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無線電子工学および電気工学の百科事典 バスレフの理論と実践。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
イタリアの音響学者による記事は、著者の許可を得てここに転載されていますが、当初のタイトルは Teoria e pratica del condotto di accordo でした。 直訳すると「バスレフの理論と実践」です。 私たちの意見では、このタイトルは記事の内容に形式的にのみ対応していました。 実際、私たちはバスレフの最も単純な理論モデルと練習によって準備される驚きとの関係について話しています。 しかし、これは形式的かつ表面的なものにすぎません。 しかし本質的に、この記事には、編集メールから判断すると、バスレフサブウーファーを計算および製造するときによく発生する質問に対する答えが含まれています。 質問 XNUMX: 「昔から知られている公式に従ってバスレフを計算した場合、完成したバスレフは計算された周波数を持ちますか?」 私たちのイタリア人の同僚は、これまでにバスレフで約十匹の犬を食べてきたが、「いいえ、うまくいきません」と答えました。 そして彼は、なぜそれが機能しないのか、そして最も重要なことに、それがどのように正確に機能しないのかを説明します。 質問 XNUMX: 「トンネルを計算しましたが、長すぎてどこにも収まりません。どうすればよいですか?」 そしてここで、署名者は非常に独創的な解決策を提供しているため、タイトルに彼の作品のこの側面を入れています。 したがって、新しいタイトルのキーワードは、新ロシア語ではなく（そうでなければ、「要するに、バスレフ」と書くでしょう）、まったく文字通りに理解する必要があります。 幾何学的に。 そして今、シニョール・マタラッツォが発言する立場にあります。 バスレフ：要するに！
図 1. ヘルムホルツ共鳴器の図。 そこからすべてが生まれます。
図 2. クラシックなバスレフ設計。 この場合、壁の影響は考慮されていないことが多いです。
図 3. トンネルの端が自由空間にあるバスレフ。 ここには壁の影響はありません。
図 4. トンネルは完全に屋外に持ち出すことができます。 ここでもまた「仮想延長」が発生します。
図 5. 別のフランジを作成することで、トンネルの両端に「仮想延長」を得ることができます。
図 6. ボックスの壁から離れた位置にあるスロット トンネル。
図 7. 壁の近くにあるスロット トンネル。 壁の影響の結果、その「音響」長さは幾何学的な長さよりも長くなります。
図 8. 円錐台の形をしたトンネル。
図 9.円錐形トンネルの主な寸法。
図 10. 円錐形トンネルのスロット バージョンの寸法。
図 11. 指数トンネル。
図 12. 砂時計の形をしたトンネル。
図 13. 砂時計の形をしたトンネルの主な寸法。
図 14. 砂時計のスロット バージョン。 魔法の公式 著者の電子メールで最も一般的な要望の 185 つは、ACS 読者がバスレフを自分で計算できる「魔法の公式」を提供してほしいというものです。 これは原理的には難しくありません。 バスレフは「ヘルムホルツ共鳴器」と呼ばれる装置を実装した例の1つです。 それを計算するための式は、そのような共振器の最も一般的でアクセスしやすいモデルとそれほど複雑ではありません。 コカ・コーラの空のボトル (アルミ缶ではなく単なるボトル) は、XNUMX Hz の周波数に同調されたまさにそのような共振器であることが確認されています。 しかし、ヘルムホルツ共鳴器は、徐々に使われなくなりつつある人気の飲み物のこのパッケージよりもはるかに古いものです。 ただし、古典的なヘルムホルツ共鳴回路はボトルに似ています (図 XNUMX)。 このような共振器が機能するためには、その共振器の体積 V と、断面積 S および長さ L のトンネルがあることが重要です。これを知ると、ヘルムホルツ共鳴器 (またはバスレフ) の同調周波数が決まります。同じこと) は、次の式を使用して計算できるようになりました。
