スピーカー自作 Qtsについて

質問

締まった音の出る密閉サブウーファーを自作しようとしているのですが、自作経験に乏しいためアドバイスを頂けないでしょうか。

FE208EΣのようなQtsが極端に低いユニットを使ってf0付近までイコライザで持ち上げるということを考えています。
Qtsが高いユニットを使う場合と比較すると締まった音になるのではないかと思っているのですが、アプローチとして間違っているでしょうか？

Qtsが0.5～1.0ぐらいのユニットを使用した時と比較して、メリット・デメリットを交えて回答していただけるとありがたいです。
よろしくお願いします。

回答No.3

Yorkminster · ベストアンサー

>> どちらも低音の音階が100Hz付近から少し変だと感じており、エッジの付帯音なのではないか //

いまいち状況がハッキリしませんが、バスレフ型であればポートの固有の気柱共振の可能性があります。あるいは、バスレフ共振周波数やその前後での位相の乱れ（ポートから漏れ出る音）などもあり得ます。他には、ルームアコースティック（定在波）などの影響もあるでしょう。

サラウンド（日本で言うエッジ）も、もちろん振動する以上は音を出しますが、通常の使用の範囲内ではほとんど問題ないレベルに落とし込んであるはずです（作り込みの悪い低価格な製品だと結構酷いものもありますが）。ウレタンが好まれたのも、内部損失が高くて付帯音を出しにくかったからでしょう。

>> F0付近の運用では共振を防ぐ方に働いてくれるのでは //

これもちょっと趣旨が分かりませんが、Fsというのは日本語で最低「共振」周波数と呼ばれるように、最も共振しやすい周波数です。共振しやすいので、インピーダンスが高くなるのです。

また、もし違和感の原因が「サラウンドの付帯音」なのだとすれば、Fsはあまり関係がありません。Fsを決めるのは、基本的に振動系質量とコンプライアンスです。サラウンドの材質、形状、大きさなどはコンプライアンスに影響し、同じ要素が「サラウンド自身の」固有共振に影響するという意味での関係はありますが、Fsと直接結びつく訳ではありません。振動系質量の大半はダイヤフラム、ボイスコイルフォーマー、ボイスコイルで占められ、コンプライアンスにはスパイダー（日本で言うところのダンパー）なども影響するからです。

残念ながらと言うか、ダイヤフラムの挙動は磁気回路によって押さえ込むことが可能ですが、サラウンドはダイヤフラムに振り回されている状態です。まあ、変なたとえですが「わがままなご主人様に振り回されながら、無茶をしないように手を焼く執事」といったところで、その執事が勝手に動き回るのを止めてくれる人はいない訳です。

FE208E∑のサラウンドはタンジェンシャルという凝った構造で、これも固有共振を防ぐ方法の1つです。その意味で、FE208E∑という選択は「サラウンドの付帯音」に対する解決策になり得ますが、それが原因と決まった訳ではないことや、もともとフルレンジでウーファー（特にサブウーファー）向きではなく、バックロード以外では使えないほど特化した設計であることもあって、あまりお勧めできません。

世界的に評価の高いウーファーを見ても、タンジェンシャル構造のサラウンドという例はほとんど記憶にないので、「だから良い」というよりは、あくまで「解決策の1つ」といったところでしょう（他社は素材を工夫するなどで対処しているということ）。

一般論として言えば、サラウンドはダイヤフラムが動けば動くほど振り回されやすいので、小口径大振幅のウーファーでぶりぶり鳴らすよりは、大口径小振幅のウーファーの方が問題が出にくいと言えるでしょう（大口径の方が良いという人がいるのも、分析的に見ればそういう理由だと思われます）。

お礼

詳細に説明していただき、本当に感謝いたします。

>> F0付近の運用では共振を防ぐ方に働いてくれるのでは
これは私の理解が浅いためいろいろと混同してしまいました。すみません。
サラウンド自身の付帯音という事で問題ありません。

一応所持しているのは150リットル密閉に入れた5インチと12インチになります。
所持しているものだと大口径の方が音がソリッドなのですがそれでもまだ甘く、よりQtsを小さく・サラウンドから付帯音が出にくそうなもの・可能な限り能率が悪いものをということでFE208EΣが候補に挙がりました。
過去の名機に関連性が薄いのであればサラウンドからの音は誤差の範囲と思って、第1に口径、第2にQtsに条件を改めてユニットを選定する方向で考えていこうと思います。

