베이스 반사

Bass reflex
베이스 반사 인클로저 도식(횡단면)
RCA 베이스 반사 선반 스테레오 스피커.

베이스 반사 시스템(포티드, 벤트 박스 또는 반사 포트라고도 함)은 캐비닛에 절단된 포트(홀) 또는 환기구와 포트에 부착된 튜브 또는 파이프의 섹션을 사용하는 확성기 인클로저의 한 유형이다.[1][2]이 포트는 다이어프램 후면에서 나는 소리를 일반 밀폐형 또는 폐쇄형 확성기 또는 무한 배플 마운팅에 비해 낮은 주파수에서 시스템의 효율을 높일 수 있도록 한다.

반사 포트는 이 인기 있는 인클로저 유형의 특색이다.설계 접근방식은 우퍼 또는 서브우퍼에 의해 생성된 가장 낮은 주파수의 재현을 강화한다.포트는 일반적으로 인클로저의 전면(배플) 또는 후면에 장착된 하나 이상의 튜브 또는 파이프로 구성된다.운전자 매개변수, 인클로저 용적(및 충전재) 및 튜브 단면 및 길이 사이의 정확한 관계에 따라 유사한 크기의 밀폐함 인클로저의 성능에 비해 효율이 실질적으로 개선될 수 있다.

설명

DIY 오디오 프로젝트의 일부로 Polk S10 스피커 캐비닛 상단에 설치된 2인치 포트 튜브.이 항구는 불타고 있다.

거의 밀폐되어 있는 폐쇄형 확성기와는 달리, 베이스 반사 시스템은 일반적으로 파이프나 덕트(일반적으로 원형 또는 직사각형 단면)로 구성되는 포트 또는 통풍구라고 불리는 개구부를 캐비닛에 절단한다.이 개구부의 공기 질량은 병 안의 공기와 정확히 같은 방식으로 인클로저 내부의 공기의 "스프링"과 공기의 전류가 개구부를 가로질러 향할 때 공명한다.흔히 사용되는 또 다른 비유는 공기를 스프링이나 고무줄처럼 생각하는 것이다.헬름홀츠 공명으로 알려진 박스/포트 시스템이 공명하는 주파수는 덕트의 유효 길이와 단면적, 인클로저의 내부 볼륨 및 공기 중 음속의 속도에 따라 달라진다.포트 스피커 초기에는 스피커 설계자가 포트의 이상적인 직경과 포트 튜브 또는 파이프의 길이를 결정하기 위해 광범위한 실험을 해야 했지만, 최근에는 일정 크기의 캐비닛에 대해 포트의 크기와 튜브의 길이를 계산하는 수많은 테이블과 컴퓨터 프로그램이 있다.그러나 이러한 프로그램에서도 인클로저가 좋은지 여부를 결정하기 위해서는 프로토타입에 대한 일부 실험이 여전히 필요하다.

포트와 함께 소형 JVC 스피커.

만약 이 환기 공기량/박스 공기 스프링스 공진을 베이스 드라이버의 자연 공명 주파수보다 주파수가 낮게 위치하도록 선택한다면, 흥미로운 현상이 발생한다: 베이스 드라이버 소리 방출의 백파는 두 공명 사이의 주파수 범위에 대해 극성으로 반전된다.백파는 이미 전파와 정반대의 극성을 띠기 때문에 이 역방향으로 두 개의 방출이 위상(배출기 방출은 1개의 파장 기간만큼 뒤처져 있기는 하지만)으로 가져와 서로 보강한다.이것은 더 높은 출력을 생산하기 위한 유용한 목적을 가지고 있다(폐쇄된 박스에 비해 주어진 드라이버 이동의 경우) 또는 반대로, 작은 편차를 가진 유사한 출력(즉, 운전자 왜곡이 적다는 의미)을 가지고 있다.이 보강재에 대해 발생하는 벌칙은 시간 얼룩이다. 본질적으로 환기구 공명은 "보존 꼬리"를 붙임으로써 주 운전자의 출력을 증가시킨다.운전자의 자연 공명 이상의 주파수의 경우 반사 정렬은 아무런 영향도 미치지 않는다.환기구 공명 이하의 주파수의 경우 극성 반전이 이루어지지 않고, 백파 취소가 발생한다.게다가, 박스 에어 스프링이 없기 때문에 운전자는 마치 자유공기에 매달려 있는 것처럼 행동한다.

