自作スピーカーのインピーダンス

質問

添付している回路図を例にお願いします。
この場合インピーダンス8Ωのスピーカーを4つ用いた4WAYですが、回路図としては4つのスピーカーは並列になっています。
このスピーカーシステムの全体のインピーダンスは8Ωの抵抗の4つの並列接続と考えて2Ωということになるのでしょうか？
また、音圧を合わせるために固定式のアッテネータを入れてありますが、これもインピーダンスに関係するのでしょうか？

回答No.7

Yorkminster · ベストアンサー

>> DALIにあこがれているのでダブルツィーターははずせない、そしてバックロードホーンを作りたかったのでフルレンジを。
バックロードホーンは超低域が苦手ということなのでサブウーファーを、と単純に考えて4WAYか～ということになりました。 //

う～ん...頭ごなしに貶すようで申し訳ないんですが、この構成は、たぶん、上手くいかないと思います。少なくとも、「DALIのような音」にはならないでしょう。バックロードホーンの音自体、かなり特徴的なので、DALIのようなマッタリと濃い滑らかさは期待できません。

しかも、物理的にも、2～3mの音道長が必要なのでバックロードホーンの部分だけでも十分大きなサイズになり、その下をサブウーファーで補うとなるとプラス数10L～数100Lの容量が必要な訳で、ちょっとした冷蔵庫サイズになってしまいます。

そこまで巨大化するなら、16cm～25cmくらいの高級フルレンジ（Lowtherなど）で大型のバックロードホーンを作ってしまうか、欧米系のオーソドックスな3Wayにした方が堅実でしょう。実験としては面白いと思いますが、そういう構成は寡聞にして知らないので、一発で成功するとは思えません。マルチウェイ初心者の方には、いささか荷が勝ちすぎるかと...

ちなみに、DALIが使っていたドライバーの一部はVifaの特注品だったことが知られています。このVifaというブランド、いろいろな企業に買収を繰り返されていていまいち資本関係が分からないのですが、一部のモデルはScanSpeakのDiscoveryシリーズに移され、残りの一部はTymphanyに残っている（ScanSpeakはTymphanyに買収された後、最近また独立したらしい？）ようです。

Vifaのドライバーを使った作例はあまり多くなさそうですが、データシートを見る限り素直な設計のものが多そうなので、シミュレーションしやすいと思います。

バックロードはバックロードとして別に作るとして、まずはこの辺りで2Wayの設計を勉強して、ステップアップしていくのが堅実ではないでしょうか。あるいは、SacnSpeakやSEASのようなハイエンドドライバーなら海外の作例で非常に優れたものがあります（工作道具を揃えるコストを別にすれば、5万円くらいでもかなり良いものが作れます）。最近はDaytonの作例も増えて来ていますね。エンクロージャーからドライバーまでコピーししてしまえば、ネットワークもコピーできます（ネットワークだけはドライバーに個体差があるので個別に設計し直した方がベターですが）。

前例のない（あるいは極めて少ない）設計にド頭から突撃するよりは、まず先人の秀作を真似つつ勉強するのが近道だと思いますよ。

お礼

やはり無謀ですか。。
Vifaというメーカーはツィーターなどで聞いた覚えがあります。
リボンツィーターがあった記憶はないのでやはり特注品なんですね。
オーソドックスな2WAYに挑戦して、そこから広げて行きたいと思います。
何から何まで本当にありがとうございました。
方向性が決まったのでまたこれから調べて製作していきたいと思います。

回答No.8

iBook 2001（@iBook-2001）

またまた iBook-2001 です♪

＃７回等にございますように、２Wayから試して下さい。　ユニットメーカー推薦組み合わせでさらに推薦のネットワーク素子と少し違う定数の素子を購入し、実際にどの程度の音質変化が得られるか体験して下さい。　この時、低音用ユニットの高域カットは無くても問題ないですが、高域ユニットの低域カットはあまり低い周波数に設定するとユニット破壊に至場合が有りますので、ご注意ください。

ネットワーク素子の場合、クロス周波数が低くなるとコイルもコンデンサーも肥大化し、パーツ単価も膨大になってしまう場合が有ります。
４Way構成において、一番下のクロスだけ、チャンデバ利用の２wayマルチアンプ構成にし、ミッドバス、ミッドハイ、ハイの部分を通常のクロスオーバーネットワーク方式という構成も可能でしょう。

