Колонки для планшета своими руками

Как сделать самому классную портативную акустику?

А зачем делать самому? Все же продаётся! — Спросите Вы меня.
Во-первых, это реализация своего творческого потенциала. Сделать собственный проект это занимательно, интересно и позволяет унять желание сделать что-то своими руками.
Во-вторых, крупноблочный DIY проект это не очень сложно, но позволяет получить изделие с уникальными характеристиками и авторским дизайном.
И, наконец, DIY проект портативной акустики может стать необычным, но полезным подарком.
Я сделал более двух десятков различных типов колонок, хочу поделится своим опытом.

Содержание

Пройдемся по каждому этапу изготовления DIY портативной акустики.

Выбор концепции и дизайна акустики

Сначала надо определится с размерным классом будущего изделия. Условно разделим портативную акустику на три класса: микро, мини и макси.

Микро — портативная акустика ближнего поля, формата небольшого радиоприемника. Такую даже можно сделать моно, все равно размер не даст получить нормальный стереозвук.
Мини — типовой формат, китайские покупные колонки как раз такого размера. Там обычно пара динамиков и пассивный излучатель.
И, наконец-то, макси формат. Размер на грани портативного. Для вечеринок большой компанией. Формат аудио чаще всего 2.1 (стерео с отдельным низкочастотным каналом).

Дизайн вещь индивидуальная! Тут есть место полету фантазии. Совет: необходим эскиз/чертеж/трехмерная модель будущего изделия, что бы прикинуть компоновку узлов и не ошибиться в размерах.

Выбор типа корпуса

Пожалуй, самая видовая и занимательная часть акустики — это корпус.
Рассмотрим несколько «рецептов» изготовления корпуса для DIY портативной акустики.

• Фанера
• Готовые «доноры»
• Корпуса для РЭА
• Профили
• 3D печать и формовка

Фанера

Самый простой в обработке и легкодоступный материал — фанера. Как вариант: деревянный массив, ДСП или МДФ.

Минусы — это тяжесть и дополнительные работы по влагостойкости.

Кроме фанеры можно использовать текстолит (клеить эпоксидкой) и картон. Последний неплохо пропитать горячим лаком.

Вот мои поделки — под ретро радио из стеклотектолита и вариант корпуса из пропитанной картонной трубы:

Готовые «доноры»

Донором для портативной акустики может служить:

• Чемоданы
• Ящики для инструмента
• Канистры
• Аптечки
• Кашпо
• Кейсы от коньяка
• И экзотические варианты, например, патронный ящик от пулемёта.

Рассмотрим как реализовывали это различные авторы:

Корпуса для РЭА

Можно использовать корпуса для РЭА. Это удобно: широкий выбор размеров, доступность. Корпуса чаще всего герметичные (с резиновым уплотнением).

Корпуса для РЭА есть пластиковые (чаще), алюминиевые (дороже) и комбинированные.

Пластиковые корпуса очень легко обрабатывать «на коленке». Нужен гравер, перьевое сверло, напильник.

При приложении рук получается вполне нарядно:

С алюминием, конечно, чуть сложнее, но не забываем при обработке добавлять смазку, хотя бы банальный WD-40.

Из алюминиевых корпусов мне очень понравился такой с торцевыми пластиковыми крышками (я купил):

Профили

В строительных супермаркетах сейчас продают много различных замкнутых профилей, как пластиковых для вентиляции и канализации, так и алюминиевых. Из них коже можно сделать корпус колонки, главное придумать и обыграть как сделать герметичные торцы.

Пластиковые корпуса нужно усиливать ребрами жесткости.

Вот мой мой пример корпуса из профиля:

3D печать и формовка

Повальное распространение 3D принтеров, печатающих пластиком, серьезно упростило жизнь самодельщикам. Теперь небольшие корпуса или элементы конструктива можно печатать из пластика. Без проблем можно реализовать сложные формы, вроде, лабиринтов.

Формовка — подразумевает собой классический приём: каркас, стеклоткань и эпоксидная смола. На финише шпатлёвка, шлифовка и окраска. Таким образом можно получить корпус весьма замысловатой формы.

