バスレフの最適設計その2

バスレフ・アラインメントによるエンクロージャー容量の計算ツールを見つけました。

Calculate box size using bass reflex alignments

 

どうも、CHR-70Gen3/NC7/STBP35の低音がしっくりこないので、

このツールで検討してみます。

 

使い方は簡単で、

Fs=65.4Hz, Vas=5.17liters, Port daimeter=3.5cmのように設定して、

SBB4: Qts=0.55などのラジオボタンをクリックするだけです。

 

この計算結果にしたがって、

NC7は10litters程度の容量なので吸音材を入れて、

STBP35のポート長を48mmの設定にすれば、

100Hz付近に1.7dBのピークをもつ、

f3=60Hzの特性が実現できるようです。

 

実際にポート長を調整して試聴してみると、

108mmのときに比べて、

低音の気持ち悪い感じはなくなります。

 

Qts=0.4からの乖離が大きいドライバを利用する場合は、

平坦条件(バタワース)が実現できないので、

他のアラインメントを選択する必要があります。

 

このツールでは、3つのアラインメント(QB3, SBB4, SC4)と

3つのQL(3, 7, 15)の組み合わせから、

Qtsを選択するようになっています。

 

3つのアラインメントの特徴をまとめておきます。

 

QB3:

3次準バタワース

小さな箱で低いf3(-3dBのカットオフ周波数)を生み出す、

最も一般的なバスレフ・アラインメント。

ただし、過渡特性はSBB4やSC4に劣る。

 

SBB4:

4次スーパー・ブーム・ボックス

大きな箱と長いポートで過渡特性がよい。

 

SC4:

4次サブ・チェビシェフ

SBB4と同じ箱の大きさとf3だが、ポートの共振周波数が異なる。

過渡特性がSBB4よりもやや劣る。

 

実際の設計では、

最後まで可変できるパラメータは通常、

吸音材による容量の調整とポートの長さの調整しかないので、

あらかじめ実現できる特性にあたりをつけておかないと、

調整しきれないことになります。

 

バスレフの最適設計

バスレフの最適設計のポイントをまとめておきます。

等価回路によるスピーカー低域特性の解析とキャビネット設計法

を参考にしています。

最適化の対称はバスレフ共振周波数付近の周波数特性の平坦性です。

 

これまでに実際に試作したバスレフのパラメータ例を2つまとめておきます。

ユニットのTSパラメータはデータシートから取得し、

エンクロージャーのVo, Fdは

吸音材の厚みを5mmとして板厚を補正したモデルで、

spedでシミュレートして求めています。

Case1: FF105WK, WK10mFN, P43-123

Case2: CHR70v3, NC7, STBP35-103

 

設計の手順としては、

通常、まずユニットを選択します。

考慮すべきT/Sパラメータとしては、Vas, Fs, Qtsとなります。

Qtsは0.5を大きく超えると平坦特性は実現できません。

 

つぎに、エンクロージャーの容量を選択します。

Vasとの比率を考慮する必要があります。

容量を大きくすると共振周波数を下げられますが、

群遅延とのトレードオフになります。

 

最後に平坦条件:(Fd/Fs)^2/(Vas/Vo)=1に近くなるように、

バスレフポートの共振周波数を調整します。

ポートの断面積が圧力に関連していてばね定数が決まり、

ポートの長さでおもりの質量を調整していることになります。

 

考察としては、

Case1(FF105WK)は、Vas/VoとFd/Fsがともに1に近い設計で、

最低周波数よりも群遅延を優先して、キレのある低音になっています。

 

一方、Case2(CHR70v3)は、エンクロージャーの容量を大きくした設計で、

最低周波数を50Hzまで下げて、豊かな低音になっています。

群遅延の上限は20ms(50Hz)程度のようなので、ほぼ限界的な設計だと思います。

 

バスレフポートの共振周波数と群遅延

エージングをしながら、どうも低音がしっくりこないので、

バスレフポートの長さを変えて見ました。

シミュレーションとしては以下の通りです。

共通:CHR70, fs=68Hz, NC7, Vo=10.2L

STBP35-103mm, fd=47Hz, Group Delay=25ms

STBP35-73mm, fd=53Hz, Group Delay=20ms

STBP35-43mm, fd=64Hz, Group Delay=18ms

音の変化としては、

ポートを短くすると群遅延が小さくなって、

いわゆるキレのよい低音になります。

テストトーンによるレスポンス測定では、

いずれのポート長でも55Hzまでは十分出ているので、

このユニットとエンクロージャーでは、

ポート長は43mmで十分のようです。

 

一般的に群遅延は20ms以下(50Hz)が望ましいとされているようですが、

実際の聴感としても、

群遅延が20msを超えると、

長時間のリスニングでは、

聴き疲れ(乗り物酔いに近い感じ)します。

 

CHR70とSTBP35によるバスレフスピーカーの試作

CHR70STBP35によるバスレフスピーカーを組んでみました。

エンクロージャーはNC7ベースのものを利用しました。

Vo=10.2L, fd=47Hzとなっています。

吸音材はエプトシーラー(EE-1010)をバッフル面以外の5面に貼っています。

テストトーンによる簡易測定では、55Hzまできちんと出ています。

 

音の印象としては、上から下まで極めてフラットで、モニターとして最適という感じです。

吸音材の効果か、いわゆるメタルコーンの癖のようなものは全く感じられません。

FF105WKの方が、派手な音がします。