自作スピーカーユニットとエンクロージャ容量の相関

質問

フルレンジ一発、もしくはツイーターを追加しての2wayでのスピーカー自作を考えてます。
（自作をするのは初めてです）
当方オーディオマニアではなく、メインのシステムもJBLの4312m2でそこそこ満足している程度なのでその辺り割り引いて頂ければ幸いです。

今回自作を考えてるスピーカーの用途は寝室で小音量で聴くため専門で、音源はブルーズや古めのロックがほとんどです。エンクロージャの方式はオーソドックスなバスレフ型を想定しています。なおアンプについてはフォステクスのAPシリーズにでもしようかと思ってる程度です。
尚、エンクロージャ工作に関しては自作ギターを何本か作る程度に道具も経験もあるのでそちらについては特に心配はしておりません。

この程度の目的なのでいわゆるハイファイな再生だの豊かな低音だのは求めていませんし、自作も初めてなので想定通りのものがいきなり作れるとも考えていない上での質問となります。

一般的にユニットが大きくなれば低音再生には有利になる、エンクロージャが大きければその分低域の増幅についても有利になるという話ですが（もちろんダクトの断面積や長さetc色々ありますけど）、「大きな箱に小さなユニット」とした場合と「小さな箱に大きなユニット」とした場合、音の傾向は一般論としてどのようになるのでしょうか？

ユニットに対して適切なサイズの箱というものがあって大きすぎても小さすぎてもダメということみたいですが、例えばフォステクスの8cmフルレンジユニットFF85WKのスペックを見ると最低共振周波数が115Hzであるのに対しFF165WKは50Hzとなっており、小音量再生と割り切って低域の量感を最初っから無視してしまえば小さな箱に大きめのユニットを無理やりとりつけるってのは実はアリなんじゃないかなんてことを素人考えで思いついた次第です。また、その逆に8cmユニットに本来であれば16cmユニット用の容量の箱をあてがった場合どうなるのか・・・この場合無理にエンクロージャでユニットの実力を遥かに超えて低域増幅させることになるので相当無茶な話のような気もしますが。

自作スピーカーの経験者から見れば「何を馬鹿なことを」と思われるかもしれませんが、何卒よろしくお願い致しますm(_ _;)m

回答No.3

sirasak · ベストアンサー

スピーカーの用途が寝室で小音量で聴くなら最大60dB(ピークは70dB位）以上の音圧は必要ないはずです。
SPL70dBユニットならアンプは1Ｗもあれば十分です。
ユニットの最低共振周波数Ｆｓまでは低音が出ると言われますが、Ｆｓを下げると感度が低くなるし実用上の大音量が困難でコストも合わないので市販スピーカーは低音が出にくいものが殆どです。
普段使用のスピーカーはユニットが裸では低音が出ない欠点があるのでエンクロージャーを工夫したりしてどうすれば低音を出せるかが最優先事項です。
天井や壁を巨大箱とした密閉型が小音量では低音には理想的方式で良い音がしていることが多いですが、移動できませんが自分だけの部屋なら試してみたい方式です。笑
普通はエンクロージャの方式はバスレフ型でダクト面積をユニットの1/4～1/2として共鳴周波数は60Hz位するのでは？と思います。

