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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 2. 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
充電… 「それから私はバイオリンの箱の容積を数え始めました、そしてこの作業は長くて刺激的でした。...容積を減らすことはできません - バイオリンは歯擦音を立て、鈍くつぶやき始めます。増やすと、キーキー鳴ります。」突き刺さるようにすると、低音は鈍くなり、弱くなります...」、A.A. G.A. ウェイナー、「ミノタウロスの訪問」。 コンテキスト 会話の前の部分では、さまざまな種類の音響設計の良い面と悪い面が何であるかが明らかになりました。 今では「目標は明確です、仕事に取り掛かりなさい、同志たち。」そのような幸運はありません。 まず、音響設計は、スピーカー自体が設置されておらず、さまざまな程度の注意を払って組み立てられた単なる箱です。 また、どのスピーカーを取り付けるかが決まるまで組み立てることができないこともよくあります。 第二に、これが車のサブウーファーの設計と製造における主な楽しみです。サブウーファーの特性は、たとえ最も基本的なものであっても、それが動作する車の特性の文脈からほとんど外れることはありません。 XNUMX番目もあります。 どのような種類の音楽にも等しく適応するモバイル スピーカー システムは、めったに達成されることのない理想です。 優れた設置業者は、通常、オーディオ設置を注文したクライアントから「読み取り」を行う際に、完成後に注文したシステムでクライアントが聞くことになるサンプルを持参するよう依頼するという事実によって見分けられます。 ご覧のとおり、決定には多くの要因が影響しており、すべてをシンプルで明確なレシピにまとめる方法はありません。そのため、モバイル オーディオ インスタレーションの作成は、芸術と強く関連した職業に変わります。 しかし、まだいくつかの一般的なガイドラインの概要を説明することができます。 ツィフィル 私は、臆病で怠け者で人道的教育を受けた人々に急いで警告します。公式は事実上存在しません。 できる限り、忘れられていた暗算方法である電卓を使わずにやろうとします。 サブウーファーは、代数を使って調和を測定することが絶望的な作業ではない、自動車音響学における唯一のリンクです。 もっと率直に言うと、計算なしにサブウーファーを設計することはまったく考えられません。 スピーカーのパラメータは、この計算の初期データとして機能します。 どれの？ はい、店内で催眠術をかけられるものではありませんのでご安心ください。 低周波スピーカーの特性を、最も近似的なものであっても計算するには、無数にある電気機械パラメーターを知る必要があります。 これは、共振周波数、移動システムの質量、磁気システムのギャップの誘導、および理解できるようであまり明確ではない少なくとも XNUMX 個の指標です。 動揺？ 驚かない。 ほんのXNUMX年ほど前、XNUMX人のオーストラリア人、リチャード・スモールとネビル・ティールが動揺していることが判明した。 彼らは、山のようなツィフィリの代わりに、普遍的でかなりコンパクトな特徴セットを使用することを提案しました。これは当然のことながら、彼らの名前を永続させました。 ここで、スピーカーの説明に Thiel/Small パラメータ (または単に T/S) と呼ばれる表を見れば、私が何を言っているのかわかります。 そして、そのようなテーブルが見つからない場合は、次のオプションに進みます。これは絶望的です。 調べる必要がある特性の最小セットは次のとおりです。
固有振動数 音響設計を施していないスピーカーの共振周波数です。 この方法で測定されます。スピーカーは周囲の物体から可能な限り最大の距離で空中に吊り下げられているため、その共振はそれ自体の特性、つまり移動システムの質量とサスペンションの剛性のみに依存します。 共振周波数が低いほど、サブウーファーの性能が良くなるという意見があります。 これは部分的にしか当てはまらず、設計によっては、不必要に低い共振周波数が障害となる場合があります。 参考：低音は20～25Hzです。 20 Hz 未満はまれです。 40 Hz を超えると、サブウーファーとしては高いと考えられます。 完全な品質係数 この場合の品質係数は製品の品質ではなく、共振周波数付近のスピーカーの可動システムに存在する弾性力と粘性力の比率です。 可動スピーカー システムは、スプリングとショックアブソーバーがある車のサスペンションによく似ています。 スプリングは弾性力を生成します。つまり、振動の過程でエネルギーを蓄積および放出します。ショックアブソーバーは粘性抵抗の源であり、何も蓄積せず、熱の形で吸収および放散します。 ディフューザーとそれに付属するすべてのものが振動すると、同じことが起こります。 高い性能指数は、弾性力が優勢であることを意味します。 ショックアブソーバーのない車のようなものです。 