オーディオ用の汎用チャンネルデバイダーは超高額機種しか現在見受けられませんが、PA用器材の中には数万円の製品があります。（楽器店等のWEBサイトで探してみて下さい。私の場合はサウンドハウスと言うショップを利用しています）
PA機器の場合、入出力関係が一般オーディオと違う方が主流ですので、アンバランス接続が可能な事を確認して下さいね。

お礼

PA用のチャンネルデバイダーがあるんですね。
それにしてもアンプも買わなくてはいけないので十数万かかることになるので手は出せませんが。。
これからのオーディオライフの中で入用になることがあればそのときに探してみますね。
毎度のことですが親切にありがとうございます。
また機会があればよろしくお願いします。

回答No.6

iBook 2001（@iBook-2001）

またまた　iBook-2001 です♪

いろんな場面の回答を拝見し、尊敬してますヨークミンスター様が詳しく解説くださり、私にとっても、大変勉強になります。

＃５回等に「フルレンジ」と言うキーワードが有りましたので、私の考え方とは違うなぁ～　と感じます。

ただ、考え方が違うのですが、いろいろいな方法の中で、間違いでは無いと、私個人は断言出来る説ですので、異論はございません♪

さて、フルレンジ　プラス、、、

と言う場合、最も簡単なのがプラスツイーターでしょうかね。　
その時も、単にツイーターにコンデンサーを介したローカットだけで大成功の場合も十分にあり得ます。しかし、高域の個性が強いフルレンジの個性を減らそうと、ハイカット目的でコイルを入れる場合があります。
　個々のユニットにより千差万別なのですが、公称８Ωのユニットにクロスオーバー周波数４KHzとした場合、コイルの特性は決まってしまいます。　
しかし、ユニット個々の特性により、４Kクロス目的のコイルを使っても１０Kまで影響が無い特性だったりする事は、多々有ります。

これは　８Ωと言うインピーダンスを元に計算しているからで、実際のユニットでは２００Hzでは８Ωでも２Kで１２Ω、４Kで１６Ω、１０Kだと３０Ωなんて場合があります。（実際の数値としては合わなくても、おおむねフルレンジやウーファーにおいて　過半数のユニットで同様な傾向になります）

そうしますと、コイルによる高域遮断は、目的の４Kの半分あたりから影響を与え、目的の４Kでは２倍の８Ωの、さらに倍の８Kでは、、、　と言う様な周波数依存の抵抗を与える事で帯域カットの目的になります。

でも、この場合、目的の４Kでコイルのインピーダンスが８Ω、実際のユニットでは１６Ω、　本来はコイルとユニットが半分ずつの抵抗になり、ユニットには半分の電力しか送られない。と言う計算ですが、実際にはユニットの抵抗値の半分しかコイルが抵抗として機能しないので、計算値の半分しか高域カットできないことになります。
さらに倍の周波数（１オクターブ上）は　さらに抵抗値の差が出て、、、、　こうして　高域のカットがほとんど機能しない　なんて場合も　少なく有りませんよ。
（コレを矯正するために、インピーダンス補正回路をユニット側に並列に入れたりします。ユニットに合わせた実測状の定数によるパーツ、今回の回路にも有るように見受けますね）

（もう一つの方法は、４Kクロスなのに、計算上は５００Hz用のコイルなどの使い方もあります。）

逆に、低域カットにおいて、低域共振の有るユニット（大なり小なり有りますが、程度の問題で）の場合、コンデンサーの特性から考えて、ユニットの低域インピーダンス上昇ポイントにおいて、低域カットの目的がキャンセルされる場合があります。　この場合は共振周波数に合わせた逆共振回路（抵抗とコンデンサーとコイルの組み合わせ）を　ユニットに並列に挿入したりします。（ミッドバスや　フルレンジユニットを厳密な意味でスコーカー賭する場合等）

そんなこんなで、ネットワークはユニットに合わせて設計が必要で、現実的にスピーカーの自作を趣味の一つにしている私も、コンデンサーやコイル等、多数所有していて、いろんな組み合わせから、聴いた感じでチョイスしています。（ユニットのインピーダンス特性から目星をつけて、前後のパーツを購入して　いろんなユニットを試してますので、かなり在庫してますよ。　爆笑）

低域ユニットに直列抵抗（アッテネート）は　アンプの制動力を殺しますのでタブーですね。

重くて大きな振動板を動かすと、反動も大きいので、その反動を少しでも減らすために制動（ダンピング）するため、アンプとスピーカーユニットの間に抵抗を入れるのは良く無いでしょう。
（逆方向の　電流駆動アンプと言う考え方も有りますが、かなり特殊な条件下で成功例があるだけですので、今回は無視して下さい。　アンプはスピーカーに電力を送るだけ、スピーカーの反動を吸収しないで任せっきり。）

