以前に製作したパッシブラジエーターを使ったデスクトップ小型2wayスピーカーですが、クロスオーバーネットワークを変更して再測定したところ、シミュレーションとは乖離した結果となってしまい、もう一度スピーカーユニット単体の結果から再測定してやり直しかなと思ったまま、放置してしまっていました。
ようやく重い腰をあげて、モチベーションを上げるために違ったツィーターを使ってみることにし、全体の再構築を行いました。
- 使用するスピーカーユニット
- エンクロージャーの改造
- Near Field測定
- Far Field測定
- クロスオーバーネットワークを設計
- ネットワークボードの設計
- ネットワークボードの製作
- 完成
- 次回の記事
使用するスピーカーユニット
新しくツィーターとなったのはWavecor TW030WA09です。他作で使おうとして購入したものの、うまく特性が出せずに他ツィーターに変更したため、手元に余っていました。このツィーターを再度使ってみようと思います。
http://www.wavecor.com/html/tw030wa09_10.html
ウーファーは変更せずにWavecor WF120BD03をそのまま使います。
エンクロージャーの改造
このエンクロージャーの設計については過去の記事を参照ください。
まずはツィーターの交換のための改造を行います。取り付け穴径が異なるため、ホールソーを使って内穴を拡張しました。外径は104mmで一般的なサイズですので、内穴だけの拡張で取り付けることができました。
次にエンクロージャーの塗装を少しやり直しました。前回の塗装では仕上げのウレタンニスを塗布する工程でムラができてしまっていたので、そこをヤスリで修正して塗装しなおしました。
エンクロージャーで他に気になっていた点としては、群遅延の大きさがあります。以前の設計では60Hzで15msを超える群遅延が起きており、ここは少し改善できないかなと思っていました。
シミュレーション上では容積を減らすことで、フラットな特性は維持しつつ、少し群遅延を改善できそうです。
すでにアルミ板を使った補強を以前に行なっており、そこで少しエンクロージャーの容積は減っています。
今回はさらに背板を変更して容積を減らすことにしました。もともとは1枚板でしたが、真ん中の部分を2枚重ねに変更することで、その板の分だけ容積を減らす形にしました。もともと板厚が薄くて鳴ってしまっていた部分でもあったので、補強もできて一石二鳥です。
Near Field測定
パッシブラジエーターの重りの調整を行うためにNear Field測定を行います。
重りが0gの状態で以下のような特性になりました。低域は-6dBとなる周波数は60Hzです。少し高めではあるもののウーファーの口径が12cmであることを考えると、これくらいがちょうどかなと感じます。
70Hz付近に若干のピークがありますが、クロスオーバーネットワークの影響で100〜200Hzが少し膨れたりするので、このくらいの山は許容範囲かと思います。
Far Field測定
ネットワークのシミュレーションに必要となる軸上および軸外の特性を測定します。
まずはウーファーのFar Field測定の結果からです。3kHzあたりまでは素直な特性で4kHz以降は大きなブレイクアップがあります。
次にツィーターのFar Field測定です。4kHz付近にディップがあり、特性が少し乱れているものの、それ以外は軸外も含めて比較的きれいな特性です。
クロスオーバーネットワークを設計
ここまでのデータとインピーダンス測定を行った結果からクロスオーバーネットワークをシミュレーションしていきます。
クロスオーバー周波数を決めるために各スピーカーユニットのDIの比較します。実線がウーファー、鎖線がツィーターです。
4kHz付近まで両方のDIが一致しており、クロスオーバー周波数はそれ以下になるでしょう。3～4kHz付近はDIが落ち込んでしまっているので、そのあたりのディップは少し小さくできないか検討する必要がありそうです。
測定結果をもとに設計したクロスオーバーネットワークが以下です。クロスオーバー周波数3kHzでLR4として設計しました。
ツィーター側は3次のHPFにアッテネーターという構成で、1kHz以下を落とすためにノッチフィルタを入れています。
ウーファー側は4次のLPFにノッチフィルタを2つ入れた構成です。2段目のコイルに並列で入っているのがブレイクアップ付近の帯域を落とすためのフィルタ、最後のノッチフィルタは1kHz付近を落とすためのフィルタです。
シミュレーション上の特性は以下になります。PIRを整えることを重点を置いて、指向性を整えていきました。
PIRだけを見ればクロスオーバー周波数はもう少し低めにしてもよさそうだったのですが、先述した3～4kHz付近のDIの落ち込みがより強くなってしまったので、そことの兼ね合いで3kHzとしています。
クロスオーバー付近の各ドライバーの位相は合っているので、シミュレーション上では深いReverse Nullが出ています。
ネットワークボードの設計
ツィーター側のネットワークはシンプルなので、以前に設計したボードをそのまま流用できそうです。一方でウーファー側はネットワークボードの再設計が必要そうです。
以前に設計したボードはエンクロージャー底部におさまるギリギリのサイズで設計したため、ネットワークボードを取り外すには一度ウーファーを取り外す必要がありました。
それでは部品の交換の時などの取り回しが悪いので、今回はウーファーと干渉しないサイズの大きさに収めました。
L1とL2の磁場の干渉が多少気になる配置ではあるのですが、ボードサイズの制限もあってこれより良い配置ができませんでした。
コイルはどれも小さめの値なので空芯コイルとして、コンデンサもノッチフィルタの1つ以外はフィルムコンデンサを採用しました。ノッチフィルタの電解コンデンサにはフィルムコンデンサを並列で入れています。
ネットワークボードの製作
発注した基板が届いたので組み立てます。新規におこしたLPF側の基板は特に問題なく実装できました。
続いてHPF側の基板です。こちらの基板は過去に作ったものを流用しており、部品の取り付けは若干アドホックな感じになってしまいました。
余談にはなりますが、今回は手持ちの部品でだいたい組むことができたのでお財布に優しい費用で済みました。
組んだネットワークボードが正しく動作しているか確認するためにインピーダンス測定を行います。測定結果をみるとシミュレーションとHPF側はほぼ一致していますが、LPF側は高域で少し乖離があるようです。
LPF側には14AWGの空芯コイルを使用したため、その線間容量の影響で高域のインピーダンスが低下しているのかもしれません。これがクロスオーバー付近の位相に多少影響しそうではあるので、また測定結果をみてブラシュアップが必要かもです。
完成
ネットワークボードを組み込んで完成です。パッシブラジエーターが目立つ姿になりました。赤い色と黒いスピーカーユニットのコントラストが美しい仕上がりです。
次回の記事
次回は、実際に音を聴きつつ調整して、最終的な特性を測定したと思います。
