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無線電子工学および電気工学の百科事典 スピーカーの音響ショートとその克服。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
現在広く使用されているフェーズインバーターやクローズドボックス、さらにはホーンスピーカーやラビリンススピーカーのより高価なバリエーション以外に、異なる音響設計のスピーカーを使用することは可能でしょうか? この記事では、オープン型エンクロージャで効果的に再生される低周波の帯域幅を広げる方法について説明し、実践的なスピーカー設計を提供します。 スピーカーでは、動電型ヘッドコーンのコーンが振動すると、その前面と後面が空気を動かし、圧縮と希薄化を交互に引き起こします。 したがって、ディフューザの片側で圧力が増加すると、反対に圧力は減少します。 低周波数では、ダイナミック ヘッドに音響設計が施されていない場合 (自由空間内)、音波の回折により音響短絡が発生し、その結果周囲空間の音圧が大幅に弱まります。 この有害な現象を排除するために、ダイナミック ヘッドは音響スクリーン内に配置され、逆位相の圧縮放電振動の補償効果を排除します。 このような画面の主な設計とその機能については、[1-3] で説明されています。 これらのよく知られた亜種を簡単に思い出してみましょう。 シールドの寸法は十分に大きく、少なくとも再生可能な最低周波数における音響波長と同等でなければなりません。 より低い周波数（数十ヘルツ）では、シールドの寸法は数メートルと大きくなり、実際の設計では受け入れられません。 後壁が開いた箱は「折りたたまれた」シールドです。 このようなスピーカーの音響設計は、再生可能な音の振動帯域の要件が小さかった前世紀の 30 ～ 60 年代に広く使用されました。 低周波における波長の半分に等しい迷路を備えたボックス [1] は、設計と製造技術が不当に複雑であるため、実際には一般的ではありません。 音声出力を高めるために、発散導波管であるホーンも使用されます。 低周波数では、ホーンの寸法が大きすぎます。 密閉された箱。通常は立ち波やその他の波を防ぐために吸音材が充填されています。 この場合、ディフューザーの背面から放射される音響エネルギーはボックス内で消散します。 位相反転装置を備えた密閉ボックスは、1930 年に提案された音響設計の最も一般的なタイプの 2 つです。位相反転装置は、ボックスに開けられたパイプまたは穴です。 位相反転器は非常に狭い周波数帯域で動作し、十分に広い範囲の低周波信号を使用すると、低音域の音に「色付け」をする形で過渡的なプロセスが遅延します。 その結果、異なる音色の楽器は非常に似たように聞こえます。つまり、位相インバーターが実際に実際の音を歪ませています。 前のバージョンと同様に、音響パワーの約半分がボックス内で失われます。 他に効果的な音響設計がないため、音響システム (AS) の開発者はこの技術ソリューションを使用する必要があります [3、XNUMX]。 シンプルでエネルギー効率の高いラウドスピーカーの音響設計を作成しながら、スピーカー内の音響短絡を克服し、広帯域の音響周波数で事実上損失なく動作することは、現在重要かつ未解決の問題です [2、4]。 この記事で説明されている音響短絡を排除する技術的解決策により、防音室を使用して低周波数での AU の効率を高めることが可能になります。 同時に、ヘッドの後方放射の音響エネルギーがボックスから空間に出て発声するため、ボックス内の定在波が排除されるため、音響設計の要件が軽減されます。 これらの設計では、ボックスの体積によって制限される空気の弾性の影響が軽減されるか完全になくなり、スピーカーの共振周波数が増加します。 固体材料内の音響エネルギーは流れの形で伝播し、放射軸に対して直角な伝播は放射軸に沿った伝播よりもはるかに小さくなります (最大 -30 dB)。 空気環境では、音の振動の合計ストリームの周波数と位相に関係なく、振動速度のベクトル加算の原理も機能します。 また、振動理論 [5] からも、同じ周波数と任意の位相を持ち、互いに垂直に伝播する 6 つの調和振動は相互作用しないことが知られています。 エミッタの近傍ゾーンでは、振動速度と伝播速度の比、波長 a とエミッタ (放射孔) の直径 d が重要であることがわかります。 頭部の直接放射と逆放射の音ストリームを分離し、それらを互いに直交するストリームに変換することにより、エミッターの音響短絡を排除することが可能になります。 図に示すように、「導波管」の助けを借りた建設的な手段によって、スピーカーディフューザーの背面によって生成される音の流れを 90 度変えることができます。 1 (ベクトル B)。 点Ｏ付近では、導波管からの接線方向の流れと頭部の正面放射の流れ（ベクトルＡ）の振動速度が加算される。 流量と振動速度が等しい場合、合成 R を計算すると、各コンポーネントの 1,41 倍の合計音圧が得られます。
したがって、エミッタ付近の空間では音圧 p が 3 dB 増加します。 部屋 [7] のスピーカーから発せられる音響パワーは XNUMX 倍になるため、そのようなスピーカーで同じ音響パワーを得るには、半分のパワーの UMZCH が必要になります。 Pa = p2V/Tc 10-5、W (Rr = 3 m)、 ここで、V は部屋の容積です。 Тс - 最適な残響の平均時間。 Rr - ブーム半径。 式からわかるように、スピーカーの音響設計に関するよく知られた設計ソリューションを放棄すると、音響パワー Ra の値が著しく増加します。 通常、コーンの背面から放射されるエネルギーを吸収するためにスピーカーの密閉ボックスに詰め込まれている吸音材の効果を考慮すると、実際の利点はさらに大きい可能性があります。 音響短絡を排除するという前述の原則に従って、著者は音響設計構造を開発しました。その変形例の 2 つを図に示します。 XNUMX.
