Stereo誌2014年8月号付録 FOSTEX(フォステクス)スピーカーについていろいろと妄想(笑)

毎年Stereo誌8月号はオーディオクラフト特集号になっていますが、今年も例年通りスピーカーユニットが付録するみたいですね。

付録ユニットの情報が解禁になってから1ヶ月ほど経過しました。1ヶ月の間スペックを眺めながらユニットの性格を妄想した結果をまとめてみます(笑)。



Stereo
2014年8月号



関連記事リンク




仕様

PW80 規格

  • 形式:8cmコーン型ウーハー
  • インピーダンス:8Ω
  • 最低共振周波数f0:130Hz
  • 再生周波数帯域:f0~23kHz
  • 出力音圧レベル:83dB/w(1m)
  • 入力(NOM):8w
  • m0:2.3g
  • Q0:1.08
  • 実効振動半径:3.0cm
  • マグネット質量:92g
  • 総質量:224g
  • バッフル穴寸法:φ79mm
  • 標準エンクロージャー方式:密閉型/位相反転型(=バスレフ型)

PT20 規格

  • 形式:20mmソフトドーム型トゥイーター
  • インピーダンス:8Ω
  • 最低共振周波数f0:約1.25kHz(pdf)
  • 再生周波数帯域:3kHz~32kHz
  • 出力音圧レベル:84dB/w(1m)
  • 入力(NOM):5W
  • 推奨クロスオーバー周波数:5kHz以上
  • マグネット質量:70g
  • 総質量:194g
  • バッフル穴寸法:φ60mm

※(pdf)と表記があるのもは、こちらのpdfファイルpdfファイルを参考に追加したものです。
※音楽之友社(公式)より引用させていただきました。



妄想(笑)

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。


上記リンクのStereo誌(音楽之友社)公式記事に掲載されているスペック表、およびpdfファイルを元に、どのようなユニットなのか妄想して行きたいと思います。

昨年、一昨年はScanSpeakのフルレンジユニットが付属していましたが、今年はフォステクス製のウーハーユニット、ツィーターユニットのペアが付属するようですね。

こちらの記事(音楽之友社)こちらの記事(音楽之友社)に付録一式と思われる写真が公開されています。ウーハーx2本、ツィーターx2本、ガスケットリング(ウーハー用x2個、ツィーター用x2個)、取り付けネジ(ウーハー用x8個、ツィーター用x6個)、コンデンサーx2個(容量不明) がセットになっているようです。



他ユニットとの比較

今回も口径が近いユニットとのスペック比較を行い、性格を探って行きます。比較はPW80(ウーハー)に対してのみ行います。なぜかというと、エンクロージャーの設計ではウーハーやフルレンジの特性が重要だからです。

エンクロージャー方式(密閉型、バスレフ型、バックロードホーン型 etc...)はスピーカーシステムの低域再生限界を決める重要な要素ですが、エンクロージャーを実際にドライブするのはウーハーやフルレンジですから、それらの特性を確認することにより、どのようなエンクロージャー方式に向いているユニットであるのか、ある程度推測できます。

ツィーターやスコーカー(ミッドレンジ)では、通常ユニット単体で専用の小容量密閉型エンクロージャーを持っており(ユニットと一体型になっている)、ネットワークで低域をカットしてあげる必要はありますが、そのままで使用することができます。ホーンツィーターを専用スタンドに取り付けて使用できるのはそのためです。



PW80と口径が近そうなフルレンジ、ウーハーを見繕って、それらのスペックを表にしてみました。

※フォステクス製品のみであれば問題ありませんが、複数メーカーの製品が混在しているため、メーカー毎の測定基準が異なることにより、同等比較が難しいので参考程度にご覧ください。

