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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 3. 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
トンネルの終わりの音 「ヴォロディア、あなたは倉庫にいるでしょう。ファジークのためにポートをつかんでください...」（モスクワのインスタレーションスタジオのXNUMXつで聞こえた） (AvtoZvuk がまだ小さく、サロン AV の傘下にあった頃、サブウーファーに関する三部作の最初の XNUMX 部が出版されました。 何を期待します さまざまなタイプの音響設計と 選び方 クローズドボックススピーカー。 人生について考えて、車の低音兵器を理解して扱うことに決めた人のかなりの部分は、原則として、これはすでに行うことができます。 すべてではありません。 少なくとももうXNUMXつの非常に人気のあるタイプの音響設計があり、その普及率はクローズドボックスに劣りません。 （国内文献における位相反転器、バスレフ、ポートボックス、ベントボックス - 英語では、これらすべては実際、ヘルムホルツ共鳴器のアイデアを音響工学的に実装したものです。アイデアは単純です - 閉じたボリュームは一定の質量の空気が入った穴を使って周囲の空間とつながっている この質量の存在こそが、まさにその空気の柱であり、オスタップ・ベンダーによれば、この空気はどんな労働者にも圧力をかけ、ヘルムホルツ共鳴器が作動すると驚異的な働きをするという。ここでは、ドイツの物理学者にちなんで名付けられたトリッキーな物体が、（ブルジョワの港や通気口にある）トンネルのありふれた名前を獲得しています。 位相反転器はどのように動作するのでしょうか? スピーカーのケースにきちんと作られた一定の大きさの穴の存在が、アンサンブル全体の作業に劇的な影響を与えるのはなぜでしょうか? すでに述べたように、ちなみに、この壮大なキャンバスの前の部分では、位相反転トンネルは、厳密に定義された時間、スピーカー ボックス内で発生する音波を遅延させ、スピーカーによって生成されるのと同じ位相で外部に放出する役割を果たします。 「前」側。 ここでは、野生では、彼らは自分たちのデシベルを組み合わせて、（正しい計算で）十分ではないと思われるように耳を打ちます。 実際、クローズドボックスと比較して効率が向上する位相インバーターが好まれるのはこのためです。 しかしそれだけではありません。 信号の忠実度が裏付けられていない場合、ブルート フォースは議論の対象になりません。 ここで私たちが意味するのは、位相インバーターのもう 200 つの、それほど重要ではない機能、つまりディフューザー振動の大幅に低い振幅で必要な音圧を生成する機能です。 これはやや逆説的に聞こえます。 ディフューザーの振動を抑制するのはディフューザーの背後にある密閉容積の存在であることは誰もが知っていますが、なぜ「漏れのある」ケースではそれらが突然小さくなるのでしょう? そして、言われたように、質量のため。 そのため、位相反転装置のハウジングの穴はかなり長いトンネル、言い換えれば、内部に一定量の空気を保持するパイプとして作られています。 XNUMX Hz を超える比較的高い周波数では、トンネル内の空気塊の慣性により、トンネルが音響的に完全に不透明になります。 完全に封鎖されたような感じです。
周波数が低くなると、ボックス内で脈動する圧力がボックスを後ろから押すため、トンネル内のエアポケットが生き生きと動き始めます。 気団の慣性は、気団がそれに作用する波に合わせて移動するのではなく、何らかのシフトを伴って移動するという事実につながります。 このシフトは位相が 180 度に達します。つまり、バスレフ同調周波数と呼ばれる特定の周波数でディフューザーの背面から放射される音波と位相がずれ始めます。
