Chladni Plate

Voor ons eindproject bij het vak Design Engineering voor Fysici hebben wij een chladni plaat gemaakt. Dit is een trilplaat waaruit, vanwege resonantie, buiken en knopen onstaan waardoor een patroon vormt op de plaat.

Dit is een lijst van alle materialen die je nodig zal hebben.

8 Magneten schijf 8 x 3 mm

4 M8 bouten (15 cm lang)

1 M8 bout (23 cm lang)

19 M8 moeren

1 Speaker (subwoofer tussen de 15-30 Watt)

1 PAM8610 2x15W Audio Amplifier Mini 12V

1 Plywood 6x600x450 mm

3 Plywood 6x450x300 mm

2 Lineaire lager

1 3D print

1 MDF 3x450x300 mm

0.27m^2 Geluidabsorberend materiaal

Fijn zand

De koste kwamen uit op rond 55.61 euro en houd er rekening mee dat onderdelen die demonteerbaar zijn maar voor de helft van de prijs waren mee genomen in het budget.

Gebruik tinkercad om een 3D print te maken die past in de speaker. Dit is noodzakelijk om de speaker niet te beschadigen en het gewicht te verdelen. Maak een afgesneden kegelvorm met 4 inhammen aan de zijkant waar de magneten in passen en aan de bovenkant een schroefdraadgat (zie afbeelding 2). Klik op deze link (tinkercad) voor ons ontwerp. Pas die aan naar eigen afmetingen (zoals diameter van de speaker, grootte van magneten, diepte van schroefgat). Na het printen kan het nog nodig zijn om de randjes te schuren, zodat de magneten passen. Nadat de 4 magneten in de 3D print zijn bevestigd en er niet uitgetrokken kunnen worden (m.b.v een andere magneet bijvoorbeeld), neem je de overige 4 magneten en plak je die aan de buitenkant van de conus. De 3D print zit nu helemaal vast (zie afbeelding 3).

Voor het geluidsdempen en het stabeliseren van de bout die vanuit de 3d print komt hebben wij een doos ontworpen die vastgemaakt wordt aan een plexiglas plaat. Deze doos ontwerpt men via makercase. Voer hier de afmetingen van de gewenste doos in. In ons geval was dit 300 x 300 x 150 mm. Vervolgens kan je met een slider de hoeveelheid gewenste tandjes in de doos aanpassen. Doe er veel tandjes in zodat de doos stevig in elkaar schuift. Zorg ervoor dat alle kanten in elkaar schuiven op één korte kant na. In principe maak je een doos met 1 open uiteinde. Hier gaat je deur komen. In het bovenstuk van de doos maak je 5 gaten. Eentje exact in het midden met een diameter van 15 mm. Verder doe je er 4 in de buurt van de hoeken. Deze krijgen een diameter van 8 mm. Deze gaten ontwerp je met inkscape. Vervolgens maak je een plexiglas plaat met exact dezelfde gaten erin en dezelfde breedte en lengte. Idealiter heeft deze een dikte van ongeveer 6 mm. Deze gaten in de zijkant zijn zo gemaakt dat er exact een M8 bout doorheen gaat passen, het middelste gat is groter gemaakt zodat er een lager in past. Controleer alvast of een M8 bout in deze gaten past en je lager erin past. Het model van deze lager staat bij de materialen dus check even of deze er strak in past. Op de installatie ervan komen we later terug. Zie voor het ontwerp van het lasersnijden de bijlagen.

Foto lager in plaat

Om de speaker aan te drijven is een versterker nodig. Wij hebben de versterker gebruikt die op vooraad is in onze maak ruimte op onze faculteit. Zorg ervoor dat deze versterker kan worden aangesloten op je speaker. Dit ligt aan je speaker natuurlijk, maar het liefst heb je een zo klein mogelijke versterker. Wij hadden de PAM8610 2x15W Audio Amplifier gebruikt. Je kan ook andere versterkers gebruiken zo lang ze een minimale versterking hebben van 15 watt. Voor de speaker zou ik een standaard baffle subwoofer gebruiken. Hij moet namelijk in je doos passen, dus een hele stellage voor de speaker zou in de weg zitten. Voor het verbinden van de versterker aan de speaker hebben wij twee male to female draadjes gebruikt. Deze verbonden we met de draadjes die aan de speaker zaten. Deze hebben aan de ene kant een male connector en zijn aan de andere kant vastgesoldeerd aan de speaker. Zorg ervoor dat je een aux kabel hebt zodat je de input voor de versterker kan aansluiten op je laptop of telefoon.