名称FOSTEX
PW80
FOSTEX
P800K
FOSTEX
FE83En
FOSTEX
FF85WK
Peerless
830855
FOSTEX
FW108N
Wavecor
SW070WA02
Wavecor
WF090WA02
型式ウーハーフルレンジフルレンジフルレンジウーハーウーハーウーハーウーハー
口径
(cm)
888810
(4inch)
107
(2-3/4inch)
9
(3-1/2inch)
実効
振動
半径
(cm)
3333442.63.4
実効
振動
面積
(cm^2)
28.328.328.328.350.350.32236
インピー
ダンス
(Ω)
88888888
f0
(Hz)
1301151651156355112117
再生
上限
(*)は
推奨値
~23kHz~18kHz~30kHz~28kHz~5KHz?(*)
(注1
~10kHz~4kHz(*)~5kHz(*)
Q01.080.990.840.550.440.260.660.94
m0(g)2.32.21.5326.96.93.73.35
出力
音圧
レベル
(dB)
8384.58886.584.88679.584
マグ
ネット
重量(g)
9274140187219
(注2
50033+8
(注3
135
総重量
(kg)
0.2440.2410.350.450.741.70.160.34
1cm^2
当りの
m0(g)
0.080.080.050.070.140.140.170.09
駆動力11329522590264615963645-1451

※(注1:スペックシートに明確な記載がなかっため、周波数特性より判断。
※(注2:スペックシートに明確な記載がなかっため、寸法よりΦ70×Φ32×15(mm)サイズのフェライトマグネットが使われていると仮定。
※(注3:デュアルネオジムマグネット仕様。そのため、他のフェライトマグネットが使われているユニットとは、同等比較ができません。

表の見方

  • 型式、口径、実効振動半径、実効振動面積、インピーダンス、再生上限、f0、Q0、m0、出力音圧レベル、マグネット重量、総重量は製品スペックシートよりそのまま引用しています。実効振動面積の記載がない場合は、実効振動半径より算出しています。

  • 再生上限について

    ウーハーの場合、高域において中域と同程度の音圧レベルがあるとしても音質が良くないため、メーカーが使用を推奨する上限周波数を設定している製品があります。設定されているものはその周波数を掲載しています。

    FW108Nでは~10kHzとなっていますが、実際に使う場合では上限半分の5kHzクロスで使うのが無難そうなので、実質的な再生上限は他ウーハーと同等だと思います。

  • 1cm^2当りのm0(g)について

    「m0」を「実効振動面積」で割った数値です。

    m0の大小で振動板(コーン)強度の単純比較ができれば良いのですが、口径が違うユニットが混在しているため比較を容易にする目的で掲載しています。

    m0は純粋に振動板のみの重さを表す数値ではありませんが、振動板の重さと比例関係にある数値ではあると思うので、ユニットの単位面積(1cm^2)あたりの重さを比較することにより、振動板の強度(厚さ)の違いをある程度推測できるのでは?と考えました。

    この数値が大きいほどコーンが厚く、重く、丈夫な作りになっていると考えられます。

  • 駆動力について

    「マグネット重量」を「1cm^2当りのm0(g)」で割った数値です。

    口径が異なるユニットが混在するため、各ユニットの振動系ドライブ能力を同等比較しやすくする目的で掲載しています。

    この数値が大きいほど単位面積(1cm^2)当りのm0に対してより大きな磁気回路を持つことになり、ドライブ能力が高いと考えられます。

    マグネット重量が同じユニットの場合、m0が小さいほどこの数値が大きくなり、ドライブ能力が高いと考えられます。また、m0が同じユニットの場合、マグネット重量が大きいほどこの数値が大きくなり、ドライブ能力が高いと考えられます。




  • ユニット性格について考察

    表においてフルレンジ系、ウーハー系各々の違いが良く表れている項目に対して性格を見て行きます。その後、PW80がどちらにより近い性格を持っているのかを推測します。

    • 再生上限

      • フルレンジ系(P800K, FE83En, FF85WK)

      メーカー発表値がおおむね20kHz前後となっています。

      フルレンジは単体で低域~高域までの広い帯域を再生する必要があります。特に高域を再生するための工夫が色々と見られます。例えば、m0を小さくしたり、ボイスコイル径を細めにしたり、センターキャップや小型コーンをボイスコイルボビンに直結した構造(メカニカル2way)にしたりなどです。

      FE83En、FF85WKが飛びぬけて高域が伸びているのはメカニカル2way構造になっているからです。

      • ウーハー系(830855, FW108N, SW070WA02, WF090WA02)

      スペックシートに掲載されている周波数特性を見ると、おおむね10kHz付近まで中域と同程度の音圧レベルになっており、メーカー使用推奨値はその半分くらいになっています。

      ウーハーは基本的に単体で使われることはなく、ツィーター、スコーカー(ミッドレンジ)との接続のしやすさや、ローパスフィルタの効きを良くするために、高域がシャープにレベルダウンしている方が良いため、ボイスコイル径を太くしたり、ボイスコイル径より大きなセンターキャップを付けてボイスコイルから直接放射される高域を封じ込める構造としたり、ボイスコイルボビンとコーンを接着している接着剤に完全硬化せず柔軟性があるものを選ぶことによりある程度遊びを持たせてf0を下げたりするようです。

      • PW80では?

