Myu Audio日記

オーディオ関連のブログです。

高域の共振周波数用フィルタは必要かも?

スピーカーの補正回路の仕上げに入っています。当初はバッフルステップ補正だけを予定していたのですが、高域の共振周波数の対策も手間は同じですので、組み込むことにしました。シンプル・イズ・ベスト的な解ではないですが、自分の耳で良くも悪くもその効果の程を確認したいです。数千円の投資でハイリターンが得られかも😅

 

高域の共振周波数はチャンネルデバイダーを通すとそれなりに減衰されますが、スピーカーの裸特性(ユニットとエンクロージャーの総合特性)が整っているのに越したことはないと私は思います。たしかに余分な回路が入ることによって、音質に影響がでる可能性もありますので、最終的には耳での判断になりますが、比較試聴で選択肢が増えるのは悪くないですよね。インダクタによる磁気歪みとユニットの共振、どちらが聴感上より歪み(違和感)として感じられるのでしょうね。

 

下記は我が家で使っているミッドのユニットの特性です。ユニットをエンクロージャーに入れて軸上1mで測定したのが赤線の結果になります。例として、4次バターワースフィルタを通すと、高域共振周用フィルタなしでは約35dB減衰(緑の点線)していますので、これでも十分なのかもしれませんが、フィルタを追加すると約55dBの減衰(緑の実線)になります。

さらに、8次のフィルタを通すと、フィルタなしでは約70dB減衰(青の点線)、フィルタありでは約90dB減衰(緑青の実線)して、高域共振の影響はほぼ無視できるレベルまでになります。青の実線のような特性を見ると、如何にも100dBの音量で交響曲を聴いても歪み感は感じないような気持ちになります。「病は気から」と言いますので、この精神的な安心感は私にとっては大事な要素です。

 

f:id:MyuAudio:20220319103210p:plain

 

 

 

前置きが長くなりましたが、バッフルステップ補正と高域の共振周波数の対策を行った時の周波数特性をシミュレートしました。緑線が回路の特性、紫線は実際に測定した結果です。赤線の結果がチャンネルデバイダーを通す前のユニットの特性です。ツィーター、ミッド、ミッドローとも使用帯域では平坦な特性で、帯域外では共振によるピークは抑制されているのが分かります。

(注)下記の3つのグラフの最終特性(赤線)と補正回路(緑線)は、見やすいようにレベルをシフトして表示しています。

 

f:id:MyuAudio:20220319110853p:plain

 

 

 

f:id:MyuAudio:20220319100259p:plain

 

 

 

f:id:MyuAudio:20220319100323p:plain

 

 

振動板に剛性の低い素材を使うと高域共振のピーク値は減りますので、ユニットの選択がまず間違っていると思われるか方も居られるかもしれません。確かに美しい音を求めるならその通りと思います。しかし、私は鮮度感のある音(音が見えるような感じ)が好きなのです。ホーンシステムを愛用しているのもその理由です。しかし、ホーンの性質上、指向性が制限されるのが使用する環境によって長所になったり短所になったりします。

 

セラミック振動板を採用したユニットの高域共振のピーク値は高いですが、そのじゃじゃ馬的な性格を上手く手なづけると、鮮度感を保ちながら指向性の広い再生音が得られるのです。ダイアモンド振動板を採用したユニットが素晴らしいのは分かっているのですが、家庭平和(Wife Acceptance Factor)と天秤にかけると、私には「酸っぱい葡萄」になりそうですが、欲しいものがあると言うことは生きる力にもなりますよね😅

 

メインシステムでの音響測定(調整途中の結果)

実験用に作ったバッフルステップ補正回路をメインシステム(片チャンネルのみ)のチャンネルデバイダとパワーアンプ間に接続してました。

 

f:id:MyuAudio:20220318100225p:plain

 

 

下記は軸上1m(アコースティックセンターはミッドの中心)での音響特性です。教本に載っているような特性はではないですが、私としてはマイベストな結果が得られて喜んでいます😀

 

f:id:MyuAudio:20220318095412p:plain

 

 

Reverse NULL に関しては、シミュレーションで得られたほどの結果は得られていませんので、まだまだ調整(修行)が足りないようです。

 

この後、本番用の部品を手配して組み立ててから、聴感テストに入ります。海抜0mから登山をスタートして、ようやく富士山の5合目が見えてきたような気持ちです。

 

 

補正回路の有無での総合特性(シミュレーション編)

VituixCADを使ったシミュレーション・シリーズも、今回で一区切り付きましたので終わりにします。お付き合い頂きありがとうございました。

 

今回は補正回路有りと無しのケースで各ユニットの音響特性をArtaで測定して、VituixCAD上でチャンネルデバイダーの機能を使い総合特性をシミュレートしました。MidとHighのユニットにはアコースティックセンターで測定したデータ、Mid-LowのユニットにはNear Field、Far Field、そしてバッフル効果を合成したデータを使っています。下記はVituixCADのCrossover画面のイメージです。