少し質問させていただきたいのですが、現状で低音が少し低く再生されてしまうと感じるのはバネの影響で振動板が押し出す空気の速度が一部落ちてしまうためなのではないかと思っているのですがそういう事は原因として有り得無いのでしょうか。
柔らかいサラウンドに比べて硬いサラウンドの方が入力が大きく必要な分この減速の幅が少ないのではないかという考えも今回質問時に硬いサラウンドで低音の能率が悪いユニットを選んでいた理由の１つでした。
締まった音を出すために軽い振動板を使う場合、F0を下げるためにはCmsを大きくしてやらなければならないと思いますが、これが音質的な劣化を招くことは無いのでしょうか。

回答No.5

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

スピーカー工作が好きな者ですが、 Yorkminster様のような詳しい知識を持ち合せておりません。。

いまだに、FoとQoとマグネット重量と振動系重量とか、、、
（長岡教信者では在りませんが、かなり影響度は大きいと思います。あくまで自己判断ですけれど、、）

さて、FE208EΣは個人的に利用した事が在りません。しかしFP-163(N)というユニットを利用した事が在って、小型密閉とするよりは、３０cm3ウエイだった大きな箱に取り付けた時の方が、同じようなバランス補正を前提とした場合でも、より好ましい、窮屈さが無い開放的な音が得られた、という感触が、大人に成った今でも記憶として、強くのこっています。

BH用とも言われる、オーバーダンピングユニット等でも、小さな容積に詰め込むのと、大きな箱では明らかな違いが在ると私は感じております。

小さい箱に収めて低域ブーストも、大きな箱に入れて低域ブーストも、破綻しない音量域は大差ないと思いますが、質感的に、私には大きな違いが在る、と感じています。

FP-163の例では、まだ私が学生と言う時代ですが、同学年の友人の多くも、大きい箱に入れた時の方が好ましいと感じていたようです。（こんな自作実験から音好きな同級生も含め先輩も週末には集まって、善くも悪くも「たまり場」に成った事は、もう懐かしい思い出だったりしします。）

バランス確保のため、低域ブーストをしますと、質的に好ましい音量域は制限されて来ます。

デメリットとして一番大きな面は、巨大音量は無理って言う事でしょう。
メリットと言えるかどうかは効いた人の判断次第ですが、私を含めてわりと多くの人は、良い音と感じた。（数人は、圧迫感が無い低音感が、迫力不足だとか、、、、最も否定的だった人はSHARPのミニコンポでセットのヘッドホンだけで音楽を楽しんでいた人、次に否定的だった人はTechnicsのコンポにボーズの小型フルレンジで大音量再生を自慢していた人、それから、、、ま、いいか。苦笑）

音の捉え方は人それぞれですし、良否判定なんてあくまで個人の主観でしか在りませんね。

私の場合、Qo値が高いユニットでも、それによるクセは感じますがそれなりの良さが在ると思っています、おtな担ってから、フォスの限定版という強力マグネットユニットも熱烈なファンから言わせますと足元にも及ばないのですが、数本は入手して居ます。
不思議な物で、イコライズ無しの小音量なら、小型密閉が、そこそこ距離をとっても必要充分な音量だとユニットに対して大型密閉やプレーンバッフルで低域ブースト、（まあ、なんていうユニットが苦手とする使い方なんでしょぅ。だけどユニットいじめが好きなMじゃぁ無いじょぉ～～、単にメーカー推薦の方向じゃない使い方を試してみて、デメリットが多いけれど、換えがたいメリットを見つけてしまった？！ダケです。）

最近は１５”のウーファーを多数個、ほぼ裸に近い小さなバッフル板で支えただけの状態を実験中です。（部屋の後方半分が箱かな？）
面白いので、まだ追求してみたいのですが、予算的な面や家族が、、、（ま、ゆっくり楽しみます♪）

居間には最少数にしていますが、寝室や倉庫、廊下にも自作スピーカーが多く成って、いろいろと、、、（サク！！）

ありゃ、質問に対する答えとはかけ離れてしまいました、申し訳在りません。

『Qtsが高いユニットを使う場合と比較すると締まった音になるのではないかと思っているのですが、アプローチとして間違っているでしょうか？』
おそらく、一般的なオーディオ感覚としては間違いでしょう。
ただ、その環境で破綻しない音量域の中には、他の手法では得られない「音」が存在するはずです。
私個人としては、実際に試して自分で聴いて、自分で感じてみる事を、強くお勧めしたいと思います。
（Yorkminster様からの苦言も楽しみだったりします♪）