      高域が23kHzまで伸びており、再生上限の観点から見るとフルレンジ的な設計のようです。


    • f0、m0、出力音圧レベル

      • フルレンジ系

      フルレンジ3機種の平均値はf0が131Hz、m0が1.9g、出力音圧レベルが86dBとなっていました。フルレンジの場合、高域を再生する必要があるためm0を極端に大きくすることはありません。

      また、m0が小さいため磁気回路が同程度のウーハーと比較した場合、出力音圧レベルは高めになります。今回は口径が小さいユニット同士の比較だったため、フルレンジとウーハーに差があまりありませんが、20cmクラスのユニット比較では、フルレンジでは100dB近くになる製品もありますが、ウーハーでは90dB前後です。

      f0の違いはm0の大きさの違いよりも、素材が異なることによるエッジの柔軟さ(=コーンの動きやすさ)の違いが大きく影響していると思います。FE83Enは布エッジのためf0が高め。FF85WKはウレタンエッジのためf0が低くめ、P800Kはゴムエッジのためやはり低めです。

      • ウーハー系

      ウーハー4機種の平均値はf0が87Hz、m0が5.2g、出力音圧レベルが84dBとなっていました。

      830855、FW108Nは表の中で口径が最大ということもありますが、f0が低く、m0が大きく、これぞウーハーという感じの設計。

      SW070WA02、WF090WA02は口径が小さいこともあり、m0はフルレンジ系より少々大きい程度で、f0は大差なく、フルレンジとウーハーの中間くらいの設計のようです。実際のところ、ワイドレンジウーハー + ツィーターとして2Way構成で使用するユニットだと思います。

      ウーハーはm0が大きいため、振動系のドライブ能力が大きいユニットであっても出力音圧レベルは低くなります。SW070WA02のm0はあまり大きくないですが、小口径であるという理由以外にも、これ以上大きくすると能率が低くなりすぎてしまうという理由もありそうです。

      • PW80では?

      m0はフルレンジより少々大きいくらい。f0はフルレンジ並み。出力音圧レベルはウーハー並みという感じで、フルレンジとウーハーの中間くらいの設計なのかもしれません。



    • Q0、駆動力

      Q0はf0での共振の強さを表します。Q0によりエンクロージャー方式の向き不向きをある程度推測することができます。おおむね、0.5前後がバスレフ型向き、0.3以下がバックロードホーン型向き、0.5~1.0が密閉型向きといったところです。

      • フルレンジ系

      FF85WKはQ0が0.5付近になっており、また、駆動力が大きくバスレフ型エンクロージャーを力強くドライブするタイプのようです。FE83EnはQ0が高めですが、m0が小さくて能率が高く、駆動力も大きいのでバスレフ型、バックロードホーン型どちらでも使えそうな感じです。P800KはQ0が高めで能率が低く、駆動力も低いのでバスレフ型、密閉型向きのようです。


      • ウーハー系

      830855、FW108N、SW070WA02あたりがバスレフ型向き。特にFW108NはQ0低く、駆動力が非常に高くなっており、重い振動板を強力な磁気回路でドライブするタイプです。口径の大きなバスレフポート付きエンクロージャーで使用すると、ヘルムホルツの共鳴器を強力にドライブしてソリッドな低音がもりもり出てきそうなユニットです。

      ウーハーの場合Q0が低くても中域の能率が低いため、バックロードホーンで使用するとホーンが再生している帯域の方が能率が高くなってしまい、低域が出過ぎの特性になってしまいます。そのため、FW108NはQ0が低いですがバックロードホーン向きとはいえません。バスレフ型や、大量の空気をドライブするダブルバスレフ型に向いているユニットと思います。

      WF090WA02はQ0が高めで能率も低く、駆動力もそこそこな感じで、バスレフ型、密閉型向きのようです。


      • PW80では?

