3Dプリント技術を使用して高級音響実験室用マイクを製造、コストはわずか200元

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-6-21 10:45 に最後に編集されました

2022年6月21日、Antarctic Bearは、音響エンジニアのPeter Riccardi氏が3Dプリント技術を使用して、200元未満でプロ仕様の実験室グレードのマイクを設計・製造したことを知りました。

高性能なラボグレードのマイクは、作業中に正確な物理信号をキャプチャする必要がある音響学者や音響エンジニアにとって不可欠なツールです。しかし、このような機器は一般的に高価なため、一般の人々が入手するのは困難です。たとえば、PCB Piezotronics などの有名メーカーは、約 1,000 ドル (6,655 人民元) でコンデンサーマイクを提供しています。

△3Dプリントマイクの総コストは200元未満
「ブランド品のマイクは最高品質ですが、アマチュアや愛好家には他の選択肢があるはずです」とリカルディ氏は説明する。「現在、3D プリント技術を使用すれば、わずかなコストで同等のパフォーマンスを得ることができます。」

このデバイスは、3D プリントされた筐体と 4 つの内部 MEMS マイクを備えており、プロ仕様のデバイスの完璧な代替品となるように設計されています。このマイクはわずか 30 ドルという価格にもかかわらず、20Hz から 20kHz のオーディオ帯域にわたって同様のノイズフロア、周波数応答、平坦性、感度を備えています。

マイクの設計と 3D プリント<br /> 基本的なプロトタイピングプロセスに関しては、エンジニアは電子機器を 2 つのボードに分離しました。1 つ目は MEMS キャリアボードです。 4 つの MEMS マイクは、必要なすべての電源および信号接続用の小さなスルーホールパッドの配列を含む円形の PCB に取り付けられています。 2 番目のボードは、MEMS 出力のすべての入力と信号調整を収容するメインボードです。

次に、回路基板を機械アセンブリに固定する必要がありますが、ここで 3D プリントが役立ちます。 Riccardi 氏は 3D ソフトウェアでシンプルな円筒形のハウジングを設計し、PLA を使用して 2 つの部品に分けてコンポーネントを 3D プリントしました。その形状とサイズは、直径わずか 0.5 インチの有名ブランドのマイクを模倣するように設計されています。

同氏はさらに次のように付け加えた。「機械アセンブリ全体が湾曲しているため、非常に強度が高く、シェルが損傷したり割れたりする心配なく、投げ回すことができます。ただし、MEMS 基板の開口部は、層間接着が不十分で応力集中の欠陥があるため、将来的に修正される予定です。ただし、現時点では問題はありません。」

△3DプリントされたPLAシェルは2つの部分に分かれています
市販のマイクよりも性能は優れていますか?
4 つの MEMS マイクを同時に使用するという決定は、意図的なものでした。電圧降下のある電気システムでは必然的に電気ノイズが発生し、信号が破損して読み取りが困難になる可能性があります。このノイズはランダムですが、平均化することでその影響を軽減することができます。

4 つの MEMS 要素 (ノイズ源) を小さな抵抗器で並列に接続することで、マイク出力のノイズフロアを低減し、信号対雑音比を簡単に改善できます。一般的なコンデンサーマイクは、優れた信号対雑音比と約 50mV/Pa の感度を備えています。

△半無響室でテスト中の 3D プリントマイク 3D プリントマイクの性能をテストするために、Riccardi 氏は半無響室 (非常に静かな部屋) でテストを完了しました。彼は、NI 4431 データ集録システムを使用して、デバイスの周波数応答とノイズの測定値を PCB Piezotronics 378B20 自由音場コンデンサーマイクと比較しました。

結果は予想外のものでした。 Riccardi の低価格のマイクロフォンは、オーディオ帯域で十分にフラットな周波数応答を持ち、その感度は PCB の下でも実用的な測定に十分なほど高いことが証明されています。しかし、200Hz 未満では、3D プリントされたマイクは他の同様の製品よりもわずかに優れたパフォーマンスを発揮しました。

「将来的には、このマイクの特性を明らかにするために、より厳密な実験が必要になるだろうが、初期の結果は非常に有望であり、価格も断るにはあまりにも良すぎる」と彼は語った。

3D プリントマイクの詳細情報とダウンロード可能なファイルは、Riccardi の Hackaday ページで見つかります。（詳細はこちらをクリック）

消費者向け 3D プリント技術の台頭により、世界中のクリエイティブな人々や愛好家は、比較的低コストで新しい反復的な製品を開発できるようになりました。今年初め、アマチュア玩具メーカーのRiskable社が、PCキーボード用の革新的なキースイッチ機構を開発しました。完全にオープンソースなので、一般的な FFF 3D プリンターを使用して自宅で製造できます。

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