ここでは、スピーカーのほぼすべての努力が、トンネル内の扱いにくい空気塊を揺動させることに費やされるため、自然振動はほとんど残っておらず、ディフューザー振動の振幅は最小限になります。 （そして、音が聞こえてきます。なんと素晴らしい音でしょう！ただ、この周波数では、そのほとんどすべてがトンネルから来ているというだけです）。 そして、耳に目立つ歪みを引き起こすのはまさにコーンの振動の大きな振幅であるため、サウンドの面では最も有利な状況となります。 しかし、周波数がさらに低くなると、事態は悪い方向に変化し始めます。非常にゆっくりとした低周波振動の場合、トンネル内の空気の質量はもはや慣性を持たず、ディフューザーの裏側がそれを空気のポンプのように前後に送り出します。ポンプ。
この場合、あたかもスピーカーがケースにまったく取り付けられていないような状況が発生します。つまり、通常の音響ショートのように、ディフューザーの背面と前面からの波が逆位相で出会い、ほとんど互いに食い込みます。回路。 したがって、同調周波数以下では、位相反転器の出力は密閉ボックスの出力の XNUMX 倍の速度で低下します。 しかし、さらに悪いことに、ディフューザーは何も減速しなくなり、非常に低い周波数での振動の振幅が単純に壊滅的に増加し始めます。 一部の、通常はサラブレッドのクロスオーバーやアンプに搭載されているサブソニック フィルターは、ほぼもっぱらこのバスレフの悪い習慣を打ち消すために作られています。 では、プロジェクトの音響設計として位相インバーターを選択すると、正確には何が得られるのでしょうか? ((すぐに警告したいのですが、これを目的としたコンピュータープログラムなしで位相反転器の計算は可能であり、そのための計算式とノモグラムがあります。しかし、XNUMX 年紀の境目では、そのような方法を他の方法で認定することはできません)マゾヒズムよりも。 これが（ほぼ）すべてを説明する図です。 パラメーターにおいて位相インバーターへの設置に適した 10 インチのスピーカーが取り上げられ、それに最適な位相インバーター (20 リットル、42 Hz に調整) に設置されたときに得られる特性と、同じ体積の閉じた箱をシミュレートします。
150 つの黒い曲線の上のほうは、もちろん私たちのものです。 密閉ボックスと比較して、約 60 Hz 未満の周波数帯域全体にわたって、出力は大幅に高くなります。 「本質的に」とはどういう意味ですか? 見てください。たとえば 4 Hz の周波数では、その差は約 2,5 dB です。 これはアンプの出力を100倍に高めることに相当します。 つまり、控えめな 250 ワットのアンプでは、このようなサブウーファーは XNUMX ワットが接続されているかのように再生されます。 同じお金で。 しかし、ディフューザー振動の振幅の周波数依存性を表す赤い曲線から、私たちの曲線はより低いものになります。 低音エネルギーの大部分が集中する場所 (100 Hz 以下) では、振幅が低下し始め、密閉ボックス内よりもはるかに低いままですが、生成される音圧は XNUMX 倍になります。 同時に、密閉ボックス付近では発振振幅が着実に増大し、最大値として指定された電力が印加されると、すでに動作範囲 (赤い点線) を超えて 70 Hz に達し、それ以下では一般に災害が発生します。 そこでは、低音を伴うおなじみのラ音が生成されます。 位相反転器では、振幅の猶予が約 30 Hz まで続き、そこで振幅がたゆまぬ成長を始めます。 ただし、そこにはすでにほとんど音が存在しないため、スペクトルのこの部分をサブトーンフィルター（存在する場合）で「覆い隠し」、真の可聴範囲での歪みを最小限に抑えて衝撃効率を楽しむのは理にかなっています。 "素晴らしい！" - せっかちでデシベルに飢えた読者は叫んでこれらのページを閉じ、すぐに自分のサブウーファーの穴を修理しに行くでしょう。 同志、やめて！ 次に何が起こるか見てみましょう。 すべてを変更せずに、20リットルの箱から古いスピーカーを取り出し、密閉ケースで動作するように設計された別のスピーカーを取り付けます。
