もっぱら、プァ・オーディオを追求・試行錯誤してます。

バスレフのFdでグライコを使うのはちょっと怖い

バスレフはやっぱり制動が効かなくなるのかなの記事に、suzukiさんからコメントが付きました。そのコメントも参考にしながら、バスレフのFdの動作を考えていたら、思い違いをしていたことに気が付きました。

バスレフはやっぱり制動が効かなくなるのかな
前回の記事でも使わせてもらった、Korvaさんの記事からの画像をもう一度見てください。

バスレフの強調周波数Fdではインピーダンス(交流での抵抗と考えることが出来る)が下がっています。ですから、電流は流れやすくなります。そうだったら、ユニットの出力が増えても良さそうなのに、ユニット出力を表す緑の線は下がっています。
なんで電流がいっぱい流れるのに、ユニットは動きづらくなるのだろうと考えていたんですが、Fdではユニットに電流による電磁力以外にも力が働いていたからだったんですね。

「DIY-Sound 自作スピーカー 手作りの音を楽しみましょう」という、わりと有名なスピーカーホームページがありますが、そこの、
スピーカーエンクロージャ:バスレフ型スピーカーのところに、バスレフの動作を説明するGIF画像がありました。ちょっと利用させてもらいましょう。

バスレフのFdでグライコを使うのはちょっと怖い
ピストンがユニットの動き、おもりの動きがバスレフダクトの中の空気塊の動きを表しています。ユニットとは逆相の動きをしているので、バス・レフレックス(バスはベースつまり低音、レフレックスは位相反転のことらしい。)、略してバスレフと呼ばれているわけです。
このモデルは、長岡鉄男氏も使っているモデルですので、おそらくかなり広まっています。でも、いろいろなことを考えると、現実は違う部分もあります。

もし、空気ばねがこのバネモデルと同じ動きをするのなら、ユニット出力が減るはずがありません。空気ばねに押されてユニットもFdでの出力が上がるはずです。でも実際は逆になっています。

モデルというのは、現象のある1面をわかりやすく説明するために使うものです。ユニットの振動とは逆位相でバスレフ内部の空気塊が動くという1面をわかりやすくするために使用しているもので、その他の部分まで説明できるものではないようです。ですから、このモデルでユニットの振動板に働く作用を考えてはどうやら良くないらしいということが感じられてきました。

・・・・・・

ユニットの振動板に働く力は、単純に空気室内の圧力です。Fdでは、ダクト内の空気塊が飛び出したとき、飛び出した空気の体積分、空気室内の圧力が下がります。ですからユニットの振動板が外に飛び出たいのに、空気圧が下がるので、ユニットの振動板は逆に引っ張られます。つまり、バスレフのFdでは、ユニットの振動板は、アンプから送られてくる信号とは逆に動く向きの力を空気室内の空気から受けるということです。

・・・・

電動ドリルの刃が引っかかって止められてしまうと、モーター内の磁界の変化が止められてしまいます。すると、コイルは単なる導線と同じになり、一気に電流が流れて、最悪の場合、コイルが焼けてしまいます。

同様のことがバスレフのFdのときに起こります。その結果が、Fdでのユニット出力の減少になり、ユニット出力が減った事によって、インピーダンスは下がります。

・・・・・

ですから、バスレフスピーカーで、Fdの周波数をイコライザで強調することは、ユニットにとってとても危険なことだということが理解できました。

勿論、バスレフではFd以下の周波数はばっさりカットされてでなくなりますから、その帯域をイコライザで強調するのがいけないのは当たり前です。でも、バスレフのFdも、イコライザで強調するのは危なそうです。

さて、この考えは正解なのかな。
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バスレフはやっぱり制動が効かなくなるのかな

