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『素朴な疑問・・・・箱の定在波』を読んで考えたこと

ちょっと今更感があるんですが、kenbeさんの、ブログ・ハイエンド自作スピーカー【小口径ユニットの料理も挑戦中】の中の記事、『素朴な疑問・・・・箱の定在波』をみて、考えたことを書こうと思います。

※何故か私のパソコンでは、箱の高さ・横幅・奥行きの数値の画像が見えません。
おぼろげな記憶では、白銀比(1:約1.2(ルート2))と、黄金比(1:約1.6)を組み合わせた長さの比(1m:1.2m:1.6m)になっていたような気がしますが。

定在波は、共鳴管の共鳴作用と実は同じで、進行波と反射波の重なり合いで発生します。現実にはありえない仮定ですが、反射するときに損失がなく、空気中を通過する間に減衰がまったくなければ、定在波の周波数で、無限大のピークとなります。スピーカーのシミュレーターで、電子回路に置き換えて行う場合は、発振回路になると何かで見たことがありますが、その点については私はまったく詳しくないので、分かる人教えてほしいものだ。おそらく説明を聞いても私の理解を超えていると思うんだけどね。

kenbeさんは、箱内部の定在波が問題になるのは、バスレフとかバックロードとか、背面の音を共鳴で強めて外に放射する箱で問題になると考えているようです。私は、(無視しても問題のないレベルかもしれないが)密閉箱でも問題となりうるのではないかと思ってます。

定在波の節の部分(振動が起きない部分。平行面だけで箱を作ると、壁面は節になります。)では、ユニットからの進行波と反射波の振動の向きが正反対で、振幅は同じです。(減衰がまったくないというあり得ない仮定ですが、減衰がある場合は、節でもごくわずかには振動します。でも節の位置は変わらないはずです。ですから大雑把な傾向は、この単純化したモデルでもいいのではと思います。)

注目してもらいたいのは、節の位置というのは、振幅そのものは0ですが、進行波と反射波がぶつかりあって、互いに押し合ったり、逆に引っ張り合ったりしている場所だということです。振幅そのものはないので、音は消えるんですが、圧力変動は最大の場所ということになります。

圧力の変動をグラフ化すると、やっぱり波の形になるはずですから、音波ではなく圧力波とここでは呼ぶことにしますが、定在波の節や共鳴管の節の部分は、圧力波では腹の部分となります。逆に定在波や共鳴管の腹の部分は、圧力波では節ということになります。

※長岡鉄男氏の共鳴管の説明の図で、音波の腹・節ではなく、圧力波の腹・節になっているものもありました。おっと、余談でした。

音波と圧力波の関係は、落下運動に置ける、位置エネルギーと運動エネルギーの関係に似ていると私は感じました。

ユニットは箱の1面に付けますから、ユニットの位置は壁面と考えても問題なさそうに思えます。つまり、ユニットの位置では、音波の節になります。そこでは、ユニットの動きとは、反射してぶつかる音波はちょうど逆向きに振動することになります。勿論定在波の周波数をユニットが出した場合です。ユニット振動板が箱内部に入るように動いた時は、定在波の圧力は、ユニット振動板を押し出すように働くはずです。

つまり、結論として何が言いたいかというと、定在波はユニットに対して背圧として働くのではないかということです。そして、箱内部の定在波があまりにすざましいものになっていたら、定在波の周波数帯で、ユニットの振動が抑制されるのではないかという、私の予想です。

ユニットに背圧がかかると、ユニットのインピーダンスが変化しますから、裸の状態でのインピーダンスと、箱に入れたときのインピーダンスを測定すれば、背圧の大小が判るのではないかとも感じます。インピーダンスの変化がそれほどでもなければ、背圧の影響はそれほどでもないということになります。

まあ、個人的な予想では、箱がかなり小さくならないと、目立ったインピーダンスの変化は見いだせないのではないかとも感じますが、ユニット前面から出る高域が悪くなる可能性は捨てきれないので、エンクロージャーの定在波対策は行わないよりは行ったほうが良いというのが私の今のところの考えです。

※ちょっとだけ補足すると、音波には向きがありますが、圧力はあらゆる方向に、面に垂直に働きますから、ユニットに面していない面で起こる定在波もユニットに影響するのではないかと考えています。

※私の妄想という可能性もありますから、信用しすぎないでください。
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