一般的にユニットが大きくなれば低音共振周波数が低いものが多いので再生には有利になるのですが、箱容積が大きく成るし無駄な巨大音圧になります。
バスレフダクトの断面積がユニット位に大きいと豊かな低音になりますがボン付きますし箱容積も巨大になります。
大きな箱に小さなユニットが素直な音になり音質に理想的で有利ですが箱容積が無駄になります。
小さな箱に大きなユニットとした場合、箱内部は背面であって小容積の部屋とみなされているので、前面で聴く大きな部屋でなくて音圧が高まって弾性になりユニットの弾性と重なってＦｓが高くなり、以下は-12dB(1/4)/オクターブで低下するので低音が出にくくなります。
それで以下をアンプでイコライズしてバスブーストする方式も有力ですが、高価になるし、12dB(4倍）大きくするにはアンプ出力が16倍必要になり、小音量では効果が大きいですがユニットやアンプの限度で大音量に出来ないこともあります。
（私はカーナビで40Hz位をグラフィックイコライズで12dB増幅して良い音に出来ています。）
バスレフにするとユニットのＦｓ以下でダクトと箱で共鳴させることが出来るので少し豊かな音に出来ますがダクト面積は1/3以上必要のはずです。
ユニットＦｓに対して適切なサイズの箱というものがあり低音特性が決定されます。
箱とダクトを大きくして低音を出す方式もありますが、大面積ダクトで中低音で共鳴させると過渡特性が悪くなってボン付きます。
8cmFF85WK最低共振周波数Fsが115Hzで高すぎて低音に不利ですが殆どの市販ユニットがそれ位であって低音を出すのが困難です。
16cmFF165WKはFs50Hzで大音量で豊かな低音に若干有利ですが箱容積は4倍位になるとおもいます。
市販スピーカーは小さな箱に大きめのユニットをつけるのが主流であって小さな箱は使い勝手が良いし安く作れますが低音が出にくくなります。
8cmユニットに16cmユニット用の容量の箱をあてがった場合はＦｓが少し低くなり少し低音がでます。
この場合はエンクロージャで少ししか低域増幅出来ないのでバスレフにして共鳴周波数を低くするとか、バックロードホーン型とか閉管や開放管共鳴型がありますが箱が巨大になる欠点があります。
以上はいかに低音を出すかを追求して経験結果です。
寝室で小音量なら私は7cmユニットコーン裏に鉛10ｇほど付けてＦｓを160Hzから40Hz位にした1.6リットル密閉型で聴いていますが、豊かな低音と高音が出ています。
小音量で良いなら出来るだけＦｓの低い小径ユニットを適正容積箱に入れることしかないと思います。
市販ユニットをそのまま使う場合はメーカー推奨箱で作るのが無難であって、足りない低音はグラフィックイコライザーで増幅すると良いですが、私みたいに低音にこだわらなければ100Hzまでフラットに出ればそれなりの音で聴けるはずです。
独断偏見の変人回答ですが参考になればと思います。

お礼

オーディオマニアではない私にとって耳慣れない言葉が色々出てきて完全に理解できてるかどうか自信はありませんが、まとめると
・市販のユニットは小音量再生から通常のボリュームレベルでの幅広い再生に汎用的に対応せざるを得ず、小口径ユニットでFsの低いものはほとんどない
・小音量専門かつ低音再生に最初から拘らなければ、大きめのユニットを小さめの箱に入れて100Hzより上をフラットに設計するというのもあり
・低音再生にも拘りたいのであれば、素直にエンクロージャ側での増幅を考えるかイコライザーでブーストする等の工夫が必要
というところでしょうか。

結局のところ、自分が今から作ろうとしている自作スピーカーにどこまで要求するかということに尽きるのかということなのかと思いつつも、
もし狙い通りのスピーカーを作りたいのであれば異なる容量のエンクロージャを幾つか試作して、ポートの長さなどチューニングしつつ試行錯誤するのが一番なのかと思いました。

まあただ寝室で小音量再生するだけなので、「ラジカセよりマトモならいいや」で設計だけチャチャっとやってエイヤ！で作ってしまうのもありなのかなあと。

＞寝室で小音量なら私は7cmユニットコーン裏に鉛10ｇほど付けてＦｓを160Hzから40Hz位にした1.6リットル密閉型で聴いていますが、豊かな低音と高音が出ています

これはつまり、ユニットを意図的に重くして振動しにくくする≒能率を下げると同時に低音が出やすくするチューニングということでしょうか？
確かにこのようなことをすれば小音量しか出なくなり大音量再生には対応できなくなりますね。。。

回答No.6

iBook 2001（@iBook-2001）

再びiBook-2001です♪
コメントを頂、感謝申し上げます。

いろいろ考えた範囲での熟慮、方向性はかなり安全な方向、一般常識的な回答としてはもはやベストだと思います。

７L程度の箱で、１０～１２センチ級のフルレンジユニットは、まさにジャスト！！

バスレフでも密閉でも、ソレなりに鳴ってくれる事だと想像しますし、暫く使ってみてからチューニング。という事で、更に探求されても良いと思います♪

中小音量時に、体を揺さぶられる様な重低音感覚は無理ですから、しっかり割り切った上で、量感と質感、どちらを優先にした方が「自分にとって好ましい音」なのかで、最終チューニングを行なってみて下さい。

スピーカー工作は、箱を造ってユニットを装着、音が出た。だけでも楽しい物ですが、その後の改造等で音の変化を楽しむ。という部分も、とても楽しいのです。私も、コレがおもしろくて「子供の頃から興味を持って、大人に成った今でも、ウン十年と、スピーカー工作が趣味の一つ」という、スピーカー工作ファンでもありますからネ(^o^)