小石にぶつかるだけで十分で、車輪は何にも拘束されずにジャンプし始めます。 この振動システムに固有のまさに共振周波数でジャンプします。 スピーカーに適用すると、これは共振周波数での周波数応答のオーバーシュートを意味し、大きいほどシステムの合計品質係数が高くなります。 数千単位で測定される最高の品質係数はベルに属します。その結果、ベルは共鳴周波数以外の周波数で鳴ることを望みませんが、幸いなことにベルにそれを要求する人はいません。 Wiggle で車のサスペンションを診断する一般的な方法は、職人的な方法でサスペンションの品質係数を測定することに他なりません。 ここでサスペンションを整理すると、つまりショックアブソーバーをスプリングと平行に取り付けると、スプリングの圧縮中に蓄積されたエネルギーがすべて戻るわけではなく、ショックアブソーバーによって部分的に損なわれてしまいます。 これはシステムの品質係数の低下です。 さて、ダイナミクスの話に戻ります。 行ったり来たりすることは何もありませんか？ これは便利だと彼らは言います...スピーカーのバネですべてが明確になっているようです。 ディフューザーサスペンションです。 そしてショックアブソーバーは？ ショックアブソーバー - 最大 XNUMX つ、並行して動作します。 スピーカーの完全な品質係数は、機械的要素と電気的要素の 10 つで構成されます。 機械的品質係数は主にサスペンション材料の選択、および主にセンタリングワッシャーによって決定され、時々信じられているように外部の波形によって決定されるわけではありません。 通常、ここでは大きな損失はなく、全体に対する機械的品質係数の寄与は 15 ～ XNUMX% を超えません。 主な貢献は電気性能指数に属します。 スピーカーの振動系で動作する最も剛性の高いショックアブソーバーは、ボイス コイルと磁石の集合体です。 本質的に電気モーターであるため、モーターとして当然であるように、発電機として機能することができます。これはまさに、ボイスコイルの動きの速度と振幅が最大となる共振周波数付近で機能することです。 磁界中を移動すると、コイルは電流を生成します。このような発電機の負荷はアンプの出力インピーダンス、つまり実質的にゼロになります。 すべての電車に装備されているのと同じ電気ブレーキが判明しました。 そこでも、ブレーキをかけると、主モーターが発電機モードで動作することを強制され、その負荷は屋根上のブレーキ抵抗のバッテリーになります。 ボイスコイルが移動する磁界が強くなればなるほど、当然発生する電流の大きさも大きくなります。 それは何であることが判明しました より強力な スピーカーマグネット、テム 以下、他の条件が等しい場合、その品質係数。 しかし、もちろん、巻線の長さと磁気システムのギャップの幅の両方がこの値の形成に関与するため、磁石のサイズのみに基づいて最終的な結論を出すのは時期尚早です。 。 そして予備的なもの - なぜそうではありませんか? ... 基本概念 - スピーカーの合計品質係数が 0,3 ～ 0,35 未満の場合、低いとみなされます。 高い - 0,5以上 - 0,6。 相当量 最新のスピーカー ヘッドのほとんどは、「音響サスペンション」の原理に基づいています。 私たちはそれらを「圧縮」と呼ぶことがありますが、それは間違いです。 コンプレッションヘッドは、音響設計としてホーンを使用するため、まったく別の話になります。 音響サスペンションの概念は、スピーカーのサスペンションの弾性と同等の弾性を有する空気の中にスピーカーを設置することです。 この場合、すでにサスペンションにあるスプリングと並行して、別のスプリングが取り付けられていることがわかります。 この場合の等価体積は、新たに出現したばねと既存のばねの弾性が同等となる。 等価容積の値はサスペンションの剛性とスピーカーの直径によって決まります。 サスペンションが柔らかいほどエアクッションのサイズが大きくなり、エアクッションの存在がスピーカーの邪魔をし始めます。 ディフューザーの直径を変更しても同様のことが起こります。 同じ変位の大きなディフューザーは、ボックス内の空気をより強く圧縮し、それによって空気の体積の弾性のより大きな反比例力を経験します。 多くの場合、音響設計に適合する利用可能な容積に基づいて、スピーカー サイズの選択を決定するのはこの状況です。 大きなコーンは高出力サブウーファーの前提条件を作り出しますが、同時に大きな音量も必要とします。 学校の廊下の端にある部屋のレパートリーからの議論「私にはもっとある」は、ここでは注意して適用する必要があります。 等価体積には共振周波数と興味深い関係がありますが、気づかずに見落としがちです。 共振周波数はサスペンションの剛性と可動システムの質量によって決まり、等価体積はディフューザーの直径と同じ剛性によって決まります。 その結果、このような状況が発生する可能性があります。 同じサイズで同じ共振周波数を持つ XNUMX つのスピーカーがあるとします。 しかし、そのうちの XNUMX つだけが重いディフューザーと硬いサスペンションによってこの周波数値を取得し、もう XNUMX つは逆に、柔らかいサスペンションに軽いディフューザーを使用したためです。 