ここで、Fb は Hz 単位の同調周波数、c は 344 m/s に等しい音速、S は平方メートル単位のトンネル面積です。 m、L はトンネルの長さ (m)、V はボックスの体積 (立方メートル) です。 メートル。 バスレフ設定が、取り付けられるスピーカーのパラメーターに依存しないという意味で、この公式はまさに魔法です。 ボックスの容積、トンネルの寸法、チューニングの周波数は完全に決定されます。 すべてが完了したように見えます。 始めましょう。 容量が50リットルの箱があるとします。 50Hz設定のバスレフ型エンクロージャーにしたいと考えています。 トンネルの直径は8cmに決定しました。先ほどの計算式によれば、トンネルの長さが50cmであれば同調周波数は12,05Hzとなります。すべての部品を丁寧に製作し、組み立てて構造化します。 、図のように。 2 そして確認するために、バスレフの実際の共振周波数を測定します。 そして、驚いたことに、式が示すように、これは 50 Hz ではなく、41 Hz であることがわかります。 何が問題になったのでしょうか?どこで間違ったのでしょうか? どこにもない。 私たちが新しく構築したバスレフは、図に示すように作られた場合、ヘルムホルツの公式によって得られる周波数に近い周波数に調整されることになります。 3. このケースは、式で説明されている理想的なモデルに最も近いものです。ここでは、トンネルの両端が「空中にぶら下がっており」、障害物から比較的遠くにあります。 私たちの設計では、トンネルの端の 18 つがボックスの壁と一致します。 トンネル内で振動する空気にとって、これは無関係ではなく、トンネルの端にある「フランジ」の影響により、仮想的な伸びが発生します。 バスレフは、トンネルの長さが実際の 12 cm ではなく、XNUMX cm であるかのように構成されます。 トンネルがボックスの完全に外側に配置され、再び一方の端が壁に揃う場合にも、同じことが起こることに注意してください (図 4)。 トンネルの「仮想伸び」とそのサイズの間には経験的な関係があります。 円形のトンネルの場合、その 0,85 つのセクションがボックスの壁 (または他の障害物) から十分に離れた位置にあり、もう XNUMX つのセクションが壁の平面内にある場合、この伸びは約 XNUMXD に等しくなります。 ここで、すべての定数をヘルムホルツの式に代入し、「仮想伸び」の補正を導入し、すべての寸法を従来の単位で表すと、直径 D のトンネルの長さの最終式が得られ、確実に調整されます。周波数 Fb に対するボリューム V のボックスは次のようになります。
ここでは、私たちが慣れているように、周波数はヘルツ、体積はリットル、トンネルの長さと直径はミリメートルです。 得られた結果は、計算段階で最終の長さに近い長さの値を取得して必要な同調周波数の値を得ることができるだけでなく、トンネルを短縮するための一定の予備を開くことができるため、価値があります。 すでにほぼ5つの直径を獲得しています。 図に示すように、両端にフランジを作成することで、同じ同調周波数を維持しながらトンネルをさらに短くすることができます。 XNUMX. さて、どうやらすべてが考慮されており、この公式を武器にして、私たちは自分自身が全能であると想像しています。 ここで困難が待っています。 最初の難しさ 最初の (そして主な) 問題は、これです。比較的小さな体積のボックスをかなり低い周波数に調整する必要がある場合、トンネルの長さの式に大きな直径を代入すると、より長い長さが得られます。 より小さな直径を代用してみましょう - そうすればすべてうまくいきます。 直径が大きい場合は長さが長くなり、直径が小さい場合は長さが短くなります。 それのどこが悪いんだい？ これが何です。 移動中、スピーカー ディフューザーの背面は、バスレフ トンネルを通して実質的に非圧縮の空気を「押し出し」ます。 振動する空気の体積は一定であるため、トンネル内の空気速度はディフューザーの振動速度の何倍になりますか、トンネルの断面積はディフューザーの面積の何倍より小さいかになります。ディフューザー。 ディフューザーの数十倍小さいトンネルを作ると、トンネル内の流速は速くなり、毎秒25～27メートルに達すると、必然的に乱流やジェット騒音が発生します。 音響システムの偉大な研究者 R. スモールは、トンネルの最小断面積がスピーカーの直径、ディフューザーの最大ストローク、バスレフの同調周波数に依存することを示しました。 Small は、最小トンネル サイズを計算するための、完全に経験に基づいた、問題のない公式を提案しました。
