¿Por qué se requieren grandes conos de altavoz para producir sonidos fuertes de baja frecuencia?

Question

¿Hay alguna razón por la que un pequeño cono del altavoz no puede producir final bajo el sonido a un volumen comparable a las frecuencias más altas?

Puedo entender cómo un altavoz más grande, estaría en contacto con más aire y por lo tanto producir un sonido más fuerte, pero, ¿por qué específicamente esto es importante para la gama baja?

Como un aparte, creo que este fenómeno también puede ser visto en otros lugares, tales como el aumento de tamaño de la familia del violín (violín: pequeño/agudos, contrabajo: enorme/tono bajo). Si ha ajustado a las cuerdas de un violín, el contrabajo de tono dudo que vas a oír mucho!

Answer 1

A irradiar sonido de manera efectiva, se requiere la irradiación objeto de presentar una buena adaptación de impedancia para el aire que lo rodea. Al hacerlo, se maximiza la resistencia a la radiación de la fuente de sonido. En términos prácticos esto significa que las dimensiones físicas del objeto debe ser aproximadamente la misma que la longitud de onda de la radiación de sonido. Por ejemplo, para irradiar bien a 1000Hz (longitud de onda de ~1 pie), el radiador debe ser de alrededor de 1 pie en tamaño de 12" altavoz estará bien-junto a la del aire que lo rodea a 1000Hz; un 6" altavoz será bien junto a 2000Hz, 3" a 4000Hz, 1.5" a 8000Hz, y así sucesivamente. Esta es la razón por la tweeters en su altavoz hi-fi sistema tiene un diámetro de cono de aproximadamente 1", el de gama media será de 4", y el bajo de 12"- o tan grande como usted puede caber en la caja de su elección.

Esta regla se extiende a las bajas frecuencias, pero aquí el sentido práctico de la ley de escala se rompe: irradiar bien a 100Hz requiere un altavoz de 10 pies de diámetro, y un par de estos no se ajustan en su sala de estar. En su lugar, a compensar la baja impedancia partido con más de cono de la excursión: la unidad del cono del altavoz más lejos de ida y vuelta así como para bombear el mismo volumen de aire que el gran orador, sólo con un pequeño altavoz.

Esta es una forma ineficiente para obtener una buena respuesta de baja frecuencia, y requiere de la etapa de potencia que está impulsando el cono del woofer para alimentar a una mucho más jugo, pero en el momento actual, la amplificación de la potencia es barato en comparación con el costo de (por ejemplo) de 18" de diámetro del altavoz, que debe ser instalado en una caja del tamaño de un refrigerador con el fin de involucrar el aire correctamente.

Answer 2

Me pregunto si la impedancia de la coincidencia de la explicación sería equivalente a una basada en la difracción.

La basada en la difracción de la explicación es que si la longitud de onda del sonido es considerablemente mayor que el diámetro de los altavoces (por ejemplo, para 100 Hz, $\lambda \approx 3 \text{m}$), si el cono del altavoz se mueve hacia adelante y crea una compresión en frente de ella, la rarefacción creado en la parte de atrás difracta ronda al frente (y viceversa), de modo de compresión y rarefacción tienden a cancelarse mutuamente.

Donde la difracción es obstaculizado, por ejemplo mediante el montaje de los altavoces detrás de grandes tablas de madera (con agujeros en el centro de las tablas en la parte delantera de los conos), o en los armarios, los altavoces tienen una mejor respuesta de bajos que desmontar los altavoces.

Answer 3

La pregunta se refiere tanto a un violín y un altavoz. Sería lógico pensar que estos fueron muy similar, y al principio pensé que sería, pero después de investigar un poco más en línea, creo que la física es en realidad completamente diferente.

Violín et al.

Creo que este análisis se aplica a cualquier miembro de la familia del violín, incluyendo viola, violonchelo y contrabajo. Debe aplicarse también a la guitarra y otros instrumentos de cuerda que tienen una caja de resonancia.

Me escribió una relativamente no técnicos, la respuesta a esto de la música.SE, por lo que cualquier persona que quiere una menor densidad de discusión técnica podría echar un vistazo a eso. El instrumento tiene una resonancia de aire de la respiración dentro y fuera a través de la f-agujeros, y también un conjunto de complejas resonancias de la caja de resonancia, a la que solemos ver visualizado como Chladni patrones. El punto importante acerca de la caja de resonancia de las resonancias es que los que están realmente emocionados por el instrumento de que todos parecen (basada en las fuentes que he visto) para ser dipolos o de orden superior multipolos. Estos no irradia mucha energía cuando la longitud de onda es largo en comparación con el tamaño de la caja de resonancia, porque hay una fuerte cancelación entre las piezas de la placa de sonido oscilantes con frente de las fases.

Altavoz

Hay un montón de posibles diseños de altavoces por ahí, pero una común para una buena calidad de audio es una caja sellada con un altavoz de cono sentado en una suspensión y accionadas electromagnéticamente. El controlador (cono+suspensión, no se si me estoy poniendo en la terminología de la derecha) tiene una constante de resorte $k_s$ y un factor de calidad de la $Q$, típicamente con $Q\approx 1$ para una buena calidad de audio. Además de la constante del resorte de la suspensión de la $k_s$, tenemos un resorte de constante debido a la primavera del aire en el interior del recinto, $k_a\propto 1/V$, donde $V$ es el volumen. Estas constantes de resorte agregar, así que no importa qué, usted no puede tener $k<k_a$. Por lo tanto, si el volumen del altavoz es demasiado baja, usted consigue un gran $k$ y una alta frecuencia de resonancia. A bajas frecuencias, el de roll-off de la de Lorenz de la respuesta de este resonador es de 12 db/octava, y esto asegura que si el volumen es pequeño, la respuesta a bajas frecuencias será débil.

Por supuesto, esto no significa que no haya otro tipo de diseño nunca se puede eludir esta restricción física. CREO que hay todo tipo de interesantes diseños por ahí, incluyendo cosas como las cintas que trabajar a través eléctrica en lugar de campos magnéticos. Sin embargo, mi impresión es que si quieres realista bajo con buena calidad de audio (buena respuesta transitoria y otros criterios), por lo general la mejor ingeniería de trade-off en la mayoría de los rangos de precios hoy en día es todavía algo regido por la física que he descrito anteriormente.

Incluso para este diseño, no es totalmente obvio para mí ¿por qué no pueden hacer las cosas como el aumento de la masa del conductor para hacer que la frecuencia de resonancia más baja. Tal vez eso requiere impractically grandes bobinas magnéticas?