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Re: 音波の振幅

 投稿者:しらちゃん  投稿日:2017年11月17日(金)20時39分14秒
返信・引用
  > No.8724[元記事へ]

flip-flopさん

振幅特性図ありがとうございます。

ビクターの球形スピーカーはレコード店で良い音がしていましたが、アンプで補正していたかもですね。

騒音・振動環境入門(中野有明著H22)だけに、
振幅の実効値(x)=音圧(p)pa ÷(2πx音響インピーダンスρc≒1.2x340)x周波数fHz)
だから、120dB=20pa(kgf/㎡)で20Hzの場合の、
実効振幅x=20pa÷(6.28x400x20Hz)=0.0004m=0.4mmになる具体的記事が在ります。
又、{21.空気の振動で音は出ない}の記事http://www2.odn.ne.jp/~cai00050/に、
振幅x(mm)=0.6p/fの簡略式が在り、振幅表示は先端ピーク値なので1.4倍で振幅は0.6mmになる。
1000Hzの場合計算ではx=0.6x音圧20pa/1000Hz=0.012mm=12um(毛髪より小さい)です。
http://www.keirinkan.com/kori/kori_physics/kori_physics_1_kaitei/contents/ph-1/4-bu/4-2-1.htm
では精密計算で0.000011m=11umになっています。

これらの事から低音ほど振幅が大きいのは実感できますし、ツイーター振幅が小さいのも理解できますが、
改版電気音響振動学、音入門(チャールズE著)、機械音響工学、スピーカー&エンクロージャー百科、
物理、理科、音響工学言論、インターネットなどでも、音圧と振幅の具体的記事が在りませんので、
理工系の人なら推定出来ても普通の人は無関心で分からない人が多いと実感しています。

ついでですが、音楽をしている人でも倍音関係を知りません。
声楽で例えば(ド)の声や音を出している時には、2倍音の(ド)、3倍音の(ソ)、4倍音の(ド)、
5倍音の(ミ)、6倍音の(ソ)、7倍音の(bシ)音程が出て声紋になりますし、
楽器では倍音の音圧違いで音色が変わります。

低音が大きくなるらしい近接効果の記述が、改版電気音響振動学2006年39版51Pにありました。
粒子速度に比例する速度マイクロホン(単/両指向性マイクは速度型)を使うときに、
あまり音源に近づけると直接耳に感じるよりは低音の勝った音が再生される。
これぐらいしか専門書でも記述がないのが現状です。

オーディオの科学記事でスピーカーの振幅の勉強させて頂きましたが、
これらの周波数と振幅の関係記事も追記して頂けたら多くの人が助かると思います。
 
 

音波の振幅

 投稿者:flip-flop  投稿日:2017年11月13日(月)22時32分43秒
返信・引用
  >>周波数と振幅に関する記事が少なすぎる

と書いておられますが、そうは感じません。
直接放射型は1/f^2に比例、ホーン型は1/fに比例する振幅でOK。

空気の振幅は平面波では速度一定なので1/fに比例、
球面波ではka<1では1/f^2に比例します。
(どの書物を見ても簡単に理解できるでしょう。)

これだけでは何の情報もないので、独自計算結果を下に付けます。
1つは呼吸球の必要振幅。ka<1では1/f^2に比例する様子が分かります。

もう一つは単位面積当たりの質量が一定の場合の必要な駆動力の比較。
(振動板全面積で動かす空気の量と同じ。)
小さな振動板は駆動力が小さくても同じ音圧を出せるが、振動板が大きくなるとka>1では
空気が膨張する分、沢山の量の空気を動かさなくてはならない。

ビクターで呼吸球スピーカーを試作していましたが、この理由で振動板が大型になると高域の駆動力が不足し、
アンプで高域低下を補償するのにパワー不足(VC耐入力で持たない)となる問題がありました。
 

Re: 音圧傾度型の説明文

 投稿者:しらちゃん  投稿日:2017年11月13日(月)14時47分32秒
返信・引用
  > No.8722[元記事へ]

flip-flopさん

マイクでは有名なShureのマイクの近接効果の解説は理解不能で困ってました。
他に指向性マイクの近接効果が出る理由の具体的記事がないでしょうか?