F0の問題点は、もしかしたら波形(音色)なのかなの記事にSuzukiさんからコメントが付きました。

アンプ側から見ると、バスレフのFdではインピーダンスが下がり、ダクトを駆動するために電流をたくさん流さなければならなくなるという内容でした。

・・・・

ということは、Fdではユニットの振幅は大きくなるんだろうか? なんとなく、(シングル)バスレフの音は、制動が効きにくそうな感じがしてきた。

関連情報を探して、検索してみたら、Korvaさんのホームページのメモのページが出ました。

バスレフポートの負荷のかかる範囲と音色、付帯音ついての研究

FE103ENのシミュレーションで検討しています。そこから画像を借りましょう。

バスレフはやっぱり制動が効かなくなるのかな
今はなくなってしまった、アプレット版のスピーカーシミュレーションで検討しています。ということは、けっこう過去の記事です。
青い線がバスレフダクトの出力、緑の線がユニットの出力、赤い線がインピーダンスです。Fdはインピーダンスの2つの山の間の谷の底になっています。確かにインピーダンスは下がるので、ユニットにはたくさん電流が流れることになりそうですね。でも、ユニットの出力は下がっていますね。ということは、ユニットはあまり振動しないということになるのかな? かわりに、ダクト内の空気の塊が振動するということになりますね。

やっぱりバスレフは制動を効かせにくいのかな?

そういえば、あんまり深く考えずに作ったこのバスレフ箱、そこそこ聞ける音だったようなきがする。
バスレフはやっぱり制動が効かなくなるのかな
前面と側面をA4用紙と同じサイズにして作ったFF85WKのスリットバスレフの箱です。

メーカー推奨箱より、ちょっとだけ容量が大きくなっているので、より低音が出るようになっていたはずです。もう設計図もないので、何HzをFdにしたかも覚えてないけど、容量を大きくした分制動の効かない低音になりがちなので、スリットダクトにしたのは正解だったかもしれないと今更ながら感じたりする。バスレフはやっぱり何らかの方法で、制動をかけてあげる必要があるのかもしれない。

F0の問題点は、もしかしたら波形(音色)なのかな

一部の人のブログでは、F0や、シングルバスレフから出る低音の問題点として、音色を上げている人もいたような気がします。

音色の違いは実は波形の違いのようです。

楽器の音の波形で検索したら、このページが見つかりました。

2-4 楽器の音を解析してみよう

ピアノの波形、マリンバの波形、トーンチャイムの音、バイオリンの音の波形を見ることができます。

楽器として最も単純な作りの音叉を楽器にしたトーンチャイムはほぼサイン波となっていますが、他の楽器では倍音成分が含まれるので、1周期分の波形の中に細かいぎざぎざが見えています。

・・・・・

ユニットのF0共振にしても、(シングル)バスレフにしても、1質点の共振です。バネに吊るした重りの振動と同じで、サイン波の振動です。ですから、F0や(シングル)バスレフ強調周波数では単純なサイン波になってしまう可能性があります。

・・・・

幾つかの種類の楽器が同時に鳴っていてもフルレンジ1つで表現できるのは、楽器の音波の重ね合わせした波形を表現するからで、あちこちギザギサした波形になっているはず。それから楽器を聞き分ける耳と人間の脳は大したもんです。

でも、F0共振や(シングル)バスレフの共振が強すぎると、その共振部分が単純なサイン波になってしまい、楽器そのものがわからなくなる可能性があるんじゃないかな。よくわからないけど。

バスレフの欠点でベースの音階がわからないということを書いている人もいましたが、個人的にはそれはありえないと考えています。バスレフで強調される周波数は1つで、その周辺を含めても音階で3つ程度でしょう。3つの音階だけわからなくなる可能性は否定しませんが、もしベースの音階がわからないのなら、制動が効いていないボーボーした低音が原因で、バスレフの設計に失敗したということではないかと個人的には考えます。

F0を潰すということの意味は、こちらのほうが可能性が高いのかな。どうなのかな。



おまけの動画。



今更ながら、F0のお勉強

kenbeさんのブログで、「F0を潰す」という表現があり、それについてコメントで質問したところ、29日にでもお話しましょうという返事でした。塩ビ管スピーカーオフ会、ついで、次の日の訪問よろしくお願いします。