スモールは、スピーカーの直径 Ds、コーンの最大ストローク Xmax、およびトンネルの最小直径 Dmin がインチで表されるように、彼の通常の単位で式を導き出しました。 バスレフ同調周波数は、通常どおり、ヘルツ単位です。 現在、物事は以前ほどバラ色ではないようです。 適切なトンネル直径を選択すると、信じられないほど長くなることがよくあります。 また、直径を小さくすると、中出力でもトンネルが「笛を吹く」可能性があります。 ジェット騒音自体に加えて、小口径のトンネルにはいわゆる「オルガン共鳴」が発生する傾向があり、その周波数はバスレフ同調周波数よりもはるかに高く、高流量時の乱流によってトンネル内で励起されます。料金。 このようなジレンマに直面したとき、ACS 読者は通常、編集者に電話をかけて解決策を求めます。 シンプル、ミディアム、エクストリームの XNUMX つを持っています。 小さな問題の簡単な解決策 計算されたトンネルの長さがハウジングにほぼ収まり、同じ設定と断面積で長さをわずかに短縮するだけでよい場合は、円形トンネルの代わりにスロット付きトンネルを使用し、それはハウジングの前壁の中央ではなく（図６のように）、側壁の１つに近い（図７のように）。 次に、ボックスの内側にあるトンネルの終わりでは、隣にある壁によって「仮想伸長」の効果が影響を受けます。 実験によると、断面積と同調周波数が一定の場合、図に示すトンネルは次のようになります。 図6の設計よりも約7%短いことがわかります。 7. スロット付きバスレフは、原則として、円形バスレフよりもオルガンの共鳴が起こりにくいですが、さらに身を守るために、狭いフェルト片の形で吸音要素をトンネル内に取り付け、壁に接着することをお勧めします。トンネルの長さの 15 分の 6 の領域の内面。 これは簡単な解決策です。 足りない場合は真ん中の項目に進む必要があります。 より大きな問題に対する中程度の解決策 中程度の複雑さの解決策は、図に示すように、円錐台の形状のトンネルを使用することです。 8. このようなトンネルを使った私の実験では、ジェット騒音の危険なしに、スモールの公式に従った最小許容値と比較して入口開口部の断面積を減らすことが可能であることがわかりました。 さらに、円錐形のトンネルは、円筒形のトンネルよりも臓器の共鳴が起こりにくいです。 1995 年に、私は円錐形のトンネルを計算するプログラムを書きました。 これは、円錐形のトンネルを一連の円筒形のトンネルに置き換え、逐次近似によって、一定断面の従来のトンネルを置き換えるのに必要な長さを計算します。 このプログラムは誰でも使えるように作られており、ACS マガジンの Web サイト audiocarstereo.it/ の ACS ソフトウェア セクションからダウンロードできます。 DOS で動作する小さなプログラムで、自分でダウンロードして計算できます。 しかし、別の方法で行うこともできます。 この記事のロシア語版を作成する際、CONICO プログラムを使用した計算結果が表にまとめられ、そこから完成版を取得できます。 この表は直径 80 mm のトンネルについて編集されています。 この直径値は、コーン直径 250 mm のほとんどのサブウーファーに適しています。 式を使用して必要なトンネルの長さを計算したら、最初の列でこの値を見つけます。 たとえば、計算によると、たとえば容積 400 リットルのボックスを 30 Hz の周波数に調整するには、長さ 33 mm のトンネルが必要であることがわかりました。 このプロジェクトは簡単ではなく、そのような箱の中にこのようなトンネルを設置するのは簡単ではありません。 次の 400 つの列を見てください。 これは、プログラムによって計算された同等の円錐形のトンネルの寸法を示しています。その長さは 250 mm ではなく、わずか 9 mm になります。 それは全く別の問題です。 表内の寸法の意味を図に示します。 XNUMX.
