ダイポールラジエーターを備えたスピーカー。スキーム、説明

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ダイポールラジエーターを備えたスピーカー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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著者は、ダイポールエミッターを備えたスピーカーの独自の設計を提案しました。主にカースピーカー向けのダイナミックヘッドの音響設計はプラスチックパイプで作られています。十分な厚さと適切な直径を備えたボール紙や張り子のパイプを使用することもできます。製造されたスピーカーのパラメータを設定および確認するために、著者は SpectraLab コンピュータプログラムを使用しました。

Radio 誌に最近掲載された記事は、オーディオマニアのスピーカーシステムの開発レベルが新たなレベルに上がったことを示しています。これは明らかに、より高品質のヘッドが入手可能になったことによる部分が少なからずあります。現在、最も一般的に販売されているのは、さまざまな出力のカースピーカー用のダイナミックヘッドであり、かなり高い音質を提供します。この記事で説明されている音響システムは、アマチュアでも入手可能なダイナミックヘッドを使用して作成でき、車のスピーカー用の既製のヘッドセットを使用すると、その選択が大幅に簡素化されます。

このデザインを開発した目的は、優れたサウンドと独創的なデザインを備えた音響システムを作りたいという願望でした。さらに、ヘッドの音響設計に関するさまざまなオプションを聞くのは興味深いことでした。特に、放射の指向性パターンと位相特性が異なる、バイポーラスピーカーとダイポールスピーカーの特殊な音響特性を比較することを目的としています (これらのスピーカーの動作の特徴については、以下の本文で詳しく説明します)。著者は、さまざまなスピーカー（ACARIAN SYSTEMS 製のバイポーラ「Mirage」[1]、ダイポール「Alon」など）の設計を分析した結果、ここで説明するスピーカーの設計を開発しました。

スピーカーシステムの筐体（図1）は外径160mm、肉厚9mmのポリエチレンパイプ製です。スピーカー: 5 ウェイ;それぞれは、50 つの構造に結合された XNUMX つの個別のボックスで構成されています。ダイナミックベースヘッドはメインボックスの上端面に水平に取り付けられています。その内部容積は下から (ボディの裏側にあるバスレフパイプまで) 低密度パッドポリエステルで満たされており、パイプの上には幅 XNUMX cm の高密度フォームラバーの XNUMX つのリングがあり、立ち下がりを軽減します。身体に波が起きる。リング間の距離は約XNUMXcmです。

ダイポールラジエーター付きスピーカー

ウーファーヘッドの上に設置されたミッドレンジボックスは、同時にウーファーエミッターの「ディフューザー」としても機能します。このボックスは同様のパイプの一部から作られています。内部ボリュームは2層の中密度パッド(シンテポン-綿ウール-シンテポン)で満たされています。端側には、取り外し可能な保護ネットを備えた同一の取り付けプラスチック製ヘッドホルダーが (接着剤またはネジで) 取り付けられています。ボックスは、図からわかるように、LF ヘッドの突き出たマウントに通した湾曲したピンを使用して取り付けられます。（そのような突起がない場合は、必要な突起を備えた厚さ3...XNUMX mmのジュラルミンブラケットなどを使用できます）、上部ブロックの壁を通して使用できます。ボックスの取り付け高さは、数字付きナットまたは通常のナットを使用して調整します。

HF ボックスは直径 40 mm のポリエチレンパイプでできており、15 つの装飾スタッドに取り付けられ、ボックス間に約 XNUMX mm の隙間ができます。 HF ヘッドはパイプ部分の両側に取り付けられており、タイトフィットのみで固定されます。

スピーカーの外観 - 図中。 2.

ダイポールラジエーター付きスピーカー

必要な直径のパイプは、「Radio」[2] に記載されている方法を使用して張り子から作成できます。また、さまざまな目的に応じて市販のパイプから選択することもできます。最後の手段として、チップボードまたはMDF（圧縮木材ダストボード）から正方形の断面を持つ長方形の箱を作ることができます。

設計 (スピーカーの図は図 3 に示されています) では 5 種類のダイナミックヘッドが使用されています。 LF 帯域 (BA160) の場合 - Thiel-Small (TS) パラメーターを備えた Kenwood KW-1374-45 ヘッド: 共振周波数 Fs = 0,5 Hz、総品質係数 Qts = 0,55...4。ミッドレンジ帯域 (VAZ、VA130) では、共振周波数 Fs = 15 Hz、感度 08 dB のリャザン無線工場の P4LU75-89-3 ヘッドが使用されます [1]。 HF帯域（BA2、BA1）では、LANZARヘッド（自動車音響用）が使用されます。有効放射帯域 - 24...94 kHz、感度 - XNUMX dB、目に見える共振のないほぼフラットな複素インピーダンス特性です。これらのヘッドでは、ドームがチタン製であり、磁気ギャップに強磁性流体が導入されています。