音圧傾度型は指向性なので速度型であり、
ダイナミックマイクでは磁界中をコイルが動くので、
音の来る方向では振動板振幅が低音ほど6dB/octで大きく振幅して速度がフラットになるので、
音圧がフラットの周波数特性に測定されるはずですが、
コンデンサーマイクでは低音ほど振動板振幅を減らすよう(ダンピングなど)工夫してあって、
低音ほど振幅が大きいのを高音と同じ振幅になるようにしてフラットにしていると思います。

指向性(速度型)マイクでは、音源近くでは音圧に無効な振幅(速度)を感じるので、
低音が大きくなる近接効果が出るとの理解で良い筈です。

それに対して、圧力型(音圧型)マイクは無指向性で音の圧力に感知するのは、
マイクの振動板背面が空洞の空気弾性の為に耳の構造と同様であって、低音ほど大きな振幅が来ても、
マイクの振動板(鼓膜)は低音でも高音でもマイク振動板の振幅が一定で、
フラットな音圧で測定できるためにスピーカー直近でも近接効果が出ない。

これらのことは音響工学原論でもメーカーの記事にも殆どありませんので想像です。
物理でも音響工学でも、周波数と振幅に関する記事が少なすぎるのは何とかならないでしょうか?

 

音圧傾度型の説明文

 投稿者:flip-flop  投稿日:2017年11月10日(金)18時25分39秒
返信・引用
  Shureのマイクの近接効果についての解説文章、ちょっとひどい。(誤解を招く表現)

音圧傾度型マイクは高域が上昇する(低域低下)等と事実と異なる内容を記載したうえで
「ダンピングで平坦にしている」という、これもまた事実と異なる記載である。
(音圧傾度型=両指向性=速度型であり、平面波に対してはフラットな周波数特性を持つ。)

単一指向性は、無指向性と両指向性の出力を加算することで得られるが、2つのマイクの代わりに
1つの両指向性の振動板の裏側を適切にダンプすることで無指向性との中間的な特性=単一指向性
を得ている事を「ダンピング」と称していると想像されるが、このような説明の仕方は一般的ではない。
 

球面波 平面波 近接効果

 投稿者:しらちゃん  投稿日:2017年11月 9日(木)09時44分41秒
返信・引用
  ご指摘あったように球面波は音波が広がるために、
90度遅れで音にならない低音ほど4倍(12dB)/oct振幅特性があっても、
平面波近似同様に低音ほど2倍(6dB)/oct振幅特性で広がって行き、
距離で音圧(変位速度)と振幅(変位)が比例すると思います。
添付図のpdf記事抜粋でも空中の振幅は低音ほど大きくなるとのこと。

kr1(2πf/音速 x距離)の係数位に離れると平面波に近似する記事では、
http://web.tuat.ac.jp/~yamada/onkyo/chap5/chap5.html
54Hzでは1m、1080Hzでは5cm距離で平面波近似になるので、

測定用などの音圧型(無指向性)マイクで音圧がフラットの時に、
ボーカル用などの速度型(指向性)マイクでは、
音圧に寄与しない90度遅れた振幅(変位速度)を感知して、
低音が大きくなる近接効果が顕著になる,が正解でしょうか?
http://shureasia-jp.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/4835/~/%E8%BF%91%E6%8E%A5%E5%8A%B9%E6%9E%9C%E3%81%8C%E7%99%BA%E7%94%9F%E3%81%99%E3%82%8B%E7%90%86%E7%94%B1
(参考に検討中のスピーカー等価回路シミュレーション図を添付します)

皆さんのご意見をお願いします。

 

Re: 音圧と振幅

 投稿者:志賀  投稿日:2017年11月 3日(金)21時10分13秒
返信・引用 編集済
  しらちゃんさん

> ところで、図の私の考え方は正しいでしょうか?
> 周波数が違う音圧が一定(フラット)の音は、速度も一定(フラット)なので、幅(変位)は高音ほど-6dB(1/2)/オクターブoctで小さく、低音ほど大きくなると思います。

「周波数が違う音圧が一定(フラット)の音は、速度も一定(フラット)なので、」と書いておられますが、速度とは粒子速度のことですね? であれば、これが成り立つのは細い直管中の音波など理想的な平面波の場合のみで球面波など他の場合はそうではなく複雑な変化をします(基礎音響工学の4.2項「平面波と球面波」参照)。ということで、確かに粒子速度が周波数に対し一定なら粒子運動の振幅は周波数に反比例しますが、それは上に挙げた特殊な場合のみです。いい替えれば、粒子運動の振幅は周波数が高くなるほど小さくなるのは誤りではないですが一般に1/f(-6dB/Oct)で減少するわけではないと言うことです。
 