なお、私の様な素人は、ユニットに入る直前信号を分割するのでは無く、各ユニット専用アンプを用意してアンプ入力前で帯域分割するシステムの方が初期投資は大きいのですが、おおむねトータルでは失敗が少ない様です（マルチアンプ駆動などと言うそうです。）

スピーカー側のネットワークは「クロスオーバーネットワーク」等と言いますが、アンプ前のネットワークは「チャンネルデバイダー」等という場合が多い様です。
アンプの前／後　の違いだけなのに、呼び方が違ったり、機能だけみてどちらも「デバイディングネットワーク」だったり、、、（苦笑）

あ～　なんだか　長々と書きましたが、ヨークミンスター様のように明瞭では無いですね。ゴメンナサイ。
そして、私の書き込みで間違いや不足な部分が多々有ると思いますので、ヨークミンスター様　ツッコミをお願いいたします。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。
帯域カットの仕組みはこうなってるんですね。

実際にユニットを使って特性を測定しながら補正していかなければならないということなんですね。
そのたびにコンデンサとコイルが必要になるとお金がかさみますね。。
やってみなけりゃわからない、というところが難しいですね。

チャンネルディバイダーでシステムを作るのはお金がかかるみたいですね。
本体とディバイディングボードとアンプが必要なのでそんなお金捻出できません。。
となるとやはりネットワークを自作ですが。。

回答No.5

Yorkminster

>> 既製品のトールボーイスピーカーの迫力と音域、音場感 //

今お使いのドライバーやエンクロージャー、あるいはどの程度の製品を指しておられるのか分からないので、抽象論というかやや空中戦的な回答になりますが...

確かに、4Wayくらいまでならメーカー製品でもなくはありませんが、世にハイエンドと呼ばれているスピーカーでも2Way～3Wayが主流です。B&Wしかり、Joseph Audioしかり、Sonicsしかり、DALIやDynaudioもそうですし、AvalonやWilson Audioでも4Wayというのは最高級モデルに限られます。

つまり、端的にいってしまって、メーカー製品でもペア数100万円のハイエンド機種でさえ3Wayで十分な音質だと考えている訳で、敢えてドライバーの数を増やす必要はないといえます。安いドライバーほど歪みが多かったりするので、細かく分割した方が良いのかも知れませんが、それなら同じ予算でもう1ランク上のドライバーを買った方が良いともいえます。

自作のメリットの1つに、そういう高級ドライバーを安く買えるという点があるのは間違いありません。ペア100万円のスピーカーでも、ドライバーだけなら10万円くらいで買えてしまいますから。もちろん、メーカーは「完成された音」を売っているのであって、同じパーツを使えば即同じ音が出るという訳ではありませんが。

>> フルレンジ（またはスコーカー）には何もネットワークを介さずに、ハイカットのウーファーとローカットのツィーターを繋げば擬似3WAYにできるのではないか？ //

フルレンジドライバーはそういう使い方もできますが、ミッドレンジ専用のドライバーはダメです。fsが高いので低音を入力すると耐入力が下がりますし、低音域・高音域は歪みが増えるので音質面でも良くありません。

ただ、フルレンジというのはある意味でどっち付かずなので、高音質化を狙うなら最初からミッドバス＋ツイーターの2Wayか、バス＋ミッド＋ツイーターの3Wayで考えた方がベターだとは思います。中には下手なミッドより使いやすいフルレンジもありますが、能率の問題などもあるので、やはりミッドはミッドとして選定した方が設計しやすいでしょう。

フルレンジ（の音色）を活かすなら、ミッドバスに近いフルレンジ（8～12cmくらい）＋小型ツイーターとか、サブウーファー（10～15cmくらい）＋中高音のきれいなフルレンジ（5～10cmくらい）、というのが作りやすく、音質面でも満足がいくと思います。