スピーカー工作が好きな、オバカな個人的感想ですので、参考にでも成れば、幸いです(^o^　汗

お礼

実体験を聞けるのはとてもありがたいです。

＞最も否定的だった人はSHARPのミニコンポでセットのヘッドホンだけで音楽を楽しんでいた人、次に否定的だった人はTechnicsのコンポにボーズの小型フルレンジで大音量再生を自慢していた人

大きい音像と量感で音を作るのも素晴らしいのですが今回目指すものとは違うので、逆の立場からの否定意見も挙げていただけたのは非常に分かりやすいです

＞ただ、その環境で破綻しない音量域の中には、他の手法では得られない「音」が存在するはずです。

音量を固定さえしてしまえばあるはずという印象が私もあります・・・
もういっそ両方試試す気になってきました。

ご回答ありがとうございました。

回答No.4

Yorkminster

>> 所持しているものだと大口径の方が音がソリッドなのですがそれでもまだ甘く //

お使いのスピーカーや実際の音が分からないので、こちらの思い違いという可能性がありますが、いわゆる「音離れの良い音」がお好きなのではありませんか？

だとすると、その「ソリッド感」というのは、分割共振や高調波歪が原因である可能性が高いです。たとえば100Hzの信号を入力したとき、勝手に1kHzや5kHzの共振が起こっていて、それが「立ち上がりの良さ」や「低音の輪郭」と認識されます。

共振や歪は、理屈の上ではない方が好ましく、現代のスピーカーはこれを潰す方向で設計されるのが一般的です。その結果、ピークを潰す分見かけ上の能率が下がり、歪がなくなる分「静かな」音になります。前に出る感じがなくなって、スピーカーの後ろに音場が広がる傾向があるようで、それを「音がスピーカーに纏わり付いている」と酷評する人もいます。

結局のところ、どういう音を求めるかは人それぞれなので、実体が共振でも歪でも「好きな音」が聞けるのであれば、それはそれで問題ありません。ギターのエフェクタなどは歪を付加して音に深みを出すものなので、歪も使い様ということです。

ただ、これは私の趣味ではありません。あまりに「静かな」スピーカーも好きではありませんが、大口径フルレンジ派の人が良いという音は、私にはかなり歪っぽいノイジーな音に聞こえます。ですから、私の回答はそのようなバイアスがかかっているものと思って読んで下さい。

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前置きが長くなりました。

>> バネの影響で振動板が押し出す空気の速度が一部落ちてしまう //

イメージとしては分かりますが、物理現象としては「？」です。

音は、音「波」といわれる通り、波動です。たとえば、水を張った風呂に、手で波を起こすことを想像して下さい。水面に、木の葉を1枚浮かべてみましょう。その木の葉は、果たして波に乗って流れていくでしょうか。

答えは、NOです。長い時間をかければ動いていきますが、短期的には同じ場所で上下に揺れるだけです。その波が風呂桶にぶつかるときは、「風呂桶に接している水」が風呂桶に押し付けられているだけで、「手で波を起こした部分の水」がそこまで移動した訳ではありません。

音波も、これと同じ現象です。スピーカーの振動板によって、スピーカーに接している空気の分子が押され、玉突きを繰り返して、鼓膜に接している空気が少しだけ動いて、それが鼓膜を動かして「音」として認識されます。

言ってみれば、この玉突きの速度が音速であり、周波数（波長）というのは空気の分子何個分がひとまとまりで動くか、ということです。玉突きの速度は、主に分子の密度によって決まるので、空気中だと340m/sくらいと定まる訳です。気温が変わると空気の密度も変わるので、0度と30度とでは15m/sくらい音速が変わります。

ところで、Fsは、基本的にCms（コンプライアンス）とMms（振動系質量）によって決まります。いずれも、大きいほど（つまり振動系が動きやすく、重いほど）Fsは低くなります。ドライバを密閉箱に入れると、空気に逃げ場がなくなるのでバネとして働き、Cmsが低下します。その結果、見かけ上のFsが上昇します。それに吊られてQes、Qmsも変化します。必然的に、Qtsも上昇する訳です。