 

f:id:MyuAudio:20220316085354p:plain

 

 

下記は補正回路ありのケースで、軸上1mでの予想される総合特性(赤線)です。500Hz付近に小さなうねりがありますが、基になるそれぞれのユニットの特性が平坦化されましたので、クロス周波数ではかなり正確に6dB減衰しているのが分かります。(注)100Hz以下のエネルギー不足はサブウーファーで補っています。

 

f:id:MyuAudio:20220316085617p:plain

 


デジタルチャンネルデバイダ上でディレーの機能を上手く使えば、下記の様に教本に出ているような Reverse Null が得られそうです。VituixCAD上でユニット別に遅延が変えられますので最適化が簡単に行えます。

 

f:id:MyuAudio:20220316085720p:plain

 

 

下記は補正回路なしのケースです。バッフルの影響で、ゆるやかなコブば発生しているのが分かります。

 

f:id:MyuAudio:20220316090526p:plain

 

 

バッフルステップ補正を行うまでは、バッフルの影響によるコブが発生して、クロス周波数の選択は消去法的な解決策を取らざる得なかったのですが、補正を行うことによって平坦な帯域が広くなり、クロス周波数の選択肢が増しました。この成果だけでも、スピーカーの勉強を頑張った甲斐がありました。聴感テストでいろいろなクロス周波数を試すのが楽しみです😀

 

バッフルの影響:ミッドのユニットの例

f:id:MyuAudio:20220315215137p:plain



今回のシミュレーションでは意図的にリンクウィッツライリータイプのフィルターを使いましたが、私が使っているアキュフェーズのデジタルチャンネルデバイダーはバターワースタイプのフィルターのみをサポートしているようですので、このテーマばまた別な機会にしたいと思います。

 

 

 

--------------------------------------------------------------------------------------------

先日、近所で恒例の山焼きがあり、妻が迫力のある写真を撮ってきました😀 

 

f:id:MyuAudio:20220315114819p:plain

 

 

初めての Near & Far Field のデータ合成

自作スピーカー・マスターブックによりますと、Near Field と Far Field の結果を合成することによって、疑似的にですが無響室で測定した結果と同等の特性が得られるそうなので、挑戦してみました。初めてのことですので、間違っているかもしれません。

 

Near & Far Field のデータ合成の大まかな手順

1.Artaでスピーカーユニットから数cmの距離(Near Field)で周波数特性を測定。

2.Artaでリスニングポイント( Far Field )で周波数特性を測定。

3.VituixCADでエンクロージャーの回折特性を計算。

4.VituixCADでNear Fieldと回折特性を演算して4π空間の特性に変換。

5.VituixCADでFar Field とステップ4で得られた特性をレベル合わせをして合成。

 

上記の手順で得られたのが下記の図の赤線の特性になります。ユニットはAccutonのミッドバスC220-6-222です。Near Field と Far Field では先日紹介しましたバッフルステップ補正回路ありで測定しました。回折特性は60dBレベルシフトして表示してあります。

f:id:MyuAudio:20220311221408p:plain

 

 

Accutonのデータシートによりますと、24L(Q=0.5)の密閉タイプのエンクロージャーに入れた場合、-3dB@75Hz, -9dB@40Hzの特性になるとあります。我が家の太鼓型エンクロージャーもほぼこの容積ですので、結果を比べてみましたらデータシートのものと同じ結果になりました。経験者からみたら当然のことかもしれませんが、初心者の私にとってはビックリです。

 

f:id:MyuAudio:20220311215735p:plain

 

今回、我が家のミッドバスのユニットと太鼓型エンクロージャーの組み合わせが、Accutonのデータシートの記述に合致しているのが確認できて安心しました。これは私にとっては精神衛生上とても大事なことで、これからは自分のスピーカーシステムを信頼して音楽が楽しめそうです。

 

---------------------------------------------------------------------------------------------

春はもうすぐそこまできているようで、我が家の草花も冬の眠りから目覚めつつあります。

f:id:MyuAudio:20220312093352p:plain



 

バッフルステップ補正ー音響測定の結果(ミッド編)

2月27日にミッドバスのバッフルステップ補正した時の音響特性を紹介しましたが、今回はミッドのユニットがテーマです。

 

USBオーディオインターフェースとパワーアンプ間にバッフルステップの補正回路を挿入して、その効果の程を確かめます。補正回路は抵抗2本、コンデンサ1個、インダクタ1個で構成されます。インダクタは新規で購入、残りは手持ちのもので実験します。

 

f:id:MyuAudio:20220310100932p:plain

 

 

ミッドでの経験がありますので、”チョチョイのチョイ”で出来るはずだったのですが、今回は思わぬところで手間取りました。VituixCADのシミュレーションを基に補正回路を組み、Artaで音響測定をしたのですが、両者の結果が微妙に合わなくて、”なんで?”と数日頭を悩ませていました。

