什麼是声音-中文.ppt

1 1 音箱系統設計ProfessionalAudioLOUDSPEAKERSYSTEMDESIGN 2 2 開篇語在新規商品開發過程當中 客戶怎樣使用該商品 使用者的希望是什麼 與其它供應商相比 用怎樣的條件來選擇 了解這些訊息是非常重要的 此次 在PA用喇叭的開發中 主要是PA用喇叭到底是怎樣的喇叭 另外 客戶是以什麼基準來判斷 與其它供應商相比較 以什麼根據來選擇的呢 在這里做一個解說 另外 關於基本的音響基礎解說 會盡量考慮使用計算少的方式來進行 比起計算來 更希望大家能夠理解 聲音 的概念 希望 的全部技術者 可以把這份資料理解明白 然後再搭配專業書籍 成為一流的音響設計者 3 3 第一部音響基礎什麼是聲音 4什麼是相位 6什麼是聲音的加法 7什麼是周波数 8什麼是 9什麼是音壓的加法 10什麼是相位干渉 11第二部系統設計概要 19清晰度 21距離減衰 22等壓線 等高線 isobarcontour 圖 23speaker的配置 24音響調整 25現場測試 Fielddata 26與AMP的整合 27總結 30第三部SPEAKER設計高音 Compressiondriverunit 31號角 Horn 34電路 Network回路 36分頻點 的注意點 37低音 woofer 與箱體 38耐輸入試驗信號 39總結 40 平方根 2 1 414214 乘方 2 2 4 什麼是指向係数 12什麼是音響power 13音響power與 的関係是什麼 14指向係数 與音響power的關係是什麼 15什麼是共鳴 16Pink WhiteNoise 17總結 18 目錄 4 4 SPL聲音 像波紋一樣向外擴散 在水池里投入石頭 波紋呈放射狀擴散 聲音的波形 與水池的波紋不同 是形成空気疎密的波紋 密 密度高 圧力高 疎 密度低 圧力低 基於這個聲音 其壓力稱為音壓 其大小稱為SPL SoundPressureLevel 音圧水平Level 因此 音圧的疎密表現 使用與水池波紋同樣的波形來表現 作為正弦 SIN 波 經常使用 在水池里投入石頭 波紋呈放射狀擴散 水池波紋 石頭 密 疎 密 疎 圧力 図1 1 水池波紋擴散狀 図1 2 音波為空気疎密波紋 図1 3 正弦 SIN 波 第一部音響基礎什麼是聲音 5 5 如右圖 用來說明聲音的疎密 此為從音源到無限大的遠處 稱為平面波 但是 離音源近的位置的話 聲音向球状的所有方向放射 因此 波紋呈球状擴展 稱為球面波 聲音的繞射光與聲音作比較 最大的特徴就是光是直線前線 而聲音即使有障礙物也可以迂回繞過去 這就叫聲音的繞射 無指向性点音源 図1 5 聲音向球状的所有方向放射 光源 音源 障礙物 障礙物 音源 図1 4 平面波 図1 6 球面波 図1 7 聲音的繞射 第一部音響基礎什麼是聲音 6 6 相位前述的聲音波 正弦 SIN 波 可以與進行圓運動的物体進行置換 波的峰值 Peaklevel 等值於圓運動的半徑 為什麼用圓運動表示呢 如右圖是根據圓運動物体的位置不同的角度 因為其可以表示出波形處於哪一位置 波紋位置的高度 只要知道圖1 8的 角度 即可知道SIN 也可以知道其相反的 從這樣得出來的此波形稱為正弦波 SINWAVE 另外 圓運動的 回轉 即表示音波的1波長 1波長 秒間可以轉幾回為周波数 f 圓運動的情況下表示每単位時間的角度 稱為角速度 角速度與周波数的関係可用如下公式表示 2 f 即 90 表示B点的頂点 180 半波長的位置 相位是指 個波形時間上的偏差 這個程度用上記的角度 來表示 這個 即稱為相位角 右圖 表示同樣的周波数 個音波的相位角偏差 C B A 90 180 360 波長 90 A A B A 図1 8 位相角 図1 9 相位角偏差 時間 第一部音響基礎什麼是相位 7 7 個聲音的加法右圖表示90 相位偏差的的2個聲音的合成結果 其各個的加法 用 與 的話 根據角度的不同 可以明白其合成的水平 這是相位角 90 時的合成 其它相位角偏差的合成如圖1 11A C 在圖1 11A中 A B相位角為0 即相位 同相的情況下 表示全部的 整数的加法 峰值 peak 1的時候 合成波的峰值 peak 是1 1 2 在圖1 11B中 A B相位角為180 偏差2個音波的合成 結果全部為 在圖1 11C中 A B相位角為120 偏差時的合成 結果峰值2的音波 即使合成峰值也還是2 30 直角三角形的邊1 2 3 A音波 B音波 A B的合成音波 A B 0 1 1 A B 1 0 1 A B 0 7 0 7 0 A B 0 7 