写 真 1 外 観 3. バスレフダクトの 特 性 バスレフエンクロージャーのバスレフダクトの 共 振 周 波 数 を 変 えるには バスレフダクトの 長 さを 長 くすれば 共 振 周 波 数 を 下 げることが 出 来 る コンパクトなエンクロージャーでは バスレフダクトの 長 さを 長 くしな

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1 ZWBR バスレフダクトの 最 適 化 町 田 市 塩 沢 潤 一 1. はじめに 筆 者 はオーディオが 趣 味 で 真 空 管 アンプやスピーカーシステムを 自 作 している 単 にオーディオ 製 品 を 使 用 するのであればメーカー 製 のオーディオ 製 品 を 購 入 する 方 が 手 っ 取 り 早 いが 筆 者 は 真 空 管 アンプやスピーカーシステムの 開 発 過 程 を 楽 しんでいる 真 空 管 アンプやスピーカーシステムの 開 発 過 程 に 筆 者 が 実 践 してきた 品 質 工 学 が 役 立 つかを 示 すためにも 他 にないような 真 空 管 アンプやスピーカーシステムを 開 発 している ここでは 筆 者 が 新 たに 開 発 した 構 造 の ダブルバスレフ 方 式 のスピーカーエンクロージャーの バスレフダクトの 最 適 化 について 述 べる 適 合 スピーカーは 8~10cm のフルレンジスピーカーを 想 定 している エンクロージャーの 低 音 再 生 特 性 として 40Hz 以 下 まで 再 生 できることを 目 標 として 開 発 した 2. ダブルバスレフエンクロージャーの 構 造 14cm 43cm 図 1 構 造 図 第 1 ダクト 第 1 室 48φ 42cm 19cm 8cm 43cm 図 1 に このほど 開 発 したダブルバスレフエ ンクロージャーの 構 造 図 を 示 す 斜 めの 仕 切 板 により 第 1 室 と 第 2 室 に 仕 切 られ 第 1 室 のバスレフダクトを 第 1 ダクト 第 2 室 のバスレフダクトを 第 2 ダクトと 言 う 斜 めの 仕 切 板 を 使 用 したのは エンクロージ ャー 内 面 の 平 行 面 を 少 なくして 発 生 する 定 在 波 を 減 少 させるためである 斜 めに 配 置 され 仕 切 版 の 横 断 面 がアルファ ベットの Z のように 見 えるところから ZWBR(Z Double Bass Reflex)と 名 づけた このダブルバスレフエンクロージャーの 大 きさ は 縦 :45cm 横 :20.4cm 奥 行 :20.4cm である 第 1 ダクトは 内 径 44mm の 塩 化 ビニールパ イプを 使 用 し 第 2 ダクトの 開 口 部 は 高 さ 1cm のスリット 形 状 である 写 真 -1 に このエンクロージャーの 外 観 を 示 す 第 2 室 10cm 15cm 第 2 ダクト 3cm 20cm 横 断 面 1/8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

2 写 真 1 外 観 3. バスレフダクトの 特 性 バスレフエンクロージャーのバスレフダクトの 共 振 周 波 数 を 変 えるには バスレフダクトの 長 さを 長 くすれば 共 振 周 波 数 を 下 げることが 出 来 る コンパクトなエンクロージャーでは バスレフダクトの 長 さを 長 くしないで 共 振 周 波 数 を 下 げるために 図 -2 のようにバス レフダクトの 開 口 部 にダンピング 効 果 を 与 える 終 端 栓 を 設 け ることで 低 音 域 に 共 振 周 波 数 を 下 げることが 出 来 る 図 -2 のバスレフダクトのダンピング 事 例 では ダンピングを しないときは 75.4Hz のダクトの 共 振 周 波 数 が ダンピングを かけることで 53.8Hz まで 共 振 周 波 数 が 下 がる 図 2 バスレフダクトのダンピング ダンピングなし Fd=75.4Hz 終 端 栓 により ダンピングした バスレフダクト 終 端 栓 ダンピングあり Fd=53.8Hz 2/8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

3 4. ダブルバスレフエンクロージャーの 計 測 特 性 図 -3 にダクト 特 性 の 計 測 方 法 を 示 す スピーカーには テスト CD(AUDIO TEST CD-1 日 本 オーディオ 協 会 )から スイープ 信 号 を 与 え る バスレフダクトの 開 口 部 に 計 測 用 マイク(ECM8000 BERINGER)を 設 置 し 集 音 する 計 測 マイクの 出 力 を A/D 変 換 機 (E-MU 0404USB CREATIVE)でデジタル 化 して PC に 取 り 込 む PC では Free Soft の WaveSpectra を 使 用 して FFT データーに 変 換 する FFT データーを Excel で 読 み 込 めるようにデーター 変 換 して Excel に 取 り 込 み 各 種 の 解 析 に 使 用 している 図 3 ダクト 特 性 計 測 方 法 A/D 変 換 PC : WaveSpectra スイープ 信 号 PC : Excel 計 測 マイク 5. バスレフダクト 評 価 のための 解 析 モデル ダブルバスレフの 低 音 域 のバスレフダクトからの 輻 射 量 は スピーカーユニットの 振 動 板 の 背 面 からの 振 動 エネルギーを 2 つのバスレフダクトによる 複 共 振 系 を 経 て バスレフダクトから 音 響 的 な 輻 射 エネルギーとして 輻 射 されるということで 以 下 の 解 析 モデル(IPO 図 )を 考 えた スピーカー 背 面 の 振 動 エネルギー ダブルバスレフの 低 音 域 の 音 響 輻 射 機 能 ( 2 つのバスレフダクトによる 複 共 振 ) 設 計 パラメータ 第 1 ダクト 長 さ 第 1 ダクトダンプ 第 2 ダクト 長 さ 評 価 条 件 低 音 域 の 有 効 輻 射 量 低 音 域 の 不 要 輻 射 量 ダクト 開 口 部 からの 音 響 輻 射 エネルギー Excel に 取 り 込 んだデーターは 200Hz 以 下 の 成 分 と 200~1KHz の 成 分 に 分 けて 評 価 値 に 変 換 している 200Hz 以 下 の 成 分 は 低 音 再 生 に 有 効 な 成 分 として 次 のような 評 価 関 数 で 評 価 値 に 変 換 して いる 3/8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

4 200 S= K s L/ f 2 f =5 周 波 数 fでの 計 測 レベルを その 周 波 数 の 2 乗 で 除 したものの 累 積 値 をバ スレフダクトからの 有 効 な 輻 射 量 とした この 評 価 関 数 は 聴 感 上 筆 者 がより 好 ましい 低 音 感 が 得 られと 感 じる 傾 向 と 一 致 していると 感 じたものである この 聴 感 上 の 感 覚 は 個 人 差 があり この 評 価 関 数 が 一 般 的 に 適 しているかは 不 明 であるが こ こでは 筆 者 の 好 みとして 評 価 することにした N = K n 一 方 で バスレフダクトからは 本 来 の 低 音 域 の 輻 射 以 外 に エンクロージャー 内 の 定 在 波 やダクト 内 の 定 在 波 により 高 い 成 分 の 不 要 輻 射 が 含 まれている ここでの 評 価 として この 不 要 な 輻 射 量 を 205~1KHz までの 輻 射 レベルの 累 積 値 を 不 要 成 分 として 評 価 することにした 図 -4 に ダクトからの 輻 射 特 性 の 計 測 結 果 の 一 例 を 示 す L f =205 図 -4 ダクト 輻 射 特 性 の 計 測 例 2000 有 効 な 輻 射 成 分 の 累 積 値 1500 ダクトから 輻 射 されたレベル ダクト 輻 射 レベル 不 要 輻 射 累 積 1/F^2 累 積 1000 無 効 な 輻 射 成 分 の 累 積 値 ( 周 波 数 ) 4/8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

5 6. 設 計 パラメーター ダブルバスレフエンクロージャーの 設 計 パラメータは 多 数 存 在 するが ここでは 次 の 3 つの 設 計 パラメータを 使 用 して バスレフダクトから 輻 射 される 低 音 域 特 性 の 最 適 化 を 行 った 第 1 ダクトの 長 さを 上 ダクト 長 第 1 ダクトのダンピング 量 を 上 ダクトダンプ 第 2 ダクトの 長 さを 下 ダクト 長 とした 3 つの 設 計 パラメータを 表 -1 に 示 す L9 の 直 交 表 に 表 -2 のように 割 り 付 けて 実 験 をおこなった 実 験 で 使 用 したスピーカーユニットは TangBand の 10cm フルレンジの W4-927SE を 用 いた 実 験 では 評 価 値 の 良 し 悪 しについて 有 効 な 低 音 域 の 輻 射 成 分 の 累 積 値 が 大 きく 無 効 な 輻 射 成 分 が 少 ないことが 良 いと 定 義 して 有 効 成 分 のみと 有 効 成 分 と 無 効 成 分 を 合 算 した 値 を 使 って 望 目 特 性 の SN 比 で 評 価 した 表 -1 L9 直 交 表 No 表 -2 設 計 パラメーターの 割 付 列 番 因 子 名 水 準 1 水 準 2 水 準 3 1 上 ダクト 長 下 ダクト 長 上 ダクトダンプ なし /8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

6 7. 実 験 結 果 表 -3 の 割 付 表 に 従 って 設 計 パラメータを 組 み 合 わせて 得 られたデーターが 表 -4 のデーター とデーターから 算 出 された 望 目 特 性 の SN 比 と 感 度 である 算 出 された SN 比 と 感 度 から 図 -5 の 要 因 効 果 図 が 得 られる 割 付 表 表 -3 実 験 の 割 付 表 上 ダクト 長 下 ダクト 長 上 ダクト ダンプ No なし なし なし 表 4 実 験 の 結 果 (データーと 望 目 特 性 の SN 比 と 感 度 ) 不 要 成 分 なし あり SN 比 (db) 感 度 (db) 出 力 平 均 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 実 験 _ 図 5 要 因 効 果 図 SN 比 上 ダクト 長 上 ダクト 長 下 ダクト 長 下 ダクト 長 -- 感 度 -- 上 ダクトダンプ 上 ダクトダンプ 6/8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

7 8. 最 適 条 件 の 推 定 と 確 認 実 験 図 5 の 要 因 効 果 図 から 最 適 条 件 として 上 ダクト 長 :100 上 ダクトダンプ:なし 下 ダクト 長 : 100 と 推 定 した 時 の SN 比 は 13.94db 感 度 は 63.06db であった ここで 述 べている SN 比 は 品 質 工 学 の 評 価 尺 度 で 値 が 大 きいほど 良 い 評 価 値 になる 上 記 の 最 適 条 件 に 対 して 比 較 条 件 として 上 ダクト 長 :120 上 ダクトダンプ:25 下 ダクト 長 : 100 とした 時 の SN 比 は 9.50db 59.77db であった 確 認 のための 実 験 を 行 った 結 果 は 最 適 条 件 での SN 比 は 14.88db 感 度 は 64.37db で 比 較 条 件 での SN 比 は 9.06db 60.06db であった この 結 果 推 定 と 確 認 実 験 の SN 比 と 感 度 の 改 善 度 合 いは 表 6 のようになる 今 回 の 実 験 の 再 現 性 は 確 認 実 験 の 改 善 度 合 いが 大 きめに 出 ているが ほぼ 再 現 している 表 5 推 定 と 確 認 実 験 の SN 比 と 感 度 推 定 値 確 認 実 験 SN 比 (db) 感 度 (db) SN 比 (db) 感 度 (db) 比 較 条 件 最 適 条 件 表 6 推 定 と 確 認 実 験 の SN 比 と 感 度 の 改 善 度 合 い 利 得 SN 比 感 度 推 定 値 確 認 実 験 確 認 実 験 における 評 価 グラフ 図 6 に 確 認 実 験 で 比 較 した 比 較 条 件 と 最 適 条 件 におけるバスレフダクトからの 輻 射 データーの グラフを 示 す 最 適 条 件 のほうが 低 音 域 の 輻 射 量 が 多 く 不 要 な 成 分 が 少 なくなっている 2500 図 6 推 図 定 と 6 確 認 実 験 のにおける SN 比 と 評 感 価 度 グラフ の 改 善 度 合 い 比 較 条 件 1500 最 適 条 件 /8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.

8 比 較 条 件 と 最 適 条 件 における このほど 開 発 したダブルバスレフエンクロージャーのスピーカー の 正 面 から 50cm 離 れた 位 置 での 1KHz 以 下 の 領 域 での 再 生 周 波 数 特 性 を 図 7 に 示 す 最 適 条 件 のほうが 比 較 条 件 に 比 べて 低 音 域 側 の 特 性 で 30~70Hz の 出 力 レベルが 増 加 して おり 48.8Hz で 1.35db 増 加 している db 図 7 確 認 実 験 における 低 音 域 側 の 周 波 数 特 性 の 比 較 最 適 条 件 比 較 条 件 比 較 条 件 10. まとめ ダブルバスレフエンクロージャーのバスレフダクトからの 輻 射 特 性 を 改 善 することで 低 音 域 側 の 再 生 特 性 を 改 善 する 実 験 に 品 質 工 学 を 適 用 してみた 結 果 として コンパクトな 大 きさのエンクロージャーで 良 好 な 低 音 再 生 特 性 を 得 ることが 出 来 た オーディオに 関 しては 人 の 聴 感 がイメージに 影 響 されており 聞 く 人 の 心 理 状 況 で 受 ける 印 象 が 大 きく 変 わるといわれているが この 事 例 のように データーの 評 価 の 際 に 聴 感 上 の 良 し 悪 し をデーターに 置 き 換 える 工 夫 を 行 う 事 で 実 験 データーに 基 づく 音 響 特 性 の 改 善 が 行 えることが わかった 今 回 の 試 み あくまでも 筆 者 の 聴 感 に 基 づく 実 験 なので 一 般 化 が 可 能 か 否 かについては 不 明 であり 他 の 人 による 他 の 事 例 を 積 み 上 げて 検 証 が 必 要 であろう 11. 連 絡 先 本 件 に 関 するご 意 見 およびご 質 問 があれば [email protected] 宛 にメールにて 連 絡 をお 願 いする 8/8 Copyright 2011 Shiozawa Junichi All rights reserved.