OSHE Near Field Audio Speaker/OSHE 近场音频扬声器

该项目的目标是创建一个开源便携式扬声器，并以近场音频作为其主要输入源。

大多数便携式扬声器都通过蓝牙通信协议进行无线连接。近场音频 (NFC) 是一种替代技术，它牺牲了传输距离，换取了更高的功率效率和成本效益。此外，它还允许使用不兼容蓝牙的设备，前提是这些设备本身具有扬声器输出接口。本项目旨在打造一款以近场音频为主要输入源的便携式扬声器。箱体采用 FreeCAD 设计，并完全通过 3D 打印完成，因此修改起来非常方便。

为了实现这款近场音频扬声器，应达到以下目标。

• 项目必须简单易行，且复制门槛低。
• 所有使用的部件都必须是3D打印的或易于获取的。
• 制作这个扬声器的成本必须在100美元或以下。
• 该项目必须是开源的。

要无线接收音频，需要一个接收器。近场音频 (NFA) 技术通过电磁铁来实现这一点。在本项目中，我们使用了一块直径 5 毫米、长度 8 毫米的软铁，并用约 4000 圈 42 AWG 漆包铜线缠绕而成。虽然这个电磁铁是自行制作的，但类似的电磁铁也可以在网上购买。要接收信号，只需从附近的另一个设备（本例中为 5 厘米）输出电磁信号即可。在本项目中，我们使用手机扬声器输出电磁信号。

接收到的信号功率太低，无法直接播放音频，因此需要进行放大。任何数字音频放大器都可以胜任。本项目选用了 PAM8403，因为它功耗低、效率高且价格低廉。其他数字音频放大器也能实现相同的功能，但由于功率需求不同，因此需要不同的供电元件。将接收器连接到 PAM8403 的输入端，即可获得大幅放大的音频播放效果。

PAM8403 的功耗非常低，仅需稳定的 5V 输入。我们使用 3.7V 锂电池和 DC-DC 升压器来实现这一点。电池充电则通过与电池规格相匹配的锂电池充电板完成。本项目中，我们使用 MT3608 为电池充电，并使用 TP4056 将电压升至 5V。选择这两个元件是因为它们易于获取且价格低廉。

当然，要真正发出声音，就需要扬声器单元。就我们而言，使用 PAM8403 时，如果想充分发挥其功率，就只能使用两个 3W 4 欧姆的扬声器单元。通过选择合适的元件，播放效果得到了显著提升，音质也相当不错。

最好再加装一个开/关开关、一个与 PAM8403 电源输入并联的电容器以及一些聚酯纤维填充物。

音箱箱体采用100%填充的PETG和掺青铜PLA两种材料制成。这种设计旨在减少意外共振。音箱的每一面都是独立的打印模型，方便打印和组装。除背板厚度为0.1英寸外，所有面板厚度均为0.25英寸。

我们对扬声器进行了测试，比较了其无线和有线输入频率响应。测试主要使用 Arduino NANO 开发板和 Arduino FHT 库，以及一台支持 FFT 功能的示波器。结果表明，该扬声器在无线输入下频率响应精度至少为 200Hz 至 16kHz，在有线输入下频率响应精度至少为 200Hz 至 18kHz。

项目开发工作已经完成，但仍有改进的空间。

• 稍微降低接收信号强度以减少噪声
• 实现法拉第笼兼作扬声器驱动格栅
• 增加 3.5 毫米输出
• 将盒体面板厚度减少至 0.1 英寸，并仅使用含金属丝材进行打印。
• 组合式接收器支架和左侧面板
• 重新设计盒子尺寸，以更好地利用体积

要制作一个规格相同的近场音频扬声器，需要以下部件：

此处计算的价格为高估价。所有这些零件都很容易买到，价格低廉，但缺点是运输时间较长。

组装时，可按照以下基本示意图进行操作。

近场音频扬声器团队衷心感谢Shane Oberloier博士在诸多设计选择、工具采购以及项目难题解决方面给予的大力帮助。团队还要感谢OSHE LiDAR团队，在我们忘记携带miniUSB线缆时，他们慷慨地将自己的线缆留在了实验室。此外，团队还要感谢Nicholas Whisman允许我们使用他的Arduino Nano开发板。最后，团队还要感谢Katty和Jon Neill夫妇，是他们启发了我们开展这个项目。