0 7 1 4 2 A B C 2 2 2 1 1 120 2 1 3 図1 10 聲音的加法 図1 11 其它相位偏差聲音的合成 3 3 第一部音響基礎什麼是聲音的加法 8 8 個聲音的加法這個音波的合成在什麼時候會有問題呢 作為例題請參考圖12 X Over附近的聲音 從高音和從低音發出來的兩個聲音 到達受聴点 可以聽到2個合成音 問題就在此時2個音波的相位角是否有配合到 周波数再次用正弦 sin 波來對周波数進行一下說明 正弦 sin 波的1波長 也可稱為1循環cycle 1秒鐘有幾個決定周波数 音速為344m sec 假設 1波長的長度為344m的話 1循環cycle 秒 即為1Hz 1波長 的長度與周波数 f 為例來寫的話344m Hz34 4m 10Hz3 44m 100Hz0 344m 1000Hz 344mm 1kHz 進一步說明34 4mm 10kHz17 2mm 20kHz 即 344 Hz 344 m 周波数 f 音速 波長另外 波長 音速 周波数 f 可以這麼說 只要知道周波数 就能知道波長 8kHz的波長 344000 8000 43mm 低音的聲音 高音的聲音 受聴点 図D 波長 循環cycle 例 波長344m1Hz 1 1 1 1 波長短的高頻周波数 図1 12 音波合成問題例 図1 13 波長低頻和高頻 第一部音響基礎什麼是周波數 9 9 音圧音圧即聲音的圧力 圧力的単位為帕斯卡 Pa 1 Pa 1平方米 承受1牛頓 newton 的壓力 1kg 9 8N 音圧水平 以前普遍使用在電話回線的傳送上 使用分貝 dB 作為單位 dB表示的是倍数 基於基準物的多少倍 用対数來表示 聲音的基準為20 Pa 這叫最小聲音變化量 因其可聴範囲可擴大到10 12倍 用対数來表示的話非常方便 表示音圧 SPL 的対数 用以下公式來求得 SPL 20 log Pa 0 00002 dB 圖13中 1Pa的音圧水平 SPL SPL 20 log 1 0 00002 94 dB 計算得出94dB SPL 100dB的聲音 加100dB的聲音 結果不是200dB 100dB的聲音 換算成帕斯卡的話 10 100 20 0 00002 2 Pa 這個加法為2 2 4 Pa 合成SPL 20 log 4 0 00002 106 dB 因為分貝dB是倍率 直接這樣加起來的話是不可以的 音圧的加法 需要換算成帕斯卡Pa來加 表1表示帕斯卡 Pa 與SPL dB 帕斯卡Pa 成倍增長的話SPL即上昇6dB Pa 図1 14 Pa 帕斯卡 表1 1 帕斯卡和SPL 第一部音響基礎什麼是SPL 10 10 A音波 B音波 A B合成音波 音圧上記音圧的加法 只是當如圖14那樣 相位完全相同 沒有偏差的兩個聲音重合的情況下 前記 Pa Pa 上昇6dB 相位角有偏差的話 就不是上記那樣的了 偏差90 時的例子如下圖所示 從上記可以明白 合成波形135 的話有峰出現 應該是上昇6dB的 相位角偏差90 就只可以上昇3 B A音波 B音波 A B合成音波 1 90 1 1 3 0 5 60 90 1 1 1 45 45 90 2 2 1 2 1 0 120 log 1 0 00002 94 0dB 3 2 0 5 1 3720 log 1 37 0 00002 96 7dB 1 2 1 2 2 1 41420 log 1 4141 0 00002 97 0dB 図1 16 相位角 90 偏差聲音的加法 図1 15 相位角0 聲音的加法 図1 17 各相位角的合成 偏差90 時 A 90 B 0 A 120 B 30 A 135 B 45 第一部音響基礎什麼是音壓的加法 11 相位距離從右圖上可看出 從無指向性點音源A B處所發出的聲音在受聽點A處聽時 由於與2個音源的距離相等 故聽上去相位一致 但 受聴点B位置上同音源A的距離b與音源B的距離c不同 故產生了距離差d 僅由於此距離差導致相位偏移 假設b 1m 1 344m 則距離差d 0 344m 將此定為半波長的周波数 相位角為180 聲音無法聽到 由於此 波長為0 344 2 0 688 故其周波数為344 0 688 500Hz 並出現DIP 距離差為 波長的地方相位角吻合 沒有DIP 但此 波長1 3倍的波長相同的 相位角偏移540 圈半 並出現DIP 344 0 688 3 1500Hz越到高音 波長則越短 故在曲線上如同右圖 此稱為相位干渉 X Over附近出現的DIP是由於上述相位干涉的原因所致 音源A 音源B 受聴点A 受聴点B a a b c d 0 344m 音源A 