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無線電子工学および電気工学の百科事典 車用のサブウーファー。 パート 1. 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
車には低音が必要です。 この声明は、著者を含む多くの人にとっては些細なことですが、特にこの観点を共有しない人たちに賛成して、明確な良心をもって他の資料を掘り下げることができるように、以下のすべてを前置きします。今号のサロンAV』に掲載されました。 それまでの間、私たちは雑誌ページの割り当てられた量の範囲内で、お金に見合った量の低音を必要なだけ（または望むだけ）、望むだけ（または必要に応じて)。 車の音響の低音セクションの形成原理を理解する際のよく知られた混乱は、主に広告の情報ポリシーによるものであり、多くの場合、参考文献が参照されます。 そこでは、潜在的な購入者は、まずスピーカーのサイズ、次にそのパワー、そして別の神話上の「周波数範囲」を知らされ、勝利の価格コードでそれを完成させます。 全て？ そこにはなかったのです！ ここからすべてが始まります。 英語では、スピーカー自体をドライバー、つまりドライブと呼びますが、これは非常に正しいです。 エンジンが車になるために人類が開発したあらゆるものを豊かにすることによってのみ車となるのと同じように、スピーカーはその音響設計においてのみスピーカーになります。 高周波ヘッドと中周波ヘッドの場合、状況は比較的単純です。高周波ヘッドは独自の音響設計を継承し、中周波ヘッドは最小限のサイズを必要とします。 ベーシストはまた別の問題だ。 ここでは、ほぼすべてが音響設計の選択によって決定され、この選択に応じて、出力と周波数範囲の両方、そしてある意味では価格など、報告されるすべてのパラメーターが改訂される可能性があります。 パラメータを上手に選択すれば、最も高価でサラブレッドな低音スピーカーの吐き気を催すようなサウンドを実現できるからです。 キャラバン、キャラバン…。 同誌は音響設計の主な種類について簡単に触れたが、今度は「リスト全体を発表」するときが来た。 それほど長くはありません:
あらゆる低周波音響設計の課題は、「分割して征服する」という古代の原則に従って解決されます。 「分離する」とは、ディフューザーの一方の側から発せられる振動が、ディフューザーのもう一方の側によって生成される振動から、最初の側と同時かつ逆位相で何らかの方法で分離されなければならないことを意味します。 「征服」とは、このように「余分な」音波を遮断することで、さまざまな方法で行動できることを意味します。 歴史的に見て、最初の音響設計は音響スクリーンでした。 彼は、ディフューザーの一方の側からもう一方の側への振動を許さず、ディフューザーの表側と裏側の間の最短距離がディフューザーの半波長に匹敵する周波数まで、振動が互いに打ち消し合わないように防御を続けています。発せられる周波数。 そして、この周波数以下では、音響スクリーンが「完全に無能であることを示し」、逆位相の波が互いに好き勝手に消滅することを許可します。 たとえば 50 Hz の周波数での音響短絡を抑制するには、シールドのサイズが 3 メートル×3 でなければなりません。したがって、このタイプの音響設計は、実用的な価値を失って久しいですが、依然として参考として使用されています。スピーカーパラメータを測定するとき。 構造的には、実際に使用されているものの中で最も単純な音響設計は密閉箱（外国語で密閉または密閉）です。 ここでは、不要な振動は断固として冷静に処理されます。ディフューザーの後ろの密閉空間に閉じ込められ、遅かれ早かれ消えて熱に変わります。 この熱の量は無視できますが、音響学の世界ではすべてが小さな摂動の性質を持っているため、この熱力学的交換がどのように発生するかは音響システムの特性と無関係ではありません。 音波がスピーカーのケース内に放置されると、エネルギーのかなりの部分がケース内に含まれる空気の体積によって消散され、わずかではありますが発熱し、空気の体積の弾性が変化します。さらに剛性を高める方向へ。 これを防ぐには、内部容積を吸音材で満たします。 この素材（通常、綿ウール、天然、合成、ガラスまたは鉱物）は音を吸収すると同時に、熱も吸収します。 吸音繊維の熱容量は空気の熱容量よりもはるかに大きいため、温度上昇ははるかに小さくなり、実際よりもはるかに大きな体積がその後ろにあるように見えるダイナミクスです。 