トリプルバスレフ型エンクロージャーの実現性について妄想(笑) #8

前回の記事でトリプルバスレフ型エンクロージャー試作機2(以下、試作2号機)が完成しましたので、今回はユニットの取り付け、測定を行います。




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使用スピーカーユニットの紹介
  • フルレンジユニット 北日本音響株式会社 F02406H0


北日本音響(株) F02406H0
北日本音響(株) F02406H0


試作2号機に取り付けるスピーカーユニットは、試作1号機と同じ 北日本音響(株) F02406H0 というフルレンジです。このユニットの詳細はこちらの記事で紹介していますが、簡単な説明を載せておきます。


仕様
  • 口径:6cm
  • 形式:コーン型フルレンジ
  • 公証インピーダンス:8Ω
  • 定格入力:10W
  • 実効振動半径(a):2.3cm(実測)
  • 最低共振周波数(f0):223Hz(実測)
  • 再生周波数帯域:f0~20kHz(実測)
  • マグネット径:50φ×8tmm(実測)
  • 総重量:172g(実測)
  • バッフル穴径(外付け):約54φ~55φmm 端子部要ザグリ加工(実測)
  • 備考:スピーカーケーブル(約22cm)、ピンヘッダ端子付き。取付けネジは付属していません。

※実測と記述があるものは、私が実際に測定した値です。公式スペックシートが入手出来なかったため、実測値の項目が多くなっています。ご了承ください。




[周波数特性] 北日本音響(株) F02406H0
[周波数特性] 北日本音響(株) F02406H0


F02406H0の周波数特性です。100Hz以下はノイズです(おもに自動車のエンジン音)。無視してください。約0.85リットルの密閉箱に取り付けて測定しています。

全体的に見ると右肩上がりの特性ですが、おおむね200Hz~20kHzがフラット。18kHz以上のレベルが特に高いです。また、小容量の密閉箱に取り付けて測定しているため、200Hz以下が急降下しています。





ユニットの取り付け

今回製作したトリプルバスレフ型エンクロージャー試作2号機の設計図も合わせて掲載します。


トリプルバスレフ型エンクロージャー試作機2 設計図
トリプルバスレフ型エンクロージャー試作機2 設計図


設計の詳細についてはこちらの記事をご覧ください。


共振周波数は以下のとおり。
fda: 164Hz
fdb: 210Hz
fdc: 89.1Hz
fdd: 74.4Hz
fde: 100.5Hz
fdf: 56Hz






以下、取り付けの様子。


スピーカーユニットの取り付け1

ユニットにスピーカーケーブルをハンダ付け。





スピーカーユニットの取り付け2

いつものように、布テープで適当に絶縁処理(笑)。




スピーカーユニットの取り付け3

このユニットの本来の使い方は中付けであり、また、マグネットもユニットサイズの割には大きいため、ケーブルを端子から真下に伸ばすような普通のつけ方をすると、バッフル開口に干渉してユニットがエンクロージャーに収まってくれません。

そのため、ご覧のようにケーブルをマグネットとフレームの隙間を沿うようにホットボンドで貼り付けて、端子の反対側からケーブルが伸びるようにしています。

この状態でも、バッフル開口に引っかかる部分が出てくるため、取り付けは難航しました(汗)。このユニットは本来の中付けで使うか、外付けならもっと細いケーブルを使うのが無難ですね。





スピーカーユニットの取り付け4

数分の格闘の末(笑)、なんとかエンクロージャーに収まり、ネジ止めした様子です。





完成!

完成した様子です。




1号機・2号機比較1

1号機と並べてみました。左側が2号機、右側が1号機です。

高さ・幅は同じです。第3ダクトの開口面積は2号機の方が広いです。





1号機・2号機比較2

横向きにして並べてみました。手前が1号機、奥が2号機です。

2号機は1号機よりも奥行が10cm長いです。





測定

ご注意!

このブログは素人が適当に書いているものです。内容については、参考程度にされますようお願いします。


周波数特性、インピーダンス特性の測定結果を掲載します。

動作を詳しく調査するために、周波数特性は条件を変えて2ケース測定しています。また、同じ条件で測定した試作1号機の測定結果も合わせて掲載します。



使用ソフトウェア・測定環境
  • Audacity http://audacityteam.org/Audacity(公式)
    ※ノイズジェネレーターによるサインスイープ信号・ホワイトノイズ信号の生成、および、テスト信号発振器として使用。
  • 高速リアルタイム スペクトラムアナライザー WaveSpectra V1.51 efu氏
  • 入力信号:サインスイープ 20Hz~20kHz、または、ホワイトノイズ。詳しくは後述。
  • マイク位置:測定条件によって異なるため、後述。




