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工学オーディオに取組むオカルト嫌いです。


by MCAP-CR
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カテゴリ:スピーカー設計( 35 )

いま、計画中のモデルの共振周波数はどのくらいか?と思ってはいましたが、面倒なので計算しないでいました。
というのは、DU080aというモデルで実証したのと殆ど同じ設計なので、音についての心配はなかったからです。
それでも、とりあえず、計算で確認だけはしてみました。
計算プログラムは、こちらのcode004Jというのを使いました。
結果はこんな感じです。
スピーカーユニットのパラメータはよくわからないので、TangbandのW3-582SC(使ったことない)の特性値を入れてみました。
a0246407_07443456.png
青い線が12mmの合板を使うもので、赤い線は18mmの合板や集成材を使う場合のものです。
内容積は変わりますが、結果は大差ありません。
再生周波数下限は、60Hz位になりそうな結果ですが、前作の経験からすると実際には40Hzくらいは十分にいけるはずです。
前回は、計算方法が違っていたので、今回の計算のほうが物理学的には正解に近いはずです。

ピークの部分が、共振周波数に近いのだろうと思います。
計算プログラムは共振の計算をしているのではなく、音圧の計算をしているので、共振する点では、音圧が高くなるだろうという考え方です。
摩擦損失を含めるとずっときれいな特性になるはずですが、それはそれで、まず知りたいのが動作なので、シミュレーションとしてはこんな感じで良いのだと思います。
18mmバージョンの組立図は下の図のとおりです。
a0246407_08194781.jpg
合板の12mmは仕上げが難しいので、今回は、18mmの集成材で作ろうかと思います。
コーナーの角材は、15mmのヒノキ材で、そのままでは減っこんでしまうので、大きなアールを付けたいと思います。
シミュレーション結果からすると15mmとかで作っても大差ない特性になりそうなのでそれでもいいと思います。



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by mcap-cr | 2017-11-04 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)

方式の違いって

多自由度バスレフの構造や運動方程式をウェブにアップしてからもう10年に近くなってきました。
私のページはナーですが、読んでくださる方も少しずつ増えてきているようです。

『方式』という用語は、イメージだけが独り歩きしているようです。

方式という用語は、概ね下記の意味で使われることが多いようです。
(1)動作原理を示している
(2)同じ動作原理でも、その調整範囲の中での設計法によっても分けている
(3)システムの中の要素の構成で分けている
(4)イメージで分けている
(5)本来の意味と違うのに、同じ名前で呼んでしまっている

(1)は、おそらく最も一般的で、バスレフ、密閉、バックロードホーン、(T)QWT...といろいろとあります。
(2)は、ダブルバスレフの空気室の配分方法の違いを別の方式のように書いているようなものです。
(3)は、MCAP-CRのように構成で方式を決めるものです。特許が絡む場合、自然現象は発明ではないので、こういう分類が一般になってくるでしょう。
(4)は、結構多いと思います。
(5)の例として、TQWTの先端を絞ると、共鳴波長が変わってしまうのに、本来の意味と変わってしまうのにTQWTとそのまま呼んでしまう人もいます。科学・工学的には、こういう分類はありえないでしょう。

(2)については、私はこういう分類法は好みません。
例えば、ダブルバスレフを拡げたのが長岡先生であることは間違いないと思いますが、ダブルバスレフを発明したのは長岡先生ではないようです。
長岡先生は、設計法として、副空気室の容積を主空気室の2〜3倍位にとるのを標準としてきました。
それには、計算時にダクトの中の空気塊の変異という変数の線型独立性を担保しようという意図があったと思いますが、いろいろな理屈で長岡式設計法を非難する人もいます。
ここで、副空気室を主空気室より小さくとる設計法を『方式』と呼ばれたりします。
構造図を描けば、長岡式設計法と全く変わらず、運動方程式も同じで、中の数値が違うだけです。
私は、こういうものは、方式ではなく設計法と呼ぶほうが明確でいいのではないかと思います。

同様に、シングルバスレフでも、ダクトを複数分散したり、ダクトの断面積の決め方を変ても、構成図や運動方程式は変わりません。
これも設計法と呼ぶほうが明確になると思います。

