Far Field測定とクロスオーバー周波数の検討 - ウェーブガイドを使ったデスクトップ小型2wayスピーカーの製作

前回の記事でNear Field測定が終わりましたので、今回はFar Field測定を行って測定結果からクロスオーバー周波数を検討します。

Far Field測定

ARTAで測定し、VituixCADの「Convert IR to FR」でImpulse responseからFrequency responseに変換します。

今回の測定ではVituixCADのマニュアルに記載されている方法をとっており、各ユニットの測定はそれぞれのユニットの軸上にマイクを設置して行っています。デザインアクシスの位置ではないため注意してください。

スピーカーのバッフル面とマイクの距離を1.5mとして測定を行いました。水平・垂直方向ともに+180°〜-170°の範囲を10°刻みで測定しています。

今回のエンクロージャーは側板片面にパッシブラジエータが搭載されており厳密には左右対称ではないため、水平方向においても左右どちらからも測定しています。

ウーファーの測定結果

ウーファーの測定結果が以下です。バッフルステップの影響もあり700Hzから3KHzあたりに一つの山があります。また4KHzから14KHzにかけて大きなピークがあるため、これらをネットワークでうまく処理しなければならなそうです。

ウーファーの測定結果(水平 右方向)

ウーファーの測定結果(水平 左方向)

ウーファーの測定結果(垂直天井方向)

ウーファーの測定結果(垂直 床方向)

水平方向で見ても3KHzあたりから指向性が乱れてきているようなのでクロスオーバー周波数はそれ以下が良さそうです。

ツィーターの測定結果

1.5KHzから3KHzにかけての山と軸外の7KHzあたりのディップ、15KHz付近のピークが気になります。

エンクロージャー設計の際にディフラクションのシミュレーションにて7KHz付近のディップが少し出ていたのでその影響でしょう。

1.5KHzから3KHzにかけての山も、ディフラクションのシミュレーションで3〜5KHzあたりが凹んでいたのでその影響は大きそうです。

ツィーターの測定結果(水平 右方向)

ツィーターの測定結果(水平 左方向)

ツィーターの測定結果(垂直 天井方向)

ツィーターの測定結果(垂直 床方向)

ツィーターのデータシートによると推奨クロスオーバー周波数は2.5KHzのようなので、それ以上でクロスさせるのが安牌かなと思います。

クロスオーバー周波数の検討

上記の周波数特性を見る限りは2.5〜3KHzあたりでクロスさせるのが良さそうですが、指標となるDirectivity Indexを見てみましょう。

赤実線がウーファーのDirectivity Indexで点線がツィーターのものです。

それぞれのユニットのDirectivity Index

Directivity Index自体は3.5KHz付近までは両方のドライバーで揃っているので、2.5〜3KHzあたりでクロスさせることは問題なさそうです。

ツィーターは1〜2KHz付近に小さな凹みがありますので、なるべく高い周波数でクロスさせた方が良さそうではあります。となると3KHzでクロスさせるのが正解かなと思いました。

ただ両ユニットともに3〜4KHzに落ち込みがあるのが気になるところではあります。

次回の記事

次回はFar Field測定の結果をもとにクロスオーバーネットワークの設計を行います。

Near Field測定とパッシブラジエータの調整 - ウェーブガイドを使ったデスクトップ小型2wayスピーカーの製作

前回の記事でエンクロージャーの組み立てが終わりましたので、今回はNear Field測定の結果をもとに吸音材やパッシブラジエータの調整を行います。

Near Field測定

測定用マイクをユニットやパッシブラジエータから約5mmの位置に設置した状態でARTAで測定し、VituixCADの「Convert IR to FR」でImpulse responseからFrequency responseに変換します。

その後VituixCADのMergerを使ってパッシブラジエータの出力とウーファーの出力を合成します。

Mergerでパッシブラジエータとウーファーの出力を合成

吸音材の調整

まずは吸音材を少しだけ入れた状態で測定してみます。

吸音材を少しだけ入れた状態

パッシブラジエータの出力(緑線)に1kHz付近に少し山ができています。これはエンクロージャー内部の奥行き方向の定在波の周波数と一致しているためその影響の可能性が高そうです。

吸音材を少しだけ入れた状態の測定結果

エンクロージャーの定在波シミュレーション

吸音材を軽く追加してみましたが、測定結果には大きく変わりはありませんでした。

吸音材を軽く追加した状態

吸音材を軽く追加した状態での測定結果

そこで吸音材をエンクロージャー全体にふわっと充填される程度にまで入れてみたのが以下の結果です。パッシブラジエータの出力の1kHz付近の山が小さくなりました。

吸音材をエンクロージャー全体にふわっと入れた状態

吸音材をエンクロージャー全体にふわっと入れた状態の測定結果

今回のエンクロージャーではサイズの制約からパッシブラジエーターを側板中央に配置しています。中央は定在波が最も強く出る位置なので今回のような結果になったのでしょう。

この測定結果から吸音材は多めに入れた方が良いことがわかりました。

パッシブラジエータの変更と調整

ここまでの測定結果を見てきた方は低域の音圧が足りていないことに気づいたかもしれません。200Hz以下がダラ下がりになってしまっています。

以下の記事でエンクロージャーのシミュレーションを行った時のFbは約61Hzです。しかし今回の測定では約52Hzとかなり低く出ています。

VituixCADでシミュレーションを行うと、パッシブラジエータに25gほどの重りを追加するとそれくらいのFbになるようです。

パッシブラジエータDSA175-PRに25gの重りを追加したシミュレーション

この状態ではFbが低すぎますが、パッシブラジエータ方式ではFbを上げることは難しいです。エンクロージャーの容積を減らすくらいしか方法がありません。

そこでパッシブラジエータ自体を変更することにしました。

上記のエンクロージャーのシミュレーション記事では今回使用しているDSA175-PR以外にも同じフレーム形状のDS175-PRを候補としてあげていました。DS175-PRならエンクロージャーに何も変更を加えなくても取り付け可能ですので取り寄せて試してみます。