実際には、この方法で、幾何学的ボリュームと比較して「音響」ボリュームを 15 ～ 20% 増加させることが可能です。 これは、多くの人が信じているような定在波の吸収ではなく、密閉型スピーカーに吸音材を導入する主なポイントです。 このタイプの音響設計のバリエーション (よく考えられているように、以前のタイプではありません) が、いわゆる「無限スクリーン」です。 英語の情報源では、このタイプの設計は無限バッフルまたはフリーエアと呼ばれています。 どの名前も同様に方向感覚を失わせるものです。 ここにいる私たちは全員大人であり、実際には無限の画面はあり得ないことを理解しています。 実際、無限スクリーンは容積が非常に大きい閉じた箱であると考えられているため、その中に閉じ込められた空気の弾性はディフューザーサスペンションの弾性よりもはるかに小さいため、スピーカーはこの弾性と特性に気付かないだけです。スピーカーシステムの性能はヘッドのパラメータのみで決まります。 境界線がどこを通過し、そこからボックスの体積がいわば無限になるかは、スピーカーのパラメーターによって異なります。 しかし、このような量の実際的な問題を解く場合には、 常にトランクの内部容積は、たとえ小さな車であっても、大きなスピーカーであっても「無限に大きい」音量反応を与えることがわかります。 もう XNUMX つは、すべてのスピーカーがそのような設計でうまく機能するわけではないということですが、これについては、音響設計のためのスピーカーの選択について説明するときに別途説明します (またはその逆)。 車の音響の低周波セクションの音響設計としての密閉ボックスの (一見) シンプルさにより、このソリューションには他のより洗練された設計には見られない多くの利点があります。 まず、特性の計算が簡単 (またはほぼ簡単) です。 閉じたボックスには、内部ボリュームというパラメータが XNUMX つだけあります。 十分に努力すれば、正しいものを選択できます。 ここでの誤差の範囲は最小限に抑えられます。 第二に、ゼロまでの周波数範囲全体で、ディフューザーの振動はボックス内の空気量の弾性反応によって抑制されます。 これにより、スピーカーの過負荷や機械的損傷の可能性が大幅に減少します。 これがどれほど快適に聞こえるかはわかりませんが、熱心な低音愛好家にとって、密閉箱内のスピーカーは時々燃えますが、「吐き出す」ことはほとんどありません。 第三に、閉じた箱だけが音響フィルターです 二次注文つまり、ヘッドボックス システムの共振周波数よりも低い周波数応答が 12 dB/oct の傾きで減衰します。 つまり、そのような傾きは、符号が反対の場合のみ、特定の周波数以下で自動車の内部容積の周波数応答を持ちます。 推測したり、計算したり、測定したりすると (誰もがそうするように)、低周波数で完全に水平な周波数応答を得ることが可能になります。 第 XNUMX に、ヘッドパラメータとそのボリュームを適切に選択すれば、ベースノートの主観的な認識を主に決定するインパルス応答の分野では、閉じたボックスに匹敵するものはありません。 ここで自然な疑問は、何が問題なのかということです。 すべてが非常に優れている場合、なぜ他のタイプの音響設計が必要なのでしょうか? コツはひとつだけ。 効率密閉箱では、他のタイプの音響設計と比較して最小です。 同時に、同じ動作周波数範囲を維持しながらボックスの体積を小さくすればするほど、その効率は低下します。 電力入力の点で、容積の小さい密閉箱ほど飽くなき生き物はありません。そのため、前述したように、その中のスピーカーは吐き出さないものの、しばしば燃えてしまいます... 次に最も一般的なタイプの音響設計は位相インバーター (ポート型、通気型、バスレフ型) で、ディフューザーの背面からの放射に関してより人道的です。 位相反転装置では、密閉されたボックス内で「壁に当てて」エネルギーの一部が平和目的に使用されます。 これを行うために、ボックスの内部容積は、一定量の空気を含むトンネルによって周囲の空間と連通します。 この質量の値は、ボックス内の空気の弾性と組み合わせて、ディフューザーの背面からエネルギーを受け取り、必要な場所に放射と同位相でエネルギーを放射する XNUMX 番目の振動システムを作成するように選択されます。ディフューザーの。 この効果は、XNUMX オクターブから XNUMX オクターブのそれほど広くない周波数範囲で実現されますが、その範囲内では効率が低くなります。 「無駄がない - 未使用の資源がある」という原則に従って、大幅に増加します。 効率の向上に加えて、 位相反転器にはもう XNUMX つの大きな利点があります。