ダイポールラジエーター付きスピーカー

MFヘッド、HFヘッドは各種メーカーの車載コンポーネントスピーカーにも使用可能です。追加の HF ホーンを内蔵したヘッドを使用することは望ましくありません。

直径 6 ～ 6,5 インチの十分なパワーを備えたコンパクトな LF ヘッドも、おそらく車のスピーカー用に設計されたものの中から見つけるのが簡単でしょう。他の入手可能な低音ドライバーを使用することは許容されますが、その場合はウーファーヘッドとミッドレンジボックスの取り付けを変更する必要がある場合があります。

使用したバスヘッドのバスレフを備えたエンクロージャーの計算上の寸法は、許容できないほど大きいことが判明しました (容積 Vb = 42 l)。そのため、寸法と再生帯域の低域周波数は、より小さな容積のエンクロージャーに合わせて調整されました。 XNUMX本のバスレフパイプを使用して、計算された断面積で共鳴器の長さを短縮します。

バスレフ共振器は、中周波数領域のクリアなサウンドを維持しながら、低周波数の音を最適に再現するという基準に従って、ローパスフィルターを使用せずにチューニングされました。次に、複素抵抗特性がチェックされ、特性の最大値とパイプ同調周波数 Fb = 42 Hz が等しいことが示されました。

国産の LF ヘッドがスピーカーに使用されている場合、設計要素のパラメータ (ケーシングの体積、バスレフパイプの寸法など) は [4] および同様のヘッドを備えた設計の説明に記載されています。

この設計では、3 次 (LF ヘッド用) と XNUMX 次 (MF および HF ヘッド用) のフィルターを使用します。 XNUMX 次フィルター (MF および HF) の場合、選択した音響設計で一貫したサウンドと複素インピーダンスの許容可能な位相特性を得ることが困難であることが判明しました。

フィルタの製造では、著者は 73 V で 17 μF の容量を持つ K4.7-63 コンデンサ、Jamicon の 100 μF と 47 μF の容量を持つ酸化物コンデンサ (無極性 NP グループ) を使用しました。コイル L1 は 110 巻きで、直径 0,72 mm、巻き幅 20 mm のマンドレルにフレームなしで 10 mm の PEL ワイヤが巻かれています。損失を減らすために、コイル L2 (PEL 100 ワイヤを 0,9 回巻いた) は、断面積 3,5 ～ 4 cm2 (ジャンパーなし) の W 型プレートのパッケージから磁気コアを使用して作成され、フレームに巻かれています。古いテレビの超音波トランス。コイル L2 のインダクタンスは、ターンの一部を巻き上げることによって選択されます。

ヘッドとシステムのすべてのパラメーターを測定する際の貴重な支援は、SpectraLab プログラム [5] とコンピューターのサウンドカードに接続されたシンプルなセットトップボックスによって提供されます (図 4)。このようなデバイスを使用すると、ヘッドパラメータの測定、バスレフ共振器とフィルターの調整のプロセスで、複素インピーダンスの周波数応答と位相応答を直接観察できます。

ダイポールラジエーター付きスピーカー

プログラムの「設定」セクションで、右チャンネルの入力電圧を左チャンネルの類似電圧で除算した商 (またはその逆) を表示するモードを設定する必要があります。「録音」モードでカードのリニア入力をオンにします。その結果、調査対象の四重極の周波数応答と位相応答が画面上に表示されます。コンピュータのサウンドカードは全二重である必要があります。つまり、入力と出力の同時操作が可能である必要があります。すべてのモードで、「ユーティリティ」セクションから内蔵の「ピンク」ノイズジェネレーターを有効にする必要があります (詳細については、プログラムの「ヘルプ」セクションを参照してください)。

プログラムをスペクトル表示モードに切り替え、サウンドカードのマイク入力を選択すると、マイクの品質によって決まる精度で音圧によるヘッド (システム) の周波数応答と位相応答を測定できます。コンピュータ用のエレクトレットマイクの周波数応答は、ヘッドやスピーカーの周波数応答の不均一性を評価できるほど線形です。さらに、プログラムには、使用するマイクの周波数応答の非線形性を補償する機能があります。

音響測定には、感度 195 ± 64 dB (3 kHz で O dB = 1 V/μbar)、帯域幅 1 ～ 20 Hz の「YOGA」EM-16000 マイクロホンを使用しました。

