Инженер-акустик Питер Риккарди разработал собственный лабораторный микрофон, который можно распечатать на 3D-принтере и собрать менее чем за 30 долларов.
Высококачественные лабораторные микрофоны — это основные инструменты в арсенале акустика или инженера-акустика, обеспечивающие уровень производительности, необходимый для точного захвата физических сигналов во время экспериментов. К сожалению, обычный конденсаторный микрофон от известного производителя, такого как PCB Piezotronics, может стоить около 1000 долларов, что делает такие проекты тяжёлым бременем для кошелька.
На своей странице проекта Hackaday Риккарди пишет: «Качество таких микрофонов превосходно, но есть альтернативы, доступные любителям и энтузиастам, которые обеспечат сопоставимую производительность за небольшую часть стоимости».
Благодаря корпусу, напечатанному на 3D-принтере, и четырем внутренним MEMS-микрофонам, самодельное устройство Riccardi призвано стать доступной альтернативой этим системам более высокого класса. Несмотря на то, что микрофон стоит всего 30 долларов, он обеспечивает аналогичный уровень шума, частотную характеристику, равномерность и чувствительность в звуковом диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.
Для своего прототипа инженер разделил электронику на две платы, первая из которых — несущая плата MEMS. Четыре MEMS-микрофона были установлены на круглой печатной плате, которая включает в себя ряд небольших контактных площадок со сквозными отверстиями для всех необходимых соединений питания и сигналов. Вторая плата — это материнская плата, на которой расположены все входы и устройства обработки сигналов для выходов MEMS.
Затем платы нужно было прикрепить к механическому узлу — здесь на помощь приходит 3D-печать. Риккарди спроектировал простой цилиндрический корпус в SolidWorks и напечатал сборку из двух частей на 3D-принтере с использованием PLA. Форма и размер корпуса были разработаны таким образом, чтобы имитировать имеющиеся в продаже микрофоны диаметром 0,5 дюйма.
Он добавляет: «Поскольку вся механическая сборка представляет собой дугу, она довольно прочная, и ее можно бросать, не опасаясь повредить или расколоть корпус. Отверстие для несущей платы MEMS потребует будущих модификаций, так как на соединение между слоями действует очень мало материала и большая концентрация напряжений. На данный момент он работает просто отлично».
Решение использовать сразу четыре MEMS-микрофона было обдуманным. Электрические системы с компонентами, на которых есть перепады напряжения, неизбежно будут создавать электрические помехи, которые нарушают сигналы и затрудняют их считывание. Этот шум является случайным, но его можно усреднить, чтобы уменьшить его влияние.
Соединяя вместе четыре элемента MEMS (источники шума) вместе с небольшими резисторами, можно уменьшить уровень шума на выходе микрофона, тем самым без особых усилий увеличив отношение сигнал/шум в системе. Типичные конденсаторные микрофоны имеют отличное отношение сигнал/шум с чувствительностью около 50 мВ/Па.
Чтобы проверить производительность напечатанного на 3D-принтере микрофона, Риккарди испытал его в полубезэховой камере (очень тихой комнате). Он использовал систему сбора данных National Instruments NI 4431, чтобы сравнить частотную характеристику и измерения шума устройства с конденсаторным микрофоном свободного поля PCB Piezotronics 378B20.
Результаты были, мягко говоря, впечатляющими. Недорогой микрофон Riccardi имел достаточно плоскую частотную характеристику в звуковом диапазоне, в то время как его чувствительность оказалась достаточно высокой для реальных измерений, хотя и меньшей, чем у Piezotronics. Однако было обнаружено, что ниже 200 Гц производительность 3D-печатного микрофона немного лучше, чем у его коммерческого аналога.
Он пишет: «Необходимо провести дополнительные эксперименты, чтобы более точно охарактеризовать микрофон. Но предварительные результаты очень многообещающие, а цена не позволяет их игнорировать».
Подробности и загружаемые файлы для напечатанного на 3D-принтере микрофона можно найти на странице проекта Riccardi Hackaday.
Развитие технологии 3D-печати потребительского уровня позволило креативщикам и любителям во всем мире разрабатывать доступные версии продуктов по сравнительно низким ценам. Ранее в этом году любитель игрушек Riskable разработал инновационный механизм переключения клавиш для использования в клавиатурах ПК. Магнитная конструкция, получившая название «Void Switch», полностью открыта и может быть изготовлена дома на любом обычном 3D-принтере FFF.
Ранее ютубер Акаки Кумери разработал и напечатал на 3D-принтере новую насадку-джойстик для своего контроллера Xbox Series X/S, превратив его в полнофункциональный джойстик. Совсем недавно он продолжил создание библиотеки с открытым исходным кодом деталей для 3D-печати, которые прикрепляются к игровым контроллерам, чтобы обеспечить нестандартное положение рук, что делает видеоигры более доступными для людей с ограниченными физическими возможностями.