バッフルステップ (波の干渉) - 線形音響への障害。スキーム、説明

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バッフルステップ (波の干渉) - 線形音響への途中の障害物。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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そもそも、 バッフルステップ.

スピーカーシステムのフロントパネルからの反射波と、このパネルに設置されたスピーカーから発せられる電波が干渉する現象です。この現象は、下からはエミッターとフロントパネルの寸法によって決まり、上からはスピーカーのピストンモードからゾーンモードへの移行によって、つまり波長がエミッターよりも短くなるときに発生します。自体。もちろん、下限は閉じた設計にも有効です。オープンでは、すべてがはるかに複雑になります。

「バッフルステップ」の無視を約束するもの。せいぜい、周波数応答の不均一性の増加です。最悪の場合、この不均一性は、相対レベルが 6 ～ 7 dB を超える周波数応答のピークとディップに達する可能性があり、スペクトルはより長い寄生共振によって補完されます。疑いもなく、どちらもサウンドにプラスの影響を与えません。

「バッフルステップ」の影響がグラフィック形式でどのように見えるか、またはそれが定性的特性にどのように反映されるか。 D'Appolito の最適化された 6 ウェイスピーカーシステムを備えた LspCAD XNUMX パッケージの例を見てみましょう。初期状態では、最適化されたシステムの周波数応答は次のようになります。

バッフルステップ (波の干渉) - 線形音響への障害。最適化されたシステムの周波数応答

次のデータを含むケースでシステムを完成させました。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

バッフルシミュレーションをオンにします。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

全体の周波数応答は、2.5 Hz ～ 300 kHz の周波数範囲で +/-20 dB になります。ばらつきはそれほど大きくないように見えますが、初期のものは1.5 Hz〜100 kHzの周波数範囲で±20 dBであり、最初は特性が非常によく揃っています。はい、スピーカーの配置は明らかに成功しています。そして、最適化が実行されず、周波数応答の元の直線性がまだ不十分なままである場合、またはさらに悪いことに、「バッフルステップ」が最も重要な補正を行う周波数領域にすでに不均一性がある場合はどうなるでしょうか? 当然の質問は、リニアスピーカーの設計では「バッフル」を考慮する必要があるため、シミュレーション結果はスピーカーの実際の動作に対応しているかということです。この質問をしたところ、答えが得られました。「バッフルステップ」実験の結果は小さいですが、参考にはなります。

それで、それはどのように起こったのでしょうか。手持ちのものを標準として使用しました。これは、公称直径 4.5 インチ (有効な直径が示されています。「バスケット」の外径は 150 mm) と金属コーンを備えたウーファー/ミッドレンジスピーカーです。そのため、測定グラフには周波数応答放射が含まれています。可聴周波数範囲の上部。 4番目の「実験」 - 28A4.5は、4インチスピーカーと同様に、オープンスペース条件（フリーエア設計）でスピーカーの動作をシミュレートするときに役立つことがわかりましたが、28AXNUMXは実験には参加しませんでした。適切な音響スクリーンがないため、「バッフルステップ」が発生します。

開始点を得るために、スピーカーをスピーカーシステムの通常の場所に設置したときのニアフィールド (ドライバーから 10 cm) で測定しました。このデザインは容量12リットルのFIですが、この場合ポートは閉じられています。ニアフィールドでの測定により、「バッフル」効果を大幅に取り除くことができ、SP の場合には ACD を完全に取り除くことができます。その後、幅315mm、高さ840mmの音響シールドの中央にスピーカーを設置しました。測定はエミッタから 70 cm の距離から実行され、GC のニアフィールドでの測定結果とともに LspCAD プログラムに組み込まれました。このプロジェクトでは 110 つのエミッターと「回折シミュレーション」ツールを使用して、「バッフルステップ」をシミュレートしました。「バッフル」の寸法はシールドの寸法に対応し、スピーカーの位置はシールド内の位置と同様、つまり中心で、エミッタの直径は実際と同様に70 mmです。エミッタまでの距離も実際の測定値と同様に XNUMX cm に設定されています。

私の測定複合体では音圧の絶対値での測定が可能であるため、1 m 以外の距離で測定した場合の周波数応答は、電圧比の対数を考慮して垂直スケールに沿ってシフトすることで補正されました。簡単に言うと、すべてのグラフで、周波数応答の測定結果は、スピーカーに1 Vの電圧を供給して2.828 mの距離から得られた値に与えられています。 何でも その公称抵抗から。

LspCAD が 70 つのエミッタを使用する理由XNUMXつ目は「参考」です。「バッフルステップ」の影響を受けずに周波数特性を表示します。 XNUMX 番目は XNUMX cm の距離から実際に測定した結果であり、XNUMX 番目は「リファレンス」ラジエーターの周波数応答に基づく「バッフルステップ」のシミュレーションです。

LspCAD でのモデリングの結果:

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

曲線の下には符号が付けられています。 Reference - 「基準」エミッタ。測定 - 実際の測定の結果、モデル化 - シミュレーションの結果。

なぜ LspCAD がシミュレートされた周波数応答を上にシフトしたのかわかりませんが、実際にはそうではありません。正確に 6 dB シフトしました。これは、シミュレートされたスピーカーのジェネレーター電圧値を選択することでわかりました。周波数応答を 6 dB だけ下にシフトします。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

見てわかるように、シミュレーション結果と実際の測定値の間の一致は非常に良好です。周波数応答が 6 dB シフトアップされるときに LspCAD が正確に何をガイドするのかは、私個人には明らかではありません。私はこのプログラムの使用をやめ、より本格的な CAD システムである LEAP でさらに比較を実行しました。結局のところ、後者はそのような「特殊性」に悩まされず、さらに、自由空間での放射線に至るまで、さまざまな条件下でのダイナミクスをシミュレートすることを可能にします。

LEAP でのモデリングでは、両方のドライバー (4.5 インチウーファー/ミッドレンジおよび 8 インチ 4A28) の Thiel-Small パラメーターがソフトウェアデータベースに入力されました。スピーカーの通常の場所に設置した場合のウーファー/ミッドレンジスピーカーのニアフィールドでの測定結果と、同様の体積の OC 内の位置を考慮したシミュレーションの比較。バッフルステップ」は以下のとおりです。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

私が提供するすべてのグラフで、青い曲線は無限スクリーン (「バッフル」なし) でのシミュレーションに対応し、紫色の曲線 (後で説明します) - オープンスペース条件でのシミュレーション (「バッフル」）、緑色のものは実際の測定値です。

上のグラフでは、Thiel-Small パラメータのみに基づいて構築されたシミュレートされたスピーカーの平均音圧は、実際のスピーカーより 1.5 dB 低くなります。これは非常に良い結果です。このシミュレーションは、次のオブジェクトの配置で実行されました。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

「バッフルステップ」を考慮せずにモデリングするには、無限スクリーン法を指定する必要があります。これにより、適切なスピーカーのフロントパネルのデザインが表示されます。

次に、シールド内のスピーカーを 70 cm の距離から測定した結果がプログラムにインポートされ、実際のものと同様の条件下でシミュレーションが開始されました。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

周波数応答の比較の結果:

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

同様に、エミッタまでの距離が 10 cm の場合:

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

ご覧のとおり、シミュレーションと実際の測定値は非常によく一致しています。さらに、LEAP がシミュレートされたスピーカーの平均感度を過小評価する不足の 1.5 dB を追加すると、一致はさらに良くなります。 LEAP での「バッフルステップ」ボックスのモデリングの例。メーカーはこのウーファー/ミッドレンジスピーカーをミッドレンジリンクとして設置し、+1.5 dB の補正を考慮しています。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

同様に LspCAD 6 で:

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

私の小さな実験の目的は達成されました。「バッフルステップ」は特殊な「ソフトウェア」によって完全にモデル化されており、最終的な周波数応答への影響は過小評価できません。

LEAP はオープンスペースでのスピーカーの動作をシミュレートできるため、シミュレーションの精度をチェックする機会を無視しませんでした。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

なぜこれに興味を持ったのですか? 私はかつてトピックの 1.5 つで、通常のボックスの外でのスピーカーのこれまで理解できなかった動作について話しました。ボックス内の動作周波数範囲の周波数応答が +/-7.5 dB の不均一さに収まり、ボックスの外では (つまり(Free-Air の設計では) は +/-10 dB で、中音域領域の周波数応答に顕著なピークがあります。エミッタから XNUMX cm の距離での比較結果:

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

これはシールド内で測定されたものと同じスピーカーです。美しい！フリーエア設計の 4A28 スピーカーをラジエーターから 30 cm および 10 cm の距離で比較した結果を以下に示します。

バッフルステップ（波の干渉）-線形音響の障害

何が言えるでしょうか。まず、これは発見ではありませんが、ゾーンモードに移行する前のスピーカーは円形に近い指向性を持っているため、この領域にのみ ACZ が完全に現れます。次に、何らかの理由で、当然のことながら設計なしで XNUMX つのスピーカーを耳で比較し、その感度、周波数応答の直線性を評価し、場合によっては特定の数値を与えるという試みをすぐに思い出しました。

チャートを見てください。聴覚の感度が最も高い領域では、放射の非線形性が完全に現れます。周波数応答の変化は、エミッタまでの距離の変化によって現れるだけでなく、エミッタの直径にも依存します。そして、「バッフルステップ」を考慮した測定結果によれば、次のことが言えます。 XNUMX つの完全に同一のスピーカーを、異なる音響設計で設置するか、異なるサイズのスピーカーのフロントパネルに設置するか、同じスピーカーのフロントパネルに別の場所に設置するか、またはこれらすべてに加えて異なる公称サイズのラジエーターを使用することで、これらすべてが提供されます。それぞれの特定のケースにおける特定の話者の動作。

著者: レクサス (Sirvutis Alexey Romasovich); 出版物: cxem.net

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