同調周波数付近では、コーンの振動の振幅が大幅に減少します。 これは一見矛盾しているように思えるかもしれません。スピーカーのキャビネットに大きな穴があると、コーンの動きを妨げることができるのです。しかし、それにもかかわらず、これは現実の事実です。 その動作範囲では、位相インバーターはスピーカーに完全な温室状態を作り出し、正確に同調周波数では発振振幅が最小になり、音の大部分がトンネルから放射されます。 ここでは許容入力電力は最大であり、逆に、スピーカーによってもたらされる歪みは最小限になります。 同調周波数を超えると、トンネル内に閉じ込められた空気塊の慣性により、トンネルは音の振動に対する「透過性」がますます低くなり、スピーカーは密閉されたものとして動作します。 同調周波数以下では、逆のことが起こります。慣性の慣性は徐々に消え、最低周波数では、スピーカーはほとんど負荷なしで、つまりケースから取り出されたかのように動作します。 振動の振幅が急速に増加するため、コーンが飛び散ったり、磁気システムに衝突してボイスコイルが損傷したりする危険性があります。 一般に、保護されていない場合は、新しいスピーカーを購入するのが現実的になります。 このような問題を防ぐ手段は、音量レベルを慎重に選択することに加えて、超低周波フィルターを使用することです。 このようなフィルターは、有用な信号がまだ存在しないスペクトルの一部 (25 ～ 30 Hz 未満) をカットすることで、自分の命や財布を危険にさらしてディフューザーが暴走することを防ぎます。 フェーズ・インバーターは、ボックスの容積、断面積、トンネルの長さという XNUMX つのパラメーターが特定のスピーカーに対してすでに選択されているため、パラメーターの選択とチューニングがはるかに気まぐれです。 トンネルは、すでに完成したサブウーファーに対して同調周波数を変更することでトンネルの長さを調整できるように作成されることが非常に多いです。 相互接続された 24 つの振動システムが存在するため、位相インバーターは 18 次の音響フィルターになります。つまり、その周波数応答は理論的には同調周波数より 24 dB/oct 低下します。 （実際はXNUMX歳からXNUMX歳まで）。 車室内に設置した場合、水平方向の周波数応答を得ることはほとんど不可能です。 キャビンのサイズ (したがって、内部音響の周波数応答が上昇し始める特性周波数) とバスレフ同調周波数の比率に応じて、全体の特性は繊細なこぶから狂ったアムール波まで逸脱する可能性があります。 ハンプ、つまり、より低い周波数での周波数応答の滑らかな上昇は、多くの場合、騒がしい空間で低音を最適に主観的に知覚するために必要なものですが、パラメータの選択が失敗した場合に振幅が急激に変化するため、位相反転器が必要になります。まったく不当なことに、ラジカセ（「酒」）というあだ名が付けられています。 公平を期すために、ドスンという効果は閉じたボックスからも実現できることに注意してください。その方法については次回説明します。 適切なサイズのバスレフは、適度な入力電力で非常にクリアで音楽的な低音を実現します。 バスレフ設計のバリエーションとして、パッシブ ラジエーター (またはラジエーター) を備えたスピーカーがあります。 外国語用語: パッシブラジエーター、ドローンコーン。 ここで、ディフューザの後側から得られるエネルギーを利用できるようにする第 XNUMX 振動システムは、トンネル内の空気塊の形ではなく、トンネルに取り付けられていない第 XNUMX ディフューザの形で実装されています。必要な質量に合わせて重み付けすること以外は何でも可能です。 同調周波数では、このディフューザーは最大の振幅で発振し、メインのディフューザーは最小の振幅で発振します。 周波数が上がるにつれて、徐々に役割が変わります。 このタイプの音響設計は、家庭環境では頻繁に使用されていますが、最近まで移動設備では使用されていませんでした。 嫌いな理由は、XNUMX つ目のコーン (通常は同じスピーカーですが、磁気システムとボイス コイルがありません) を入手しようとする不当な努力と、コーンと小さなトンネルを配置する必要がある場所に XNUMX つの大きなコーンを配置するのが難しいことでした。従来の位相反転器。 しかし、ごく最近では、パッシブラジエーターを備えた車用サブウーファーが登場しました - 必要に応じてそれらが必要になりました。 実際のところ、最近の新世代スピーカーは、非常に大きなディフューザー ストロークを備え、少量でも動作するように設計されたものが登場し始めています。 