仮説としてはDSA175-PRはデータシートよりも振動系の重量が重いのではないか、ということです。

そこで届いたDS175-PRとDSA175-PRの重量を測ってみることにしました。フレーム形状が同じなので重さの差は振動系の重量の差になるはずです。

フレーム込みの重量を測るとDS175-PRが約195gなのに対してDSA175-PRは約220gと重たいという結果になりました。データシート上ではDS175-PRのMmsは36.6gで、DSA175-PRは30.7gとDSAの方が少し軽いのです。実測とデータシートが異なるとわかりました。

よって仮説は正しそうだと思ったので、DS175-PRに変更してもう一度測定してみます。シミュレーションでは約65Hzになるはずです。

DS175-PRに変更した測定結果

Fbは約64Hzとなり、DSA175-PRを搭載した時と比べて低域がフラットに伸びています。シミュレーションに近い状態になって安心しました。

このままでは70Hz付近に少し膨らみができてしまっているので、Fbを下げるためにパッシブラジエータに重りを5g追加して再度測定を行いました。

追加した重り

パッシブラジエータに5gの重りを追加した測定結果

約60-100Hzの間がほぼフラットな特性になり、これで問題なさそうです。f6は55Hzくらいでしょうか。

ネットワークボードを入れると少しエンクロージャー容積が減ってFbが上がると思うので、ネットワーク組み込み後に再度測定して調整しましょう。

次回の記事

次回はFar Field測定を行い、クロスオーバー周波数の検討を行います。

Windows PCのCPU, GPUをRyzen 7 5700G + Radeon RX 6600XTに換装

ここ10年くらいはこの年末年始の時期になるとPCをアップグレードしたくなります。

デスクトップのWindows PCは2018年1月に構成をアップデートして以来何も変更しておらず、Windows 11に対応できなかったので5年ぶりにCPU, GPUを交換しました。

どれくらい性能が上がったのかベンチマークをとってみます。

構成

使っているマザーボードがSocket AM4で最新版のBIOSに上げればZen 3アーキテクチャのCPUにも対応できるとわかりました。

Ryzen 7000シリーズも発売されておりSocket AM5に移行するかとも悩みましたがMini-ITXのM/Bは数が少なく高価なものが多かったので、今回はSocket AM4のままでアップグレードすることにしました。

	旧構成	新構成
CPU	Ryzen 3 1300X	Ryzen 7 5700G
M/B	ASRock AB350 Gaming-ITX/ac	変更なし
メモリ	SanMax SMD4-U16G48M-26V-D (DDR4-2666 8GB * 2)	GSkill F4-3200C16D-32GIS (DDR4-3200 16GB * 2)
グラフィックボード	ASUS Radeon RX 560 2GB (RX560-O2G)	ASRock Radeon RX 6600 XT Challenger ITX 8GB
SSD	Intel SSD 760p SSDPEKKW256G8XT	変更なし
電源	Antec NEG550W	変更なし
PCケース	LianLi PC-Q33	変更なし

まずはCPUをiGPU付きのRyzen 7 5700Gへ変更しました。外付けグラフィックを搭載するのに内蔵グラフィックスは必要かと思ったのですが、以下の理由からの選択です。

• 現状のラインナップではRyzen 7シリーズの中で最も安価。
• iGPUの性能が5年前のミドルレンジと比べてどれほどのものなのか気になった。
• OpenCLなどを使ったソフトウェアを動かす際にはiGPUがあった方が使い勝手がよい。

グラフィックボードはGeForce RTX 3060搭載のものと迷いました。使っていた電源が550Wと小出力でGeForceを選ぶには少し足りないかもと思ったので、Radeon RX 6600XT搭載のボードにしました。小型ケースなので奥行きの短いボードを選びました。

購入したパーツ

ベンチマーク

iGPUを有効化しているベンチマークではVRAMは2GB割り当てています。dGPUを搭載した時はiGPUは無効化しています。

Cinebench

5年もあいているとシングルスレッド性能でもスコアは1.5倍、マルチスレッドはコア数の違いもあり4.5倍と大きく向上しました。

CInebenchの結果

FINAL FANTASY XV ベンチマーク

設定は「高品質」「FullHD」「フルスクリーン」にしました。

iGPUではCPU性能の差もあって何とか5年前のスコアを超えていますが大きな差はありません。RX 6600XTを搭載するとスコアは6倍を超えました。

FINAL FANTASY XVベンチマークの結果

3DMark Time Spy

Ryzen 7 5700GのiGPUとRadeon RX 560を比較するとRadeon RX 560の方に軍配が上がるようです。

3DMarkのベンチマーク結果

VRMark

VRMarkでも3DMarkとの傾向は変わらずです。

VRMarkのベンチマーク結果

PCMark 10

PCMarkになるとCPU性能が効いてくるためRyzen 3+ Radeon RX 560の構成よりRyzen 7 5700G(iGPU)の方がスコアが高くなります。

Ryzen 7 5700GでiGPUとdGPUの性能を比較するとdGPUの方が全体性能は当然高いのですが、スコアの詳細まで見ていくとApps ScoreやSpreadsheet ScoreではiGPUの方が少し高いスコアを出しています。

PC Mark 10のベンチマーク結果

まとめ

Ryzen 7 5700GのiGPUの性能はRadeon RX 560より少し劣る程度でした。期待していたよりは低かったですが、外付けグラフィックボードが必要ないことを考えるとコスパは良さそうです。

新構成のPCは大幅な性能向上ができたので満足です。