このように、ドライバをエンクロージャーに収めた場合、FsやQts（密閉 = closedなエンクロージャーに入れた際のFやQという意味で、FcやQtcを当てます）が影響を受けて聞こえ方が変わるということはありますが、音波というレベルでの空気の動きには影響がありません。聞こえ方としては、共振周波数が上がる方向に変化します。

※　偉そうに書いていますが、私は∑（いみじくも）の計算が嫌で、高校では微分・積分を勉強しなくて良いコースを選んだくらいなので、あまり信用しないで下さい。

>> 低音が少し低く再生されてしまう //

これが、どのような音（あるいは現象）を指しているのか、ちょっと想像がつかないのですが、可能性としては、何らかの共振（定在波を含む）によって特定の周波数が強調あるいは減衰されていて、その違和感が（あなたにとっては）「音程」という形で認識されているのかも知れません。

>> 締まった音を出すために軽い振動板を使う場合、F0を下げるためにはCmsを大きくしてやらなければならないと思いますが、これが音質的な劣化を招くことは無いのでしょうか。 //

あらゆる面でパーフェクトなドライバを作ることは困難なので、結局のところ、さまざまな要素を考慮して、なだめて、すかして、妥協した結果、1個のドライバが出来上がります。

前記の通り、FsはほぼCmsとMmsで決まるので、Mmsを小さくする以上、Cmsを大きくしないとFsが上がってしまいます。Cmsを大きくとったからと言って、それだけで音質が悪くなる訳ではありませんが、QesやQmsを通してQtsに影響するので、結果的に何らかの意味で音質に影響するのは確かです。

また、見方を変えれば、Cmsを極端に大きくしないとFsを下げきれないくらいMmsを小さくするということは、ダイヤフラムの強度が犠牲になっている可能性もあります。これが分割共振の原因になったり、内部損失を低下させて周波数特性に「暴れ」を作ることもあり得る訳です。

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と、ここまで書いておいて何ですが、T/Sパラメータ的には良好（狙い通り）なドライバでも、音を聞いてみると「え～？」ということはまま起こります。冒頭にも書いた通り、「低歪なんだけど、何かね...」ということも少なくありません。

そういった部分では、理屈よりも実体験の方が役立つことも多いでしょう。なかなか難しいかも知れませんが、同じドライバを使っている人を見つけて、いろいろ聞いてみるのも1つの手でしょう。

ちょっと無責任ですが、PA用などの15～18インチくらいのウーファー（PA的にはサブウーファー）も視野に入れてはどうでしょうか。かなり巨大なのと、チャンネルディバイダなどでしっかりハイカットしないと中高音を濁す可能性が高いですが、能率重視で振動系が軽く作られているので、もしかするとお好みに合うかも知れません。

お礼

振動板のストロークが多少遅くなっても周波数を決定するのは振数のみで、周波数自体が変わることは無いということですね。ご丁寧な説明痛み入ります。

Mmsと口径に対する剛性の限界に対する判断はなかなか難しいですよね。
メーカーごとにコーンの深さや材質等条件が違いすぎるので、まさに聞いてみるまで判断が付かない状態です。
同一メーカーのならまだ類推することもできるのかもしれませんが、まだまだ経験不足のようです。

大変勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.2

Yorkminster

実際にやってみた訳ではないので、理屈の上で、という話ですが...

アプローチとして間違っているかと言えば、少なくとも正攻法ではありません。そもそも、FE208E∑はフルレンジであって、「低音もそこそこ、高音もそこそこ」だからです。しかも、これはバックロード以外では使い物にならないほど極端な設計です。いわば、「高音はそこそこ、低音は気柱共振で誤摩化す」という割り切ったスピーカーなのです。

FE208E∑は、Qms: 6.191、Qes: 0.19、Qts: 0.18なので、恐ろしく電磁的制動が強い設計です。バックロード前提で、きわめて小さなエンクロージャー（空気室）に押し込んだ際にQが適正になることを意図したものと思われます。電磁的制動が利き過ぎているので、一般に20cmクラスで想定される容量のエンクロージャーに入れても、ほとんど低音が出ません。

