工作とかオーディオとか

作った物について書きます

ユニットの選定とエンクロージャーの検討 - Dayton Audio RSシリーズで自作2wayスピーカー

Scan-Speak Discoveryシリーズを使った自作2wayスピーカーも残すところは最終測定のみになりました。

マルチウェイスピーカーの製作は設計が多くて楽しいので、新作を作り始めようと思います。

必要な条件の整理

もう10年以上前になりますがSB Acoustics製のスピーカーユニットを使った2wayスピーカーを製作しました。当時は自分の知識があまり無くて結果としてこの2wayスピーカーは音質が微妙でお蔵入りになっています。

エンクロージャー自体は補強板が入っていたりして丈夫に作ってあり、容量も10リットル近くあります。

分解したエンクロージャーの外観

初めて製作した2wayスピーカーということもあり思い入れがあるので、うまく活用できないものかなとParts Expressを見ながら使えそうなユニットを探していました。

やはり元々の設計が15cmのウーファーですので交換品も15cmのウーファーがちょうど良いようです。多少の容量減であれば内部に補強板を追加することで可能です。

ただ流用しようとしているエンクロージャーは一つ問題がありました。当時はスピーカーユニットをバッフル板にそのまま取り付けており、ユニットとバッフル板の段差には気をつかっていなかったのです。

結果としてウーファーとツィーターの距離が数mmしか開いておらず、このままではバッフル板に追加の板をかぶせてユニットを埋め込むような形が取りにくい状態です。数mmの隙間しかない大穴を2つ開けてくれる加工業者はあまりないでしょう。

この問題には頭を悩ませたのですが、どちらかのユニットのフレーム形状が真円ではなく一部を切り取った形になっていればウーファーとツィーターの間の距離を取ることができて、価格は高くなるものの加工可能な業者もあるのではないかなと思いました。

ユニットの選定

上で述べた条件でユニットを調べると良さそうなものが2つ見つかりました。

1つ目はPeerlessのユニットでツィーターは XT25TG30-04 、ウーファーが 830860 という組み合わせです。ウーファー側が切り取られた円形になっています。

Peerless by Tymphany XT25TG30-04 1" Dual Ring Radiator Tweeter

Peerless by Tymphany 830860 5-1/4" PPB Cone HDS Woofer

ツィーターのXT25TG30-04は非常に特性が整っており、一度は使ってみたいと思っているユニットでした。

どちらも安めの価格でこの組み合わせに決めかけていたのですが、前日まであったウーファーの在庫が購入しようと思った当日には数ヶ月待ちという状態になってしまいました...


そこで別の組み合わせを探して見つけたのがDayton Audio RSシリーズです。

Dayton Audio RST28A-4 1-1/8" Reference Series Aluminum Dome Tweeter with Truncated Faceplate

Dayton Audio RS150-8 6" Reference Woofer

国内のショップではRST28A-4は真円のフレームのものしか販売されていませんが、Parts Expressには切り取られた形のフレームのものがあるようです。

これまで製作してきたスピーカーでは金属の振動板のユニットを使ったことがあまりなかったので、音を聴いてみたいという気持ちになりました。

RST28A-4のデータシートを見る限りは指向性は15kHzあたりまでは整っているようですので前作よりは整えやすいのではないでしょうか。

ツィーターが決まったので、ウーファーは同じシリーズの金属コーンを使ったRS150-8が良さそうです。

RS150-8のデータシートを見ると1.5kHzや2.7kH付近のディップが気になります。同じコーンならRS125の方が特性が整っているのですが、前述の通り12.5cmでは今回のエンクロージャーには小さすぎるので15cmの方を選択しました。

少し価格が高くなってしまいましたが在庫があるうちに注文しました。

エンクロージャーの再利用可能性の検討

エンクロージャーが本当に再利用できるのか検討したいと思います。

エンクロージャーの容積を増やすことは難しいものの減らす方向であれば可能というのは前述した通りで、問題になるのはバッフル板のサイズやユニット位置が影響するディフラクションです。