Подбор динамиков и акустического оформления

Помните про размерный класс? Так вот, и динамики можно соотнести так же.

• Микро — размер 3″ Там уже может быть использованы и две полосы, а так же сабвуферный басовый канал.

Для размера «мини» и «макси» желательно измерить параметры Тиля — Смолла для точного расчета объема и выбора акустического оформления. Я использую ПО bassbox 6 pro. Это позволит получить максимальную отдачу динамика на низких частотах.

Основные акустические оформления для портативной акустики:

1. Закрытый ящик. Самый простой вариант, меньше риск ошибиться.
2. Фазоинвертор. Тяжело настраивать без параметров динамика. В маленьких корпусах тяжело реализуем.
3. Пассивный излучатель. Самый распространенный в портативных решениях вариант. Площадь излучателя должна быть больше или примерно равна площади динамика, а настройку рабочей частоты можно подкорректировать добавочной массой.

Но все это тема сложная и требующая отдельной статьи. Для портативной акустики можно опираться на данные производителя и от них выбирать объем оформления. А тип оформления рекомендую использовать пассивный излучатель, на нем сейчас 99% такой акустики и сделано.

Пожелания к динамикам для портативной акустики:

• Желательно неодимовый магнит (мощнее, компактнее, эффективнее)
• Желательно диффузор с защитой от влажности (пластик, полимер)
• Резиновый широкий подвес (прочнее, долговечнее, больше ход динамика, глубже бас)
• Лучше брать динамики 4 Ом, чем 8, так как усилитель выдаст на такую нагрузку больше мощности

Для защиты от внешних воздействий рекомендуется использовать защитные сетки (грили). Продаются они на Алиэкспресс любых размеров, состоят из пластикового фланца и мелкоячеистой металлической сетки.

Подборка предпочтительных моделей динамиков приведена в конце статьи.

Подбор усилителя

Основные пожелания к усилителю мощности в портативную акустику:

• Высокий КПД, малое потребление от батареи (а это class D)
• Компактный размер
• Однополярное питание под аккумуляторы
• Запас по искажениям и мощности
• Способность работать в замкнутом пространстве без массивных радиаторов

Не малое значение в выборе имеет напряжение аккумулятора модели, от него и смотрим усилитель с максимальной эффективностью. В компактном устройстве надо стремится к максимальной отдаче и энергоэффективности.

Соответственно для размерных классов напряжения для питания усилителя:

Подборка предпочтительных моделей плат усилителей приведена в конце статьи.

Подбор источника сигнала

Тут нужно отталкиваться от своих предпочтений и что будет наиболее востребовано.

Просто линейный вход на усилитель, если нужно проводное подключение. Если источником будет только смартфон/планшет по Bluetooth или WiFi, то плата приемника беспроводного сигнала.

Если нужна универсальность (Bluetooth/FM радио/USB/карта SD и пульт ДУ) — то лучше выбрать mp3-модуль с нужным функционалом и подходящего размера.

Есть еще интересный современный вариант источника от Arylic — Up2Stream Mini V3 плата с поддержкой стриминговых сервисов и интернет радио. Входы: WiFi, Bluetooth 5.0 и линейный вход. Питание 5 В, размеры 55х45х12 мм. Управляется с мобильного приложения.

Рекомендую для крупных проектов использовать толковый MP3/FLAC-модуль TDM 157. Я делал на него подробный обзор.

Подборка остальных предпочтительных mp3-модулей приведена в конце статьи.

Выбор аккумулятора

Для носимой техники предпочтительнее литиевые аккумуляторы, чаще всего в форм-факторе цилиндров или плоских пакетов.

У многих есть в использовании аккумуляторы популярного формата 18650, можно их и применить.

Помимо аккумуляторов нужна плата зарядки, защиты и балансировки и желательно кейс (холдер) или рамки для набора нужной батареи.

Для крупных колонок зарядное устройство можно разместить внутри, а для зарядки использовать сетевой кабель.

Для морозостойкого исполнения бумбокса можно применить аккумуляторы формата LiFePO4.

