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無線電子工学および電気工学の百科事典 音響システムの計算と設計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
バックウォールのないケース そのような場合の主な共振周波数
ここで、I は箱の深さ、m です。 S - 穴面積、m2。 主共振周波数での音響パワーが比較的平坦な場合では 3 ～ 6 dB、深い場合では 6 ～ 10 dB 増加すると、調査対象の音に不自然な音色が生じます。 fI = fG の場合、より低い周波数での音響パワーの増加が最も顕著になります。 ボックスの共振周波数よりも低い共振周波数を持つスピーカーを使用することをお勧めします。 最も一般的な比率は fG / fY = 0,5 ～ 0,7 です。 裏蓋のないケースは、現在、高品質の再生システムの音響設計として使用されていません。 代替手段がない場合は、ケースをできるだけ平らにする必要があります。 ラウドスピーカーを備えた背面カバーのないケースは、壁から少なくとも 20 cm 離して配置する必要があります。これは、重いカーペットで湿らせることをお勧めします。 ラウドスピーカーを壁の XNUMX つに沿って配置する必要がある場合は、中央に近い短い壁に沿って配置することをお勧めします。 クローズドケースの計算 十分な容積の密閉ケースにスピーカーを設置すると、ディフューザーの前面が背面からの放射から完全に保護されるため、満足のいく低周波再生が可能になります。 これにより、有限寸法の音響バッフル内にスピーカーを設置する場合よりも、低周波数での音響パワーの低下が遅くなります。 スピーカーが取り付けられている壁の面積の XNUMX 分の XNUMX 未満を占める場合、中型の密閉型ケース fP に取り付けられたスピーカーの共振周波数は、次の順序で決定されます。 1）モバイルスピーカーシステムСРのサスペンションの柔軟性を決定します。 2）式を使用して、ケース内の空気の体積の柔軟性を計算します
ここで、V はケース内の空気の体積、m3、その内部容積からラウドスピーカーの容積を差し引いたものに等しく、最初の概算では 0,4 d4 に等しくなります。 d - ディフューザーの直径、m; 3）図のノモグラムを使用したSG / CBとの関係。 4-20 は、与えられたボリューム V のケースによって提供される比 fP / fG を決定します。音響スクリーン内のラウドスピーカーの機械的共振周波数は、表から取得できます。 4-11. 既存のスピーカーを使用して、共振周波数 fP を持つ密閉ケースの形式で音響システムを作成する必要がある場合、ケースの必要容積は次の順序で決定されます。 1) 音響スクリーン内のラウドスピーカーの共振周波数 fG の値を表から取得します。 4-11; ２）モバイルスピーカシステムＳＧのサスペンションの柔軟性を決定する。 3) 希望の比率 fР / fГ を設定したら、図のグラフに従って決定します。 4-20 対応する比 SG/SV を求め、密閉ケースにおける空気量 CD の必要な柔軟性を求めます。
4) 式を使用して、ケース内の必要な空気量を立方メートルで計算します。 ケースの総内部容積は、計算値 V にスピーカーの容積を加えることで得られます。 fG の値が不明な場合、または十分に大きなサイズの音響スクリーンでそれを決定することが難しい場合は、スクリーンを使用せずにスピーカーの機械的共振周波数 fB を測定し、図の fP / fB 曲線を使用できます。 。 4-20。 上記の計算は、周波数 f に対してのみ有効です。<;40/L (L はケースの深さ (メートル))。 この点に関して、閉じたケース内のラウドスピーカーコーンの背面は、内壁を吸音材で覆うことによって、より高い周波数に対応する内壁によって反射された音波から保護されなければなりません。 クローズドケースの寸法は、グラスウールまたは同様の材料を充填することで縮小できます。 このような充填は、ケースの容積を 40% 増加させることに相当します。