音源B 音源A 音源B 1500Hz相位明顯相反 500Hz相位變反 0 344m 1500Hz 500Hz 図1 18 因距離偏差所導致的相位偏移 図1 19 相位干渉的原理同特性 第一部音響基礎什麼是相位干涉 12 指向係数Q右邊的圖19所表示的為無指向性點音源的放射 是指聲音朝所有方向放射時為球狀擴散 此時的Q稱為1 圖19的B同A一樣 放置在地板上時下半部份的聲音不放射 因此 此聲音的能量為2倍 即Q 2 同樣 圖19的C如果擋住地板同牆壁的話 能量則為4倍 即Q 4同様 圖19的D如果在地板同牆壁的2角有音源的話 則同A相比 能量為放射方向 故為8倍 即Q 8 如上所述 在自由音場 無指向性時的球狀擴散的能量定為1時 實際放射面的能量比被稱為指向系數 Q CQ 4 BQ 2 DQ 8 AQ 1 図1 20 指向係数Q 第一部音響基礎什麼是指向系數Q 13 音響瓦數右邊的圖A所表示的為無指向性點音源的放射 是指聲音朝所有方向放射時為球狀擴散 此處電氣入力為1W信號 變換效率為100 時 所被放射的音響能量稱之為1W 音響瓦數 此水平以10 12乗為基准 用對數表示 稱之為 音響功率水平 PWL PWL 10 log 全放射能量 10 12 dB 另外 在某此距離下 以單位面積所通過的能量的多少稱之為 音響強度 用単位 W m 2 表示 現在 假定半径r1 0 282m的球中心上有無指向性点音源 則可認為在此周邊 半径為倍數r2 0 564的球 半径r1 0 282m的球表面積為4 r 2 故剛好為1m 2 因此 此音源用1音響W的能量放射時 半径r1周邊的音響強度可稱為1 W m 2 半径倍數r2表面上的音響強度為1 4 r2 2 答案為 0 25 W m 2 即 聲音為球狀放射時 為距離2乘方的半比 此被稱為逆二乗則 以單位面積通過的能量 稱為音響強度 r1 r2 r1 r2 1 2 図1 21 無指向点音源 図1 22 半径0 282m同半径0 564m 第一部音響基礎什麼是音響POWER 14 音響功率水平此處的音響強度可用次式設定 Li 4 2 2 2 c W m 2 或是Li Pa 2 c W m 2 周波数 Hz A 空氣的粒子変位量 m Pa 音圧 Pa 帕斯卡 c 特性音響阻抗 1 18 空気密度kg m 3 344 音速m s 406 另 如知道上述A 空氣的粒子變位量 的話 則 Pa 音壓 亦可一並知道 Pa 2 A c Pa 帕斯卡 依上所述 可依據半径r1 0 282m周邊的音響強度1 W m 2 的原理計算出1000Hz時A的空氣粒子變位量 A Li 2 2 f 2 c 1 2 7 9 m可依此求出音圧Pa Pa 2 A c 20 15 Pa Pa Li c 1 2Pa 1 406 1 2 20 15 Pa 用此水平表示則為SPL 20 log 20 15 0 00002 120 dB 由於音響水平為1W 故用水平所表示則為Lw 10 log 1 10 12 120 dB 即 半径r1 0 282m的周邊 音響功率水平同音壓水平圴等同120dB 半径r2 0 564時的SPL如何呢 R2時音響的強度為0 25 因此 同樣計算的話 則 A 0 95 m 同様計算則 Pa 10 07 Pa SPL 114 dB 可看出衰減了6dB 音響功率水平與距離沒有關系 故用r2 計算出的結果亦為120dB 図1 23 半径0 282m同半径0 564m 第一部音響基礎音響POWER與SPL的關係是什麼 15 Q同音響功率水平上述有進行說明 現明確指向係数Q相關同音響功率水平的關系 在圖A中 半径r 0 282m 入力音響功率水平為Pw 1W Q 1 因此 Li P W Q 4 r 2 W m 2 Li 1 1 1 1 W m 2 Pa Li c 1 2Pa 1 406 1 2 20 15 Pa SPL 20 log 20 15 0 00002 120 dB 圖B的Q 2時Li 1 2 1 2 W m 2 Pa 2 406 1 2 28 5 Pa SPL 20 log 28 5 0 00002 123 dB 圖C的Q 4時Li 1 4 1 4 W m 2 Pa 4 406 1 2 40 3 Pa SPL 20 log 40 3 0 00002 126 dB 圖D的Q 8時Li 1 8 1 8 W m 2 Pa 8 406 1 2 57 0 Pa SPL 20 log 57 0 0 00002 129 dB 如上所示 Q為倍數時則以3dB上升 此上升值用對數表示Q的倍數 以指向指数 DI 表示 DI