クロスオーバーネットワークの改良 | 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

前回の記事では、完成当初から気になっていたエンクロージャーの箱鳴りの対策を行いました。今回はクロスオーバーネットワークの改良を行い、実測値とのズレの修正やウーファーとツィーターの位相でズレがあった部分を合わせます。

スピーカーユニットのインピーダンスを測定し直し

この作品を製作した当時はインピーダンス測定にパワーアンプを経由した方法で行っていました。ただこのやり方では自作のパワーアンプの出力抵抗のせいか0.数Ω程度の誤差が出てしまうようです。

そのため最近はオーディオインターフェースのヘッドホン出力を利用した方法に変更して行っています。

クロスオーバーネットワークの正確なシミュレーションには正確な測定結果が必要ですので、エンクロージャーに収めたユニットのインピーダンスは測り直しました。

クロスオーバーネットワーク回路を設計し直し

もともと用いていたユニットのインピーダンスは誤差が入っており、上記の測定の結果とは最適なネットワークが変わってくるので定数を中心に回路を修正しました。

変更内容を説明します。

ハイパスフィルター(HPF)側の変更

ツィーターであるDayton Audio ND25FW-4と接続しているHPFのネットワークでは、以前の記事で述べたように高域のインピーダンスがシミュレーションと実測値で乖離する問題がありました。

この原因は基板パターンの引き回しの問題ではないかという仮説があります。そこでループとなるような引き回しをできる限り最小化した基板パターンを引き直してみました。できあがった基板が以下です。

今回の基板製作はPCBWayさんにスポンサーしていただきました。ありがとうございます。

PCBWayさんのPCB製造サービスは板厚が3.2mmまで対応しており、重厚なネットワークボードを作る際にも頑丈な基板を製作できるのが良いところです。他のPCB製造サービスではそこまでの厚みの基板を製造してくれるサービスはなかなかありません。

今回は重量のある大きなコイルを載せるような基板ではないため以前と同じ2.4mm厚にしましたが、ウーファーのネットワークボードを製作するなら3.2mm厚も検討します。

また銅箔厚さも1oz〜13ozの間で見積もり可能でウーファー側のネットワークのようなパターン抵抗を気にするようなところでも使いやすいのも良い点です。今回はツィーター側のボードなので以前と同じ2ozで製造していただきました。

部品を装着して組み上げたのが以下の基板です。

今回はコンデンサにJantzen AudioのStandard Z-Capを使用しました。HPF部分なので無誘導巻きのフィルムコンデンサの方が良いだろうということで採用です。その在庫があるもので組んだのでHPFの2段目のコンデンサが6.8uFから6.9uF(3.3uF + 3.6uF)へ変更となりました。

実際のところ、基板のパターンを引き直しただけでは実測値とシミュレーションの乖離は少し近づいた程度で大きな差は埋まりませんでした。そのため測定と部品の定数変更でシミュレーションに合わせていきました。

まずはコイルと直列に入っている抵抗の調整です。パターン抵抗のためかシミュレーションと比べて少し抵抗値が高くなっているようだったので、0.2Ω程度低いものに交換しました。

そして実測値とのズレの解消に一番効果があったのが、コイルの線径を細くしたことです。

もともとはパーツを流用して手持ちの17AWGのものを使用していましたが、LCRメータで測定すると測定周波数が高くなるにつれインダクタンスがあきらかに減少することがわかりました。そのため線径が細い20AWGのものに交換しました。

この部分は以下の記事を読んで気づいたところです。とても助かりました。

a116-113.hatenablog.com

これで以前からの気掛かりであったHPF側のインピーダンスのズレは解消しました。