    • 周波数特性
      • [ケース1] サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m

        [ケース1 測定方法] サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m
        [ケース1 測定方法] サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m




        [周波数特性] 試作2号機 サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m
        [周波数特性] 試作2号機 サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m


        先ずは通常のユニット軸上1mの周波数特性から。

        200Hz~20kHzが概ねフラットです。上で掲載している約0.85リットルの密閉箱よりもよりフラットに近い良い特性です。

        使用しているユニット(F02406H0)は0.85リットル密閉箱に取り付けられていたものとは別個体ですし、中高域はエンクロジャーの影響を受けにくいので、こちらの個体の方が状態が良いみたいですね。

        200Hz以下を見て行くと、40Hz付近からレスポンスがありますが、40Hz~200Hzの帯域は200Hz以上と比較して20dBくらい低くなってしまっています。

        また、100Hz付近の大きなディップですが、これは自室の癖(定常波?)、または、第3ダクトから放射された逆相成分がユニット直接放射と干渉してできたものと思われます。



        [周波数特性] 試作1号機 サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m
        [周波数特性] 試作1号機 サインスイープ 20Hz~20kHz、ユニット軸上1m


        以前に同じ条件で測定した試作1号機の周波数特性です。アンプのボリューム位置が2号機の場合と同じではないため、グラフが全体的に10dBくらい低くなっています。

        100Hz付近にディップがあるのは共通ですが、200Hz以下のレベルが試作2号機に比べて全然高く、悔しいですが、こちらの方が良い特性です(汗)。

        中高域は少々右肩上がりの特性ですが、これはユニットの個体差の影響かもしれません。



      • [ケース2] ホワイトノイズ、第3ダクト開口部

        第3ダクトから放射されている音の周波数成分を確認してみました。


        [測定方法 ケース2] ホワイトノイズ、第3ダクト開口部
        [測定方法 ケース2] ホワイトノイズ、第3ダクト開口部


        ホワイトノイズ、第3ダクト開口部 測定の様子
        ホワイトノイズ、第3ダクト開口部 測定の様子


        エンクロージャーの上下をひっくり返して、ダクト開口部に直接マイクを設置。ホワイトノイズを入力して周波数特性を測定しています。(写真は試作1号機を測定したときに撮影したもの。)





        [周波数特性] 試作2号機 ホワイトノイズ、第3ダクト開口部
        [周波数特性] 試作2号機 ホワイトノイズ、第3ダクト開口部


        250Hz, 90Hz, 43Hz付近にピークがあります。250Hz以上は急降下していますが、600Hz付近にまたピークがありますね。250Hz以上の周波数帯はユニット背面から放射された逆相成分が漏れ出しているものと思います。





        [周波数特性] 試作1号機 ホワイトノイズ、第3ダクト開口部
        [周波数特性] 試作1号機 ホワイトノイズ、第3ダクト開口部


        次は、1号機の測定結果です。測定した時期が異なるため、サインスイープの場合同様ボリュームの位置が同じではありません。

        250Hz, 93Hz, 38Hz付近にピークがあります。38Hzのピークが2号機の43Hzに比べて少々周波数が低くなっていますが、その他は1号機も2号機もそれほど変わりませんね。

        中高域のレベルが低く、こちらの方が第3ダクトからの漏れが少ないように見えます。しかし、指向性が鋭くなる10kHz以上の特性はどちらも大差ないと考えられるので、ボリューム位置の関係でサインスイープの場合と同様に1号機の方が10dBくらい入力が低くなっているようです。





        [周波数特性] 試作1号機・2号機 ホワイトノイズ、第3ダクト開口部 グラフ合成
        [周波数特性] 試作1号機・2号機 ホワイトノイズ、第3ダクト開口部 グラフ合成


        という訳で、試作1号機・2号機のグラフを10kHz以上のレベルを合わせて合成してみました。緑線が試作1号機、赤線が2号機です。グラフが重なっている部分は黄線になっています。

        こうしてみると、高域はほとんどぴたりと重なり合っており、中域も1号機には1.8KHz付近にピーク、2号機は600Hz付近にピークがあるという違いがあるものの、それ以外はおおむね重なっており同じような特性です。

        低域を見て行くと、150Hz付近のピークは同じくらいのレベルですが、そこから下の帯域は全体的に1号機の方が10dBくらい高くなっており、これが、1号機の低域特性の良さを決めているようですね。