計算によって得られた周波数 /p が十分に低い場合、ラウドスピーカーの Q は約 1 である必要があります。周波数 fP が許容できないほど高い場合、Q 値を約 0,1 に下げると、良好な結果が得られます。 この場合、もちろん、周波数から始めて、アンプの低周波数を約6 dB /オクターブ上げる必要があります。
位相反転計算 バスレフは、追加の穴1を備えたケース4（図21-3）で、同じ壁に取り付けられたスピーカー2の隣に位置し、原則としてディフューザーの面積に等しい面積を持っています。 位相反転穴の深さ、側面の比率を指定し、ディフューザーの有効面積を計算し（穴の面積を決定する）、位相反転器の共振周波数fФ = fГを取得します。図のノモグラム。 4-22 ケースの必要量を決定できます。
トンネルの端からボックスの後壁までの距離は、dG /2 以上でなければなりません。 周波数 fФ では、バスレフはスピーカーと空気負荷のマッチングを改善する音響トランスとみなすことができます。 コーンの前面によって伝達される音響パワーはこの周波数で減少しますが、全体の音響パワーは大幅に増加する可能性があります。 同時に、非線形歪みが大幅に減少し、コーン変位の振幅の減少によりスピーカーの定格出力が増加します。
位相反転穴の深さは、ケース壁の厚さ (図 4-21、a) からトンネル 30 を使用する場合の 5 / fF にほぼ等しい値 (図 4-21、b) まで変化します。 トンネルがかなり長いため、小さなボックスを使用できます。 fF 未満の周波数では、空気量の柔軟性応答が増加し、穴内の空気質量とラウドスピーカー移動システムの質量との間に堅固な接続が形成されます。 したがって、空気の質量は可動システムの質量に追加され、サスペンションの柔軟性とともに、共振周波数 f1 < fФ の機械回路を形成します。 ディフューザーがこの周波数で前方に移動すると、穴内の空気は後方に移動し (逆も同様)、放射効率は無視できます。 fФを超える周波数では、穴内の空気塊の抵抗が大きくなり、バスレフは完全に密閉されたケースと考えることができます。 空気量の剛性がサスペンションの剛性に加わり、可動システムの質量とともに共振周波数 f2 > fФ の回路を形成します。 周波数 f2 での位相反転ホールからの放射は非常に小さいです。 バスレフ型スピーカー RG の合計電気インピーダンスは、通常、周波数 f4 と f23 に 1 つの最大値 (図 2-4 の実線) を持ち、平面音響スクリーン fG のスピーカーの共振周波数の両側に位置します。図 23-XNUMX の破線、R は直流に対するスピーカー コイルの抵抗です)。
バスレフ方式のスピーカーのインピーダンスのピークは、音響スクリーンのスピーカーのピークよりも大幅に低くなりますが、Q1 と Q2 の対応する値は、音響スクリーンのスピーカーの Qr よりも高くなります。 この欠点は、周波数 f1 で特に顕著です。これは、ディフューザの移動速度の増加により非線形歪みが増加するためであり、この周波数では有用な放射が存在しないため、この歪みが顕著になります。 この現象は、f1 に近い周波数でアンプの出力電力を制限することで対処できます。 位相反転器内のスピーカーの周波数応答が、/r から始まる動作周波数範囲の下部で水平であることが望ましい場合、条件 Qr = 0,6 が満たされなければなりません。 QG の増加に伴い、Qg の値が増加し、QF の値が減少するため、周波数応答が不均一になります。 Qr を下げることができない場合は、少なくとも QG > 2 で発生する周波数 f0,6 での周波数応答のピークを抑える必要があります。 これは、ボックスに吸音材 4 を導入することによって実現されます (図 4-21 を参照)。 ボリューム全体がグラスウールで満たされている場合もあります。 この場合、図4の共線図から計算して得られた位相反転穴の面積は、 22-2,5 を XNUMX 倍に増やす必要があります。 バスレフに大量の吸音材を導入すると、低周波放射が弱くなるため、これらの周波数に向けて特性を少なくとも fG まで拡張したい場合は、大幅な増加を確保する必要があります。アンプの低周波で。 