스피커가 가정용 또는 대용량 라이브 성능 설정(예: 베이스 앰프 스피커 캐비닛, PA 시스템 스피커 및 서브우퍼 포함)용으로 설계된 경우 제조업체는 단점(포트 노이즈, 공명 프로블)을 능가하는 포팅(베이스 응답 증가, 베이스 응답 감소, 효율 향상)의 이점을 고려하는 경우가 많다.ems. 이 디자인은 소비자와 제조사들 사이에서 인기가 있지만(스피커 캐비닛은 더 작거나 덜 동등한 성능을 위해 더 작고 가벼울 수 있다) 베이스 출력의 증가는 드라이버, 인클로저, 그리고 포트의 긴밀한 매칭을 필요로 한다.잘 맞지 않는 반사 디자인은 불운한 특성이나 단점을 가질 수 있으며, 때로는 모니터 시설, 녹음 스튜디오 등에서 오디오 엔지니어가 사용하는 스튜디오 모니터 스피커와 같이 소리의 높은 정확성과 중립성을 요구하는 설정에 적합하지 않을 수 있다.그러나 이러한 단점을 대부분 극복하는 베이스 반사 시스템을 설계하는 것은 가능하다; 그리고 질 좋은 베이스 반사 디자인은 전 세계의 까다로운 환경에서 흔히 발견된다.

패시브 라디에이터와 비교

주요기사: 패시브 라디에이터(스피커)
전면에 장착된 패시브 라디에이터가 있는 패시브 라디에이터 인클로저, 백 또는 사이드 마운팅도 사용된다.

수동형 방사기는 "포팅된" 베이스 반사 시스템과 유사하며, 두 가지 방법 모두 같은 이유로 사용된다. "...스피커 캐비닛 시스템의 저주파 응답을 확장하는 것."[3] "지금까지 포트는 캐비닛에서 확장된 베이스 응답의 가장 일반적인 수단이다.확성기를 위한 두 번째로 흔한 베이스 익스텐더는 "패시브 라디에이터"라고 불린다.[4]패시브 라디에이터는 포트 대신 캐비닛에 하나 이상의 추가 콘(다이아프랙)을 사용하는 것이다.이러한 패시브 다이아프램은 자석이나 음성 코일이 없으며 파워앰프에 연결되지 않는다.수동형 방사기는 "드론 콘"이라고도 불린다.

역사

작은 키소닉 쿠브 연설가.프론트 그릴을 탈거한 상태에서 두 운전자 사이에 포트가 보인다.

다양한 스피커 파라미터, 인클로저 크기 및 포트(및 덕트) 치수가 베이스 반사 시스템의 성능에 미치는 영향은 1960년대 초까지 잘 파악되지 않았다.그 후, A.N.의 선구적 분석.Thiele,[5][6][7]J.E. Benson[8][9]와 리처드 H.Small[10][11][12][13]베이스 리플렉스 스피커 시스템의 합성을 위해 저주파 성능 기준"맞춤"(관련 연설자 매개 변수 세트)의 디자이너들 유용한, predi을 생산할 수 있도록 하는 시리즈로 발전하여 명확히 말해진 만나기 위한 이론적 기초를 제시했다.ctable 반응입니다킬은[14] 6차 배기가스 확성기 시스템 정렬을 새롭게 선보이며 디자인 옵션을 확대했다.이 모든 결과를 통해 스피커 제조업체는 다양한 크기의 인클로저에 맞춰 베이스 반사 확성기를 설계하고 인클로저를 예측성이 뛰어난 스피커와 매칭할 수 있게 되었다.물리적 전기기계적 제약조건 때문에 소형 외장장치에 소형 스피커를 장착하여 고효율(즉, 저전력 증폭기만 필요)으로 확장된 베이스 응답을 생성하는 것은 불가능하다.이러한 속성 중 두 가지를 가지는 것은 가능하지만 전부는 아니다; 이것은 수년 전 에드가 빌처(Edgar Villchurt)의 KLH 요약본(Henry Kloss)의 J. Anton Hofmann의 철칙이라고 불렸다.발생하는 음압은 스피커의 효율성, 운전자의 기계적 또는 열적 전력 처리, 전력 입력 및 운전자의 크기에 따라 달라진다.

베이스 반사 통풍구.

이점

소형 플라스틱 하만 카돈은 베이스 반사 포트를 가진 컴퓨터 스피커에 동력을 공급했다.

노박은[2] 베이스 반사 인클로저가 유사한 크기의 완전히 닫힌 박스보다 주어진 양의 왜곡, 낮은 총 고조파, 상호변조 및 일시적인 왜곡에 대해 더 큰 음향 출력을 가질 수 있다고 결론지었다.이러한 공명 시스템은 운전자의 베이스 응답을 증가시키며, 적절히 설계될 경우 운전자와 인클로저 조합의 주파수 응답을 유사한 크기의 밀폐된 박스에서 재생산할 수 있는 범위 이하로 확장할 수 있다.인클로저 공명은 튜닝 주파수를 중심으로 한 주파수 대역에서 원뿔 이동을 제한하여 그 주파수 범위의 왜곡을 줄인다는 점에서 2차적인 이점이 있다.포티드 캐비닛 시스템은 동일한 성능을 가진 패시브 라디에이터 스피커보다 저렴하지만, 패시브 라디에이터 시스템은 하나 또는 두 개의 "드론 콘" 스피커를 필요로 하는 반면, 포티드 시스템은 구멍이나 포트, 길이 또는 튜브만 필요로 한다.