ガンバって下さ～い♪

お礼

再度の投稿ありがとうございます。

＞スピーカー工作は、箱を造ってユニットを装着、音が出た。だけでも楽しい物

今回の自作の一番の目的は、「自分が作ったスピーカーから音が出る」って、まさに作る喜びを味わいたいということで、
もちろん「それなりに良い音」ってのがそこに加わればいいんですけど、構想を練って、設計して、デザインを考えて、問題があればまた構想に戻って、そして全てが固まれば作り始めて・・・というそのプロセスが楽しいから皆さん自作されているのだと思います。
また、そういった自作の先輩方の情報の蓄積があるからこそ、私のような素人が「これなら自作できそうだ」と思うに至るわけでして、先人達の試行錯誤に感謝しながらスピーカー工作を楽しみたいと思います。

回答No.5

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

ウーファーやフルレジの場合、最低共振周波数の測定に、国やメーカーごとで違う条件が在りますが、おそらくフォスの場合は日本の新JIS規格（今はこの規格すら現存しませんが、、、）という条件での「好評値」だろう。と想像出来ます。
（なお、欧州圏の一部には、既に実在していない「新JIS」の測定方法を取り入れだしたブランドも出てきていて、この測定方法への評価は、決して低い物では無いのかもしれません。）

さて、「箱」という一定の容積に取り付けますと、容積に応じて共振周波数が高く成ったり、共振が非常に強く成ったりします。
165を小容積の箱に収めますと、箱内の空気圧、反発力でユニットの規程測定は事は違って、最低共振周波数は数倍に、共振の強さも数倍に、という事で、箱に収めたときの実質共振はおそらく１００Hzや１５０Hzで、かなり強い状況に鳴った上でのバスレフチューニングは、かなり難しいのでは？と想像致します。

まぁ、バスレフ共振を強く効かせない、アル程度の小音量再生であれば、本当の低周波域が再現出来にくくとも、低音感という量感はそこそこ得られますので、「バスレフで低域増強」ではなく、バスレフポートで息抜き、抑圧感を多少低減する。という方向での考え方は、意義アル指向だろうと思われます。

お礼

＞バスレフ共振を強く効かせない
＞低周波域が再現出来にくくとも、低音感という量感はそこそこ得られます
＞バスレフポートで息抜き、抑圧感を多少低減する。という方向での考え方は、意義アル指向だろうと思われます

ありがとうございます。
No.1～No.3のご意見を受けて、まさにその方向性で行こうかと思い、16cmユニットを収める箱のラフスケッチを書いてみたのですが、
エンクロージャのサイズに対してユニットが不釣合いに大きくて、まるで「目玉のオヤジ」、これでは不格好になるという問題が発生して若干方向修正することにしました。
あくまで小音量再生で低音は欲張らずという基本方針は変わりませんが、若干ユニットサイズを小さくしエンクロージャを少々大きくして対応することにしようかと考えてます。
その辺にあった小さなダンボール箱を目安に寝室に置いてみて、バッフル面が16cm×30cm、奥行き27cmぐらいまでならばそこまで鬱陶しいサイズでもなく設置に問題なさそうで、
かつこのサイズであれば多少曲面を多様したデザインにしても板厚を考慮しても7リットル程度のエンクロージャ容量は確保できるので、そこに12cmユニットを装着する線で検討を開始したところです。
これなら市販のブックシェルフ型と比較してもコンパクトな部類に入るだろうしエンクロージャ設計もさほど無理をしなくて済むかなあと。

回答No.4

sirasak

No3です、お礼ありがとうございます。
小口径ユニットでFsの低いものはほとんどありません。
試したN3-193-8A(8cm)はFs80Hzで低い方でこれより低いのは殆どありません。
4リットル位の密閉型やバスレフ型にすると良い音がしますがＦｓが高いので大型スピーカーみたいな重低音は不足します。
小音量専門で低音再生に拘らなければ、大きめのユニットを小さめの箱に入れて実用上音楽再生には100Hz以上をフラットに設計するというのが多いと思いますがHiFiに聴くには40Hzまでは欲しくてせめて60Hzフラットは必要と思います。