位相反転器は、穴の面積を変更することによって（たとえば、回転によって穴の面積が変わるように固定されたプレートによって）、またはトンネルの深さを調整します。 共振インピーダンスのピークを分離する周波数間隔がオクターブと大きく異ならないようにする必要があります。 ピーク振幅は等しかった。 ボックス内の定在波によって発生する追加のピークは、減衰材を追加することで除去されました。 同じ容積のクローズド ボックスと比較したフェーズ インバーターの利点は、5 ～ 2 オクターブの範囲で音響パワーが約 XNUMX dB 増加し、周波数範囲 fph - XNUMX/f で非線形歪みが減少することです。同じ音響パワーで。 バスレフの欠点は、密閉ボックスに比べて fФ 以下の周波数での音響パワーの低下が早く、チューニングが必要なことです。 ケース構造 ラウドスピーカーが取り付けられている場合、音域の XNUMX つまたは複数の周波数で共振が発生する可能性があり、再生音の音色に不快な変化が生じます。 この現象は、部分的または完全に閉じたケースで最も顕著です。 高密度の材料を使用することで、壁振動の低減に貢献します。 これらの目的で使用される合板は、少なくとも 20 mm の厚さが必要です。 乾いた川の砂を XNUMX 枚の薄い合板の間に注ぐと、良い結果が得られます。 壁、特に背面と一部前面は、木製のブロックで補強する必要があります。 合板を使用することは可能です。 ケース壁ダンピング ケース1の内面（図4-24）は、少なくとも6 mmの厚さの吸音材10の層（またはXNUMX倍の厚さの層を持つ平行な表面のペアのXNUMXつ）で覆われています。 ただし、低周波の定在波は解消されません。 最良の結果は、ケースの容積を、たとえば厚さ2〜5 mmのフェルトの10つまたは複数の吸音パーティション4で分割することによって得られます。 この場合、5 つまたは複数のパーティションによってスピーカーから分離されたボックスのセクションは、音響処理をほとんど必要としません。 ツイーター 3 は、数層の吸音材または金属キャップ XNUMX を使用して、ウーファー コーンの背面からの放射から保護する必要があります。ウーファー XNUMX はケースの底部に配置されます。
スピーカーの配置 ラウドスピーカーが配置される穴は、パイプのように機能し、その長さは壁またはボードの厚さに等しくなります。 このチューブの共振と反共振、および穴の端からの反射により、不均一な周波数応答が発生します。 明らかな推奨事項は、穴の端を面取りするか、ラウドスピーカーをより薄いスクリーンに取り付けてから、壁または通常の厚さのスクリーンに配置することです。
引き出し形状 低い周波数では、ラウドスピーカーは球面波を放射し、ボックスのエッジ、特に前壁を構成するエッジは、音波の経路に障害物を形成します。 これにより、波面の歪み (回折) とエッジからの二次放射が発生し、干渉現象が発生して、周波数応答に最大 ± 5 dB のピークとディップが生じます。 二次放射線との戦いの観点から、理想的な形状は球であり、最悪の形状は側面の 4 つの中央にスピーカーがある立方体です。 立方体よりも短辺の 25 つの近くにスピーカーを配置した直方体の方が適しています。 ただし、理想への最良の近似は、直方体上に配置された四角錐台によって与えられます (図 1-4)。 どのような形状でも、ボックスの直線寸法の値が異なることが望ましいです。 線形寸法はどれも、他の寸法よりも大きくも小さくもありませんでした。 ボックスの最大サイズは、動作範囲の下限周波数の XNUMX/XNUMX 波長を超えてはなりません。 装飾布 音響パワーの大幅な損失を引き起こしてはなりません。 最も適した生地は、硬くて丈夫な (綿またはプラスチック) 粗く織られた糸でできています。 柔らかくふわふわした糸で作られた生地の使用は望ましくありません。 グループ化とラウドスピーカーの位相 グループ接続は、XNUMX つの音響スクリーン内に互いに近接して配置された複数の同一のスピーカーによって形成されます。 スピーカーのグループは、低周波数で大きな放射領域を持ちます (XNUMX つのスピーカーを使用すると、移動システムのサイズと重量を大幅に増加する必要があります)。 