 

原因はシミュレーションでインダクタの抵抗値を無視していたことでした。信号用のインダクタの抵抗値は結構高いことに、今更ながら気付きました。問題の原因は分かってしまえば、当たり前のことなのですでが、初心者にとってはシミュレーションの仕方が悪いのか、音響測定が間違っているのか、または使っている部品・機材に問題があるのか問題の切り分けから始めなければなりませんでした。問題に遭遇すると、いろいろ考えますので学ぶものが多いですよね😀

 

 

下記が Arta を使って、ミッドのユニットから1mの地点で測定した結果です。青線はバスのバッフルステップ補正なし、赤線はバスのバッフルステップ補正ありです。補正回路のノッチフィルタの共振周波数は1.6kHz、Qは1.3に調整した結果、下記のようなほぼフラットな特性が得られました。通過帯域での減衰は、補正回路とパワーアンプ NuForce Icon2 の入力インピーダンスによるものです。

 

f:id:MyuAudio:20220310104842p:plain

 

 

周波数のスケールを100-10kHzに変えて表示すると、バッフルステップ補正の効果がより分かります。特性は完璧、音はどうなのか楽しみです😀

 

f:id:MyuAudio:20220310105051p:plain

 

 

近々、今回製作した実験回路をメインシステムのチャンネルデバイダーとパワーアンプ間に接続(片チャンネルのみ)して音響測定する予定ですが、シミュレーションによると軸上1mの地点で、下記の図の青線のような特性が得られるようです。捕らぬ狸の皮算用かも😅

 

f:id:MyuAudio:20220310213501p:plain



音響測定ソフトウェアの Arta とシミュレーションソフトウェア VituixCAD ではファイルのやり取りができたうえに、チャンネルデバイダーやパラメトリックイコライザーの機能がシミュレートできる信号処理の機能もサポートされていますので、スピーカーと言えばスピーカーユニットと思う人にとっては1+1=2以上に役にたちます😀

 

f:id:MyuAudio:20220311070619p:plain

 

遅すぎた? エンクロージャーの連結板の塗装

ミッドバスとミッド用エンクロージャーを連結している板は、2014年に暫定版としてDIYしまいした。当時は、もっとカッコ良いデザインのアイデアが湧いたら作り替えようと思って有り合わせの材料で作りましが、時が経つのは早いもので、暫定版を8年使っています。

 

スピーカーの勉強の一連で、スピーカーユニットを外す作業がありましたので、連結板を塗装しました。相変わらず、ヘタッピな塗装です。新しいデザインは思いつかないので、そのままです😅

 

f:id:MyuAudio:20220308091912p:plain



f:id:MyuAudio:20220309100210p:plain

 

妻からは、”あなたに頼むと何時できるか分からない”と言われています。私の腰が重い性格は事実なのですが、芸術家?は脳内構想に時間をかけているのを理解して欲しいなと思っている私です😀

 

 

 

---------------------------------------------------------------------------------------------

足元にいたタウ君が居ないなと思っていたら、こんなところに! 狭い所は落ち着くようです。洗濯物を干していた時の何でもない出来事でした😀

 

f:id:MyuAudio:20220309101445p:plain

 

サブウーファーのインピーダンス測定結果

今回はサブウーファーとして使っている Accuton AS250-08-552-CELLインピーダンス特性を測定しましたので記録を残します。エンクロージャーは自作で70Lの密閉タイプです。2019年10月に製作しましたが、未だに塗装まで手が回っていません。今年こそは、重い腰を上げて塗装しようかなとは思っています😅

 

f:id:MyuAudio:20220305143422p:plain
f:id:MyuAudio:20220305151802p:plain

 

 

下記が、上記のエンクロージャーに入った Accuton AS250-08-552-CELL のインピーダンス特性の測定結果です。左右のユニットの特性は良く揃っているのが分かります。赤はデータシートの値でフリーエア時のものです。

 

f:id:MyuAudio:20220306190207p:plain

 

 

下記はエンクロージャーの定在波の影響がみられる帯域を拡大した図です。定在波のシミュレーションの結果と少し異なりますので、今度、塗装する時に内部を再度確認してみます。どのように吸音材を入れたかも忘れました😅

 

f:id:MyuAudio:20220305145344p:plain

 

 

今回で、4種類のユニットのインピーダンスの測定は終わりました。

 

 

 

---------------------------------------------------------------------------------------------

春もそこまで来ていますね。新芽が出だすと小鳥たちは我が家のヒマワリの種から卒業します。今回の写真もキッチンからガラス越しの撮影ですが、表情豊かな感じが綺麗に撮れました😀

 

f:id:MyuAudio:20220306191149p:plain

 

f:id:MyuAudio:20220306191302p:plain