でも、こちらの方として、まったく調べないわけでは良くないだろうと、ちょっとだけF0のお勉強といきますか。

音工房Zの大山さんの以前からあるホームページ、スピーカー追求道に、
F0、Fゼロ、エフゼロとは
という解説ページがありました。

>この値はユニットの口径の大きさ・振動板の重さ(M0)・ばねの強さ(S0)で決まります。ここでは磁気・電気回路は一切関係しません。

一応公式があって、

F0 = 0.16√(S0/m0)

という式になるそうです。ただ、m0は公表されていることが多いんですが、S0はほとんど公表はありませんね。公式を暗記する必要はなさそうです。それにもともと、F0の方は公表されますから。

どうやら、ダンパーとかエッジとかがバネに当たり、振動板がおもりということになり、バネにつながれた振動板の共振する周波数ということのようですね。

ユニットにF0の周波数の信号が流れると、共振が起こりますから、信号以上の大きさで振動板が震えるということになります。大袈裟に言うと、F0では野放図にユニット振動板が動くということです。

・・・・・

kenbeさんが言う、「F0を潰す」ということは、もしかすると、ここが関係しているのかな? 野放図に振動するのでは、質の悪い音が出そうな気もする。

ただ、フルレンジなら、多少は制動が効いているのではないかとも思われるのですが・・・・・。
※ちなみに、少々の意味なのに、多い少ないと書くのは何故なんでしょう? Why~。日本人なのにわからないよ~。

とと、話を戻して、フルレンジなら多少は制動が効いているのではと書いたのは、

・・・・・

磁界の中でコイルが動くと、起電力が働くからです。その起電力は、コイルの運動を妨げる向きに働きます。これは作用・反作用の一種です。
逆起電力が働くということは、F0付近での振動を妨げる向きに制動が働くということになると思います。

逆起電力が働いたことは、インピーダンス測定で、F0に山が出ることでも理解できると思います。

・・・・・・

ということは、F0のインピーダンスの山が高いほうが、F0での制動が効いているユニットということがいえるのかな?
それとも逆かな?

ただ、なんとなくウーファーユニットのほうがインピーダンスの山が低いような気がするし、ウーファーのバスレフのほうがボーボーした音が出るのかなと(まだあまりウーファーバスレフを作っていない私は)妄想したりしてます。



おまけの動画。

最近購入した、タイマネのアルバムに着いていたDVDにはいっている映像です。


現在入荷がないようで、しばらく待たないと購入できないかもしれません。

バスレフの欠点って?

バスレフの欠点として、ベースの音階がわからないとか、質の悪い低音と書かれている人が多い気がします。

わたしは、どちらかと言うと小口径フルレンジが工作のメインだったためか、それほどバスレフの低音が質が悪いと感じたことは殆どない。いや、1回だけある。

こんなコイルがほしいな。
1個500円くらいで、安売りしていた10cmウーファーを使用した両面バスレフ。いやー、これがボーボーした感じの音で、ある程度長く聞いていると気持ち悪くなって聞けなかったという経験があります。そのときに、この両面バスレフの箱だけなら低音がある程度フラットになるように作ったはずなのに、別のスピーカーと併せたら、片方の逆相の音がやっぱり打ち消し合いを起こして、両面バスレフの箱は、2つのダクトを同じ面にセッテングしてはいけないんだなということも感じましたが、・・・・・・。

ただ、わたしの中では、これはバスレフの欠点というよりは、ユニットの欠点ではないかと考えています。フルレンジではあまり気にならなかったのですから。

ボーボーした音になるのは、ユニットの制動がきかないからでしょう。重い振動板を動かすウーファーは、どうしても慣性のために制動がきかせづらくなります。そして安売りするような小口径ウーファー、F0もそれほど低くないユニットで、無理やり低い帯域まで出そうとしたもんだから、もう気持ち悪い音になっちゃんたんでしょう。何事もほどほどにということなんでしょうか。

以前妄想スピーカーに書きましたが、バックロードバスレフのユニット前面を覆ったら、ある程度質のいい低音が出せるウーファーにならないかなーと考えてます。バックロードバスレフはダクトの調整である程度低音の質を向上させることができますから。

でも、シングルバスレフは、ユニットの裸の周波数特性図を見て、ほんの少しだけ低域を足すという方式だと思うので、程々の低音で設計するのが良さそうな気がしています。
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