VituixCADを使ってシミュレーションします。エンクロージャーには10mmほど角を丸める加工を行う予定なので、それを含めます。

ウーファーのディフラクション

ツィーターのディフラクション

問題になるようなピーク、ディップは小さいので大丈夫でしょう。

次に内部の定在波を確認します。

製作した当初の知識不足から幅と奥行き方向の定在波の周波数がかぶってしまっており、強く出てしまう懸念があるとわかりました。

現状のエンクロージャーの定在波

内部の幅方向に5.5mmの板材を貼り付けることで1cmほど縮めます。そうすると定在波の周波数をずらすことができ、かぶるピークを小さくできました。

幅方向を縮めたときのエンクロージャーの定在波

エンクロージャー容積が8.8リットルで足りるのか念のためシミュレーションして確認しておきましょう。RS150-8のデータシートのスペックを元にバスレフ型でします。

バスレフ型エンクロージャーでのシミュレーション

ポートのチューニング周波数を48Hzとしたときにほぼフラットな特性が得られるようです。詳細な設計はT/Sパラメータ測定後にやると思いますが、容積についても大きな問題なさそうです。

ユニットが到着

スピーカーユニットが届いたので、ウーファーのブレークインから始めます。

ウーファーのブレークイン

ツィーターには交換用のプレートが付属しています。

ツィーターと交換用プレート

次回の記事

Dayton Audioのスピーカーユニットを使ってブックシェルフ型の2wayスピーカーを作っていきます。

次回はウーファーのT/Sパラメータの測定を行ってエンクロージャーの修正設計です。

クロスオーバーネットワークとバスレスポートの改良 - Scan-Speak Discoveryシリーズで自作2wayスピーカー

前回の記事で以下の2つの改善ポイントが見えたので対策します。

  • コイルの磁束の干渉を避けるために数を3以下に減らしたネットワーク回路に変更する。
  • バスレフポートのポート径を小さくして長さを短くすることで、定在波とポート共鳴の周波数をずらす。

ネットワーク回路のコイルを減らす

コイルの数が4つと多くネットワークボードをエンクロージャー内に設置するときに、コイルの向きをそれぞれ違う方向にしたとしても磁束の干渉が避けられない状態でした。

VituixCADでのシミュレーションと比較しても干渉は大きな影響はなさそうでしたが、中域の落ち込みは少し気になるので回路を変更します。

改良後のネットワーク回路

ディッピングフィルターをスピーカーユニットと並列にしていた以前の回路から、フィルタの位置を移動させることでコイルを1つ減らせました。

ネットワーク改良後の特性

特性としてはListening Windowでの50Hz-20kHzの変化が±2dB程度におさまっています。とはいえこの特性は以前のネットワーク回路と似たようなレベルで大きな変化はありません。

推定Preference Ratingは改良前が6.57でしたが、少し下がって6.5となってしまったのは残念です。

ネットワーク改良後の推定Preference Rating

このネットワークで一度製作しましたが問題が発生しました。手持ちのD級アンプにつなぐとインピーダンスが低すぎるというエラーが出るのです。

回路を見直すとウーファーのネットワーク部分で、ディッピングフィルタの0.47uFとローパスフィルターの12.2uFが高周波領域でショート状態になっていると気づきました。

新ネットワーク回路のショート問題の解決

ショートの問題を解消したのが以下のバージョンです。ディッピングフィルターのコンデンサに直列に抵抗を入れました。

改良後のネットワーク回路 ver.2

全体的に定数を見直して特性をあまり変えることなく、Reverse Nullが大きく出るようにしました。

推定Preference Ratingは6.55まで上がったので、ほぼ以前の回路と疎遠ないレベルになりました。

ネットワーク改良 ver.2 の特性

ネットワーク改良 ver.2 の推定Preference Rating

ネットワーク改良 ver.2 のReverse Null

クロスオーバー周波数は以前に作った回路と同じく3kHzとなっています。DIの値からしてもやはりこの辺りが良い塩梅のようです。

完成した新しいネットワーク回路

製作したボードは以下のものです。

製作したネットワークボード

以前のボードは素子の数が多くて2枚のボードに分けていましたが、部品点数が減ったので1枚のボードにまとめました。それによってエンクロージャー内での取り回しが良くなりました。

