себе не плачу себестоимость колонки равна 5200,67 руб.

Глава 4.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОЕКТА

Корпус колонки изготовлен из древесины – материала вечного из-за своего постоянного возобновления при условии заботливого восстановления лесных насаждений.

Колонка питается от перезаряжаемого источника питания, что исключает необходимость приобретения дополнительных источников питания. Следовательно, исключаются отходы этих самых источников питания, которые представляют опасность для окружающей среды из-за содержания в них химически опасных составляющих.

На основании вышеизложенного считаю, что изготовление и использование портативной колонки не влечет за собой изменений в окружающей среде, нарушений в жизнедеятельности человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При работе над проектом портативная колонка решены все поставленные задачи:

разработана экономичная и технологичная, достаточно прочная и надежная конструкция изделия из древесины;

на основе изученных технологий обработки древесины разработан несложный технологический процесс изготовления колонки;

на основании изученных технологий сборки электронных схем была разработана и изготовлена электронная составляющая колонки;

согласно разработанной технической документации изделие изготовлено в установленный срок;

проверка колонки показала достаточно хорошую работоспособность и продолжительную возможность автономной работы.

Поэтому считаю, что цель по разработке и изготовлению портативной колонки достигнута.

Однако в дальнейшем в конструкцию и технологию изготовления колонки можно было бы внести некоторые изменения:

разработать более оригинальную форму колонки;

изменить технические характеристики в соответствии с потребностями (расширить частотный диапазон, увеличить мощность);

использовать декоративные элементы и различную роспись корпуса.

Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, показывают возможность массового производства и реализации портативной колонки.

Разработанную техническую документацию можно использовать на уроках технологии и в кружках технического творчества.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Технологическая карта. Изготовление портативной колонки

п/п

Последовательность выполнения работы

Инструменты, приспособления, материалы

1

Нанесение разметки на фанеру

Угольник, карандаш

2

Отпиливание заготовки по разметке

Ручная ножовка, верстак

3

Зачистка торцов

Шкурка, напильник

4

Выделывание углублений

Стамеска

5

Нанесение разметки на алюминиевую полосу

Угольник, карандаш

6

Отпиливание заготовки по разметке

Ручная ножовка, верстак

7

Зачистка торцов

Шкурка, напильник

8

Сверление

Сверлильный станок, набор свёрл

9

Склейка корпуса

Клей, струбцины

10

Спайка электроники

Паяльник, припой, флюс, кусачки, пинцет

11

Сборка колонки

Отвертка

Приложение 2 Чертежи и 3D-модель

3D-модель и оригинал

Передняя сторона

Задняя сторона

Верхняя сторона

Нижняя сторона

Боковая сторона без панели

Боковая сторона с панелью

Зарядная панель

Панель управления

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Приложение 4 Компоненты

Наименование

Цена, руб.

1

Понижающий преобразователь модуль LM2596 3,2 В-40 В

47,21

2

TDA7377 Усилитель мощности доска X 35 Вт 35 Вт

300,08

3

1 шт. 12 мм фиксации автоматический переключатель блокировки с питанием символы металлический кнопочный переключатель плоские круглые с подсветкой автомобиль изменение Малый круглый

205,67

4

1 шт. 16 мм замок металлический Нержавеющая сталь фиксации Мощность кнопочный переключатель светодиодный 5 В 12 В 24 В 36 В 110 V 220 V красные, синие желтый Водонепроницаемый

100,48

 

4 шт. 12 мм с светодиодный 3 В 5 В 12 В 24 В 220 В кнопка металла переключатель мгновенного кнопка автоматического сброса водонепроницаемый, с подсветкой

321,96

5

Aiyima 2 шт. твитер аудио Динамик Портативный стерео Динамик s Woofer полный спектр Рог 3 дюймов 4ohm 8 Ом 25 Вт

1695,93

6

1 шт Eaiep оригинальный 18650 3,7 В 2600 мАч литий-ионные аккумуляторы аккумуляторная Батарея ICR18650-26F безопасные аккумуляторы промышленного использования

998

7

4S 14,8 В/16,8 В 20A пик литий-ионный БМС PCM Батарея защиты доска BMS PCM для литий LicoO2 Limn2O4 18650 LI Батарея

188,82

8

krc86b DIY KRC-86B Bluetooth V4.0 стерео аудио модуль приемника доска

450,35

9

Ayima 2 шт. дефектный поцарапанные 60*90 мм низкочастотный радиатор вибрации тарелка-панно басовых пассивных Динамик для DIY

472,03

10

4 серийных литиевых батарея ёмкость индикатор дисплей доска для 4S шт. литий ионный батарея светодиоды Мощность уровень тестер дисплей Панель

74,18

11

1 шт./LOTdc 12 В до 5 В постоянного напряжения питания модуль микроконтроллер ОУ изоляции DCDC B1205S-1 Вт

113,96

12

Провод акустический

100

13

Припой

50

14

флюс

50

15

Фанера толщиной 6 мм

28

16

Алюминиевая полоска

27

17

Болты

30

ЛИТЕРАТУРА И ИНТЕРНЕТ ИСТОЧНИКИ

Бать С.Д. Любительские громкоговорители – 3. М.: Техносфера, 2008. -112с.

Сайт акустические системы https://projectman.jimdo.com/%D0%B0%D0%BA%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8/

Википедиа https://ru.wikipedia.org/

Сайт Звуковед https://zvukoved.net/kolonki/vazhnye-harakteristiki-kolonok

Сайт Companybest.ru Основные параметры колонок http://www.companybest.ru/publications/25-tech/68-tech-audio.html

Просмотров работы: 465