Voor het monteren van de deur aan de doos moet je een deurscharnier inschroeven. Dit deurscharnier moet uiteraard aan de binnenkant van je doos passen bij het open uiteinde van je doos. Zorg dat de deur goed dicht kan en geef met een marker even aan waar de schroeven gaan komen en boren maar. Tijdens het boren is het handig om alles met lijmklemmen op zijn plek te houden zodat er geen onoverziene verschuivingen plaatsvinden en je deur niet meer past. Zorg ervoor dat ze niet veel langer zijn dan je doos zodat ze niet te ver uitsteken. Alles wat uitsteekt moet je er namelijk af schuren. Het liefst wil je ze ook niet te dik hebben, dan heb je kans dat je doos kapot gaat.

Regel geluidsabsorberend materiaal en snij dit op formaat van de doos. Op de onderkant van de doos laat je een klein gat over waar geen geluidsdempend materiaal zit. In dit gaat gaat je speaker staan. Zorg er ook voor dat er geen geluidsabsorberend materiaal bij de gaten zit waar je bouten en lagers in komen. Laat bij het snijden van geluidabsorberend materiaal wat ruimte aan de randjes over. De doos gaat namelijk in elkaar schuiven, dus hier gaat dan geluidsabsorberen materiaal overlappen. Hierdoor kan je doos niet meer goed sluiten en dit wil men natuurlijk niet. Het vastplakken van het materiaal gebeurt met lijm. Hiervoor hebben wij een lijmpistool gebruikt zodat het snel vastzit.

Nu ga je de doos in elkaar zetten. Als het goed is, kan je alle stukken nu perfect in elkaar schuiven. Als je merkt dat het geluidsdempende materiaal in de weg zit kan je dit nog bijsnijden. Zorg dat alle gladde randen van de doos onderdelen aan de kant met het deurtje komen te zitten. Controleer ook of je speaker in doos past zonder dat de bout erop zit. Als dit het geval is, moet je nog 1 ding checken. Nu kan je de bouten alvast aan hun onderkant in je doos schroeven. Laat de minimale hoeveelheid ruimte aan de onderkant uitsteken zodat je er nog een moer aan kan vastmaken om de bout op zijn plek te houden. Als je hebt gecheckt of alles goed zit en dus ook nog hebt gekeken of je lager goed aansluit kan je de doos defintief in elkaar zetten. Dit doe je door lijm aan te brengen op de tandjes en de doos in elkaar te zetten. Gebruik hiervoor houtlijm. Let op alles behalve de bovenkant van de doos vast te lijmen. Dit maakt het bouwen een stuk gemakkelijker.

Zet nu ook alvast de gewichtsdeler op de speaker met magneten en rijg de M8 bout van 23 cm door het gat heen van de bovenkant van de doos. Dit gaat natuurlijk niet als je de bovenkant van de doos had vastgemaakt. Nu is ook het moment om je trilplaat te halen. Nu gaan we die MDF plaat uit de materialenlijst gebruiken. Maak hierin exact in het midden 1 gat. Doe dit met een kolomboor en maak je MDF plaat op de ondergrond vast als je gaat boren. Dit gat moet exact 8 mm zijn in diameter.

Maak de M8 bouten van 15 cm vast door middel van twee moeren aan beide kanten van het plexiglas en de doos te schroeven. Het plexiglas moet wel helemaal recht zitten. Hiervoor moet je dus controleren op welke hoogte je de moeren vastmaakt. Zie hiervoor de afbeelding voor hoe het eruit moet zien. De beste manier waar op dit gedaan kan worden is door te meten wat de afstand is van je doos tot het plexiglas. Deze lengtes moeten dus bij alle bouten hetzelfde zijn. Om te controleren of het is gelukt raad ik aan een waterpas te gebruiken. Als het goed is heb je nu ook nog een extra bout in het midden van het plexiglas uitsteken. Zet hier een moer op een klein beetje van de bovenkant en leg je MDF plaat op deze moer. Vervolgens zet je deze vast door nog een moer aan de bovenkant van de plaat op de moer vast te draaien.

Als het goed is ziet de opstelling er nu uit zoals in de foto en kan je het gaan testen. Verbind de aux kabel aan je computer of telefoon en ga naar deze website: Online Tone Generator - Free, Simple and Easy to Use. Hiermee kan je verschillende frequenties experimenteren en zien hoe de plaat reageerd. Het is belangerijk om zo fijn mogelijk zand te gebruiken want dan vormen de patronen sneller en mooier.