新型密閉

今回、ちょっと真面目ですよ(笑)。

「多自由度バスレフ型の研究開発」 http://mcap.web.fc2.com/indexj.html
で鈴木さんが日記に書いていらっしゃる箇所は私も気になっていた点です。
12月7日の日記から抜粋いたします。
「(前略)Stereo誌のコンテストで、先生方の大型の作品を聞いていて気付いたのだが、大型の箱は、癖が耳に付く。(以下略)」

スピーカー再生技術研究会のオフ会で聴いたMCAP-CR型が、バスレフのクセをなくした上に上質の低音再生を達成してたことを思い出されます。
近年のバスレフ型の改良は目を見張るものがあります。
一方、密閉型は改良、進化が止まったかのようにすら見えます。

断絶している密閉型技術として「アコースティック・エア・サスペンション方式」があります。
オーラトーン5Cが有名ですね。
この方式の特徴は小容積のエンクロージャーで低音再生を達成できることです。
そのためにはエンクロージャー内には吸音材を隙間なく充填し、ユニットにはQゼロが小さくMゼロが大きい小口径のユニットが必要となります。
デメリットは能率が下がることと専用に開発されたユニットが必要なことが上げられます。

この「アコースティック・エア・サスペンション方式」を現代流にアレンジできないものかとずっと考えていました。
「多自由度バスレフ型の研究開発」 http://mcap.web.fc2.com/indexj.html
「オーディオの科学」 http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/helmholtz.htm
に紹介されているエンクロージャー模式図を使って自分なりに整理して考えることにしました。
まずはおさらいです。
新型密閉1


a図は振動板を横から見た図です。振動板には前後があります。

b図は理想的な平面バッフルにユニットを取り付けた状態です。
Gはグランドの意味で振動板の動きとは無関係に動かない座標点(絶対静止系)です。
背面は無限空間に開放されているので空気バネの効果は考慮する必要がありません。
厳密には背面にも振動板にまとわりつく空気がバネ効果をもたらしますが、話を簡単にするために無視します。

c図は密閉型エンクロージャーです。エンクロージャー内に密閉された空気が非常に強いバネとして働きます。
振動板の制動が効くので締まりの良い低音になりやすい方式です。

d図はバスレフ型。背面のバネの先にある四角はバスレフダクト内の空気質量を示します。エンクロージャー内の空気バネは絶対静止系とは分断されています。ダブルバスレフの場合はこの先に更にバネとダクト質量がぶら下がってきます。

e図はアコースティック・エア・サスペンション方式です。
密閉型と同様にエンクロージャー内の空気はグランドと接続されていますが、空気の特性が断熱変化から等温変化に変わっているので、圧縮によるバネ効果はないものと仮定されます。
ただし、圧縮にかかわる抵抗は大きく示す上に元に戻る力も強いです。
つまり、バネにように圧縮で反発力が変化しないのが通常の密閉型との違いです。
イメージしにくいのですが、良く伸びるガムを想像すればいいかと思います。

つづく
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No title

随分進んでいますね。
知らない間にアカデミックなお話しになっていました。

アコースティックエアサスペンション方式というのは、密閉式のことかと誤解していました。ケイさんのご説明を解釈すると、Acoustic Dampingと表現したほうがいいようです。Suspensionは、Damp効果を議論しないバネですが、Dampだと減衰効果を意味します。
Dampモデルは、速度に比例した抵抗モデルですので、運動方程式での記述が可能です。私もシミュレーションのところには書いていますが、単純化のために減衰項はゼロとして無視しています。スピーカーシステムは強制振動なので、減衰項は無視しても解析上はあまり大きな影響は出ないと思います。吸音材を使うとダンプ効果(減衰項の影響)が大きくなるというのも、『本当かなあ?』と疑っています。ダンプ効果はユニット自身が持っているものです。そうでないと、いつまでも振動板は揺れていることになりますね。また、アンプも振動板の惰性にブレーキをかけます。これらのダンプ効果と比較して、箱のダンプ効果がどれくらいなのか数値で知りたいので、何かいい文献が見付かったら教えてください。

No title

鈴木さん、
ミューズの方舟、お疲れ様でした。前回、横浜で聴かせていただいた時とバランスがずいぶん違って良く聴こえたので驚きました。

アコースティック・エア・サスペンションと密閉型の違いは2点です。
1 ユニットのスティフネスを無視する
2 エンクロージャー内の空気バネ効果も無視する
その結果、非常に制動の効く平面バッフルに取り付けたのと近い動きをします。
ただし、ユニット側の条件が厳しいのと原理的に能率が低くなります。

おっしゃる通り、サスペンション効果はないのでダンプの方が正しいですね。
吸音材でエンクロージャー内を満たすのも、空気の機械抵抗を増すためと圧力の伝播速度のコントロールが目的と思われます。
これは私見ですが、伝播速度のコントロールによって見かけ上平面バッフルのようにふるまうのではないでしょうか。
お互いの等価回路は非常によく似ています。
機械抵抗は運動方程式で示せそうですが、伝播速度の数式化は難しそうです。何しろエンクロージャー設計は全て音波速度が同じ世界ですので。