dB 10 log Q 的關系式成立 Q同音響功率水平 變換效率現說明圖23A時的變換效率相關 假設電氣入力為1W時的音源如圖23A所示 則在距離r 0 282m的位置時 SPL為114dB 原本變換效率如為100 的話 則所得出結果應為120dB 在此 將114dB逆算成功率水平的話則為 Pa 10 114 20 20 10 024 Pa Li Pa 2 c 10 024 2 406 0 25PWL Li 4 2 0 25 1 0 25 W 相比入力1W 只有0 25W的輸出 此時的變換效率為25 図CQ 4126dB 図BQ 2123dB 図DQ 8129dB 図AQ 1120dB 図1 24 指向係数Q 第一部音響基礎Q與音響POWER的關係是什麼 16 共鳴此為聲音的共振 空氣為彈性體且有重量 因此 箱體同管狀中的空氣等相碰時會產生共振周波數 圖25中 有驗證出 如圖所示的瓶頸如同笛子一樣會共鳴 此時 其共鳴周波数 f0 為 V 體積 m 3 L 開口部實長 m L L0 1 3r m L0 開口部長度 m S 開口部面積 m 2 r 開口部半径 m 用f0 c 2 s L V 可計算出此被稱為Helmholtz 1821 1894德國物理學者 共鳴器 還有管的共鳴也是其中的因素 圖26中 a 僅單側管堵住時 1 4波長的奇数倍共鳴 b 兩側的管打開時 1 2波長的整数倍共鳴 c 両側的管堵住時 同 b 一樣 1 2波長的整数倍共鳴 管風琴亦是利用此原理 房間的共鳴同箱子的共鳴 c 相同 L L0 1 3r m 図1 25 Helmholtz共鳴器 図1 26 管 共鳴 a b c f 2n 1 c 4 L f n 2 c L f n 2 c L0 L 第一部音響基礎什麼是共鳴 17 粉紅噪音同白色噪音經常被作為信號使用的粉紅噪音同白色噪音的相關解說 從定義上而言 白色噪音 以 Hz為単位使其固定的噪音 每個八度音band pass固定的噪音 八度音band pass是指 與用對數表示周波數一樣 每1個音階或是1 3音階測定能量的方法 以下曲線為 以光為例 每個單位周波數的能量一定時可看到顯示白色 每band pass能量固定時可看到顯示粉紅色 故此命名由此所得 図1 28中為1 3音階同1 1音階的中心周波数顯示 無論如何均以 Hz為基准 以Fh Fl 2 n n 音階 決定幅度 白色噪音 粉紅噪音 周波数為線型能量固定 周波数各band pass能量固定 図1 27 Pinknoise Whitenoise 図1 28 周波数 第一部音響基礎PINK WHITENOISE 18 總結 音波 空氣的 疎密波 平面波 球面波 回折効果 同光不一樣 相位 圓運動 正弦波 相位 相位角 聲音的加算轉換為Pa予以加算 波長同周波数波長 c f 音圧 Lp 表示聲音大小的壓力 Pa 音壓水平 SPL 以20 Pa 為基準 用對數所表示的音壓水平 SPL 20 log Pa 0 00002 音響功率 Pw 電気入力 W 變換效率100 時 所放射的能量被稱為 音響瓦數 W 音響功率水平 PWL 以10 12為基準 用對數所表示的音響功率水平 dB 音響強度 Pi 每単位面積所通過的能量多少稱為 音響強度 W m 2 Q 在某個點上的音響能量同球狀放射時的平均能量之比 DI 將Q的値用水平 dB 所表示的増加量 DI 20 log Q dB 變換效率 Helmholtz共鳴器 管的共鳴 粉紅噪音 白色噪音 band pass Q 1 図24 無指向性点音源 第一部音響基礎總結 19 概要系統設計為喇叭使用專業人士所持有的音響技術 與我們制作喇叭的人沒有直接的關系 但我們必須知道 專業人士在挑選喇叭時要注意什麼樣的事情 我們的喇叭將被如何使用等 此點為喇叭設計的重要領域 規模 需在多少人的場合下使用 主用途 音楽専用 演講専用 多目的 所使用的其它廠家的產品 其性能 室内還是室外 如為室内時 同室内建築音響的組合 指向性控制十分重要 在室外的反射較少 同指向性相比 衰減較大 因此功率會是最大的問題 另外不容易產生相位干渉 右圖為一般室內用的舞台音響配置為了能將聲音均勻的反射到客戶席位上 一般使用遠距離用 指向角60 40 近距離用 指向角90 40 右図為500 1000人規模的大廳 因此 大廳用SP 垂直方向 水平方向同指向性控制均為必須 指向角60 遠距離用SP 指向角90 近距離用SP 指向角40 客席 図2 1 一般的大廳用舞台音箱SP的指向角 第二部系統設計概要 20 最初喇叭的選擇選擇喇叭的時候 最初需考慮喇叭的功率同MAX