제한 사항

각각 50Hz와 동일한 -3dB 컷오프 주파수를 갖는 다양한 하이패스 필터 기능의 스텝 응답.표준 B4 벤트 박스 저주파 정렬의 스텝 응답은 (a)에, 표준 B2 (Q = 0.7071) 밀폐 박스 저주파 정렬의 스텝 응답은 (b)에 표시된다.
일부 전자 키보드는 포티드 스피커를 사용하여 베이스 반응과 사운드 성능을 향상시킨다.여기 사진에는 야마하 DGX-202가 있다.

폐쇄형 확성기에 비해 베이스 반사 캐비닛은 과도 응답성이 떨어져 베이스 노트와 관련된 붕괴 시간이 길다.[10]다양한 고역 통과 필터 기능에 대한 일부 스텝 응답은 관련 그림에 나타나 있으며, 각 필터는 50Hz의 동일한 -3dB 컷오프 주파수를 가진다.이 그림에서 (a)는 기존의 B4 환기 박스 정렬의 스텝 응답을 나타내고, (b)는 Q = 0.7071로 B2 폐쇄 박스 정렬의 스텝 응답을 나타낸다.통풍구 확성기의 과도 응답은 (c)와 유사한 QB3 정렬을 선택하여 개선할 수 있으며, 이는 B4 정렬에서 발생하는 것보다 더 잘 감쇠된 과도 응답을 야기한다.그러나 (e)와 유사한 C4 환기-박스 정렬은 감쇠 과도 응답을 덜 발생시킨다.

베이스 출력을 달성하기 위해 포팅된 확성기 인클로저는 운전자와 박스형 공기로부터 그리고 박스형 공기와 포트에서 두 개의 공명음을 비틀거리며 움직인다.환기구 튜닝 주파수에서, 우퍼의 변위가 최소한이기 때문에, 포트의 출력은 음 출력의 일차적인 원천이다.이것은 등가의 폐쇄형 확성기 인클로저보다 더 복잡하고 고차원의 시스템으로 구성된다.두 공진 사이의 상호작용은 댐핑이 적고 시간 지연이 증가(그룹 지연 증가)되는 시스템을 초래한다.후자 때문에, 평평한 정상 상태의 베이스 응답은 운용 영역에서 더 높은 주파수에서 나머지 소닉 출력과 동시에 발생하지 않는다.대신 나중에(래그) 시작되고 지연이 증가하여 시간이 지남에 따라 음향신호의 주 '몸' 뒤에 긴 반향성 '꼬리'가 도착하면서 누적된다.전자동적 특성 때문에 4차 고역 통과 필터 시스템으로 잘 추정되는 포티드 엔클로저는 일반적으로 2차 고역 통과 필터 시스템인 폐쇄 박스 확성기 시스템보다 저주파에서 과도 응답 성능이 떨어진다.

이 확장에 대한 또 다른 절충은 환기구 튜닝 주파수 아래의 주파수에서 포트가 원뿔을 언로드하여 원뿔을 매우 큰 변위로 이동할 수 있게 한다는 것이다.즉, 균등하게 크기의 밀폐된 외장장치에 비해 훨씬 적은 전력으로 튜닝 주파수 이하의 주파수에서 스피커의 안전한 기계적 작동 한계를 벗어날 수 있다.이 때문에 베이스 반사 설계를 사용하는 고출력 시스템은 환기구 튜닝 주파수 이하의 신호를 제거하는 고역 통과 필터에 의해 보호되는 경우가 많다.불행히도 전기 필터링은 주파수 의존적 그룹 지연을 더 추가한다.그러한 필터링이 음악적 콘텐츠를 제거하지 않도록 조정할 수 있다 하더라도 낮은 베이스 스펙트럼에 흔히 존재하는 정보인 녹음 위치나 장소의 크기와 분위기와 연결된 소닉 정보를 방해할 수 있다.[15][16]

이 베이스 증폭기 인클로저 스택에서, 각 캐비닛에는 포트가 있다.