文献として手元にあるのはダイヤトーンの技術者が書いた、誠文堂新光社「スピーカー&エンクロージャー百科」に密閉型との違いを数式化しています。
前年ながら、ダンプ効果の数式はありません。
先に述べたようにユニットのスティフネスのない等価回路なので、非常にシンプルです。
何か情報がありましたら、お教えいただけると助かります。

No title

こんばんは。
誠文堂新光社「スピーカー&エンクロージャー百科」は、持っていたと思いますが、棚のどこかに入り込んでいるらしく出てきません。記憶では自分にとって消化不良だったように思います。自分には、工学とか数学の本のほうが性に合っているようです。

しかし、ユニットや箱の空気のスティフネスを無視できるように造るのは物理的に可能なのでしょうか?本当かなあ...少くとも、ユニットのスティフネスがないと中心が保持されず使い物になりませんよね。かつて江川さんが実験された結果では、短時間は使えたそうですが。

それとケイさんのブログをリンクしました。これからも観察眼で謎を解き明かしてくだいね。

No title

鈴木さん、おはようございます。

>ユニットや箱の空気のスティフネスを無視できるように造るのは物理的に可能なのでしょうか?少くとも、ユニットのスティフネスがないと中心が保持されず使い物になりませんよね。

箱の空気スティフネスはあります。ユニットの方は箱より極端に小さいので無視するということです。(そういうユニットを使うということ)
「断熱変化から等温変化」という部分が重要だと思うのですが、その原理については記されていません。
内容積計算式も密閉型を変形させたものなので、私自身メカニズムがよく理解できていません。

リンクありがとうございます。遅くなりましたが、相互リンクさせていただきました。
これからもご教授お願いいたします。

No title

昨夜、長岡先生の書籍を読んでみました。
アコースティックサスペンションについて、用語は違いますが、上手に説明してありました。
簡単に云うと、
- f0の低いユニットを使う(ばねが弱い)
- 箱は密閉にするが、吸音材でダンプする。吸音材で幾分f0cが下がる。

ということですね。

等温変化、断熱変化の違いについては、志賀さんもあまり詳しく説明していませんし、スピーカーシステムのような高速振動についてどうなるかということについては明確な説明は読んだことがありません。
熱力学は、理想的な仮定の上に成り立っているので、私を含め、難しいと感じている人が多いと思います。私が書いているのも、ゼロに近い速度で変位させた場合の式で、実際とは違うと思います。変位速度が速ければごく僅かに発熱するはずですね。それにコイルも発熱しています。何が正しいか分からないのですが、断熱変化と等温変化の差については厳密に区別することが適切ではないかもしれません。

No title

鈴木さん、情報ありがとうございます。

やっぱりダンプですよね。
他の文献(名称失念)では、
「fゼロは下がるかも」
といった曖昧な表現で釈然としませんでしたが、長岡先生が言っているなら安心です。

>断熱変化と等温変化の差については厳密に区別することが適切ではないかもしれません。

ちゃんと記述しようとすると、とんでもない行列式になりそうですね。
ここから先は私には理解できない世界だと思うので、実際に作って確かめてみようと思います。
音が良ければOKですので。

No title

長岡先生の記述を引用します。

『空気バネを徹底的に利用したシステムとしてエアサスペンション方式がある。f0を極端に低く(20Hz前後)とったコーンの重いウーファーを、小型密閉箱に付けてf0、Q0を大幅に上昇させて使うもの。S0を特に弱く設計、Scを強力に効かせて通常の動作に近付けるもので、略してエアサスとも、AR方式とも呼ぶ。』(長岡鉄男のオリジナルスピーカー設計術『こんなスピーカー見たことない』)

ケイさんの説明のアコースティックサスペンション方式とは違うようでもあります。ちょっと混同してしまいましたが、同じものなのでしょうか?
個人的には、上記のエアサス方式は、普通の密閉型とどこが違うのかな?という疑問を持ちます。

No title

鈴木さん、
追加情報ありがとうございます。

アコースティック・エア・サスペンションではf0が下がるという部分が事実であれば違う部分です。

エアサスペンション方式でf0、Q0が上昇するのは計算式通りですし、
それを見越してそれらの小さい値のユニットを選ぶのは理にかなっています。
結果的にエアサスペンション方式のユニット選択基準はアコースティック・エア・サスペンション同じになります。
更にScを大きくとることにより、事実上S0を無視すれば、両者の等価回路は同じになります。

長岡先生の言っていることは反論の余地が全くありません。
今まで語られてきたアコースティック・エア・サスペンションの方が動作原理が不明な点があります。
やはり「断熱変化から等温変化」の部分が重要であり、両者の違いだと思うのですが、メーカーの理屈が一人歩きしている可能性もありますね。

エアサスペンション方式と通常密閉との違いはFOSTEX「CRAFT HAND BOOK」にも記述がありますが、エアサスペンション方式は容積が小さくなる代わりにf0が小さくM0が大きいユニットを選ぶ必要があるというだけのようです。
通常密閉ではQ0を大きくとれとも書いてあります。

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