      公式では、密閉型、位相反転型(=バスレフ型)が標準エンクロージャー方式となっています。また、Q0が高くて能率も低く、駆動力も低めなので後面開放箱や平面バッフルでも使えそうです。また、後面開放箱の変形である音響迷路で使うのも面白そうです。



    • 1cm^2当りのm0(g)

      単位面積(1cm^2)当たりの重さを比較することにより、各ユニット毎の振動板の厚さ(=強度)の違いの参考値とします。


      フルレンジ系、ウーハー系の平均値を計算してみました。

      フルレンジ系 3機種の平均値:0.07
      ウーハー系 4機種の平均値:0.14


      フルレンジ系が0.07、ウーハー系が0.14となっており、ウーハー系がちょうどフルレンジ系の2倍の重さ(強度)になっていることがわかります。

      f0の平均値はフルレンジ系が131Hz、ウーハー系が87Hzとなっています。m0が2倍になることにより、f0は1/2とはいきませんが、2/3に下がっていることがわかります。f0の値はm0の値だけではなく、エッジの柔軟さにも影響するので、単純に1/2とはならないようです。

      • PW80では?

      PW80の 1cm^2当りのm0 は0.08となっており、フルレンジ系の平均値に近い値です。ただし、ウーハーでもWF090WA02(0.09)ように近い値の製品があるので、やはりフルレンジとウーハーの中間くらいの設計なのかもしれません。



    使いこなしについて考察

    ここからは、PW80の使いこなしについて考えてみます。このユニットの使いこなしを考える上で、私が考える注目すべき点を挙げると・・・、

    • フルレンジとして使うか?
    • ウーハーとして使うか?
    • スコーカー(ミッドレンジ)として使うか?

    と言うことになります。

    具体的に言うと、PW80をスルーで使うのか?、それとも、ネットワークを通して使うのか?と言うことです。



    フルレンジとして使う

    PW80はフルレンジに近い特性を持っているようなので、音質劣化の原因となるローパスフィルタを通さずに使う方法を考えます。この使い方は、さらに以下の2通りが考えられます。

    • フルレンジ(PW80) + スーパーツィーター(PT20)として使う。


      PW80はスルーで使用。PT20には小容量のコンデンサーを接続します。

      ツィーターを20kHz前後の非常に高い周波数でクロスさせて使うことになり、ツィーターからの放射音を積極的に聴くというよりも、高域に味付けする感じになります。ツィーターから放射される可聴帯域の音はハイパスフィルターの効果でレベルダウンを起こしますが、フルレンジから放射される高域よりも良質なので、音質アップは実感できると思います。

      上掲載のPDFファイルでは、Fig5(7ページ目)にツィーターに1μFのコンデンサー(カットオフ周波数20kHz)を入れて、ウーハーはスルーの状態でバスレフ型エンクロージャーに取り付けた周波数特性が掲載されています。(Fig5 - Memo欄の内容から推測すると、ムック付録エンクロージャーの周波数特性のようです。だとすると、スピーカーと一緒に付録するコンデンサーって1μFなのかな?。)

      フルレンジ + スーパーツィーターとして使う
      フルレンジ + スーパーツィーターとして使う



    • 高域の指向性の鋭さを利用して、アコースティクなローパスフィルタとする。


      PW80をエンクロージャーの側面や上面に取り付けることにより、ユニット正面から放射される音を直接聴かないようにして、指向性を利用して高域を落とします。

      取り付ける位置により高域が減衰し始める周波数が変わってしまうため、ツィーターに入れるコンデンサーの容量はエンクロージャー完成後に試行錯誤する必要があります。ただし、ツィーターの推奨クロスオーバー周波数が5kHzなので、PW80を取り付ける位置によっては5kHzより下の周波数からレベル低下を起こしてしまってうまく接続できないかもしれません。

      PW80をエンクロージャーの上面に取り付けて無指向性(180度指向性)とし、ツィーターはエンクロージャーの正面に取り付けて使用する方法が面白そうです。この方法では、リフレクターをつけることによりPW80から放射される高域のレベル低下をある程度防げるので、ツィーターとの接続もうまくいく可能性が高いですし、無指向性スピーカーとしての面白みもあります。やってみないとなんとも言えませんが、現実的な方法に思えます。