空白の後壁 1 を備えた場合、フロント パネル 2 の下部 (「壊れたデッキ」) は垂直に対してある角度で傾斜し、フロント パネルの上部とともに生成された音波の「導波管」を形成します。スピーカーヘッドの後ろから。 設計を計算するときは、ボックスからの音束が伝播する導波管の断面積がディフューザーの背面の面積以上であるという条件を満たすことが重要です。 そうしないと、ボックス内の空気の残留弾性により、最低周波数の再生が弱まってしまいます。 ロシア科学アカデミー音響研究所の無響室で行われた測定により、検討された仮定が裏付けられ、この記事で紹介した推奨事項を行うことが可能になりました。 導波管から出てくる音は高周波領域が減り、正面からの音よりも耳にビロードのように聞こえます。 これは、拡張された流れの異なる方向によって音の音楽性をまったく損なうものではありません。部屋も音像の形成に参加し、音像をボリュームのあるものにします。 部屋にカーペットや布張りの家具などの吸音材がたくさんある場合でも、音の自然さや広がりは失われません。 筆者は提案手法に基づいてステレオスピーカーシステム「Tsunami」を開発・製作した。 システムの各ラウドスピーカーは、最大出力 15 W の低周波 3712 インチ ヘッド L-100 (ドイツ製) と 6 つの高周波ヘッド 4GDV-20 を使用します。 音の範囲は 5000 ～ 5000 Hz と 25000 ～ 110 Hz の 5 つの帯域に分割されます。 LF モードでの測定効率は 600 dB/VBt-m であり、優れた音響再生品質を備えていることがわかりました。 このスピーカーの助けを借りて、平均電力 XNUMX W で、XNUMX 人が収容されるホールに各チャンネルの音が鳴り響きました。 スピーカーと音響システムのサンプルの実験的研究の結果は、ニジニ ノヴゴロド音響セッションでのレポートで著者によって発表されました [7]。 図上。 図３は、別のラウドスピーカー設計と、音声ストリームＡ、Ｂ、Ｒの伝播のベクトル図を示す。
サウンド ストリーム A は前方、ストリーム B は後方です。 ベクトル R は、ベクトル A とベクトル B を加算した結果です。この図では、要素は次のように指定されています。1 - サウンドヘッド。 2 - 本体。 3 - 後方放射の音響エネルギーを出力するための導波管。 4 - 導波管の出力穴。 5 - 導波路の壁。 6 - 導波管の前壁。 このようなスピーカーは、空間内でより拡散した音の分布を提供します。 高周波ヘッドもスピーカーの前壁に取り付けられています。 図に示すベクトル図の分析。 図１と図３は、ストリームＡとＢの間の音響閉塞を除去するための提案された方法が、エネルギーと品質の向上を同時に達成してサウンドシステムにおけるこの有害な現象を克服できることを示している。 実験作業は、GZ-4 サウンドジェネレーター、VZ-32 電圧計、33-33 周波数計、および MKD タイプのコンデンサーマイクを備えた 43 精密騒音計を使用して、大きな密室で 32A-00017 ヘッドを使用して実行されました。 比較パラメータを取得するために、4A-32 ヘッドを備えた従来のスピーカーも調査しました。 密閉ケースに入ったシリアルスピーカー35GD-4をプロトタイプとして採用しました。 測定された周波数応答を図に示します。 4.
80 ～ 12000 Hz の周波数範囲では、平均特性感度は約 94 dB / VBt-m で、最大 26 dB のばらつきがあります。 ケース内には吸音材を入れております。 このスピーカーの音は高品質ではありません。 図上。 図 5a は、同じ 1A-4 ヘッドを使用した津波スピーカー (その設計は図 32 に示したものと同様です) の周波数応答を測定した結果を示しています。 正面放射の平均効率は周波数範囲98～40 Hzで20000 dB/VBt-mに増加し、周波数応答の不均一性は9 dBに減少し、再生可能な周波数帯域が拡大しました。 試作機とAS「Tsunami」の電気音響効率は6,4倍向上したことが判明！
図上。 5,6 は、ベクトル B に沿ったスピーカーの周波数応答を示しています。そこから、放射周波数帯域は 50..6000 Hz、効率は 96 dB / W-m、帯域内でのばらつきは 12 dB であることがわかります。 AS 35GD-4 などでは、ヘッド後方放射のエネルギーが熱に変換されます。 図のデザインから類推して著者が作成したAS。 2 真空管テレビ「Rubin」、「Electron」などのハウジングを使用した製品は、優れた結果を示しました。 低域をしっかり再現できるヘッド4A-32、6GD-2等を採用しました。 著者は、効率が低く、動作周波数帯域が十分に広すぎないため、重い可動システムを備えたヘッドを使用しませんでした。 音響短絡のない提案されたスピーカーの製造は家庭でも可能であり、古くなった機器を処分する際に興味深いものとなる。 スピーカー内の音響短絡を解消するために提案された方法により、ホーンスピーカーも同様に大幅に改善することが可能になります。 図上。 図６は、従来の（ディフューザー）動電ヘッド２に基づいて作られたホーンスピーカー１の簡略化された設計を示す。直接音の放射はホーン３を通じて発生し、ヘッドからの戻り放射は対称導波管４を通じて発生する。ベクトル図水平面内の音放射束のτは同じ場所で与えられます。
この記事で紹介されている AS 設計は、記載されている規定に基づいて構築されており、考えられるさまざまなオプションのほんの一部にすぎません。 文学
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