SPL 剛才的小型大廳用為 近距離用以15m 20m為受聴距離 遠距離用以25m 35m 在此 從必要的音壓同距離衰減上可 求出喇叭所必需的功率 必需的音壓 據說普通的会話程度的音壓水平為74dB 聽激昂的音樂所需為94dB 在此 利用圖2 2的例子進行說明 使用用途若為音楽 集會所用 則需考慮客人數約為500人左右 則 受聴距離 約30m 距離減衰 10 log 30 14 8dB 必要音壓 94dB以上 余裕 線路消耗3dB 球狀余裕 10dB由此 喇叭可求出的MAX SPL按上述合計則為 必要音圧 距離減衰 余裕 94 14 8 3 10 121 8 至少需約122dB的MAX SPL 假設1m1W 98dB的SP 需上升122 98 24dB 依此計算輸入瓦數則需選擇P 10 24 10 251W以上的喇叭 不一定所產出的會完全同計算結果一致 但需以此為目標 依據以上簡單的計算來選擇需要的喇叭 平土間 受聴点94dB 受聴距離 30m 1m需108 8dB 図2 2 最初所必需的瓦數可通過計算得出 第二部系統設計概要 21 清晰度在室內音箱中最重要的評價法為清晰度測試法 可以肯定的說 室內系統的清晰度好壞決定一個好的系統設計 主要的清晰度測試法為以下 ALcons STI RASTY以上任何一個都是由直接音與反射音的比求出的方法 如圖2 9 輸出音源與測定用麥克風之差同反射音之比求出的方法 STI是每個周波数都測試 RASTY用 與 表示 因此 求出的喇叭單體 與 的指向角 周波数特性等成為重要的特性 在大型系統用號角 Horn 上 多數控制周波數從 開始就是因為這個原因 20 40 60 80 100 0 good excell fair poor bad 図2 4 清晰度評価方法 第二部系統設計清晰度 22 距離衰減根據音源的距離 音圧會衰減 這是根據逆二平方法則倍數距離 約每6dB會衰減 此點在前面已進行說明 然而 在室内音響中 有時會出現從某時點開始不衰減的情況 如圖2 3 在一個封閉空間 横軸表示音源的距離 縦軸表示衰減量 dB 藍色為在自由空間的距離衰減 按照逆二平方法則進行衰減 從這個空間可以看出如紅色曲線 在約10m附近開始不衰減 這是因為音源放射的聲音 通過牆壁 地面等反射 室内聲音的強度保持在一定水平點上 在図2 3 利用逆二平方法則衰減的聲音稱為直接音 所保持的聲音被稱為残響音 残響音主要根據房間的吸音而決定 若残響音為Li2的話 Li2 4P S表示 因為直接音為Li1 Li1 QP 4 r 2 残響音的聲音強度LiLi Li1 Li2 QP 4 r 2 4P S W m 2 在這裡 牆壁 地板等的吸音率的平均値 稱為平均吸音率 S 牆壁 地板 天花板等 房間裡面的総面積 P 音響功率水平 PWL Q 指向係数但是 如上所述 表示房間整体平均的聲音大小時 根據距離不同聲音的大小公式如下公式 Li P Q 4 r 2 4 R W m 2 或者SPL PWL 10log Q 4 r 2 4 R dB 在這裡 R S 1 被稱為室定数 還有 如上SPL求出的公式 被稱為Beranek式 在喇叭的配置等被廣泛使用 閉空間的室内衰減特性 自由空間的衰減特 性 直接音 残響音 図2 4 室内的距離衰減 第二部系統設計距離衰減 23 等壓線等高線所謂的等高等壓線 如図2 5所示喇叭的指向性 通過音軸與直角放一個面時的指向角的範囲來表示 在図2 5中 當某喇叭指向特性已決定時 將在其正面的平面上 針對 3dB 6dB處的各個角度進行投影 然後用線進行連結 於是成為等高等壓線 在図2 6中 在決定喇叭的配置及角度時 利用等高等壓 基本上結合 3dB的線來決定 為何認為 3dB 利用能量加法 3dB 3dB 為0dB 可以得出均一的音圧 然而 一般情況下只用水平 垂直來控制指向性的喇叭的等高等壓線圖 即使水平 垂直角度一致 在斜方向 実際上一般也不可被控制 因此 実際的等高等壓線圖如図2 7形状一樣 可以說所有的周波數都達到這樣的形狀是比較困難的 因此 前述 T 周波数用2kHz代表 進行配置檢討的情況也比較多 図2 5 等壓線等高線図 図2 6 喇叭配置例 図2 7 根據周波数不同的等高線図 第二部系統設計等壓線等高線圖 24 喇叭的配置在喇叭配置中最應注意的是前面所講的距離相位問題 因此 在兩個以上的喇叭進行配置的情況下 均使用盡量接近 或是盡量離開當中的一種 作為盡量接近的方法梯形喇叭現在已成為主流 図2 8参照 作為喇叭配置方法 大致上分為兩種方法 分散型分散型 故名思義 喇叭分散 作成均一音場 