このようなペアの等価体積は、すべての外観が類似しているにもかかわらず、非常に大きく異なる可能性があり、同じボックスに取り付けた場合、結果は劇的に異なります。 したがって、重要なパラメータが何を意味するかを確立したら、いよいよ婚約者の選択を開始します。 モデルは次のようになります。たとえば、このシリーズの前の記事の資料に基づいて、音響設計の種類を決定したと思います。次に、数百の中からそのスピーカーを選択する必要があります。代替案。 このプロセスをマスターすると、その逆、つまり選択したスピーカーに適したデザインを選択することが簡単にできるようになります。 つまり、ほとんど苦労せずに。 閉じた箱 上記の記事で述べたように、密閉ボックスは最も単純な音響設計ですが、原始的とは程遠く、特に自動車においては、他のものに比べて多くの重要な利点があります。 モバイルアプリケーションでの人気はまったく衰えていないので、まずはそれから始めましょう。 密閉箱に設置した場合、スピーカーの特性はどうなりますか? それは単一の数量、つまり箱の容積によって決まります。 音量が大きすぎて話者がほとんど気づかない場合は、無限スクリーンというオプションが考えられます。 実際には、この状況は、ボックス (またはディフューザーの後ろにある他の閉じた容積、またはもっと単純に言えば、隠すもの - 車のトランク) の容積がスピーカーの等価容積を XNUMX 倍または超える場合に達成されます。もっと。 この関係が満たされる場合、システムの共振周波数と総品質係数はスピーカーの場合とほぼ同じままになります。 これは、それに応じて選択する必要があることを意味します。 スピーカー システムの周波数応答が最も滑らかになるのは、合計品質係数が 0,7 に等しいことが知られています。 値を小さくするとインパルス応答が改善されますが、ロールオフはかなり高い周波数で始まります。 全体的に周波数特性は共振付近で立ち上がりがあり、過渡特性が若干劣化します。 クラシック音楽、ジャズ、またはアコースティックのジャンルに重点を置く場合は、品質係数 0,5 ～ 0,7 のわずかに過減衰のシステムが最適な選択となります。 よりエネルギッシュなジャンルの場合は、0,8 ～ 0,9 の品質係数で達成されるボトムスを強調しても問題ありません。 そして最後に、システムの品質係数が 1,2 以上であれば、ラップ愛好家は完全なプログラムに惹かれるでしょう。 おそらく、XNUMX という値は、音楽であると主張するジャンルの限界として認識されるべきです。 また、サブウーファーを車室内に設置する場合、車室内の広さにより、特定の周波数から低音域が上昇することにも留意する必要があります。 周波数応答を開始するための一般的な値は、ジープやミニバンなどの大型車の場合は 40 Hz です。 50の字または「ロース」のような真ん中の場合は60〜70。 小型のタブリアの場合は 75 ～ XNUMX。 これで明らかです。無限スクリーン モード (または、姓が Stillwater Designs によって特許取得されていることを気にしない場合は Freeair) でインストールするには、合計品質係数が少なくとも 0,5、またはそれ以上のスピーカーが必要です。 、そして共振周波数は少なくとも40ヘルツのコマーシャル - 賭け金に応じて60です。 このようなパラメータは通常、かなり硬いサスペンションを意味しますが、これだけが、閉じた容積からの「音響サポート」がない場合にスピーカーを過負荷から救います。 これは例です - Infinity は、Reference および Kappa シリーズのインデックスを持つ同じヘッドのバージョンを生成します br （バスレフ）と ib (無限バッフル)。 たとえば、XNUMX インチのリファレンスの Thiel-Small パラメータは次のように異なります。
オプションであることがわかります ib 共振周波数と品質係数の点で、「そのまま」動作させる準備ができており、共振周波数と等価体積の両方から判断すると、この修正は他の修正よりもはるかに厳しく、位相反転器での動作に最適化されているため、フリーエアの困難な状況でも生き残る可能性が高くなります。 そして、小さな文字に注意を払わずに、XNUMX 滴の水滴のように見えるインデックスを持つスピーカーをこのような状況に運転するとどうなるでしょうか。 br? 品質係数が低いため、周波数応答は約 70 ～ 80 Hz の周波数ですでに崩れ始め、抑制されていない「柔らかい」ヘッドは範囲の下端で非常に不快に感じ、過負荷がかかります。簡単です。 だから私たちは同意しました： 「エンドレス スクリーン」モードで使用するには、高い総合品質係数 (0,5 以上) と共振周波数 (45 Hz 以上) を持つスピーカーを選択する必要があります。これらの要件を主な音の種類に応じて指定します。音楽素材とキャビンの広さ。 さて、「天」の巻について。 同等の体積と同等の体積の中にスピーカーを設置すると、システムは、スピーカーがこのシステムに組み込まれたときの特性とは大きく異なる特性を取得します。 