      高域の指向性鋭さを利用して、アコースティクなローパスフィルタとする
      高域の指向性鋭さを利用して、アコースティクなローパスフィルタとする




    ウーハーとして使う

    PW80にローパスフィルターを通して使います。クロスオーバー周波数は好みで上下可能ですが、ツィーターの仕様上、下限は5kHzとなります。

    私が作るとしたら、ツィーターのおいしい帯域を全て使いたいですから、クロスオーバー周波数は推奨値下限の5kHz付近にします。

    ウーハーとして使う
    ウーハーとして使う

    図では-6dB/octのネットワークになっていますが、-12dB/octのネットワークにするかは、お好みでどうぞ。


    • さらに特殊な使い方(笑)
      特殊な使い方(ユニット改造?)と言ったら良いのかわかりませんが、PW80の振動板(コーン)を重くして、更にウーハーに近い動作にさせてしまう方法です。

      PW80のコーンに木工用ボンドを塗布して、コーンを重くします(笑)。どのくらいの重さにするのかは、好みによると思いますが、コーンが重くなると出力音圧レベルも下がるので、ツィーターにアッテネーターを入れるとか、PW80の磁気回路を強化して音圧レベルを上げるなどの対策は必要になると思います。

      私がもしやるとしたら、木工用ボンドが硬化後に3gくらいになる量をコーンに塗布して、m0を5gくらいになるように調節します。更に、元から付いているマグネットと同サイズのリングマグネットを別途入手、反発する方向に貼り付けて磁気回路を強化します(笑)。



    スコーカー(ミッドレンジ)として使う


    別途ウーハーユニットを入手して、PW80をスコーカーとして利用することにより3wayを構成します。

    PT20とPW80専用の容量2リットルくらい(?)のバックキャビティ(エンクロージャー内の小部屋)を作り、そこに取り付けます。バックキャビティは密閉構造として、吸音材を充填します。

    スコーカー(ミッドレンジ)として使う
    スコーカー(ミッドレンジ)として使う

    図では、ツィーター、スコーカーは-6dB/octのネットワークで5kHz付近でクロスします。

    スコーカーの再生下限はネットワークで切るのではなく、密閉箱に取り付けることによる自然減衰を利用します。PW80はウーハーユニットなのでf0付近の信号を入力しても破損する心配がないため、このような使い方をすることが可能です。

    ウーハーは-6dB/octのローパスフィルタでクロスしています。ウーハーに接続するローパスフィルターのカットオフ周波数は、スコーカーの特性をみて決定します。

    上の「ウーハーとして使う」ケース同様、クロスオーバー周波数をどうするか?、-12dB/octのネットワークにするか?、スコーカーにバンドパスフィルターを入れるか?はお好みでどうぞ。ただし、ネットワーク素子が多くなるので、その分コストがかかります。



    まとめ

    Stereo誌2014年8月号付録のFOSTEXスピーカーユニットについて、素人が妄想をだらだらと書いてきましたが、まとめると・・・、


    無難に使う

    • フルレンジ + スーパーツィーター構成、または、ウーハー + ツィーター構成とし、エンクロージャーは密閉型、バスレフ型から選ぶ。


    ちょっと趣向を凝らして使う

    • ユニットの使いこなしとして無指向性型、PW80をスコーカーとした3way構成も検討する。
    • エンクロージャー方式として密閉型、バスレフ型以外に、音響迷路型も検討する。


    どうせならユニットが不向きなエンクロージャー方式で使う(笑)

    • バックロードホーン型で使う。
    • ダブルバスレフ型で使う。
    • 共鳴管型で使う。
    ※PW80の特性上向いているとは言えませんが、ダブルバスレフ型と共鳴管型は、バックロードホーン型ほどユニットを選ぶ傾向にはないので、意外と使えると思います。


    特殊な使い方(笑)

    • 木工用ボンドでぐちょ(笑)。


    という感じになると思います。私がもし作るとしたら、3wayをやってみたいですね。

    ONTOMO MOOK Stereo 編
    「スピーカー工作の基本&実例集 2014年版」
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