Сборка изделия

Советы для финальной сборки портативной акустики:

• Корпус акустики должен быть герметичен, щелей и лишних отверстий быть не должно.
• В большом корпусе лучше разделить левый канал от правого перегородкой.
• Динамики нужно стараться поставить дальше друг от друга.
• Разборная конструкция практичнее склеенной.
• Ручка или петелька для переноски добавят удобства использования.
• Пайка проводов лучше чем скрутка, разъемы практичнее.

И еще важный момент, для развязки земляной петли (фона) при питании от одного аккумулятора и источника и усилителя, нужно запитать источник сигнала через преобразователь B1212. Это компактный DC-DC преобразователь 12 В, с гальванической развязкой и выходной мощностью 1 Вт. Фона гарантированно не будет.

Можно добавить «красоты» изделию:

• Часы
• Кнопку с подсветкой
• Кольцевую RGB подсветку
• Светодиодный фонарик
• Стрелочный или цифровой индикатор уровня

Для наглядности и контроля батареи рекомендую поставить индикатор заряда аккумуляторов:

Если что-то не вместилось при компоновке, всегда можно навесить доп. оборудование в отдельном кейсе снаружи конструкции:

Заключение

Нельзя объять необъятное ©

В комментариях предлагайте свои идеи и делитесь своими конструкциями портативных колонок.

Спасибо за внимание. Творческих успехов и удачных конструкций!

Источник

Я сделаю свою «умную» колонку… «with blackjack and hookers!»

Привет всем. В данной статье я расскажу историю как мы с двоюродным братом сделали свою «умную» колонку.

На самом деле никакая она неумная, грубая и не особо полезная, но зато весёлая и с характером.

За мной сама идея, программирование, железо (подбор и настройка).

От брата 3D-модель, 3D-печать, железо (подбор и электромонтаж).

Статья по-большей части описывает то, что делал я, лишь немного касаясь 3D-модели.

«Ты на самом деле хочешь дружить с роботом?»

Будучи большим фанатом известного мультсериала «Футурама», однажды (где-то в 2018 году) мне захотелось заиметь самодельную голову робота Бендера Родригеса. В голове, в том числе крутились дурацкие варианты сделать её из какой-нибудь кастрюли. В силу своей глупости идея была забыта и заброшена ровно до того момента пока у одного хорошего человека, моего брата, товарища xbost’а не появился 3D-принтер (весна 2019 года). И тут эта идея снова ожила…

Обсудив эту идею за пивом, принялись за работу. Брат начал делать 3D-модель, а я искать, что из электронного хлама в ящике стола можно задействовать в проекте.

К тому моменту, у меня уже несколько лет валялась без дела плата Intel Galileo Gen2. И было желание задействовать её в этом проекте. Изначально никаких «умных» функций не планировалась, просто запихнуть её в корпус вместе с динамиком и светодиодами, вытащить кнопочку, при нажатии на которую воспроизводились бы цитаты из серий и светились диоды.

В то же время вокруг буйным цветом расцветали (и продолжают расцветать сейчас) умные колонки с голосовыми ассистентами. Они вежливы (Алиса правда хамовата), достаточно много всего умеют и не работают без Интернета. И по мне достаточно скучны.

Это привело к мысли, что на основе Бендера с его вредным, эгоистичным и вообще отрицательным характером можно сделать для себя отличную «умную» колонку. Этакий арт-проект, протест против умных колонок. И обязательно работающую оффлайн, даже ценой производительности.

Первые попытки

Почитав о системах распознавания речи с возможностью оффлайн-распознавания, а также узнав, что ещё один хороший человек, коллега с прошлой работы, в то время писавший диплом, использует CMU Sphinx, выбор был остановлен на нём.

В силу своей природной… хм… невнимательности, я упустил существование более подходящей для моей задачи версии – pocketsphinx, и начал с «большого» CMU Sphinx на Java.

Создал простенькие JSGF-грамматику и программу на Яве. Взял несколько наиболее известных цитат для проигрывания(“with blackjack and hookers”, “bite my shiny metal ass”, “kill all humans” и т.п.). Пробовал изначально на достаточно мощном компьютере(MacBook Pro 13-го года), был доволен результатом производительности, но понимал, что на Галилео меня ждёт нечто другое. Но дело оказалось совсем плохо.

