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Scan-Speak Discoveryシリーズで自作2wayスピーカー - エンクロージャーサイズの決定

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はじめに

前回の記事でエンクロージャー容積は9Lに決まりました。次はエンクロージャーのサイズを決めていきます。

エンクロージャーのサイズを決めるにあたっての制限事項を洗い出したあとに、定在波とディフラクションのシミュレーションを行い、実際のデザインのサンプルを作って最終的なサイズを決めていこうと思います。

各種制限事項の洗い出し

主に自分の設置環境の関係で出てくる制限などをまとめます。

エンクロージャーの制限

  • 板厚は18 or 21mmを想定。
  • 設置場所の関係で、幅240mm程度、高さ440mm程度、奥行き230mm程度まで。
  • 角丸めを行うために幅176mm以上必要。

ポート位置の制限

  • ポート位置はエンクロージャーの高さ方向の定在波の影響を受けにくい中央または1/4点に置きたい。
  • 設置場所の関係でできればフロントポートが望ましいがリアポートでも可。
    • フロントポートの場合は、最低でも高さ360mmが必要だがポート位置のことも考慮すると440mmくらいは必要。

定在波のシミュレーション

各方向の定在波があまり重ならない幅・高さ・奥行きの組を出して構成案とします。

制限内で可能なサイズを何度かシミュレーションした結果、以下の4つの組み合わせが候補になりました。

サイズ 形状 定在波
(A) 幅186
高さ432
奥行212
スリムで縦長 f:id:mia_0032:20210720104404p:plain:w240
(B) 幅192
高さ440
奥行217
Aの板厚21mm版 f:id:mia_0032:20210720104423p:plain:w240
(C) 幅208
高さ343
奥行234
幅広
高さと奥行きが長め
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(D) 218
高さ438
奥行192
板厚21mmの幅広かつ縦長
奥行きが短い
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(C)だけバスレフポートの共振周波数の近くに定在波の重なった部分が見られます。ポートの長さを調整する場合に気をつける必要がありそうです。

それ以外については周波数が分散しており、吸音材を使えば対処できるのではないかと思いました。

ディフラクションのシミュレーション

次に各案のディフラクションを見てみましょう。

デザインアクシスはツィーターとウーファーの中点をとしています。

ディフラクションとツィーターの合成特性の出力にはD2608/913000のデータシートの値を用いています。

ディフラクション 軸上特性
(A)幅186高さ432奥行212 f:id:mia_0032:20210720225818p:plain:w240 f:id:mia_0032:20210721092052p:plain:w240
(B)幅192高さ440奥行217 f:id:mia_0032:20210720225829p:plain:w240 f:id:mia_0032:20210721092104p:plain:w240
(C)幅208高さ343奥行234 f:id:mia_0032:20210720225840p:plain:w240 f:id:mia_0032:20210721092116p:plain:w240
(D)幅218高さ438奥行192 f:id:mia_0032:20210720225854p:plain:w240 f:id:mia_0032:20210721092133p:plain:w240

(A)と(B)のディフラクションは、3.3kHz前後にディップが見られます。これは(C)→(D)といくにつれて小さくなっているため、幅方向の大きさが影響を与えてそうです。

(C)や(D)のディフラクションでは6kHzあたりのディップが大きくなっています。ツィーター取り付け位置とバッフル上部の位置関係が関係しそうな周波数ですが、そのあたりは(A), (B)でも条件を揃えており、原因はわかっていません。

合成した軸上特性を見ると、2kHz前後の肩の特性が(A)(B)よりも(C)(D)の方がなめらかです。このあたりはクロスオーバーの周波数になるので、ピークが小さい方がウーファーと繋ぎやすそうです。

またディフラクションでも現れていた3.3kHz前後と6kHzあたりのディップを見てみます。

  • 3.3kHz前後のディップ: (A)(B)(C)には大きめに出ています。それらと比較すると(D)は小さいです。

  • 6kHzあたりのディップ: 逆に(C)(D)が大きめに出ており、(A)が最も小さい結果となりました。

6kHzのディップについては、データシート上はユニット自体にも30°特性で大きなディップがあるため、ネットワーク回路で少し持ち上げるのも手かとは感じています。また実測してから検討したいと思います。

結論

ディフラクションや合成した軸上特性を見る限りでは、(C)または(D)案を採用するのがウーファーとのクロスオーバーを設計しやすそうで、良いと思いました。

C案のサイズはオーソドックスですが、奥行きの制限にはギリギリです。

バスレフポートの位置がリアになってしまうため、推奨項目のフロントポートという条件を満たすことはできていません。

D案で気になる点はデザイン上のバランスです。

高さ438mmとブックシェルフとしては大型なわりに、奥行きが192mmしかありません。幅 > 奥行きとなる形で高さがあるため物理的に不安定そうです。見た目のバランスも気になります。

両者のデザインを比べるためにFusion360でモデルを作ってみました。

C D
幅208 高さ343 奥行234 218 高さ438 奥行192
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見た目のバランスではDも悪くなさそうです。

ただDは物理的に不安定そうなので、それを改善するために台座をつけたデザインを作ってみました。

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台座をつけたデザイン

ミニチュアなトールボーイという見た目で結構良さそうです。台座は自作スピーカー デザインレシピ集 マスターブックのトールボーイ型の作例を参考にモデリングしました。

ただ台座を付けた影響で高さが少しオーバーしてしまっています。もう少し小さくできないか検討していこうと思います。

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