在劇場客人座席處用小型喇叭進行裝點的方式 一般在殘響音大 直接音難以到達的情況下使用 集中型集中型 大型喇叭從一個點 面向所有方向放射的方式 廣泛使用於残響音少的房屋外及大空間內 在集中型的情況下 因喇叭比較接近 必須使用梯形形状 梯形喇叭梯形喇叭 的角度 基本上與指向角一致 此點符合前述的等高等壓線圖 理由在図2 9中表示 舉個例子 指向角為60度的情況下 因為單邊30度為 6dB 假設以 3dB為交叉點 就必須每15度進行傾斜 因此本體的角度相應也會每15度傾斜 所以就有必要如圖2 9所示將本体的角度調整為75度 離音源的距離近 以 3dB作為交叉點 15 75 図2 8 音源的距離接近 図2 9 指向性與本体形状 第二部系統設計喇叭的配置 25 音響調整連接系統後 進入音響調整 調整什麼該如何調整以下將進行說明 除去房間的駐波 接近喇叭本来的音質 拡声利得確保 盡可能保證最大音量 Delay調整 方向感等的調整 駐波室内音響的情況下 在前面已經有提過 同管的駐波一樣 房間也存在駐波 找到這些駐波可以在EQ上進行修補 四角形房間的情況下 對邊上的駐波將存在3個重點 找到這些駐波的方法可利用1 3Oct分析儀 也有憑経験 利用麥克風發出聲音用耳朵去聽來發現 拡声余裕所謂擴音余裕 為防止麥克風的嘯叫聲從而取得更好的聲音余裕 嘯叫聲是麥克風的周波数特性 喇叭的周波数特性 房間的駐波及反射等各種条件下発生的 但是 基本上 利用EQ補正 考慮調整周波数特性成FLAT 且考慮麥克風及喇叭的指向性 可減少嘯叫聲發生 Delay調整在兩個以上喇叭使用的情況下 補正達到受聽點時間的差異 及去除時間上的偏差來進行調整的方法 必要的情況下 應用Haas効果確保方向感來進行調整 Haas効果 人類擁有同一聲音從2處地方傳來的情況下 識別先到達的聲音的方向感 f n 2 c L0 擴大機 麥克風 図2 11 嘯叫與Delay調整只在A的距離差部分加上Delay 調整成在受聴点能同時聽到 再延遲數msec 使擁有主要喇叭的方向感 Delay 補助SP 受聴点 A 用這個圈発送信號所產生的為嘯叫聲 図2 10 與管的駐波相同的房間的駐波 第二部系統設計音響調整 26 現場測試在喇叭設置及發音等現場 常常會聽到與在無響室聽到不一樣的效果 那是因為所聽的場所特性根據現場的狀況會發生變化 知道受聽點有怎樣的特性也是很重要的 還有 在固定設備的情況下 有了測定結果之後才可交付 在現場測試器中最一般的是如圖2 12所示的TEF分析儀 TEF源於TimeEnergyFrequency起頭的英文字組成 包含時間 能量 周波数等叫作聲音的3軸這些要素在現場測試中幾乎都可測試 1 3八度音實時處理 清晰度STI RASTY RT60 残響特性等 都可測試 図2 12 TEF25 第二部系統設計現場測試 27 1 正弦波的信号正弦波的信号 針對RMS Peak為 2 1 414 被稱為CrestFactor CrestFactor Peak與RMS的比 RMS 真實效値也就是說 舉例來說 的喇叭連接100W擴大機 Peak 40V RMS 40 1 2 28 3V 100W Peak RMS V 正弦波信号的Peak RMS t 2 一般的音楽信号音楽信号 根據曲目 Peak與RMS完全不一致 一般情況 如正弦波的信号RMS 1 2的信号很少 Peak與RMS的比 CrestFactor 就會相當大 3 Disco等強烈的音楽信号然而需要注意的是Disco等強烈的音楽信号 即使Peak一樣 它的RMS値也會相當高 第二部系統設計與擴大機的整合 28 4 擴大機的定格輸出功率放大機的定格表示 根據廠商不同在 或3 失真的情況下的RMS値為擴大機的定格輸出 擴大機表示為 失真情況下的輸出 如果忽略失真 即使標示100W擴大機 最大也能測到200W 也就是說 在最失真波形的矩形波中 Peak與RMS値會接近 Peak RMS V 功率放大機的定格輸出 t 1 或3 的失真 擴大機的定格 Peak RMS 矩形波信号中 最大輸入的情況 V 失真部分 t 出現定格的倍數 電圧1 414倍 電力2倍 擴大機的選擇 1 利用RMS値與擴大機結合的情況喇叭的RMS値與擴大機的定格輸出結合的情況下 如右圖 根據曲目及水平 很快超過Peak水平造成失真 對於擴大機來說也是非常嚴格的輸入 不過 根據失真音也可以知道RMS値是否超出 所以對於喇叭來說也安全的 第二部系統設計與擴大機的整合 29 2 利用連續程序與擴大機配合的情況此為喇叭的連続程序輸入値與擴大機的定格結合的情況下 