共鳴管方式スピーカーエンクロージャーの設計

共鳴管方式スピーカーエンクロージャーの設計をまとめておきます。

こちらのリンクが参考になります。

回路シミュレーションによる音響管方式キャビネットの解析

気柱共鳴を利用した吸音体に関する基礎的研究

気柱共鳴を利用した吸音体に関する基礎的研究(その2)円筒吸音体の直径が吸音力に及ぼす影響

気柱共鳴を利用した吸音体に関する基礎的研究(その3)角筒吸音体の断面形状が吸音力に及ぼす影響

ターゲットとしてCHR120の周波数特性とインピーダンス特性をデータシートより引用します。

CHR120の周波数特性とインピーダンス特性

設計目標としては、fc=100HzのLPFをTLSエンクロージャーで達成することとします。

また、気柱共鳴を利用した吸音体に関する基礎的研究からまとめを引用しておきます。

気柱共鳴を利用した吸音体の吸音力、及び開口部周辺の粒子速度分布を測定し、以下のことを明らかにした。

  1. 吸音体の材質が吸音力に及ぼす影響は小さい。
  2. 吸音体の開口部に負荷する抵抗材の流れ抵抗によって吸音力は変化する。
  3. 吸音体を室内中央に配置した場合に比べ、壁際に配置した場合に吸音力は大きくなる。
  4. 抵抗材を付加する開口部を上向きとして開放空間に向けた場合に比べ、下向きとして床面に近接させた場合に、吸音力および開口部周辺の粒子速度レベルは大きくなる。

直径が異なる円筒型共鳴器の吸音力を測定した結果、円筒の内径を大きくし、共鳴器の開口部、および付加する流れ抵抗材の面積を増大させることで吸音力のピーク値が上昇するものの、その増加量は面積の増加分を下回ることが確認された。これは円筒の内径が長くなり開口面積が大きくなると開口部のインピーダンスレベルが不均一となることが原因と考えられる。円筒型共鳴器に抵抗材を付加して粒子速度を効率よく抑制される際、単位開口面積当たりの吸音力の観点からは適切な大きさの円筒の選定が必要となる。

気柱共鳴を利用した角筒吸音体の断面形状と、側面の制震の有無を条件として、その吸音力および共鳴時の角筒近傍における粒子速度分布を測定することで、以下の知見を得た。

  1. 角筒断面の辺長比が1:1であれば、同じ長さ、断面積の円筒型吸音体と同様の吸音力特性が得られるが、辺長比が大きくなると、吸音力がピークとなる周波数は変化する。
  2. 角筒断面の辺長比が大きくなると、長辺側の側面において、気柱の共鳴周波数付近の振動が生じるようになる。また、角筒開口部の粒子速度レベルの周波数特性が変化する。
  3. 角筒吸音体の吸音力特性は、開口部の粒子速度レベルの周波数特性と良く対応する。
  4. 角筒側面の振動を十分に抑制することで、開口部の粒子速度レベルおよび吸音力の周波数特性が変化し、辺長比1:1における角筒吸音体と同様の特性になる。すなわち、気柱共鳴を利用した角筒吸音体は扁平な断面形状であっても、側面を十分に剛性の高い素材で構成することや、制震処置を施すことで、意図した周波数における吸音効果を期待できる。

これらの知見から、複数の扁平な角筒で構成されるTLSエンクロージャーでも適切な側面の吸音材と開口部の大きさおよび形状(整流)により周波数特性を制御できることがわかります。

また、ATLを構成する要素技術(波型スポンジによる吸音および開口部における整流)も容易に理解できます。

一方で、TQWTの開口部の大きさの変化やファイバーウールなどの吸音材による粒子速度の変化が与える影響も容易に理解できます。

最後に、実際のエンクロージャー設計では複数の力学現象の物理モデル(共振、弾性、熱、剛体、流体)が組み合わさっているので、総合的な理解が必要です。

吸音材の物理モデルとシミュレーション

吸音材の物理モデルとシミュレーションに関するリンクをまとめておきます。

 

積層防音材料の吸遮音特性の数値予測に関する研究

音響材料特性予測ソフトウェアSTRATI-ARTZと自動車防音材の設計

Biotパラメータの音響特性に関する感度解析

 

ATLの説明やカットモデルを見る限り、

Biotモデルで多孔質弾性材料(波形のウレタンフォームなど)の

矩形管での特性がシミュレーションできれば、

良さそうです。