エンクロージャーに入れた際の仕上がりQは、通常は0.7が目安とされています。ピークが出ず、ローエンドが最も伸びるからです。これを前提にシミュレータで占うと、密閉型の場合、容量（ドライバに占有される容量を除いた実容量）は5～7リットルくらい、カットオフ周波数は150Hzくらいになります。バスレフだと、容量はほぼ同じで、ポート共振周波数90Hz、カットオフ周波数130Hz辺りが最適値です。

このように、FE208E∑は「まとも」な設計ではほとんど使い物になりません。

低音域をブーストするのも、あまり実用的ではありません。連続入力が40Wと低く、Xmaxもわずかに1.25mmしかないからです。40Wだと16dB上昇なので、Fs付近での音圧がようやく96dBくらいです。1kHzなら1Wで出せる音量を、やり続ければ壊れるかもしれないほどの大入力でようやく出せるかどうか、ということです。

一般的な20cmクラスのウーファーだと、だいたいQts: 0.3前後で、Xmax: 10～20mm程度になっています。サブウーファー専用設計だと、Xmax: 30mm程度のものもあります。これだと、20リットルくらいの（常識的なサイズの）エンクロージャーに入れたときに、30～50Hz辺りをブーストなしに十分な音圧で再生できる訳です。

>> Qtsが0.5～1.0ぐらいのユニットを使用した時と比較して //

エンクロージャーに入れると見かけ上のQが上がるので、もともとQtsが1.0を超えるようなドライバはエンクロージャーに入れない方が良い（無限大バッフルや後面開放型）という、やや特殊なものです。周波数特性によっては意図的に低音をブーストする（Qの上昇によって生じるピークを活用する）ことも可能ですが、かなり玄人的な設計になります。

Qts: 0.5くらいだと、密閉～無限大バッフルまで何でも使えますが、どちらかと言えば大きめのエンクロージャーに入れてゆったり鳴らす方が向いているでしょう。

現代的な設計のドライバだと、だいたいQts: 0.3くらいが落としどころになっています。多くの場合、QesでQtsをコントロールしているようです。半導体アンプであれば出力インピーダンスを無視できるので、ドライバとエンクロージャーの容量だけ考えておけば意図した通りの動作になるからです。

実験としては面白そうですが、実用性としてはいささかチャレンジし過ぎな気がします。

というか、実用性だけでいうと、出来合いのサブウーファーを買った方が遥かに安上がりで使いやすいです。ハイカットフィルタを作ったり、適正な出力のアンプを探したりする手間を考えると、サブウーファーの自作というのは割に合わない部分が大きいです。

お礼

今使っているウーファーが2台あるのですが、どちらも低音の音階が100Hz付近から少し変だと感じており、エッジの付帯音なのではないかと疑っています。
ブーーーという音がボーーーーというように少し低い音が鳴っていると言うのでしょうか。
エッジが硬くxmaxが小さいことは本来あまり低音を出すのには向いてないとは思うのですが、素人考えでF0付近の運用では共振を防ぐ方に働いてくれるのではという考えがあります。
BGM用途で音量もあまり必要無かったため、音量はなんとかなるのではないかと甘く考えすぎていたかもしれません。
おっしゃる通り実用面で運用していくにあたっては障害が多いようです。

ご回答ありがとうございました。

回答No.1

ticoant664

趣旨としては良いと思うのですが
なぜ中高音域の音圧が高いフルレンジを使うのでしょうか？

軽い振動板の低音をお望みであればFE208EΣの活用も分からなくもないです。
しかしこのユニットは中高音の音圧が極端に高く密閉で使うとその傾向が顕著に出ます。
イコライザで低音を持ちあげると同時に中高音を下げないとサブウーハーとしては用をなしません。
そこから出てくる低音は（推測ですが）
締まりが良すぎて量感不足、およそ低音らしくない低音しか出てこない、と思われます。

Qtsのみに着目すれば・・・・・・・
設計方法に関しては私の出る幕じゃないので他の大ベテランさんに譲ります。

同じ20センチならばウーハーを使った方が良いのでは？

http://www.fostex.jp/products/FW208N/spec

お礼

中高音についてはデジタルクロスオーバーを使ってカットしようと思っていました。

＞締まりが良すぎて量感不足、およそ低音らしくない低音しか出てこない

締まりすぎて量感の無い低音・・・
正直想像ができないのですが、扱いの難しさは感じています。

ご回答ありがとうございました。