同時に、過渡モードと高周波数の再生の観点から、比較的軽い可動システムを備えた独立したスピーカーの利点が維持されます。 グループ内の各ラウドスピーカーの放射に対する空気抵抗は、低い周波数では係数 n で増加します (ha はグループ内のラウドスピーカーの数)。 これにより、振動する空気の質量が同時に n 倍の平方根だけ増加しなければ、音響パワーを大幅に向上させることができます。 その結果、n == 2 -:- 4 では、音響パワーは大幅に増加しますが、(同じ電力の場合) n 倍にはなりません。さらに n を増加しても、ゲインはほとんど得られません。 振動する空気の質量が増加すると、グループ内の各ラウドスピーカーの共振周波数が低下し、その結果、動作周波数範囲が、特に大きな i で大幅に拡大します。 グループ内のラウドスピーカーの最も満足できる接続は並列です。 その場合、システムの Q は QG と変わりません。 グループの抵抗を 2 つのラウドスピーカーの抵抗と等しくする必要がある場合、グループの最高の Q の観点から、ラウドスピーカーの直並列接続を使用することをお勧めします (その数はn1 に等しい必要があります。ここで、n = 2、3、XNUMX ...)。 ラウドスピーカーがグループで接続されている場合は常に、それらは正しく位相調整されている必要があります: DC ソース (低電圧バッテリーなど) が入力端子に接続されている場合、すべてのラウドスピーカーのコーンは同じ方向に移動する必要があります。 ラウドスピーカーディフューザーの変位方向の変更は、その入力端のスイッチの順序を変更することによって実行されます。 ラウドスピーカーのグループを閉じたボックスに配置するのが難しい場合 - 計算によると、必要なケースの容積が許容できないほど大きいことが判明した場合、ラウドスピーカーを小さな音響スクリーンまたは吸収材で満たされた小さなボックスに配置できます。アンプでの適切な補正により、低周波での放射の減衰を補償します。 グループ接続の欠点には、周波数特性の著しい不規則性と高周波数での指向性が含まれます。 XNUMX ウェイおよび XNUMX ウェイ スピーカー スピーカーの選択。 クラス I 品質のサウンド再生は、通常、4GD4、4GD7、または 4GD28 などのフルレンジ スピーカーを使用するか、このクラスに対応する全周波数範囲を XNUMX つの帯域に分割することによって得られます。 「最高」クラスの音質で再生するには、全帯域を XNUMX つの帯域に分割する必要があります。 特定の帯域を再生するためのラウドスピーカーの公称周波数範囲は、スロープが 6 dB/オクターブのフィルターを使用する場合はこの帯域より 12 オクターブ広く、スロープが 400 dB/オクターブのフィルターを使用する場合は 1 オクターブ広くする必要があります。 双方向システムのクロスオーバー周波数は、通常 200 ～ 300 Hz から選択されます。 600 ウェイ システムでは、低周波リンクは最大 2 ～ 000 Hz、中周波リンクは最大 5 ～ 000 Hz で動作します。 クロスオーバー周波数付近では、ラウドスピーカーの相互作用により、大きな歪みがしばしば発生します。 各ラウドスピーカーから聴取者までの距離が等しくない場合、システムの周波数応答は、入力信号の位相関係によって決定される大きな不均一性を持つ可能性があります。 フィルターの分離。 ツイーターを接続する最も簡単な方法は、ツイーターを低周波数での過負荷から保護するコンデンサーを使用することです。 この包含は、メインスピーカーが十分に広い周波数範囲を持たない場合に使用されます。 コンデンサの静電容量は次の式で計算されます
ここで、fP はクロスオーバー周波数 Hz です。 RP - 周波数 fР におけるスピーカーのインピーダンス、オーム。 適切に構成されたフィルターを使用すると、各ラウドスピーカーは設計された周波数範囲でのみ動作するはずです。 通過帯域でのフィルタ損失は可能な限り低くする必要があります。 異なるカットオフ スロープでのフィルターのインダクタンスとキャパシタンスは、オクターブあたりの周波数の変化に伴う減衰の変化として定義され、次の式を使用して計算されます。