ハイパスフィルターの部分はごちゃごちゃしてしまってますが、エンクロージャーのメンテナンス口が円形で中に入れるためにはこういう配置にせざるを得ない感じでした。

組み立て後にインピーダンスを測定してシミュレーションと差が発生していないか確認します。

シミュレーション 実測
ウーファー部のインピーダンス
ツィーター部のインピーダンス
総合インピーダンス

だいたいシミュレーション通りで問題なかったので、これでネットワークボードは修正完了です。

新しいポートのアタッチメントの製作

ポート径を小さくすることで長さを短くしてポート共鳴のピークを消すことができないか確認するために、新たにアタッチメントを製作しました。

製作したポートのアタッチメント

以前に製作したアタッチメントはポート径が35mmでしたが、今回製作したものはポート径28mmです。

ポート径を小さくすることでポート長を40〜50mm程度に短くすることができ、ポート共鳴を起こす周波数が定在波の周波数帯の外に出ます。

一方で音量を上げた場合のポート内の流速などが気になりますが、大音量で聴く機会があまりないので問題にならないと思っています。

ポートの調整

VituixCADで新しいポート径でエンクロージャーのシミュレーションを行なったところ41mmのポート長が最適のようです。

新しいポート径でのシミュレーション結果

そこでポート長40mmと45mmで比較測定を行います。

ポート長40mm ポート長45mm
ポート出力
ウーファー出力
中点

ポート出力を見ると以前の測定であったような1.8kHz付近のピークが消失しました。狙い通りの結果です。ウーファー出力にも特にピークやディップが現れておらず、きれいなカーブです。

中点での測定結果を見ると、わずかな差ですが60〜200Hzの部分で40mmの方がフラットな特性です。

よって40mmを採用することにしました。

次回の記事

次回は最終測定結果と試聴した感想を書こうと思います。

ネットワーク組み込み後のFar Field測定 - Scan-Speak Discoveryシリーズで自作2wayスピーカー

前回の記事でポートの調整まで終わりました。

ネットワークボードを組み込んで配線したので、次はFar Field測定を行います。その結果から改善ポイントを考察します。

Far Field測定

早速ですが結果から見てみましょう。Far Field測定を行った結果にNear Field測定の結果とバッフルステップ補正のシミュレーション結果をマージしたものです。

ネットワーク込みの総合特性

総合特性の推定Preference Ratingは5.98と6.0を切ってしまいました。ネットワークの設計段階では6.5程度でしたから、だいぶ低くなってしまっています。

念のためツィーターを逆相に接続してReverse Nullの測定も行いました。

Reverse Nullの測定

大きくはないものの、しっかりと現れています。これはシミュレーション通りです。

シミュレーションとの差分

シミュレーションで予測していた特性と実際の測定結果の差分を見てみましょう。

SPLにおけるシミュレーションとの差

一点鎖線が測定結果で点線・実線がシミュレーションのものです。簡単にわかることは以下の点です。

  • 70Hz〜100Hzあたりにディップがある。
    • ポートのチューニング不足か。
  • 100Hz〜200Hzあたりはシミュレーションより高い。
    • コイルのDC抵抗が想定より高い?
  • 1.8kHz付近のディップが大きい。
  • 3kHz〜7kHz付近の音圧が少し低い。
    • ツィーターとウーファーのネットワークのコイルが磁束が干渉しているのではないか。シミュレーションで少し値を上下させるとこのあたりがずれる。
      • ネットワークボード上の距離が近いが、今のネットワークではコイルを4つ使っているので磁束が干渉しない方向にするのが難しい。
  • 7kHzの大きなディップがある。
    • これは以前からわかっていたことでエッジディフラクションによるものではないか。

Spinoramaでも確認してみましょう。

Spinoramaでのシミュレーションとの差

PIRで見ると7kHzより高い帯域での乱れ方が変わってしまっています。これの原因はわからないですが...

他に気になるところは1kHzあたりの膨らみでしょうか。ただ一番大きく効いていそうなのは1.8kHz付近のディップのように見えます。

特性の改善ポイント

これらの結果から以下の2点を改善する方針にしようと思います。

  • バスレフポートのポート径を小さくしてポート長を短くする。
  • コイルの磁束の干渉を避けるためにコイルの数を減らしたネットワーク回路に変更する。

バスレフポートについては、前回のNear Field測定のときについでに測定していた結果を見るにポート長を50mm以下にするとポート共鳴が出ないことがわかりました。その長さまで短くするにはポート径は今の35mmからさらに小さくして28mm程度にする必要があるとシミュレーションからわかります。

コイルについては測定結果の節で述べた理由からです。3つに減らすことができれば磁束の干渉は避けられるでしょう。

一方で上記の改善ポイントに出さなかったエッジディフラクションの件については、もう塗装が終わってしまっておりエンクロージャーを作り直す気力まではないため今回は見送ります。

次回の記事

上記の改善ポイントの修正を行う予定です。

ネットワーク回路を改良しポート径を小さくしたアタッチメントを製作してNear Field測定を行い調整します。

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