Формлаб I 2019

Аудиоусилитель Sciber Amploi

Разработка дизайна, эргономики и конструкции бытового аудиоусилителя. Прототипирование. Весь проект поэтапно и в деталях
Этап #1

Постановка задачи

Усилители мы разрабатываем не впервые. Этот — не hi-end, но тем не менее с высоким качеством звука. Может работать в режиме "мост".
Схема компоновки электроники усилителя
Схема компоновки электроники усилителя
На словах: усилитель состоит из корпуса, двух электронных плат, к которым прикреплены два радиатора (по одному на каждую), двух же блоков питания, платы защиты и коммутации и (опционально) платы для пульта ДУ.

Внешние элементы корпуса — лицевая панель, кнопка включения и светодиод, светодиод "клиппинг", регулятор громкости. Опционально — ИК-ресивер для усилителя с пультом ДУ.

На задней панели будут расположены разъёмы — питания, по два входа RCA и XLR для режима "стерео", по одному RCA XLR для режима "моно", четыре выхода типа banana для режима стерео и два — для моно; переключатели: режима Stereo/Mono, переключатели RCA/XLR, а также два разъёма 3,5 jack — IN/OUT.

Регуляторов тембра, баланса и прочего нет и не будет: усилитель позиционируется как устройство для чистого звука — без искажений.
Примерная схема расположения разъёмов и переключателей на задней стенке усилителя
Примерная схема расположения разъёмов и переключателей на задней стенке усилителя
Настоятельно рекомендовано сохранить указанные в техзадании габариты усилителя. Но если всё-таки придётся что-то менять, то только не увеличивать ширину. Сделать корпус чуть уже, чем рекомендовано, можно (но лучше всё-таки уменьшить глубину вместо ширины).

Допускается уменьшение или увеличение высоты. Но при этом следует помнить, что усилитель могут поставить куда-нибудь на книжную полку, и желательно, чтобы он там умещался.

Соединение деталей корпуса — на винтах или болтах. В днище и крышке корпуса, там, где будут радиаторы и блоки питания, нужно предусмотреть вентиляционные прорези. А для притока воздуха к днищу рекомендуется поставить устройство на ножки (пусть невысокие, но они должны быть).

Разъемы и переключатели на задней стенке следует разместить в нише (ниша может быть из любого материала, но панель для разъёмов — только диэлектрическая. Блоки питания внутри корпуса нужно экрнировать с помощью металлического короба без верха и без низа.

Дизайн усилителей других производителей:
Этап #2

Разработка дизайна корпуса

Эскизирование
Дизайн усилителю нужен не только современный, но и "дорогой" — такой народный hi-end. А "дорогой" — это на 99% металлический корпус. На лицевой панели можно использовать так называемый brushed metal (шлифованный металл).

Цветовая гамма — тёмные оттенки серого, чёрный цвета. Но возможны и белый, и серебристый.

Разумеется, на корпусе должно быть место для логотипа производителя и названия модели усилителя.

Черновые эскизы — без проработки:
Варианты получились такими:
Черновые варианты дизайна бытового аудиоусилителя
Черновые варианты дизайна бытового аудиоусилителя
Корректируем черновики (с учётом того, что заказчик подумал, что усилителю не помешает подсветка. Опционально: одна модификация будет с подсветкой, другая — без. Естественно, обе версии на базе одного корпуса). И добавился ещё один светодиод. Теперь вместо одного ("Клиппинг") их будет два — "Клиппинг на входе" и "Клиппинг на выходе":
Чистовые эскизы, первая версия:
Вторая — два наиболее перспективных варианта с разной подсветкой:
Дело близится к финалу, остаётся один претендент:
Победа достаётся варианту 4:
Переходим к моделированию.
Этап #3

Разработка дизайна корпуса

3D-моделирование
Рендер модели:
Заказчик смотрит, как в модель "вписываются" электронные компоненты. Первое замечание — высота коробки недостаточна, как минимум один радиатор выше на несколько миллиметров.

Второе: Пока нет макета, электронные компоненты предварительно поместили в "пробную коробку". И появился вопрос: не упрётся ли регулятор громкости в радиатор?

Расположение компонентов не финальное, но для того, чтобы что-то изменить,нужно всё согласовать.

И третье: электронщики заказчика смогли изменить схему так, чтобы расширить диапазон входных напряжений. Теперь надобность в детекторе клиппинга входного сигнала отпала, то есть от одной электронной платы внутри корпуса рзработчики избавились. Заодно избавились и от одного индикатора, а именно от Clipping Out.

Добавился ещё один элемент: ИК-приёмник на лицевой панели.

Переделываем.
Одновременно ищем место для размещения названия производителя и модели:
Определились. Дизайн сдан. А теперь — слайды рендеры:
Этап #4

Инжиниринг корпуса

CAD-моделирование
Важно — стоимость производства корпуса ограничена. Стараемся удержаться в рамках, а параллельно:

  • слегка изменяем габариты усилителя;
  • "допиливаем" расположение разъёмов и кнопок;
  • добавляем в конструкцию ещё один элемент — резистор с мотором для дистанционной регулировки;
  • перемещаем на переднюю панель кнопку управления подсветкой;
  • определяемся с "ножками".
Разрабатываем дизайн надписей на корпусе:
Этап #5

Инжиниринг корпуса

Конструкторская документация
Этап #6

Прототипирование

Прототип заказываем в Китае.
Текстура поверхностей для прототипа

Цвета и текстуры поверхностей лицевой панели для прототипа

Китайский прототип. Издалека выглядит вроде бы неплохо. Но это если не присматриваться:
Качество сварки жутковатое. Может быть, стоит изменить конструкцию — добавить жёсткости.

Тем временем китайцы в ответ на рекламацию радостно свалили всё на свой новый год и, естественно, поклялись, что "в следующий раз будет лучше".

Ну а пока заказчик собрал прототип...
...и решил изменить расположение некоторых элементов.
А также плату.

Второй прототип из Китая (китайцы действительно исправились и сделали лучше плюс по испытаниям первого прототипа мы внесли свои корректировки):
После этого заказчик оценил производство в Китае. Дорого.

Нашли производство в РФ и решили сделать там опытный образец. Для того, чтобы производство справилось, пришлось немного изменить конструкцию.

Российский прототип:
"Изготовление опытного образца показало, что есть проблемы с напряжением внутри деталей — их выгибало. Можно ли добавить ребра жесткости или есть какие-то альтернативные решения?" — поинтересовался заказчик.

Можно. Переделали модель (совместно было решение изменить и видимый контур световодов) и отправили на изготовление в Китай: там всё-таки дали скидку относительно первоначально заявленной цены производства.
Финальные рендеры — разная подсветка и разные цветовые решения корпуса.
Разработчик аудиоусилителя Sciber Amploi: