8cmフルレンジでスピーカーシステム作成 その2

 天候が優れないので、一日スピーカーの測定と調整を行いました。

 バスレフのポートの共鳴がうまく行かず、低域が物足りないです。8cmフルレンジにキャビネットが、大き過ぎたことと、ワインボックスに隙間が有るのが原因かと思います。シリコン・コーキングで目止めを施したしたのですが、8mm厚の松の箱では限界が有りそうです。又、Vas値を吟味しないで、箱有りきで進めてきて、最適化しなかったツケが廻ってきた様です。

測定結果
 測定結果のfrdデータとzmaデータを用いて、Speaker Workshopに取り込みシミュレーションを行いつつ、中低域を増強する為に1.5mhのインダクタンスと、それに並列に抵抗(6~10Ω)を加えて、バッフル・ステップ補正を調整を行いました。初めから低域の再生を狙ってないので、後からの厚化粧では無理があります。2kHz辺りから分割共振が始まり、又、その前後では、サラウンド(エッジ)の逆共振が生じます。内部損失が少ないこのPPコーン・スピーカーは、それが結構明確に解るタイプです。音離れを良くして、暴れを許すか、暴れを内部損失で吸収して、大人しくフラットにするかのトレードオフです。オーディオの先進国である、北欧州の著名なスピーカーは大体後者が多いようです。
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  アクシス2mでの測定
せめて緑のカーブの様に低域が出たら良かったのですが・・

シミュレーション結果
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肝心な音
 聞いた感じでは、補正なし(赤い線)はリアル感があります、補正後(黒い線)は、2.5Khzのディップを何とかすれば(実はなんともならない)、低域の迫力は一寸物足りないものの、聴けないことは無い状態です。85Hzカットオフのサブウーファーを追加して、2.1chにすると完成形になります。8cmのスピーカーとしては、音飛びの良いスピーカーです。

今後の対応
 取り敢えず、これ以上深入りしても、限界が見えてますので、無理をしないで早々と終えたいと思います。

8cmフルレンジでスピーカーシステム作成 その1

  PARC Audioから発売されていた(過去形)8cmの廉価スピーカーを使って、スピーカーを作ることにしました。

ドライバー
 ドライバーユニットは、PARC Audio DCU-F081PPで、8cmのPPコーンです。スピーカーのキャビネットは、廃品のワインボックスを用います。早速、バーンイン( burn-in )を10Hzの正弦波で6時間程行い、諸特性を測ってみました。バーンインは、毎日、決まった時間に測定して、特性が劣化しない範囲で、100時間程実施する予定です。特にサラウンド(エッジ)がゴム製ですので、マリンス効果が安定するまでは、特性が変化します。又、スパイダー(ダンパー)に付着している余分な接着剤が、ほどける事によって、音質が大幅に変化します。この時、ゆっくり動作するゴムのサラウンドを見て、接着の不均一な場所が解ります。

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測定した結果
 メーカ公表値と近いのはf(s)のみ、Q値は、メーカー公表値と比べて、だいぶ異なります。これには、一寸ガッカリです。
 普通の小型スピーカーと言った所です。しかし、この値も、バーンインでどの様に変化するか楽しみです。

    実測値         メーカー公表値
f(S) = 104.97Hz        103.4
R(e) = 5.77 Ohms       5.6
Z(max )= 51.07 Ohms
Q(ms) = 5.962        5.866
Q(es) = 0.759        0.499
Qts)  = 0.673        0.46
L(e) = 0.184mH at 10kHz

完成目標
 今月、20日(日)を目処に完成させる予定です。LCRによる補正の必要が無ければ良いのですが、既にキャビネットが完成しているので、次回は、キャビネットにドライバーを格納して諸特性(インピーダンス、f特、ベントの共振状態等)を測定する予定です。

音場感の改善

 先日、目白のminnさん邸を訪れてRAALのダイポール特性のリボントゥーイーターを聴かせていただいてから、ダイポール特性の音が気に入りまして、何とか自宅で実現できないか悩んでいました。RAAL DIPOLE 140-15Dは予算的に簡単に入手できないので、何とか他の方法で近似の音が出せないか考えました。悩んだ末、ケンさん宅のシステムを思いだして、スーパー・トゥーイーターもどき追加による音場感の改善を行う事にしました。

音場感の改善方法
 以下の様に、休眠中のリング・トゥーイーターをMidの背後に反射を期待して備え高域が拡散するようにしました。トゥーイーターのドライブは高域のアンプから小容量で高域の特性が素直なムンドルフのフィルムキャパシター(MCap SUPREME SilverGold.Oil)1本で接続しました。
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位相とトゥーイーターの種類
 15,000Hz/-6dBの遮蔽特を期待して、1.5μfと1.0μfを用意しました。接続は現行のトゥーイーターにキャパシターを通してパラレル接続しました。位相に関しては、スピーカーの極性を変えても良く解りません、更に聞き込むと相違が解りそうです。初めにScanSpeak Discovery R2604/8320を投入しましたが、磁性流体の無いScan-Speak Illuminator R3004/662000の方が、音場感が豊かで効果に差があります。

肝心な音
 ダイポール特性のスピーカーまで行かなくとも、何とか音場感に変化を加える事が出来ました。この音場感の変化に相応しくない音源もあり、音が改善されたのか、はたまた改悪なのか良く解りません。変わった事は確かで、低音の切れが増して、聴いていて一寸楽しいです。高域が不必要に強調されたという感じはありません。
 
改善の向き不向き
 効果が得られた音楽は女性ボーカル系で、不向きなのは大編成のオーケストラ、教会音楽(オルガン)の様です。全く駄目なのは初めからエコーバッチリのJpop系でうるさく感じます。

今後の方針
 スーパー・トゥーイーターもどきの追加による音場感の改善を継続するか、否かは未定です。やはり一寸不自然な時があります。
 例えると、ESS TechnologyのES9018Sでエコー感が強調される様な感じです。次世代の ESS SABRE PRO Seriesは、結構太い音がして不自然さが改善されていますが・・・

ベントの測定と調整を行いました

 スピーカーのドライバーの入れ替え等を行い、調整を行ってきましたが、久し振りにベントの測定と調整を行いました。

 ベントを設ける場合、ドライバー(ユニット)"Q"とキャビネット(箱)の応答によって、ベントの長さと、その容積により最適解(Optimal solution)が存在して、それに可能な限り近づけられるか否かによりVented-box low-frequency system (バスレフシステム)の成否が決まります。更にその効果をより確かなものとする為に、以下の様に更なる工夫が必要です。

スピーカーのポート
 バスレフのベントを別名ポートと呼ばれ、またダクトとも言われます、本来の呼称はベントが正しく、ダクトとは、気体を運ぶ管であり、主に建築物内で空調、換気、排煙の目的で設備の事を言い、ポートとは外部との情報の受け渡しを行うためのインタフェースの事を言います。やはり共鳴管と背圧調整の主旨から、ベントが正しいと思います。

理想的なベント
 ベントからキャビネット内の空気が出入りするのですが、その時、異音(ブローノイズ)の発生を抑えて、スムースな動作が求められます。そこで、英国の某有名スピーカーメーカーのベントを見ますと、マグヌス効果を期待したディンプルが有ります。これは、ゴルフボールのディンプルと同じ考えで、極めて有効な方法だと思います。又、ベントのエンドは切りっ放しでは無く、フレアーを付けて、風切り音等のノイズ低減が必要です。更にベントの太さを一定とせず、テーパー (taper) 状として、歪み率の低減を行う工夫が必要です。ウーファー・コーン紙の裏側ノイズは極力前面に漏れない工夫が必要です。

ディンプル加工が施されているベント
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非対称でフレアーとテーパーのベント
この加工を施すと95dBSPLの音圧で、6dB程度のブローノイズの削減が期待できます。この辺は、数百年前に既にパイプオルガンで実現されていたノウハウの応用と言えます。
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実際の工法
オルガンの例
Xパイプ

自作のMTMスピーカー(可変長ベントで共振周波数を適切に変更ができます)
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フレアー部分を内部で強固に固定して、ベント自体の共振を避けます。
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測定結果(IEC263準拠)
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 軸上(1m)の音圧とベントの音を同じ音圧で測定しました。
 小口径のウーファーは、ベントから中音域の漏れが生ずるので、ベントは正面より、背面、又は下面が好ましい様です。又、中音域との干渉を避ける為に、少なくとも-48dB/oct.程度の急峻な遮蔽特性が必要です。小口径の場合、正面にベントを設けると、中音域での逆位相での相殺により中抜けの音となる可能性があります。
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 軸上で測定した90dBSPLの音圧でベント付近を測定した為、異常に高い音圧となってます。ベントからの音は強力な風が伴うので、正確に測定することは困難です。例えばスピーカーの後部のみを壁を境にして別の部屋で測定する等、工夫が必要かと思います。

トゥイーターから異音

 久し振りにメインのシステムを聴いたところ、トゥイーターから小さな異音が聞こえます。異音は歪んでいて、アンプが故障したのかと思い、アンプを交換したり、左右を入れ替えて再生しても、同じトゥイーターから生じるので、直ぐにスピーカーの問題で有る事が解りました。原因はどうやらボイスコイルとポールピースとが、ほんの少々摺れている様です。

検証方法
 早速、問題のトゥイーターを外して、インピーダンスと位相のデータを調べました。問題のあるスピーカーの場合、綺麗な曲線が得られません。調査はDats(Dayton Audio Test System)と言う測定器を使いました。

測定した結果
 以下の様に、綺麗な曲線ではなく途中にストレスがある事が解ります。
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修理方法
 過去にスキャンスピークのリングラジエータのダイアフラムを交換した経験があったので、構造は解ってました。スキャンスピークのRevelatorとIlluminatorシリーズのトゥイーターは、接着剤とか磁性流体を使わず、すべて精度の高い螺子とスペーサーで固定されている為に修理が容易です。但し、螺子は「いたずら防止ねじ」で普通のドライバーでは廻せません。以下の様な特殊ドライバーが必要です。
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 修理は、3本有る螺子の内、1本は固定したままで、2本緩めます。3本総て緩めると、不必要に位置がずれて調整に手間取るので、冷静に落ち着いて行います。2本緩めたところで、マグネットをほんの少々(針一本程度)ズラしたところで、Datsで測定します。それを3回繰り返す内に、コイルとポールピースが摺れない個所を発見することができます。そこで、素早く2本の螺子を固定すれば修理完了です。
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修理後の測定結果
 以下の様に新品を入手した時と寸分違わず同じインピーダンスと位相の特性が得られました。
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修理後の感想
 良いスピーカーは、修理もフィールドで可能な様に工夫されています。又、保守部品も揃っていて、結果として、廉価です。それから、Dats(Dayton Audio Test System)は、スピーカービルダーにとって、必須の測定器ですね。今日は気持ちよく音楽を聴けました。