運転中にそれらによって「吹き出される」空気の量は非常に多く、今度はその直径をかなり大きくする必要があります（そうしないと、トンネル内の空気の速度が上がりすぎて、蒸気機関車のようにシューシューという音を立てます）。 また、トンネルの体積が小さく直径が大きいため、トンネルの長さを長くする必要があります。 そのため、このようなヘッド用の従来設計の位相反転器は、長さ XNUMX メートルのパイプで装飾されていることが判明しました。 このような不必要な事故を避けるために、彼らはアクティブ スピーカーと同じディフューザー ストロークを持つパッシブ ラジエーターに必要な振動質量を集中させることを好みました。 XNUMX 番目のタイプのサブウーファーは、自動車の設置でよく使用されます (ただし、前の XNUMX つよりも頻度は低いですが) は、バンドパス スピーカーです。 「対称負荷を備えたスピーカー」（対称負荷）という名前が現れることがあります。 密閉ボックスと位相反転器が音響ハイパス フィルターである場合、バンドパスは、その名前が示すように、ハイパス フィルターとローパス フィルターを組み合わせたものになります。 最も単純なバンドパススピーカーは単一の 4 次 (シングルレフ) です。 それは、いわゆる閉じたボリュームで構成されます。 後部チャンバーと XNUMX 番目のチャンバーには、従来の位相反転装置 (前部チャンバー) と同様にトンネルが装備されています。 スピーカーはチャンバー間の隔壁に設置されており、コーンの両側が完全または部分的に密閉された空間で動作するため、「対称負荷」という用語が付けられています。 伝統的な設計の中で、バンドパススピーカーは効率の点で最も優れています。 この場合、効率は帯域幅に直接関係します。 バンドパススピーカーの周波数応答はベル型です。 フロントチャンバーの適切なボリュームと同調周波数を選択することで、広い帯域幅を持つサブウーファーを構築することができますが、リターンは限られています。つまり、ベルが低くて広い場合もあれば、帯域が狭い場合もあります。非常に効率が高い。 このレーンで。 すると鐘の高さが伸びます。 バンドパスは計算において気まぐれなものであり、製造に最も時間がかかります。 スピーカーはケースの中に埋め込まれているため、取り外し可能なパネルの存在が構造の剛性と気密性を侵害しないように、ボックスを組み立てるにはコツがいります。 サブウーファー、内部および前面音響の周波数特性を一致させることも、よく知られた頭痛の原因となります。 インパルス特性も、特に広い帯域幅では最高とは言えません。 これはどのように補償されますか? まず第一に、前述のように、最高の効率です。 第二に、すべての音はトンネルを通して放射され、スピーカーは完全に密閉されているという事実です。 このようなサブウーファーを配置するとき、想像力のある設置者（またはアマチュア）にかなりの機会が開かれます。 トランクと客室の接合部に、トンネルの口が収まる小さな場所を見つけるだけで十分です。そして、最も強力なバスへの道が開かれます。 特にそのような設備向けに、たとえば JLAudio は、サブウーファーの出力をキャビンに接続することを提案している (そして多くの人が同意している) 柔軟なプラスチックのスリーブ トンネルを製造しています。 掃除機のホースのように、より太くて硬いだけです。 6 つのトンネルを備えた XNUMX 次バンドパス スピーカーはさらに効率的です。 このようなサブウーファーのチャンバーは、約 XNUMX オクターブの間隔で調整されています。 ダブルバンドパスは、スピーカーのコーンの両側にバスレフが搭載されているため、そのような負荷の利点をすべて備えているため、動作帯域での歪みが少なくなりますが、シングルバンドパスと比較して、動作帯域以下での周波数応答の低下が急になります。バンドパス。 中間の位置には、いわゆる準ストリップスピーカーが配置されており、これも直列設定になっており、後部チャンバーがトンネルによって前部に接続され、前部チャンバーが別のトンネルによって周囲の空間に接続されています。 XNUMX チャンバー ストリップライン スピーカーは、従来のストリップライン スピーカーの単なる代替設計実装であり、通常の XNUMX つのスピーカーで構成され、その後それらを隔てる壁が取り除かれます。 低周波音響の音響設計にはさらに XNUMX つのオプションがありますが、それらは存在しますが、実際には使用されていません。 最初の外部要因は音響迷路です。