お礼

そうですね。。
目標はDALI　HELICON　400mk2なんですけど、さすがに本物を買うお金がないもので、自作すればそれに近いものができるかな、と考えたわけです。
そして4WAYの理由はダブルツィーター＋フルレンジ＋サブウーファーでした。
DALIにあこがれているのでダブルツィーターははずせない、そしてバックロードホーンを作りたかったのでフルレンジを。
バックロードホーンは超低域が苦手ということなのでサブウーファーを、と単純に考えて4WAYか～ということになりました。
サブウーファーは空気室を分けてバスレフ動作させる予定でした。
でもネットワークが難しいですよね。。
それに現実的に考えるとこんなシステム組むのに20万ぐらいかかってしまうのでそれならランク落としてIKON7あたりを買ってしまうかもしれません。。
今のスピーカーでもそこそこ満足しているので作るならそれ以上の、投資しただけの価値のあるものが作りたいです。
既製品で欲しいと思うものは先に挙げたようなクラスのものなのでさすがに手が出せません。
それなら安上がりに作れれば・・・と思ったのですが。
どのみちお金がかかるので覚悟が必要ですね。
作る楽しみはありますが、音質がいいとは限らない。
外れない構成で作っても、そこそこの音質かもしれない。
既製品は外れないけど高い。
トレードオフが多すぎますね笑

回答No.4

Yorkminster

具体的に、どのようなドライバーを使い、どのようなエンクロージャーに入れることを想定されているのか分かりませんので、現状、そのネットワークをどうすれば良いのかはこれ以上お答えしかねますが、老婆心ながら...

マルチウェイの工作が初めてなら、2Wayから始めた方が良いのではないでしょうか。2Wayであれば、基本的に、調整ポイントはウーファーのハイカットとツイーターのローカットだけです。

それでも、1次フィルタにするのか2次フィルタにするのかそれ以上か、特性はベッセルかバターワースかリンクウィッツ・ライリーかチェビシェフか楕円関数か（私もよく分かってないので、知ってるものを並べただけ...エラそうなこと書いてますが、微分積分さえ知りませんので。それでもそれなりの設計ができる辺りが、シミュレータや設計ソフトのありがたいところです）、クロスオーバー周波数をどこに設定するのか...といった検討、試行錯誤が必要です。

ドライバーの種類によっては、高次歪みを避けるためにクロスを高めにしたり、低めにしたりする必要がありますし、補正フィルタでピークを潰す必要もあるでしょう。バッフルステップ補正も、それなりに注意が必要（箱に組み込んでから測定してみないと分からない）です。

少なくとも、シミュレーションの結果はあくまで限定された条件下での理論値（理論的にあり得ないではない答え）に過ぎませんから、本気で組むとなると測定と試行錯誤が不可欠な訳です（測定結果を前提にシミュレーションすると、かなり現実に近い結果が得られます）。

コイルやコンデンサも、1個数1000円する世界ですから、ちょっと容量の違うものを何個か買って付け替えているうちに、あっという間に数万円は吹っ飛びます。現物を持ち込んで測定や設計をやってくれる店があれば良いのですが、近県になければ自分でやるしかありません。

無論、「良い音で聴きたいから作る」のではなく「作ること自体を楽しむ」のであれば、こういった小難しい理屈は知らなくても構いませんし、測定も必要ないでしょう。その意味で、脅したりやる気を殺がせる意図はありませんが、しかし、「自分の好きな音で聴けると思ったのに上手くいかないじゃないか」となって放り投げてしまっては、あまりに勿体ないですから...

お礼

親切にありがとうございます。
マルチウェイに初挑戦するなら2WAYからとはよく言われますよね。
確かにお金つぎ込んで作っていい音じゃなかったときは2WAYの方が安上がりなので作り変えるのも容易だと思います。
また、2WAYだと試行錯誤も少ないかもしれませんね。
もともとマルチウェイを構想するキッカケは既製品のトールボーイスピーカーの迫力と音域、音場感にあります。
今使用しているスピーカーは20センチフルレンジで自作バスレフ箱に入っていて、やはりもうひとつ、というところです。
そういうわけでマルチウェイのトールボーイを構想したのです。
（あと、DALIのようなハイブリッドツィーターに興味があったのもあります。

ダブルウーファー＋ツィーターなどの2WAYにすればトールボーイにできるかもしれないので検討してみます。
（ハイブリッドツィーターではなくなりますが。。
それと、今ふと思いついたんですが、フルレンジ（またはスコーカー）には何もネットワークを介さずに、ハイカットのウーファーとローカットのツィーターを繋げば擬似3WAYにできるのではないか？というわけなんですがこの考えはどうでしょうか？

回答No.3

Yorkminster

>> 回路図としては4つのスピーカーは並列になっています //

いいえ、なっていません。むしろ、「並列にしないため」に帯域分割ネットワークを組むのです。

すなわち、帯域分割ネットワークは一種のフィルタ回路であり、特定の周波数だけそれを通過します。通過しない周波数については、ドライバーユニットまで達していない訳ですから、アンプから見ればドライバーユニットは並列にはなっていません。