Вообще Галилео уже давно заброшен Интелом. Стандартный Линукс, шедший с ним мне в принципе особенно не нравился. Поэтому попробовал с последней доступной для него сборкой Дебиан.

Туда с проблемами(подробности уже честно не вспомню) был поставлен JRE. В качестве устройства ввода/вывода аудио была использована USB-гарнитура. И… Результат был крайне печален в плане производительности. Сейчас опять же не вспомню, возможно неправильную акустическую модель использовал на ней, но на реакции уходило 30-60 секунд. Плюс брат начал разрабатывать 3D-модель, и сказал, что габариты Галилео большеваты. Плюс отсутствие встроенного Wi-Fi. В общем Галилео опять отправилась в стол.

Решено было попробовать на гораздо более популярной Малинке, и выбор пал на слабую, но самую компактную версию Raspberry Pi Zero W. А также, прокачав внимательность, узнал о pocketsphinx (отличная статья для старта), перешёл на него, и переписал программу на Питоне.

При переходе на Малину, с подачи xbost’а, родилось название для проекта – Pinder (Raspberry Pi + Bender). Да, я прекрасно помню историю с Pidora в русскоязычном сегменте, но в данном случае намеренно выбрал такое лулзовое для русского уха название.

И так предыстория завершена, можно переходить непосредственно к описанию Пиндера.

Внутренняя железная часть

Перечень использованных компонентов:

Raspberry Pi Zero W – собственно основа всего.

Маленький ИБП для Малинки. Его штатный выключатель был выпаян, и к его контактам был припаян микропереключатель (см. далее по списку).

Для подсветки и анимации «зубов»(18 штук) и глаз(2 штуки).

В принципе подойдёт любая, работающая в Линуксе. Подключается через OTG-кабель в единственный доступный для этого порт на Малине Зеро.

В общем тут колхозный вариант был использован. Колонки были раздербанены, взят один динамик, усилитель вытащен из корпуса. Можно было купить отдельный усилитель и динамик, но для меня самым быстрым вариантом было тогда купить эти колонки и разобрать на части.

Но во время разработки поначалу использовался микрофон от телефонной гарнитуры Philips.

Замыкается/размыкается при вставлении/вынимании «антенны» Бендера. Включает/выключает питание от UPS к Малине.

3,5мм разъём и гнездо jack. Для подключения микрофона к аудиокарте (микрофон находится наверху Бендера, в антенне).

В общем внутри всё достаточно колхозно.

Схема подключений очень простая:

Глаза сидят на отдельном пине от зубов и запараллелены между собой. Если бы делал сейчас, то включил бы глаза на одну ленту вместе с зубами, но что уже сделано, то сделано.

3D-модель, корпус

Здесь я не смогу рассказать многого, так как эта часть работы полностью брата.

3D-модель и небольшая инструкция доступны здесь.

Зубы и глаза напечатаны фотополимерной смолой на Anycubic Photon. Все остальные части PLA на Creality Ender 3.

Если будут какие-то вопросы по 3D-модели и печати можно задать мне, я их передам, либо попробовать напрямую спросить у xbost’а на thingiverse (но не уверен будет ли он на них отвечать).

Краткая схема сборки:

Фото в процессе сборки и полностью собранном виде:

Программная часть 1

В качестве ОС используется штатный Raspbian (теперь Raspberry Pi OS).

За распознавание, как уже писалось выше, отвечает pocketsphinx. В качестве аудиоподсистемы используется Alsa (Pulseaudio выпилен).

При разработке никакими лучшими практиками не руководствовался, поэтому код «попахивает».

Поддерживается два языка: английский и русский. Для каждого языка своя JSGF-грамматика, набор аудио-сэмплов(сэмплов в репозитории нет, по соображениям авторских прав) и синтез речи. Русский дорабатывался(и дорабатывается) с некоторым опозданием.

Основной целью была просто возможность отвечать фановыми фразами из серий. Задаешь ему вопросы типа “Как дела?”, “Где ты родился?”, “Что думаешь о Сири?”. Ищется и воспроизводится ответ из сэмплов (в случае отсутствия сэмпла используется синтез речи, но об этом чуть позже).