最好的方法為使音楽信号的Peak不超過擴大機的Peak 但是 根據曲目不同會有超出喇叭的RMS値情況出現 因此需特別注意音量旋鈕的位置 3 使音質優先的使用方法音質優先 盡量控制失真而選擇大的擴大機 也就是說 使用比喇叭容許的輸入大的擴大機 將音量調節到不失真的情況下使用 會出現最好的聲音 為使有更大的余裕 因擴大機的Peak指示燈不會亮 過輸入的情況下需特別注意 正因如此 懂得好的系統的人要會操作 不管哪種場合 喇叭的輸入不要超過RMS容許的輸入來進行設計 特殊的音楽 Disco等強烈的曲目 即使Peak沒有超過 RMS値大幅度上昇 也會超出喇叭容許的輸入 第二部系統設計與擴大機的整合 30 室内的距離衰減 清晰度 等壓線等高線図 喇叭的配置 EQ與Delay 音響系統 與擴大機的連接 第二部系統設計總結 31 壓縮型高音喇叭図3 1顯示的是最標准的壓縮型高音的断面図 振動板振動板材料是 1 鋁 鈦 鈹銅等 E 高的材料是最好的 E E 楊氏模量 YOUNG率 彈性系數的一種 密度 也可以說剛性高 輕就好 相位塞相位塞也可稱為相位等價器 根據振動板的固有振動抑制分割共振 在頸部相位相合 導出平面波來進行設計 如圖3 2所示 在振動板的高頻發生分割共振 這樣的話相位差合成 因為不能効率好的取出振幅 結合重要的固有振動数 從小隙間状的音孔發出聲音 符合相位的原理 設計時 相位塞的開口面積是振動板面積的約10 図3 1 壓縮型高音喇叭的断面図 図3 2 相位插頭的原理 在高頻的周波数 次 次 則發生分割共振 第三部喇叭設計壓縮型高音喇叭 32 壓縮型高音的評価 下面簡稱高音 一般地有名的評價法有PWT測試法 PlaneWaveTube PWT測定主要是評價高音Power特性的方法 用JBL2425高音舉例說明 假設電気輸入是0 001W 変換効率是100 的話 管内部送出0 001W的音響輸出 這時管内径 高音的入口徑是1英寸D 24 5mm 則算可以算出管道中的密度水准Li Li 0 001 W D 2 4 2 0 W m 2 修改SPL則Li IPaI 2 cPa Li c 28 3 Pa 因此SPL 20 log 28 3 0 00002 123 dB 參照右圖3 4実際的測定結果的例來看約118dB左右 反算Pa 10 118 20 0 00002 15 9 Pa Li 15 9 2 406 0 62 W m 2 再乘面積為W 0 62 D 2 4 0 000315 W 也就是0 001W的輸入 輸出為0 000315 W 高音的変換効率約為31 5 一般的壓縮型高音的変換効率是12 35 高音喇叭的能力之一 另外 對於woofer如何 假設1m1W 98dB的woofer 半径1m的球的表面積是4 r 2 面積S 12 57m 2Li Pa 2 c 結果Li 0 00621 W m 2 W Li S 0 0781也就是說1W輸入 0 0781W的輸出 因此変換効率是7 8 図3 3 PWT PlaneWaveTube 測定法 図3 4 JBL2425高音PWT特性 第三部喇叭設計壓縮型高音喇叭 33 關於失真失真的意思是對周波數 輸出了除基本的波形以外的波形 固有振動的2次共振 3次共振 4次共振 5次共振 稱為2次失真 2nd 3次失真 3rd 4次失真 5次失真 参照右圖3 5 所有共振合成稱為THD TotalHarmonicDistortion 一般喇叭 因2次失真和3次失真聽到的方式不同 把2nd 3rd分開來進行測試比較多 如圖3 6 用JBL 號角和高音一體的失真特性的例子 圖表的失真達到了20dB 所以必須注意 也就是與正面 特重疊的地方是 20dB 差 20dB的地方則為 40dB 參考失真用 表示的比較多 這是用與基准音壓20 Pa比來表示的 A dB 用B 的話B 10 A 20 100 或者A 20 log B 100 dB 如右図3 7計算結果所示 一般的 關於失真的水平 1W不在約 30dB以下的話 就可以聽到失真 另外 稱為聽起來像號角 是因為可以聽到2nd失真 在低頻失真增加的話 負荷減少 振動板過振幅 必須從使用區域避開 主要是根據號角的性能 図3 6 JBL2425J和2327 2366的失真特性 図3 7 分貝和 図3 5 振動共振 1次共振2次共振3次共振 第三部喇叭設計壓縮型高音喇叭 34 號角號角的主要目的 是在高音上加上負荷 獲得最大限的音響輸出 為導出很好的平的音響輸出 正確的Q特性 指向性控制是不可缺少的 號角的評價有以下特性 指向特性 雷達圖 球型數據 指向角対周波数特性 