私も異なる容量のエンクロージャを幾つか試作して、ポートの長さなどチューニングしつつ試行錯誤しました。
パソコンで測定するようになって実際の周波数特性がはっきり分かるようになったのです。
寝室で小音量で携帯ラジオ（音がこもらないように背面に多数小穴在り）で聴くことも多いですが、500Ｈｚ以下が出てないので低音域が聴こえませんが聴きたい音だけを聴く人間特性ですっきりした結構良い音で楽しめています。
スピーカーは中音、高音の違いが殆ど無くて低音の違いだけと思います。
小音量で7cmユニットコーン裏に鉛10ｇほど付けてＦｓを下げる方法は能率が低下しますが低音が出やすくなり、フラット領域が広がります。
グラフィックイコライザーでバスブーストする方法でも同じことで、振動板振幅制限があるので同じ低音音圧で同じ効果です。

低音を出すにはコーン紙（振動板）で大量に空気を振幅させないといけないので大音量の低音再生には大口径ユニットで大容量箱にするしかないのですが、
小音量再生で良ければ同じＦｓのユニットなら小容積箱で実現できます。
車で言うと実用上人間ひとりを運ぶのにバイクや軽自動車で十分なのに大きな普通車で無駄な燃料を使う差になります。
欲しい低音域と音量によってユニット振動板面積と箱容量が決まります。
メーカー発表値は無響室で空中で測定1ｍなので実際の使用条件では周波数特性がかなり違ってきます。
とりとめのない再回答で済みません聞き流し下さい。

お礼

再度の投稿ありがとうございます。

＞とりとめのない再回答で済みません聞き流し下さい。
いえいえ、頂いたアドバイスについて「なるほど」と頷くだけで、こちらが気の利いたレスを返せるだけの知識レベルに達してないのが心苦しいです。
当初私が考えていた方向性（小音量再生専用で100kHz以下はそこそこで諦める）がさほど間違っていないようだということで安心しましたが
設計を進めるにあたってちょっと別の問題があって若干方向修正中です（苦笑。

回答No.2

John_Papa

こんにちは。

ユニットメーカーの公表している最低共振周波数は、規定の平面バッフル（サイズは失念しました）に取り付けて測定されたものですので、ユニット単体を裸で測定したものとほぼ同じです。
したがって、『大きな箱に小さなユニット』にするとしても、ある程度以上の大きさではほとんど意味を成しません。容積対効果に乏しくなります。
逆に『小さな箱に大きなユニット』の場合は、箱内の空気が伸縮してバネのように働きますので、実質の最低共振周波数が高くなり、低音は出にくくなります。
この空気バネの利用が、一般的楽器の共鳴箱と違うスピーカー工作の面白さになります。吸音材をたくさんいれるとバスレフ型も密閉型に近づきます。
メーカー製品は、裸の最低共振周波数を更に低く設計したユニットによる、このオーバーダンプスタイルが多いですね。

オンラインでの計算プログラムもありますので、ユニットのカタログ値を入力（FF165Kなど、機種によってはリストから選択可能）しエンクロージャーの数値を変えて計算結果のグラフが参考にできます。
http://www.asahi-net.or.jp/~ab6s-med/NORTH/SP/bassreff_canvas.htm
同容積で密閉箱の場合のグラフも表示されていますので、容積による最低共振周波数（インピーダンスの高い部分）の変異も参考にしてください。というか、これで空気バネ効果を理解しておいてください。
下段のバスレフポートサイズの計算支援も役立つでしょう。
闇雲に作るより遥かにまともな（予測可能な）エンクロージャーが設計できます。優れもののサイトです。

小さな箱では低音が出なくなりますが、120Hz以上がまともに出ていれば、一般的な音楽の主要部分は足ります（さすがに音圧感とか重厚感などはありませんけど）ので、そのあたりを目安に希望する低音を確保されては如何でしょう。
Good luck!

お礼

＞オンラインでの計算プログラムもありますので、ユニットのカタログ値を入力
＞（FF165Kなど、機種によってはリストから選択可能）しエンクロージャーの数値を変えて計算結果のグラフが参考にできます。
＞http://www.asahi-net.or.jp/~ab6s-med/NORTH/SP/bassreff_canvas.htm

最初に申し上げれば良かったのですが、一応上記ご紹介頂いたサイトで色々遊んでみた結果も踏まえて実は質問立てた次第です。
想定するユニットのスペック入力して「計算」クリックすると、初期設計値として出て来るエンクロージャ容積やポート共振周波数がこの支援ツールが算出する推奨スペックのようなものだろうと推測しているのですが、
これを低音の量感だとかを最初っから諦めて、グラフの100Hzより上が極力フラットになるような設計をすれば実は自分の要求を満たせるのではないかと妄想していました。