この音響システム用のフィルターを作成する際、主な困難は中音域と高音域のヘッドのマッチングにありましたが、最終的には最も単純な解決策が最も効果的であることが判明しました。設計に使用されたヘッドでは、5 次フィルターと 0 次フィルターにより、滑らかな周波数応答を得ることができました。図では、図 90 は、マイクロフォンが XNUMX 度の放射軸 (上の曲線) と XNUMX 度の角度 (下の曲線) に設置されたときに取得された、「SpectraLab」プログラムによって示されたラウドスピーカーの周波数応答を示しています。

ダイポールラジエーター付きスピーカー

ラウドスピーカーの複素インピーダンスモジュールの周波数応答を図に示します。 6、3,8...8オームの範囲で滑らかに変化します。位相応答の直線性の偏差は ±45 度を超えません。測定に使用したサウンドカードは、10 kHz から -90 度までの周波数を超えると位相応答が低下することに注意してください。したがって、測定前に、ヘッドの代わりに可変抵抗器（調整可能な抵抗スケール付き）を接続して、測定経路を校正する必要があります。同時に、スピーカーの複素インピーダンスの測定にも使用できます。

ダイポールラジエーター付きスピーカー

製造された音響システムを聴くときに、ミッドレンジおよび HF ボックスのヘッドをオンにするための 2 つのオプションがテストされました。

最初のオプションは、フロントヘッドとリアヘッドが（物理的な位置を考慮して）逆位相でオンになる場合です。この場合、結果として得られる放射特性は双極性 (位相が順方向および逆方向の放射) であると考えることができます。その周波数応答 (記事には示されていません) は、0 度および 90 度の位置で同様にフラットです。低域（300Hz以下）ではうねりが発生しますが、音を損なうものではありません。従来のスピーカーに比べて音量が大きくなります。スピーカー間の距離が 3 ～ 4 m 以上離れている場合に最大の効果が得られます。たとえば、部屋の対角の隅にスピーカーを設置した場合、アンプ内の対応するレギュレーターによってステレオバランスが実現され、快適なサウンドが提供されます。ホームムービー、軽音楽、コンピューターゲームなどに。

90 番目のスイッチングオプションは、ヘッドが同相でスイッチオンされる場合です。その結果、MF ～ HF 範囲の横方向放射が抑制されるため、指向パターンが「0 の字」として定義できるダイポール音響システムが得られます。実際には、この効果はわずかに現れました。マイクロホンを側面に 5 度で設置した場合の周波数応答は、軸方向 (XNUMX 度) と同様に平坦ですが、音圧レベルは滑らかに減少します。中音域と高音域です (図 XNUMX を参照)。

このヘッドの組み込みは等圧であると考えることができ、音響設計におけるヘッドの共振周波数が増加せず、さらに偶数高調波が減少します。この場合、サウンドは、音量とともに、サウンドステージの展開においてより正確になり、明瞭さが増しました。著者はこのオプションを好んで使用しました。

どちらの場合も、ステージの奥行きとその構造、そして聴く場所への音色バランスの依存性が小さいという点で、サウンドは通常のものとは質的に異なります。これにより、通常のかなり狭いステレオエフェクトゾーンとは対照的に、「サウンドステージ」の前とその内部の両方で部屋を動き回ることができます。

スピーカーは最も近い音を反射する表面から少なくとも 40 ～ 50 cm 離す必要があり、可能であればこれらの表面自体を吸収性の材料 (カーテンなど) で覆う必要があります。

ドルビーサラウンドプロロジック形式のマルチチャンネルホームシアターシステムでは、音響的な雰囲気を伝える拡散音場を作成します。ホーム THX ライセンスプログラムでは、リアスピーカーとしてダイポールラジエーターを使用することを推奨しています。このラジエーターは、スピーカーの方向ではなくリスナーの方向に向けられる必要があります。フロントローブまたはリアローブですが、「ゼロ」が付きます。

文学

コズィレフ V. アコースティックシステム「MIRAGE 595is」。 - オーディオマガジン、1998 年、第 6 号、p. 18-23。
Sirotyuk M. 音響迷路を備えたシンプルなスピーカー。 - ラジオ、2000 年、第 2 号、13、14 から。
家庭用無線機器のスピーカーヘッド。 - ラジオ、1998 年、第 10 号、81,82 ページ。
シハトフ A. 車内の拡声器。 - ラジオ、1999 年、第 12 号、p. 20-22。
soundtechnology.com/downlosd-center.htm.

著者: S. アリコフ、モスクワ

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