    • インピーダンス特性

      [インピーダンス特性] 試作2号機
      [インピーダンス特性] 試作2号機


      続いて試作2号機のインピーダンス特性を掲載します。画像をクリックすると原寸大表示します。インピーダンス特性は画像サイズが周波数特性よりも大きいため、原寸大表示する場合はご注意ください。


      低域のピーク、ディップを見て行くと、ピークが4つ、ディップが3つとなっており、周波数は以下のとおりです。

      ピーク
      • 41.0Hz
      • 88.6Hz
      • 231.4Hz
      • 265.1Hz


      ディップ
      • 42.5Hz
      • 91.6Hz
      • 238.8Hz


      ディップの周波数は、上で掲載した第3ダクト開口部にマイクを近づけて測定した周波数特性のピークの位置とほぼ一致しています。

      トリプルバスレフはダブルバスレフ同様、スピーカーユニットが直接関係する共鳴器の共振周波数(fda, fdd, fdf)しかインピーダンス特性にディップとして表れないようです。

      設計では、fda:164Hz, fdd:74.4Hz, fdf:56Hz に設定していますが、実測では fda:238.8Hz, fdd:91.6Hz, fdf:42.5Hz となっており、fda, fdd は上に、fdf は下にずれてしまっています。

      また、41.0Hz, 88.6Hz のピークが非常に低く、ダンプドバスレフ傾向(共振が抑えられたバスレフ型)の特性になってしまっています。





    まとめ

    ここまで、測定結果を見てきましたが、ご覧のように2号機は1号機よりも特性が悪く、失敗してしまいました(汗)。


    失敗した要因を考察するために、2号機と1号機との違いを挙げてみると以下の3点があります。
    1. エンクロジャー容量が大きい。
    2. ダクト断面積が広い。
    3. ユニット直接放射の周波数帯に一番近い共振音を放射している共鳴器が1号機は第1キャビネットであるのに対し、2号機では第2キャビネットとなっている。


このうち失敗した要因がどれなのか考えるに当たって、ヒントになりそうなのがこちらの記事で紹介しているオントモムック付録のフルレンジユニット「PIONEER OMP-600」の仕様です。

このユニットは今回使った「北日本音響(株) F02406H0」と同じ口径6cmなので、ある程度参考にできるだろうと思い仕様を眺めていたのですが、Vasの値が 0.1925 リットル(約200cc)しかないんですよね。

Vasとは「ドライバ サスペンションと空気弾性力が等価になる空気容量」のことで、通常この容量の2倍以上がエンクロジャーとして使える容量のようです。

そのため、パイオニア公式の定格入力の測定値はユニット単体のケースと、200ccの2倍の400cc相当BOX(おそらく密閉箱)に取り付けたケースが記載されています。


という訳で、第1キャビネットが4.8リットルは大きすぎたということですね(汗)。容量が大きすぎたため、第1キャビネット内の空気バネも弱まって共振も弱くなってしまったようです。1号機も第1キャビネットが2リットルなので大き目なのですが、まだ半分以下だったため、それが有利に働いたようです。

F02406H0のVasが200cc程度であることを仮定した話ですが、密閉型なら400ccくらい。バスレフ型ならさらに1.5倍の600ccくらいが適当なサイズでしょうか?。大きくしても1リットルくらいが良いところかな?。今後試作する場合は第1キャビネット容量を1リットル以下にしてみようと思います。


また、2番目の「ダクト面積が広い。」に関係する話ですが、1号機も2号機同様、共振周波数fdf は設計した値よりもだいぶ低くなっていました。これは、トリプルバスレフ内部にある2つのダクト断面積が狭いため、その影響で気流抵抗が大きくなって、共振周波数が下がってしまったと考えました。

そのため、2号機では1号機よりもダクト断面積を広く設計しており、これがキャビネット内の空気バネをさらに弱くしてしまい、余計に共振を弱くしてしまった可能性もあります。


失敗した理由は以上の2点でしょうか?。


本来の試作2号機の製作目的は、3番目の「ユニット直接放射の周波数帯に一番近い共振音を放射している共鳴器が1号機は第1キャビネットであるのに対し、2号機では第2キャビネットとなっている。」ことによる動作の違いを検証することでした。

第2キャビネットの共振周波数fdb を、第1キャビネットの共振周波数fda よりも高く設定して、fda の共振音が第2キャビネットを通過しやすくすることにより、周波数特性にどのような変化が現れるか確かめるはずだったのですが、それ以外の失敗によりよく分からなくなってしまいました・・・(汗)。

まあ、試作1号機・2号機の第3ダクト開口部の周波数特性を合成したグラフでは、fda の共振音のピークの高さは同じくらいなので、実際のところどちらでも同じと見ることもできます。


次回につづくかも・・・




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