なので、「120Hz以上がまともに出ていれば、一般的な音楽の主要部分は足ります」というのが真であれば私の妄想通りとなるのかなあと。。。
ただ、設計ではそういう狙いができたとしても、出音が「音楽鑑賞」という観点で果たして良いものかどうかという問題もありまして識者の意見を伺いたいと思っておりました。

回答No.1

chachaboxx

オーディオはいいですね。夢を感じます。
マトモな自作経験はありませんが雑学談です。
最近のユニットの流行りや、キャビネットのセオリー、主さんの嗜好を無視しての話になりますが、ご容赦下さい。

理屈というか道理からすると、小ユニットを大キャビはアリだと思いますが、逆は苦しい気がします。もちろん大きければ何でもいいとは思いませんが、例えるなら車です。ボディ
(フレーム)が虚弱だと操縦安定性はもとより、接地感が弱く安心して楽しめません。ユニットのパワーにキャビネットが手に負えなくなる可能性が高いということです。確かに極小音量であれば許容範囲に入るかもしれませんが、か弱い入力の再現性だと、小ユニットの軽量なコーンのフットワークには勝てません。オープンエアヘッドホンを着けて会話するような状態です。なので自作で同じ価格のユニットなら、より小さいフルレンジが魅力的に思います。2way分の価格のフルレンジという意味です。

キャビネットは堅牢さは当然ですが響きが命ですよね。自作なので材質・材齢から色合い木目の締まり具合、組立時の木目方向(木元・木先)まで懲り放題ですが、表面処理も大切です。より硬く、反射波を乱さない美しい仕上がりが、見た目のブラシーボ効果も抜群に期待できます。ビアノ仕上げってヤツですね。内面の吸音もありますが、反射波も拘りたいところです。ギターやビアノの楽器同様、ノウハウの宝庫です。

あとはどんどん面倒くさくなりますが、本当に六面体でいいのか といった次元に突入です。球面が究極なんて単純なものでもないですよね、趣味の世界ですから。ユニット取り付け面の上辺の左右角部を面取したようなキャビネットを見たことがありますが、逆にユニット取り付け面が窪んでいるようなのとか、取り付け面がやたら広いようなのとか、何でもあり。何がホントなんだかキリがないですね。

こんな世界の強者殿は、アンプやケーブルだけに留まらず、電源も商用を脱し、24vの直流バッテリーを交流変換せずにそのままオーディオ機器に直結して楽しむ輩もおられます。
自宅の床下に生コンを流し込んで、超大容量で地球と一体化した重さ10tの絶対接地仕様のスピーカー(地下室！)なんかも見たことありました。ここまでいくとステレオでは納得できずモノラルになるらしいです。(笑)

もののけ姫のジコ坊さんの名台詞の如く、
「バカには勝てん！」でご趣味を楽しんで下さいね！

お礼

＞マトモな自作経験はありませんが雑学談です。

いえいえ、雑談や脱線は歓迎です。ためになる話ありがとうございます。

>ボディ(フレーム)が虚弱だと操縦安定性はもとより、接地感が弱く安心して楽しめません。

なるほど、確かにそんな気はしますが、その一方で板材の厚みを強化するなりしてエンクロージャ剛性を強化したら、なんて妄想したり・・・この辺りは作ってみないと分からない領域かもしれませんね。

＞極小音量であれば許容範囲に入るかもしれませんが、か弱い入力の再現性だと、小ユニットの軽量なコーンのフットワークには勝てません。

確かに、高音域についてはユニットが小さい方が運動エネルギーが少なくて繊細な表現には有利なんてことも聞きますし、仰る通りフルレンジの特性を活かした上での自作スピーカーというアプローチの大半が8cm～10cmあたりのユニットを使ったものに行き着いてることにはやはりそれが王道なのでしょうね。

＞「バカには勝てん！」でご趣味を楽しんで下さいね！

自作しようと思ったきっかけが、趣味でやってる木工技術を活かして「カッコイイ見た目のスピーカー作りたい」ってのが発端でして、それで箱型以外の形状にするなどデザインを優先するとどうしてもエンクロージャ容量を犠牲にするかサイズを犠牲にするか（省スペース性を諦める）という二者択一のようなことになってしまったのでこのような質問を立てた次第です。