まず、密閉された空間に設置すると、共振周波数が増加します。 剛性は向上しましたが、質量は変わりません。 良さも増します。 自分で判断してください-サスペンションの剛性を高めるために、小さな、つまり揺るぎない空気量の剛性を追加することで、いわばXNUMX番目のスプリングを配置し、古いショックアブソーバーを残しました。 体積が減少すると、システムの品質係数とその共振周波数も同様に増加します。 したがって、たとえば品質係数が 0,25 のスピーカーがあり、品質係数がたとえば 0,75 のシステムが必要な場合、共振周波数も 35 倍になります。 そしてそこのスピーカーは何ですか？ 105ヘルツ？ したがって、周波数応答の形状の観点から、正しい音量では 25 Hz であることがわかり、ご存知のとおり、これはもはやサブウーファーではありません。 それでぴったりです。 ほら、電卓も必要ありません。 別のものを見てみましょう。 共振周波数 0,4 Hz、品質係数 0,75。 システムの品質係数は 47、共振周波数は約 160 Hz であることがわかります。 かなり価値があります。 カウンターを離れずに、箱に必要な金額をその場で見積もってみましょう。 Vas = 6 リットル (または XNUMX cu.ft の方が可能性が高い) と書かれています。 （ここで私は式を書きます - それは簡単ですが、それは不可能です - 私は約束しました）。 したがって、カウンターでの計算のために、私はカンニングペーパーを渡します：低音スピーカーの購入が買い物計画に含まれている場合は、コピーして財布に入れてください：
私たちと一緒に-約50回なので、60〜XNUMXリットルの容量の箱がわかります。それは少し多いでしょう...次の箱に行きましょう。 等々。 考えられる音響設計を実現するには、スピーカーのパラメータが特定の値の範囲内にあるだけでなく、相互にリンクしている必要があることがわかりました。 経験豊富な人々は、このリンケージを Fs / Qts 指標に減らしました。 Fs/Qts値が50以下であれば密閉箱用のスピーカーとして生まれます。 この場合、必要なボックスの体積は、Fs または Vas が小さい方になります。 外部データによると、「生まれながらの世捨て人」は、重いコーンと柔らかいサスペンション（共振周波数が低い）、あまり大きくない磁石（品質係数が低すぎないように）、長いボイスコイル（密閉ボックス内で動作するスピーカーのコーントラベルは、非常に大きな値に達する可能性があります)。 スペースインバーター 人気のある音響設計のもう XNUMX つのタイプは、位相インバーターです。これには、カウンターでの熱烈な要望が込められており、およそ数えることも不可能です。 しかし、彼にとってのダイナミクスの適合性を推定することは可能です。 また、一般的な計算については別途説明します。 このタイプのシステムの共振周波数は、スピーカーの共振周波数だけでなく、位相反転器の設定によっても決まります。 同じことがシステムの品質係数にも当てはまり、車体の体積が一定であっても、トンネルの長さが変化すると大幅に変化する可能性があります。 密閉ボックスとは異なり、位相インバーターはスピーカーの周波数に近い、またはそれよりも低い周波数に同調できるため、ヘッド自体の共振周波数が前の場合よりも高くても「許容」されます。 これは、適切な選択により、コーンが軽量になり、その結果、インパルス応答が改善されることを意味します。位相インバーターの「本来の」過渡応答は最高ではなく、少なくとも密閉ボックスよりも悪いため、これが位相インバーターに必要なものです。 ただし、品質係数はできるだけ低く、0,35 以下であることが望ましいです。 これを同じ Fs / Qts に換算すると、バスレフ用スピーカーを選択する公式は簡単になります。 Fs / Qts 値が 90 以上のスピーカーは、位相反転装置での動作に適しています。 転相岩の外部兆候: 光拡散器と強力な磁石。 バンドパス (ごく簡単に) ストリップスピーカーは、その大音量の利点（他のタイプと比較して最大の効率という意味で）にもかかわらず、計算と製造が最も難しく、経験が不十分な車の内部音響とその特性を一致させることは困難になる可能性があります。音程地獄に陥るので、このタイプを使用します。 音響設計に関しては、手間はかかりますが、無理をせずにスピーカー メーカーの推奨事項を使用する方が良いでしょう。 ただし、まだ手がほどけていて、試してみたくてうずうずしている場合は、シングルバンドパスの場合は、フェーズインバーターの場合とほぼ同じスピーカーが適しており、ダブルまたは準ストリップの場合は、同じか、より望ましいヘッドです。 Fs / Qts 値が 100 以上。 これらすべてを計算する方法は、すでにカウンターから離れています-次回。 著者: Andrey Elyutin、AvtoZvuk; 出版物: avtozvuk.com
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