表 2 は、直径 100 mm の初期トンネルについてまとめたものです。 これは、300mm ドライバーを備えたほとんどのサブウーファーに適合します。 このプログラムを自分で使用することにした場合は、円錐台の形のトンネルは母線の傾斜角 a が 2 ～ 4 度で作成されることを覚えておいてください。 この角度を 6 ～ 8 度より大きくすることはお勧めできません。この場合、トンネルの入口 (狭い) 端で乱気流やジェット騒音が発生する可能性があります。 ただし、テーパが小さい場合でも、トンネルの長さはかなり大幅に短縮されます。 円錐台状のトンネルは、必ずしも断面が円形であるとは限りません。 通常の円筒形と同様に、スロット付きの形で作成した方が便利な場合があります。 平らな部品から組み立てられるため、通常はさらに便利です。 円錐形トンネルのスロット付きバージョンの寸法は表の次の列に示されており、これらの寸法が何を意味するかは図に示されています。 10. 従来のトンネルを円錐形のトンネルに置き換えることで、多くの問題を解決できます。 すべてではありません。 場合によっては、トンネルの長さが非常に長くなり、30 ～ 35% 短縮しただけでは不十分な場合があります。 このような深刻なケースには... ...大きな問題に対する究極のソリューション 極端な解決策は、図に示すように、指数関数的な等高線を持つトンネルを使用することです。 このようなトンネルの場合、断面積は最初に徐々に減少し、次に同様に滑らかに最大値まで増加します。 特定の同調周波数のコンパクトさ、ジェットノイズや器官の共鳴に対する耐性の観点から、指数関数的トンネルに匹敵するものはありません。 しかし、円錐形のトンネルの場合と同じ原理に従って輪郭が計算されたとしても、製造の複雑さの点では同等のものはありません。 実際に指数関数的トンネルの利点を引き続き活用できるようにするために、私はそれを修正したものを考え出しました。それは「砂時計」と呼ばれるトンネルです (図 11)。 砂時計のトンネルは、円筒形の部分と 12 つの円錐形の部分で構成されているため、外観は古代の時間を測定するための装置に似ています。 この形状により、一定の断面を持つ元のトンネルと比較して、トンネルを少なくとも XNUMX 倍、またはそれ以上短くすることができます。 また、砂時計を計算するプログラムも作成しました。このプログラムは ACS Web サイトにあります。 円錐形のトンネルの場合と同様に、ここに既製の計算オプションを含む表があります。
表 3 と表 4 の寸法が何を意味するかは、図から明らかになります。 Ｄおよびｄは、それぞれ、円筒形部分の直径および円錐形部分の最大直径であり、Ｌ１およびＬ２は、その部分の長さである。 Lmax は砂時計型トンネルの全長で、どれだけ短くできたかの比較のために示したものですが、一般的には L13 + 1L2 となります。 技術的には、丸い断面の砂時計を作るのは必ずしも簡単または便利ではありません。 したがって、ここでもプロファイルスロットの形で作成でき、図のようになります。 14. 直径 80 mm のトンネルを交換するには、スロットの高さを 50 mm として選択し、100 mm の円筒形トンネルを交換するには 60 mm を選択することをお勧めします。 この場合、一定区間の区間幅 Wmin とトンネルの出入り口の最大幅 Wmax は表と同じになります（区間 L1 と L2 の長さは円形区間の場合と同様、何も変わりません）ここ）。 必要に応じて、スロットトンネルの高さ h を変更し、同時に Wmin、Wmax を調整して、断面積 (h.Wmin、h.Wmax) の値が変わらないようにすることができます。 たとえば、同調周波数が 17 Hz のホーム シアター用のサブウーファーを作成したとき、砂時計型のトンネルを備えたバスレフ バージョンを使用しました。 トンネルの長さは推定で100メートル以上あることが判明し、「砂時計」を計算することでほぼ半分に短縮することができ、XNUMXW程度の電力でも騒音は出ませんでした。 これがあなたにも役立つことを願っています... 著者について: ジャン・ピエロ・マタラッツォは1953年にイタリアのアヴェッリーノに生まれました。 70 年代初頭からプロの音響分野で活動してきました。 長年にわたり、彼は雑誌「Suono」（「サウンド」）の音響システムのテストを担当しました。 90 年代に、彼はスピーカー ディフューザーからの音の放出プロセスに関する多数の新しい数学モデルと、イタリアで人気のある「オペラ」モデルを含む産業用音響システムのいくつかの設計を開発しました。 90 年代後半以来、彼は雑誌「オーディオ レビュー」、「デジタル ビデオ」、そして私たちにとって最も重要な雑誌「ACS」（「オーディオ カー ステレオ」）と積極的にコラボレーションしてきました。 7 つすべてにおいて、彼はパラメーターの測定と音響テストの責任者です。 ほかに何か？。 既婚。 10歳とXNUMX歳の二人の息子はすくすく育っています。 著者：ジャン＝ピエロ・マタラッツォ。 E. Zhurkovaによるイタリア語からの翻訳。 出版物: cxem.net
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