グラフの一番下にある、閉じたネイティブボックスでの彼の特徴は非常に素晴らしかったです。 そして、位相反転器に変換された後は、上のもののようになり、50 Hz から 100 Hz の間で顕著な「スラップ」音が発生します。 このような組み合わせが作成された結果として、位相インバータは一時、ラジカセ (「酒」) という侮辱的なあだ名を付けられ、後にある種のポータブル ラジオに今度はまったく正しく使用されました。 XNUMX人のスピーカーの違いは何でしたか？ 与えられた音響設計に対して一定の調和を保たなければならない XNUMX つのパラメータが、そうでなければ、ここで音を鳴らすすべての人にいわば希望を残します。 これらのパラメータは、共振周波数 Fs と総品質係数 Qts です。 「密閉型スピーカー」の場合は Fs = 25 Hz、Qts = 0,4、「位相反転器」の場合は 30 Hz、0,3 でした。その差はそれほど大きくないように見えますが、結果は大きく異なります。かつて発明されたパラメータ Fs / Qts は、誰が誰であるかをすぐに示します。最初の話者の値は 62,5、100 番目の話者の値は 100 です。ルールは単純です。Fs / Qts が 90 より著しく小さい場合は、「位相」という言葉を忘れてください。インバーター」。近い場合、またはそれ以上の場合は、もう一度思い出して、閉じたボックスのことは忘れてください。約100〜XNUMX - 「トワイライトゾーン」。特定の譲歩があれば、どちらかを使用できます。 しかし、自分の主張に固執して、スピーカーに珍しいデザインを押し付けたらどうなるでしょうか? ドラマが紙の上とコンピューターの画面上で、つまり「血の少ない、外国の領土で」展開される限り、試してみましょう。 まず、「位相反転スピーカー」を閉じたボックスに入れ、唯一のパラメーターであるこのボックスの音量を変化させてみます。
グラフには 50 つの曲線があります。 最も平坦な状態 - 容積 100 リットルのボックスに設置した結果、最も急な勾配は 10 Hz 未満 - ボックス容積 20 リットルです。 そして真ん中 - XNUMXリットルの容量の私たちのオリジナルの特徴。 音量は、非常に小さい値から実用的ではないほど大きい値に変化しますが、良い特徴はありません。小さくなり始めるのが早すぎるか、または小さくなりすぎるかのどちらかです。
次のグラフからわかるように、密閉ボックス用に生まれたスピーカーは、かなり顕著な「ハミング」特性 (上の曲線) を受け取りながら、最適な音量 (中央の曲線) に達するか、音量を「カット」する能力を備えています。 10リットルの体積で得られます）。 およびその逆？ 「密閉型」スピーカーをフェーズ・インバーターに取り付ける場合、フラットな周波数応答が得られるようにセットアップすることは可能ですか? 理論的には - はい、位相反転器の利点は、一定の体積でトンネルの直径と長さを変更することで周波数を調整できることです (実際には、もちろん常に長さです)。 上部のまったくひどい曲線 (容量 20 l、同調周波数 50 Hz) で実験を開始し、徐々に位相インバーターを再構築し、突然、同調周波数 20 Hz で、非常に良好な曲線になっていることに気付きます。曲線（グラフの下側）。
オパンキ、これにどのトンネルが必要かを計算しましょう - さあ、行きましょう! コンピューターの 20 秒の時間の後、20 リットルの容積を 75 Hz の周波数に調整するには、直径 1 mm、長さ 65 メートル XNUMX センチメートルのトンネルが必要であることがわかります。ミニチュアの女性と同じくらいの高さですが、コンパクトなサブウーファーの細部ほど小さくありません。 しかしその一方で、「位相インバーター」スピーカーを使用すると、最小限の手間（パイプを押す - パイプを押す）で、イコライザーと同じように周波数を再構築できます。 グラフは、35 ～ 52 Hz のトンネル同調周波数範囲でのこのようなアクティビティの結果を示しています。これには、190 ～ 400 mm のトンネル長が必要でしたが、最大値であっても何が起こるかはわかりません。
サブウーファー物語の次の部分 (もちろん、最後の部分ではありません。このテーマは無限であり、神は慈悲深く、著者の寿命を延ばしてくれるかもしれません) では、私たちの計画の実際的な実装の問題を直接扱います。 - 自分でやりたい人、または有能なインストーラーの作業と無知なハッキングの試みを区別できるようにしたい人向け。 同意します - タクシーに乗っているときでも、ソコルニキからイズマイロヴォへの道はどういうわけかチェルタノヴォから離れたところを通過していることを知っておくと便利です... 著者: Andrey Elyutin、AvtoZvuk; 出版物: avtozvuk.com
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