적절하게 설계된 시스템에서 이것들의 효과가 들리는지 아닌지는 여전히 논쟁의 문제로 남아 있다.일반적으로 배기가 잘못 조정되거나 주파수가 너무 낮은 설계 베이스 반사 시스템은 확성기 시스템의 나머지 패스밴드에 비해 조정 주파수에서 과도한 출력을 발생시키는 경향이 있다.이러한 행동은 베이스 주파수의 재생성에 "부밍"한 음질을 더할 수 있다.일부에서는 이것이 연주되는 노트에 그 특성을 부여한 포트 공명 때문이라고 생각할 수 있지만, 이는 단순히 최대치가 아닌 플랫 주파수 응답 기능의 결과일 뿐이다.만약 그러한 베이스 반사 인클로저의 베이스 응답의 피크가 방의 공명 모드 중 하나와 일치한다면, 이상하지 않은 경우, 그 영향은 더욱 악화될 것이다.일반적으로 항구를 튜닝하는 빈도가 낮을수록 이러한 문제는 거부감이 적다.

포트는 종종 전면 배플에 배치되며, 따라서 박스 내에서 반사된 원하지 않는 미드레인지 주파수를 청취 환경으로 전송할 수 있다.만약 그것이 저소형이라면, 항구는 또한 높은 공기 속도의 항만 개구부 주위의 난기류로 인해 "바람 소음" 또는 "차핑" 소리를 발생시킬 수 있다.[17]후향 포트가 있는 인클로저는 이러한 효과를 어느 정도 가려주지만 청각적 문제를 일으키지 않고 벽에 직접 붙일 수는 없다.그들은 의도한 대로 행동할 수 있도록 항구의 주위에 약간의 여유 공간이 필요하다.일부 제조업체는 스피커 스탠드 또는 베이스 내에 플로어 면 포트를 통합하여 설계 제약 조건 내에서 예측 가능하고 반복 가능한 포트 성능을 제공한다.

포트 압축

포트 압축은 음압 수준이 증가함에 따라 포트 효과가 감소하는 것이다.포트 시스템이 더 크게 재생될수록 포트의 효율이 떨어지고, 포트의 왜곡이 증가한다.이것은 포트 설계로 줄일 수 있지만 완전히 제거되지는 않는다.고준위 사용 시 드라이버콘의 비대칭 하중은 포트 튜브의 안쪽 끝에 배플을 배치하여 줄일 수 있다.이 배플은 인클로저의 보강 구조 요소 역할을 할 수도 있다.

적용들

홈 시네마 및 음향 강화 시스템에 사용되는 서브우퍼 캐비닛은 포트나 환기구로 설치되는 경우가 많다.41Hz 이하까지 저주파 사운드를 재생산해야 하는 베이스 앰프 스피커 캐비닛과 키보드 앰프 스피커 캐비닛은 일반적으로 캐비닛 전면에 있는 포트나 환기구로 구축되는 경우가 많다(후면에 위치하기도 하지만).심지어 일부 값비싼 하이파이 스피커들도 조심스럽게 포트를 설계했다.

참고 항목

참조

  1. ^ de Boer, E. (1959). "Acoustic Interaction in Vented Loudspeaker Enclosures". The Journal of the Acoustical Society of America. 31: 246–247. doi:10.1121/1.1907703.
  2. ^ a b Novak, J. (1959). "Performance of enclosures for low-resonance high-compliance loudspeakers". IRE Transactions on Audio. AU-7 (1): 5–13. doi:10.1109/TAU.1959.1166180.
  3. ^ "The Subwoofer DIY Page - Passive Radiator Systems". www.diysubwoofers.org. Retrieved 2019-11-20.
  4. ^ McGowan, Paul (April 30, 2013). "Passively radiating". psaudio.com. Archived from the original on 2016-11-27. Retrieved 2019-11-20.
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  9. ^ Benson, J. E. (1993). Theory and Design of Loudspeaker Enclosures. Synergetic Audio Concepts. ISBN 0-9638929-0-8.
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  11. ^ Small, R. H. (1973). "Vented-Box Loudspeaker Systems–Part 2: Large-Signal Analysis". Journal of the Audio Engineering Society. 21 (July/August): 438–444.
  12. ^ Small, R. H. (1973). "Vented-Box Loudspeaker Systems–Part 3: Synthesis". Journal of the Audio Engineering Society. 21 (September): 549–554.
  13. ^ Small, R. H. (1973). "Vented-Box Loudspeaker Systems–Part 4: Appendices". Journal of the Audio Engineering Society. 21 (October): 635–639.
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  15. ^ Holman, T. (1997). Sound for film and television. Boston, MA: Focal Press.
  16. ^ Chattopadhyay, Budhaditya (2017). "Reconstructing atmospheres: Ambient sound in film and media production". Communication and the Public. 2 (4): 352–364. doi:10.1177/2057047317742171.
  17. ^ Bezzola, Andri; Devantier, Allan; McMullin, Elisabeth (October 2019). "Loudspeaker Port Design for Optimal Performance and Listening Experience". 147th AES Convention (Paper Number 10311, Open Access). Retrieved 2021-05-15.