ゆえに、帯域分割が適正である限り、アンプから見た総合的なインピーダンスは公称8オームです。もちろん、クロスオーバーしている部分ではアンプから見ても並列になっているので、その帯域ではインピーダンスが低下します。

>> 音圧を合わせるために固定式のアッテネータを入れてありますが、これもインピーダンスに関係するのでしょうか？ //

劇的に変わる訳ではありませんが、アンプから見たインピーダンスに若干の影響はあります。

ところで、ウーファーにアッテネータが入っているように見えますが（シンボルや数字が潰れてしまってよく分かりませんが）、基本的に、ウーファーにアッテネータを入れるとかなり音質に響く（ダンピングファクタが悪化する）ので、もしあなたの設計なのであれば、ドライバーの選定をやり直すことをお薦めします。

お礼

回答ありがとうございます。
ウーファーにアッテネータは付けてはいけないんですね。
初めて知りました。
ありがとうございます。

回答No.2

iBook 2001（@iBook-2001）

再び iBook-2001 です♪

上記の書き込みの後、じっくりと回路図を拝見しました。

これ、特定のユニットと箱に収まった状態の回路図ですね。

ユニットのインピーダンス補正と　特性の補正が組合わさっています。

あきらかに　回路だけコピーしてはいけませんね。想定されたユニット、そして、ボックス、完全にコピーしないと、意味は無いでしょうね。

まぁ、図が人つの例としてアップされているのでしたら、何も問題はございませんね。

失礼いたしましたぁ～～～　♪　チャンチャン　♪

補足

今までフルレンジしか作ったことがないのでネットワークのことはさっぱりでして。。。
構想としましてこのような4WAYができないかな～と思ってシミュレータで利得とクロスオーバーが合うようにネットワークを組んでみたのですが。。
ユニットの音圧はすべて同じものと仮定しています。
普通に-12dBでフィルタ回路だけで組むとミッドバスの利得だけ低くなってしまったので、その利得分だけ他のユニットにアッテネータを付けました。
あと、ミッドバスの利得曲線が歪んでいたので、歪みを補正するために補正回路？を入れました。（なぜ歪んでいたのかはわからないです汗
無学なもので位相の関係やユニット同士の干渉などはわからないので綺麗なクロスができるように素子を組んでみたんですが。。

回答No.1

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

私もスピーカー自作を趣味の一つとしています。

うーん　並列とみますかぁ～（苦笑）

ネットワークがあるので、２０～１００Hzが８Ω、１００～８００Hzが８Ω、８００～５KHzが８Ω、５KHz～が８Ω　という場合、　全周波数で８Ω。

どのユニットも　直流的にも交流的にも分離されてますよね。

実際のネットワークは　文字通り　クロスオーバー　しています。

８Ωのユニットにオクターブ６dbのスロープを設けた場合、ネットワーク素子はユニットに供給される電力をオクターブあたり半減する回路となります。　つまり　１オクターブごとに８Ωのユニットに対し４倍の抵抗値に成るパーツ（コンデンサーやコイルがそういう特性ですね）を利用します。

また、一般的にクロス周波数ではそれぞれ－３db程度でクロスする回路を組みますので、クロスポイントに置いて、低域ユニット８Ω＋ネットワークが８Ω（合成インピーダンスは１６Ω）、高域側もユニット８Ω＋ネットワーク８Ωで合成インピーダンスは１６Ω。（高域側と低域側が１６Ωと１６Ωの並列で　最終的な合成インピーダンスは８Ωとなります。

インピーダンスは　抵抗値とも読み替え出来ますが、周波数に依存します。

スピーカーユニットでも１００Hzで８Ωのユニットをテスターで計る（直流ですから　０Hz？）と６.3Ωとか、共振周波数の４３Hzだと８０Ω、高域の５KHzあたりだと２５Ω　なんて言うのは　一般的なんです。

アンプの負荷として　再生帯域内の最低インピーダンスが重要です。　しかし、ネットワークの設計には、８Ωのユニットでも周波数により大きく抵抗値が違うので、計算値と数倍から１０倍程度の誤差が出る場合が有る事に注意して下さいね。

お礼

iBook-2001さん、毎回お世話になっております。
クロースオーバーしているので全体で8Ωなんですか。
なるほど。
わかりやすい説明ありがとうございました。