そこでは、コーンの背面からの「エネルギー除去」が長いパイプを通して行われます。パイプは通常、コンパクトにするために折り畳まれていますが、依然としてサブウーファーの寸法が大きくなり、移動式設置では許容できない制限が設けられています。 XNUMX つ目はエクスポネンシャル ホーンで、十分に低いカットオフ周波数を得るにはサイクロピーンな寸法を持たなければなりません。そのため、より多くのスペースがある固定システムであっても低周波リンクで使用することはまれです。車の中で。 XNUMX 番目のタイプは、適用例が XNUMX つだけあり、集中音響抵抗 (非周期膜) の形で非周期負荷がかかるスピーカーです。 私たちはそれを PAS (音響抵抗パネル) と呼んでいました。 このアイデアは、ディフューザーにかかる負荷は、穴の開いたパネルの間に挟まれた高密度の布地や黒いウールの層など、密集した半透過性の障害物であるというものです。 理論的には、このような負荷は本質的に非弾性であり、車のサスペンションのショックアブソーバーと同様に、スピーカーの共振周波数に影響を与えることなく音響エネルギーを減衰させます。 しかし、これは理論上の話です。 しかし、実際には、スピーカーと PAS の間に空気量が存在するため、特性と反応がごちゃ混ぜになり、結果が予測できなくなりました。 したがって、音響設計の主な種類をざっと見てみると、世の中に完璧がないことは明らかです。 どのような選択をしても妥協が必要になります。 そして、妥協の本質をより明確にするために、中間結果を要約することで、この通信会議を本来あるべき形で終了しましょう。 モバイル オーディオの設置での使用の成功を決定する主な要素の観点から、検討したオプションを比較してみましょう。 これらの要因には、次のものが含まれている必要があります。 K.P.D. 特定のタイプの音響設計に固有の効率の値によって、最終的には、必要な音量レベルを達成するためにアンプがどのくらい強力になるかが決まり、同時にスピーカーの寿命がどのくらい難しいかが決まります。 低音域の情報を再生するという観点から最も重要な周波数範囲 40 ～ 80 Hz では、場所は次のように分布しています。 狭帯域バンドパス スピーカー、特に 6 トンネル XNUMX 次のスピーカーがこの分類で優れています。もの。 その後に、広帯域 XNUMX トンネルと従来の位相インバータが続きます。 そして最後に、電力入力が最も必要とされるのは、密閉ボックスと広帯域のシングル バンドパスです。 挿入歪み 低いオクターブ、つまり 30 音域 (80 ～ XNUMX Hz) では、あらゆるタイプの音響設計が低出力レベルで適切に動作します。 位相インバーターとバンドパス スピーカーは他のものより多少優れていますが、それほど優れているわけではありません。 しかし、ハイパワーでライバルは距離を伸ばします。 ここでの最良の結果は、デュアル バンドパス ラウドスピーカーから期待できます。 彼の後ろには単一のバンドパスと位相インバーターがあります。 そして、回路を閉じます。つまり、閉じたボックスとなり、大きな信号振幅で最大の歪みが生じます。 インパルス特性 低音楽器のフロント音を正確に再現することは、おそらく低音音響の主要な品質です。 低音の推進力がぼやけて鈍い場合は、あまり意味がありません。 この点で、閉じたボックスは (正しく計算された場合) 最良の結果を約束します。 シングルバンドパススピーカーは優れたパフォーマンスを持っていますが、帯域幅が増加するにつれて性能が低下します。 インパルス信号に対する最悪の応答は、やはりデュアルバンドパススピーカー、特に広帯域スピーカーです。 正面音響の調整 サブウーファーの仕事は、特定の周波数から始まり、フロント音響の中低音に委ねられるべきです。 密閉ボックスと位相反転器の場合、これは問題ではありません。この周波数と低下の急峻さの両方が外部回路によって決定されるため、システム設計者はクロスオーバー周波数をかなり自由に選択できます。 しかし、狭帯域のバンドパスでは 70 ～ 80 Hz から始まる独自の周波数降下が発生することが多く、すべてのミッドバスが安全に歌を拾えるわけではありません。 同時に、ミッドベースの要件はより複雑になり、クロスオーバーの使用は簡単になりません。 通常の XNUMX ポイント システムに基づいて、上記のすべてを表にまとめてみましょう。
著者: Andrey Elyutin、AvtoZvuk; 出版物: cxem.net
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