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Memo No.1 for Creating BLH Speakers

シミュレーションで見る、バックロードホーンの一般的な傾向 バックロードホーン型エンクロージャー（以下BLH）は、他の形式のエンクロージャーに比べると、構造的に複雑なので設計も比較的難しく、製作にも手間のかかるエンクロージャーです。 そして、せっかく手間隙をかけて製作したエンクロージャーであっても、如何せんBLHの場合、最初の製作で満足する結果が得られることはなかなか難しく、何度かマイナーチェンジを繰り返しながら完成度を高めていく必要がある場合がほとんどです。 しかし、実際に製作したBLHの特性が思わしくなく、明らかに改善が必要な場合においても、BLHの一般的な特性を理解していなければ、設計上どのような点をどのように変更すれば、より望ましい特性の改善が得られるかが分かりません。 このページは、シミュレーションを使いながら、BLHのそれぞれのファクターを変化させた時に、それがどのように特性に影響するかを知ることによって、BLHの一般的な特性を理解するための一助になればと思い作りました。 もちろん、シミュレーションはあくまでシミュレーションであり、 実際に作ったBLHが同じ特性になることはありませんが、あるファクターを変化させたとき、特性がどのように変化するかというBLHの一般的な特性は、シミュレーションであって実際の物であっても共通のものなので、シミュレーションから得られた知見であっても、実際の製作にも役立つだろうと思います。 ちなみに、シミュレーションは、こちらのサイトのものを使用させていただいています。 自作スピーカー設計プログラム シミュレーションで使用するドライバーは、 Fostex社の代表的な10cmフルレンジドライバーであるFE103Enです。 このポピュラーなドライバーで、BLHの一般的な特性を見ていきたいと思います。 FE103Enの特性は以下のとおりです。 Fs:83Hz / 周波数特性:Fs〜22kHz / 能率:89dB Qts:0.33 / Mms:2.55g / 振動板面積:50cm2 振動系質量が2.55gと非常に軽く、能率も89dBと10cm口径としては比較的高く、 Q値も0.33と低めで、バックロードホーンに適合する特性になっています。 最初に、シミュレーションの条件を説明します。 BLHのファクターとして、次の４つのファクターを設定しています。 ホーン長(L)cm スロート面積(S)cm2 開口面積(M)cm2 空気室容積(C)cm3 先ず、標準的なファクターの値を設定し、その条件での特性を基準として、 この４つのファクターを、それぞれ変化させた時、特性がどのように変わるかを観察しながら、 BLHにおける、それぞれのファクターが特性に与える影響への理解を深めたいと思います。 下のグラフが基準となる特性です。 L=180 / S=36 / M=200 /  C=2400 グラフの見方は、 緑の線がドライバーの出力、青い線がホーンの出力、 水色の線が合成出力、赤い線がインピーダンス特性、です。 これを標準とするのは、特性的にも、低音感を感じる帯域のボリュームがあり、 実際にBLHを製作した場合にも、実用的な大きさにまとめることができるので、 システムとしてのバランスが良いと考えられるからです。 そのぞのれファクターを変えたときの特性の変化 ■ １．ホーン長を変えた場合 では、L=180 / S=36 / M=200 / C=2400 の条件を基準として、 ファクターのうち、ホーン長(L)を変えると、どのように特性が変化するのでしょうか？ L=180 L=120 L=270 この３つのグラフを比較してみてすぐに分かることは、一般的に言われているように、ホーン長を長くするとローエンドが伸びると言うことです。細かく見ていくと、L=180のグラフの100Hz辺りのピークは、L=120のグラフでは160Hzのピークに対応しますが、このピークはL=180のものに比べると音圧が高くなっています。一方、L=270では、70Hz辺りのピークがそれに対応しますが、L=180のものに比べると音圧が低くなっています。 以上のことから、「ホーン長を長くすると、ローエンドが伸ばせる半面、 低域の量感は少なくなり、ホーンを短くすると、低域の量感が得られる反面、 ローエンドは伸ばせない」 ということが言えると思います。 しかし、L=120とL=270のグラフを比べてみると、L=270のほうがインピーダンスの谷が多く、ギザギザした形なっています。また、ホーンロードがかかる帯域では、ドライバーの出力が減りますが、L=270では、ドライバーの特性上の谷の数も多くなっていますし、周波数特性の中・高域にもピークが多く発生しています。一般的には、ホーンは長いほうが開口部からの中・高域の漏れが少ないということになっていますが、シミュレーションでは、長いホーンのほうが、より高い周波数にまでホーンロードがかかっているように見えます。 ■ ２．スロート面積を変えた場合 次に、L=180 / S=36 / M=200 / C=2400 の条件を基準として、 ファクターのうち、スロート面積(S)を変えると、どのように特性が変化するのか見てみましょう。 S=36 S=24 S=50 この３つのグラフを比べてみて、まず最初に感じることはピークの形の違いです。Ｓ=24のものはピークが高く幅が狭いのに対し、Ｓ=50のものは、ピークが低く幅が広くなっています。その結果、ディップの形も、Ｓ=50の方が相対的に狭く浅くなっており、良好な周波数特性が得られているようです。そして、Sが大きくなるとホーンの開き率が小さくなるからだと考えられますが、ローエンドも、Ｓ=24のものより伸びています。 以上のことから、「スロート面積を大きくすると、ローエンドが伸ばせ、 周波数特性的にも、良好な特性が得られる」 ということが言えると思います。 しかし、S=24とS=50のグラフを比べてみると、中・高域でのピークやディップの総面積が、S=50の方が僅かに多いように見えます。一般的に言われているように、Ｓを小さくするとドライバーとホーンのクロスオーバー周波数を下げ、中・高域でホーンロードがかかりにくくできるのかもしれません。また、Ｓを大きくすることで、構造的にも共鳴管に近くなるので、動作的にホーンと共鳴管のハイブリッドになっている可能性があり、そのためにローエンドが伸びているとも考えられ、音色的にも共鳴管に近くなる可能性が考えられます。 ■ ３．開口面積を変えた場合 今度は、L=180 / S=36 / M=200 / C=2400 の条件を基準として、 ファクターのうち、開口面積(M)を変えると、どのように特性が変化するのか見てみます。 M=200 M=133 M=300 この３つのグラフを比べてみると、Mの大きなものほどピークの幅が狭く、ローエンドも伸びていません。インピーダンスの一番左の山を比べてみると、Ｍの小さいものほど低い周波数にあり、より低い帯域までホーンロードがかかっていることが分かります。しかし、最も顕著な特徴は、Ｍ=300のグラフは140Hz辺りのディップ以外に目立つディップがなく、なかなか良好な周波数特性となっているのに対して、Ｍ=133のものは180Hz辺りや中域にも多くのディップが発生しており、比較的凸凹の多い周波数特性になっていますし、僅かに低域の量も少ないようです。 以上のことから、「開口面積の大きなものはローエンドを伸ばせない反面、ディップが発生しにくい。そして、開口面積の小さなものはローエンドが伸ばせる半面、僅かに低域の量感に劣り、ディップが発生しやすい」ということが言えると思います。 ■ ４．空気室容積を変えた場合 そして最後に、L=180 / S=36 / M=200 / C=2400 の条件を基準として、 ファクターのうち、空気室容積(C)を変えると、どのように特性が変化するのか見てみます。 C=2400 C=1600 C=3600 この３つグラフを比べてみると、Sを変化させた場合のように、ピークの形の違いに目がいきます。Ｃの小さいものほどピークが平坦な形になっており、Ｃの大きなものは尖った形になっています。そして、ディップの現れる周波数は同じ様ですが、Ｃ=1600のグラフは、ディップが狭く浅くなっており、顕著なディップは140Hz辺りのものだけと、なかなか良好な周波数特性が得られているようです。インピーダンス特性を見ると、120Hz辺りの谷が、Ｃが小さいものほど広く、この帯域で強くホーンロードがかかっているのが分かります。ホーンロードのかかる帯域での、ドライバーの出力の谷も、Ｃの大きなものに比べて明らかに広くなっており、振動板の動きが制限されていることが分かります。ホーンロードのかかる帯域では振動板の振幅が小さくなるので、逆相の音の干渉によるディップの発生が抑えられているのだろうと考えられます。しかし、中域に目を転じると、Ｃが小さいものはインピーダンス特性ががギザギザで、周波数特性上にも比較的大きなピークが現れており、高い周波数でも、比較的強くホーンロードがかかっていることが見て取れます。そして、Ｃの大きなものの特徴として、インピーダンスの50Hz付近の谷が最も広く、ローエンドも伸びています。また、C=1600では、290Hzのピークが最も高いのに対して、C=3600では、200Hzのピークが最も高くなっています。これらことから、Cの大きさによって、ホーンロードがかかりやすい帯域に違いがあることも分かります。 以上のことから、「空気室容積が小さいと、比較的高い帯域でホーンロードが強く掛かり、振動板の振幅も抑えられるので、ディップが発生しにくい反面、中域でピークが発生しやすく、比較的ローエンドも伸ばせない。そして、空気室容積が大きいと、中域でのピークを小さくできるが、ホーンロードのかかりが悪く、振動板も比較的自由に動けるのでディップが発生しやすい反面、比較的低い帯域での負荷はかかりやすく、ローエンドも伸ばすことができる」ということが言えると思います。 Last Updated 2012-09-14