6 dB/オクターブのスロープ (フィルター 上の 図のダイアグラム。 4-26) 12dB/オクターブのスロープの場合 (図 4-27 に示すフィルタ)
式 (4-11) と (4-12) では、インダクタンスはミリヘンリーとキャパシタンス (マイクロファラッド) の次元を持ちます。
計算に基づいて、公称標準静電容量が最も近いコンデンサが選択されます。 容量を選択するために、複数のコンデンサを並列に接続することができます。 当然のことながら、コンデンサの静電容量が計算で求めた値からずれると、分離周波数は仕様とは異なります。
フィルタに数十マイクロファラッド以上の静電容量が必要な場合は、寸法を小さくするために電解コンデンサを使用することをお勧めします。 後者は極性があり、交流回路で動作するため、各フィルターセクションでXNUMXつの背中合わせのコンデンサーを使用する必要があります。それぞれのコンデンサーは、計算で得られたものにできるだけ近い容量を持つ必要があります。 . トランスレストランジスタアンプのクロスオーバーフィルターのセクションでは、XNUMXつの電解コンデンサーを使用して、それらの包含の正しい極性を観察できます。 4 ウェイ音響ユニット (図 28-XNUMX) のフィルターは、上で説明した XNUMX つのフィルターを組み合わせたものです。 XNUMXつ目は、低周波領域を中周波領域から分離します。 後者は XNUMX 番目のフィルターで除算されます。 両方のフィルターのカットオフ スロープが同じである必要はありません。 XNUMX つの抵抗に対してのみ計算する必要があります。
クロスオーバー フィルターを計算する方法は、分離された帯域内のラウドスピーカーの等しい性質とアクティブな性質の仮定に基づいています。 クロスオーバー周波数でのラウドスピーカーのインピーダンスは重要な誘導成分を持つ可能性があるため、オーバーラップ領域での周波数の歪みを避けるために、中域および低域のラウドスピーカーのインダクタンスをフィルターの一部として計算する際に考慮する必要があります。つまり、ラウドスピーカーのインダクタンスで計算された値よりも小さいインダクタンスを持つフィルターコイルをラウドスピーカーと直列に接続します。 マルチバンド システムのリンク内のスピーカーのインピーダンスが等しくない場合は、グループ接続 (高周波スピーカーの直列接続は許容されます) を使用して、リンクの等しいインピーダンスを選択するように努める必要があります。 XNUMXつまたはXNUMXつのツイーターを並列接続することで、ほぼすべてのサブウーファーと組み合わせて使用することができます。 音響システムリンクのインピーダンス値の不一致の可能性は、抵抗で作られた分圧器を使用して高周波リンクの入力インピーダンスを増やすことで解消できます。 複数の高周波スピーカーを 1 リンクまたは 3 リンク システム (20GD-30 など) で使用する場合は、水平面内での軸間の角度が約 XNUMX ～ XNUMX になるようにケースに配置する必要があります。 °。 マルチバンド サウンド再生システムで、ウーファーのインピーダンスよりも大きなインピーダンスを持つツイーターが XNUMX つだけ使用されている場合、高音域でクロスオーバー フィルターの負荷抵抗を均等にするために、ツイーターをシャントする必要があります。適切な抵抗の抵抗器。 ステレオスピーカーシステム 4 チャンネル ステレオ システムのラウドスピーカーは厳密に同一である必要があります。 これらは図に従って配置する必要があります。 図４−２９では、最適な立体音響効果のゾーンが網掛けされている。
ラウドスピーカーの向きは指向特性に依存するため、実験的に決定する必要があります。 ラウドスピーカーの軸は、リスニング エリアで交差してはなりません。 出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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