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Memo for Creating Bass Reflex Speakers No.2

エンクロージャーの容積とfdと低域特性の関係

バスレフ型エンクロージャーなど、共振を利用して低域の量感を増したり、ローエンドを伸ばすように工夫されているものは、一般的に、エンクロージャーの容積に比例して、低域の量感を増したり、ローエンドを伸ばすことができます。しかし、エンクロージャーの容積をどの程度 増やせば、どの程度 低域の量感を増したり、どの程度ローエンドを伸ばすことができるのか、又は、ポート(ダクト)のチューニング周波数(fd)の変化によって、どのように低域の量感が変化するのか、ということについて、説明された記事を見かけたことがなかったので、今回、シミュレーションを使って調べてみました。

今回シミュレーションで調べるのは、エンクロージャーの容積の変化によって、低域の量がどのように変化するのかということと、fd の変化によって、低域の量がどのように変化するか、そして、その変化に伴う、必要なエンクロージャーの容積などです。

なお、デシベル(dB)と倍率の関係については、こちらのページ を参照してください。


シミュレーションで使用するドライバーは、
Fostex社の10cmフルレンジ・ドライバー、FE103Enです。

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


エンクロージャーの容積とfd における出力の関係

まず、バスレフポートのチューニング周波数(fd)を変化させずに、エンクロージャーの容積(v)のみを変化させると、低域の量感がどのように変化するのかを調べてみます。

グラフの見方は、
緑の線がドライバーの出力青い線がポートの出力
水色の線が合成出力赤い線がインピーダンス特性
v はエンクロージャーの容積(cm3)、
fd はポートのチューニング周波数(Hz)です。

v=4000cm3 / fd=80Hz

v=5640cm3 / fd=80Hz

v=8000cm3 / fd=80Hz

上の3つのグラフを比較してみると、v=5640のものは、v=4000のものに比べて、fd における音圧が2.8dB上昇しています。また、v=8000のものは、v=4000のものに比べて、5.6dB上昇していることから、容積を√2倍にすると、fd における音圧は、約3dB上昇し、容積を2倍にすると、fd における音圧は、約6dB上昇することが分かります。

以上のことから、fd が一定の場合、エンクロージャーの容積と、fd における音圧は比例し、
容積を x倍にすると、fd における音圧も x倍になるということが判ります。


fd の変化率とfd における出力の関係

では次に、エンクロージャーの容積(v)を一定とし、ポートのチューニング周波数(fd)を変化させると、低域の量感がどのように変化するのかを調べてみます。

v=6000cm3 / fd=100Hz

v=6000cm3 / fd=71Hz

v=6000cm3 / fd=50Hz

上の3つのグラフを比較してみると、fd=71のものは、fd=100のものに比べて、fd における音圧が5.6dB低下し、fd=50のものは、fd=100のものに比べて、11.4dB低下していることから、fd を、1/√2倍にすると、fd における音圧は約6dB低下し、fd を1/2倍にすると、fd における音圧は、約12dB低下することが分かります。

以上のことから、fd を変化させたときの、変化前の fd を a 、変化後の fd を b とすると、
エンクロージャーの容積が一定の場合、fd における音圧は、( b/a )に比例することが分かります。

具体的に説明すると、エンクロージャーの容積が一定の場合、例えば、fd を 1/√2倍すると、fd における音圧は、約1/2倍になり、fd を1/2倍すると、fd における音圧は、約1/4 倍になり、fd を√2 倍すると、fd における音圧は約2倍になり、fd を2倍すると、fd における音圧は約4倍になるということです。

そして、上記のことから、fd における音圧を保ったまま、fd 変化させたい場合は、エンクロージャーの容積を、( a/b )2 倍する必要があることも分かります。


実際の応用例

上記のような知識が、エンクロージャー製作において、実際にどのように適用できるかについてですが、設計の段階では、知識が無くても、シミュレーションを使うことによって、ある程度の完成度を持ったエンクロージャーの設計が可能ですが、実際に製作したエンクロージャーの低域特性が思わしくない場合において、エンクロージャーの容積や fd をどのように変化させれば、より良い特性が得られるかの見当をつけたい時に、必要になると思われます。

例えば、実際に作ったエンクロージャーが、低音不足で、fd において、4dB 音圧を増やしたいという場合は、エンクロージャーの容積を、4dBに対応する倍率で増やす必要があり、その反対に低音過剰で、fdにおいて、2dB 音圧を減らしたいと言う場合は、容積を2dBに対応する倍率で減らす必要があります。これは、fd を変えずに、容積で低域をコントロールする場合です。

そして、より一般的な方法として、容積を変えずに、fd によって低域をコントロールする場合は、例えば、低音過剰で、fd における音圧を 4dB を減らしたい場合は、4dB に対応する倍率を x とすると、fd を 1/√x 倍する必要があり、その反対に、低音不足で、fd における音圧を 5dB を増したい場合は、5dBに対応する倍率を x とすると、fd を √x 倍する必要があります。

また、実際に作ったエンクロージャーが、少し低域に余裕があるので、fd を1/1.2倍することで、fd における音圧を保ったまま、ローエンドを伸ばしたい場合などは、容積を 1.22 倍する必要がありますし、その反対に、低域が少し薄いので、fd を1.3倍することで低域特性を改善したい場合は、容積を 1/1.32 倍する必要があります。

最後に、実際にはあまりない例だと思いますが、fd を下げ、なおかつ、fd における音圧を増したい場合に必要な容積は、x(a/b)2 倍となり、反対に、fd を上げ、なおかつ、fd における音圧を減らしたい場合に必要な容積は、(a/b)2/x となります。


Last Updated 2011-11-30



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