Изначально скорость ответов на Малине была не очень шустрой (4-6 секунд до ответа):

Покопавшись у себя в коде, были найдены и уничтожены необязательные паузы. То же самое касалось и сэмплов (были пустые места вплоть до 1 секунды в начале файлов). А также прочитана информация о параметрах оптимизации pocketsphinx. Получилось уже получше:

Далее начал добавлять кое-какие полезные функции. Первой стала проигрывание музыки с локальной ФС или интернет-радио с помощью MPD. При этом докричаться до Бендера при проигрывании музыки на приличной громкости сложновато:

После достаточно долгого перерыва, живя на даче, была добавлена первая функция “умного дома”- управление освещением в своём углу через ModBusTCP. Вот только Бендера недостаточно иногда просто попросить включить свет, нужно обязательно сказать «пожалуйста». Работает достаточно шустро:

Программная часть 2

Потом однажды захотелось добавить читалку RSS-новостей. Это уже было невозможно без синтеза речи, но при этом хотелось, чтобы синтезатор звучал как, или хотя бы похоже на голос Бендера. Такой синтез речи на Малине Зеро представляется малореальным и поэтому в этом моменте пришлось сдаться и задействовать онлайн-сервис.

Почитав информацию и попробовав разные варианты остановился на Microsoft Azure Custom Speech.

При создании пользовательского голоса на выбор есть три варианта:

Statistical Parametric – стандартное качество, нужно небольшое количество(для английского языка) сэмплов для обучения.

Concatenative – высокое качество, нужно 6000 сэмплов для обучения.

Neural премиум-качество. По факту недоступно(доступно из США, при написании челобитной в Майкрософт зачем тебе это нужно и выкладывании 100 000$).

Более подробно по технологиям синтеза речи можно почитать например на Википедии.

У меня не было большого количества сэмплов, поэтому сначала поигрался со Statistical Parametric. Результат был неплох, голос конечно не был похож(такой тип синтеза для сильной похожести и не предназначен), но интонации передавал сносно. В итоге на основе набора данных созданного с помощью этой модели я создал оффлайновую модель для CMU Flite, используемую в случае отсутствия связи с MS Azure.

Но всё же хотелось большей похожести и я решился попробовать собрать 6000 сэмплов для Concatenative модели, использующей отрывки из сэмплов настоящего голоса. Очень помог некий хороший человек, выложивший на YouTube 7 видео The Best of Bender. Надёргав оттуда сэмплов, приплюсовав к ним те что уже были и натравив на них майкрософтовский же Text-to-Speech (здесь у меня набор тулзов вспомогательных), получил что-то около 2000 транскрибированных сэмплов. Было принято решение просто скопировать это всё три раза под разными именами, чтобы получить 6000.

В итоге всё это было залито на обучение модели, и результат получился следующим:

Да конечно не идеально, но меня результат трудов устроил.

В итоге синтез речи используется не только для чтения новостей, но и в случае отсутствия оригинального сэмпла. Сначала ищется сэмпл. Если его нет, проверяется связь с порталом MS Azure, если есть – синтезируется с помощью него. Если же связи с Azure нет – используется локальная модель Flite(а для русского языка роботизированный голос eSpeak).

В сумме периодическими волнами и рывками разработка шла с весны 2019-го по весну 2020-го, в свободное время(хорошо видно по коммитам на гитхабе). Далее уже даже не волнами, просто отдельными всплесками.

Будущее

Как таковых планов развития проекта нет. Если появляется желание и вдохновение, то добавляю что-нибудь. Так конечно напрашивается сделать режим просто болталки на нейронке, обученной на фразах Бендера. Ещё возможно добавить режим bluetooth-колонки(и чтобы зубы загорались синим в этом режиме) и приложение для смартфона, для активации схемы патриотизма.

Но для начала надо изобрести удлинитель пальца.

Заключение

Исходный код ПО и 3D-модель выложены под открытыми лицензиями, так что если у кого-то есть желание сделать своего Бендера, добавить свои функции и улучшить – буду рад.

На этом статья подошла к концу. Спасибо, что прочитали!

Источник