音圧と振幅

 投稿者:しらちゃん  投稿日:2017年11月 3日(金)11時26分34秒
返信・引用
  紹介頂いた基礎音響工学(城戸 建一 編著1999初版第4冊)中古本を読書中で、
89Pの無限大バッフル中で{一定の加速度で振動}する図では加速度を音圧として、
結果的にa<rでは正面音圧がフラットに近づくことが理解できました。

ところで、図の私の考え方は正しいでしょうか?
周波数が違う音圧が一定(フラット)の音は、速度も一定(フラット)なので、
振幅(変位)は高音ほど-6dB(1/2)/オクターブoctで小さく、低音ほど大きくなると思います。
音響工学本にも具体的な記事が無いし、分からない人が殆どなので困っています。


 

Re: 直接放射型SPKの軸上特性(Ka>1)

 投稿者:理科好き  投稿日:2017年10月22日(日)12時14分34秒
返信・引用
  > No.8714[元記事へ]

flip-flopさん

> (6)式、(7)式どちらもλが変数となっています。
> λ=c/f、つまりfをパラメータに取った解析結果の式です。

そのことは判っていたのですが、「周波数軸」というのがFig.4のど
の軸を表しているのか分からず混乱していました。

> a→∞の極限で計算結果の値は振動し、不定値となります。

了解致しました。
(6)式でz=0のときを考えれば

  p=ρcvo(e^(-jka)-1)
   =ρcvo(cos(ka)-1-j*sin(ka))

となり、a→∞で有限確定値にはならないということですね。

もともと、振動なので当然ですね。お手数をお掛け致しました。
ご丁寧な対応ありがとうございました。

で、考え直してみますと、私が式(1)の意味を誤解していたことが問題の
発端でした。
----------------------------------------------------------------
議論の本質とは関係ありませんが。
(6)式の2行目のeの肩の(λ/π)は(π/λ)のタイプミスではないか
と思います。
----------------------------------------------------------------
 

Re: 平面スピーカーの高音

 投稿者:しらちゃん  投稿日:2017年10月22日(日)09時47分47秒
返信・引用
  > No.8716[元記事へ]

flip-flopさん

計算式ありがとうございました。
勉強して使えるようになんとか努力します。

正面軸上特性だけにこだわるのはバランス感覚を欠いていますが、市販品は正面での仕様を記載しますし、聴く場合はLRスピーカーと視聴定位置が三角形で2m以上距離で聴く場合が多いと思います。
指向性ビームが鋭くなっても座る位置が20cm以上違うことはないのでは?
両耳の左右距離はLRそれぞれのスピーカーから音が来るわけで、ビームから外れることは少ないと思います。
中心からの9cmの方向による指向性でfzの約1/3(23kHz?)の周波数でしょうか?
ディップが発生しても聴こえない周波数?と思います。

直径20cm理想振動板でダイナミックスピーカーを作ると約30kHz(-3dB)に出来そうで究極のスピーカーが出来るのなら、12cm口径位でモニター用やマイクの測定用などにも十分なフルレンジHiFiスピーカーが出来るのではと夢見るのです。


 

Re: 平面スピーカーの高音

 投稿者:flip-flop  投稿日:2017年10月21日(土)14時52分3秒
返信・引用 編集済
  > No.8715[元記事へ]

しらちゃんさん

> 又、図のエクセル計算ファイルがありましたら参考になるので欲しいのですが。
> 宜しくお願いします。

計算式は、周波数を最初のディップ周波数=fzで正規化して f'=f/fz とすると、
 P=abs(sin(pi()*f'))/(pi()*f') です。

> (一般スピーカーの特性は-10dB(3/10)に音圧低下する周波数ですが、高級スピーカーでは-3dB(7/10)に低下する
> 周波数が一般的と思っていますのでフラットとみなせるかもの-3dBの周波数を求めたいのです。)

軸上特性は良くても、指向性ビームが鋭くなりますから、以前指摘したように両耳の左右距離だけで
ビームから外れてしまいます。両耳間が18cmとして、20cm口径の振動板では両耳の中心を狙っても
中心からの9cmの方向による指向性でfzの約1/3の周波数でディップを発生します。

軸上特性「だけ」に拘るのはバランス感覚を欠いていると思います。

(追記)
40kHzで直径10cmの振動板の指向性データがあります。
http://www.cit.nihon-u.ac.jp/kouendata/No.38/2_denki/2-024.pdf

ピストン円板ではありませんが、固定周波数で振動モードが反転する部分を振動板の表面位置を
半波長ずらすことで疑似的に同相駆動している。
 

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