Q特性 Q與DI 雷達圖 號角軸作為0dB時 畫出水平 垂直方向的每個角度的衰減 指向角 角度為 6dB為此號角的指向角 如右圖3 8 指向角対周波数特性以上指向角 在每個周波數所標繪的特性 指向角和周波數不相互依存 平的特性是理想的 右圖 圖3 9 為號角的斷面圖 頸部尺寸為 A 表示高頻的控制界限周波数 A部 開口部尺寸為 B 表示低頻控制界限周波數 每個都用波長的1 2尺寸來決定周波數 也不一定一致 A越小 越能控制高頻 B越大 越能控制低頻 在號角的斷面積變化上 經常使用Exponential函數 Bessel函數 最近意識到指向性的重要性 所以指向特性好的圓錐型號角漸漸被越來越多利用 6dB 單邊 r的指向角 図3 9 指向角対周波数特性 JBL A B A B 図3 8 指向特性和指向角 図3 10 號角的開口部尺寸和頸部尺寸 頸部 開口部 第三部喇叭設計號角 35 Q特性 指向係数Q和指向指数DI 本来指向係数Q應該是用球形數據正確測試 但是因為需要設備所以用如右圖的計算公式可簡單地求算出來 如果決定了水平 垂直 的指向角 求得Q 用其對數比求出DIDI dB 10 log Q Q 10時 則DI 10dB 作為號角的性能 相同能量時 正面軸上的Q高比較好 但是 指向性過窄的話 雖然距離拉長 但幅寬變窄 喇叭就不好 Q和DI的特性 如 圖3 11 是根據每周波數的水平 垂直的指向角所求得 每周波數畫出來的話 就可以看出特性如圖3 12 作為評價 控制范圍是平的 與目標Q的差即可以評價號角的性能 另外 60 40 Horn Q 18 28DI 12 62dB90 40 Horn Q 12 86DI 11 09dB 図3 11 從號角的指向角求得Q 図3 12 Q特性 第三部喇叭設計號角 36 電路有關電路 請參考黄副総経理的 音箱系統設計 在這里僅登載了基本電路及簡單的計算公式 並且介紹有關HTML版的程序 電路的簡單設定程序CANVAS版 第三部喇叭設計電路 37 37 分頻點周波数的決定基本上 決定 Way的分頻點周波数 需要注意以下事項 最重要的是 盡量避免在2kHz處作為分頻點 高音 Tweeter 盡量使用 0以上的頻寬 0附近 會過振幅 容易失真 但是在有足夠的負荷情況下是沒有問題的 使用負荷了號角負載 Hornload 時的特性進行確認 即使是正面以外的角度 也盡量與相位 特相配合 圖3 13 表示每個角度的周波数特性好的例子與不好的例子 不僅是正面0 方向 對15 30 用圖那樣來整合也很理想 這個検討 每個角度的周波数特性來看的話比較難以區分 作成如圖3 14那樣 正面為0dB 只畫出與它的差異部分的話 就比較容易明白了 図3 13 分頻點附近的周波数特性 A 好的例子 分頻點附近15 30 特性也順暢 B 不好的例子 分頻點附近0 很好 但在15 30 特性有谷 図3 14 把資料改成比較容易明白 第三部Speaker設計分頻點 X over 的注意點 38 38 低音代表性的低音斷面圖如右圖所示 在此先統一各材料名稱 省略關於低音的詳細說明 請參考黄副総経理的 音箱系統設計 低頻反射 Bassreflex 型音箱 密閉型音箱的設計 有HTML版的設計系統在此介紹 使用T S參數 Parameter 的輸入 INPUT 可以計算大體上的最適値 華司 T鐵 低頻反射 Bassreflex 型BOX的計算結果 密閉型BOX的計算結果 密閉 低頻反射 Bassreflex 型音箱設計系統CANVAS版 第三部Speaker設計低音與箱體 39 39 耐入力試驗信號用此試験信号 代表性的有EIARS 426A B 如下作詳細解説 試験信号的內容 基本信号為WhiteNoise 之后 加上濾波回路 進行特性重合 此稱為 EIA Filter 然後 信号的Peak與RMS的関係在Clip回路 規定為2 1 此稱為 CrestFactor 2 発信器Whitenoise EIA Filter Clip回路 EIA Filter特性 依Clip回路的波形 EIARS 426A試験用回路 其它也有DIN規格 AES規格等等 結構上大體相同 最近IEC60268漸漸成為主流 第三部Speaker設計耐入力試驗信號 40 40 高音 E 相位塞 Phaseplug PWT測定法 PlaneWaveTube 失真率 Horn的性能 指向特性 Q和DI Network回路 X Over周波数的注意点 Woofer與BOX 模擬 Simulation 耐入力試験信号 EIARS 426A 第三部Speaker設計總結