私がとる立場は、『方式が違えば』構成図が変わることだと思います。
構成図が変われば支配方程式は変わります。

支配方程式が違えば『違う方式』と云っても良いのではないかと思います。

どうでもよさそうなこだわりにも感じるかもしれませんが、科学的、工学的には必要なこだわりだと思います。



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by mcap-cr | 2017-09-07 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)

シリパラとパラシリ(3)

まず、全体の図を再再掲します。
a0246407_18213593.png
ここで、図(B)のように点aとbとを繋いでしまうと、電位差がゼロになります。
図(A)の場合には電位差が現れます。
全負荷の両端にかける電圧をV0とすると、Vは次式のようになります。
a0246407_07280384.png
ここで、前回と同じ条件で計算してみました。
a0246407_07500065.png
よほどインピーダンスのバラツキが大きくないと、有為な電位差は生じないようです。
聴感で判別できる差があるのかどうかちょっと疑問です。
もちろん、ケーブルの測定不可能なほどの小さな差を聴き分けられる人なら別でしょうけどね。



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by mcap-cr | 2017-09-06 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)

記事の削除

Stereo誌のキットがパクリではないかと書きましたが、空気室はない、という指摘がありましたので、削除しました。
私には空気室があるように見えましたが、空気室ではないということのようです。
皆様にはお騒がせ致しましたことをお詫び申し上げます。

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by mcap-cr | 2017-09-05 21:58 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)

シリパラとパラシリ(2)

前回の図と同じものです。
a0246407_18213593.png
図(A)に書かれているVは抵抗が無限大とすると、それぞれのインピーダンスは次式のようになります。
図(A)
a0246407_07285860.png
図(B)および(C)
a0246407_07285055.png
ただし、それぞれの負荷のインピーダンスの値をA1, A2, B1, B2とし、各ベクトル図は相似であるとして考えます。

図(A)の場合の総合インピーダンスをZsp、(B), (C)の場合をZpsとして、計算してみました。
上から、
インピーダンスにバラツキがない場合
インピーダンスのバラツキがプラスマイナス0.1Ωの場合
インピーダンスのバラツキがプラスマイナス1Ωの場合
の結果例です。
a0246407_07382283.png
私は、オーディオ用ではない一般用のスピーカーユニットを多く使いますが、直流抵抗を測ってもプラスマイナス0.1Ωを超えるバラツキは見たことがありません。

こうやってシミュレーションしてみると、シリパラをパラシリにするためのショート線は、気持ち程度の効果しかないのではないでしょうか?

次は、負荷の間の電位差Vについて計算してみます。


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by mcap-cr | 2017-09-03 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)

シリパラとパラシリ(1)

ある方から最近質問を頂きました。
質問とは、私の得意な分野ではなく、電気的な接続についてのことです。
頂いた質問は応用編の内容だったので、それに関連する基本的な図を書いて確認してみました。

私は、最近は、スピーカーユニットを複数使いするので、シリパラ接続にすることが多くあります。
シリパラとは、シリアル(直列)にスピーカーユニットを繋いだものを、パラレル(並列)につなぐというものです。
インピーダンス(厳密にいえば、周波数に関係ない直流抵抗のみ)は、直列につなぐと、それぞれの和になり、並列につなぐと、インピーダンスの逆数であるコンダクタンスがそれぞれの和になります。
並列の場合、コンダクタンスを求めて、その逆数にすればインピーダンスを計算できます。
周波数に依存するインピーダンスの場合、それぞれにインピーダンス要素のインピーダンス特性が相似でないとこううまくは計算できませんので、上の方に、厳密には、という断りを付けました。

ことの発端は、質問された方が、雑誌の記事を読んだところ、シリパラ接続の場合には、直列に繋いだスピーカーユニットの間通しを短絡するほうが良い、と書いてあったことに始まります。
説明によると、単にシリパラにつなぐよりも、途中を短絡してパラシリにしないと、各スピーカーユニットに流れる電流のバラツキが大きくなるよ、ということでした。

ということで、『本当?』と思い計算してみました。

面倒なので図をまとめていっぺんに載せます。
a0246407_18213593.png
上の図の(A)から中央のV(電位差を表すために加えたもので、電圧計はインピーダンスが大きいのであってもなくっても結果は同じ)がシリパラの基本形です。
ここの中央のaとbを結んだ図(B)のが、雑誌で推奨されている接続法です。
この図(B)は、パラレルに繋いだ負荷をシリーズに繋いだ図(C)と同じです。
図(A)では、負荷B2に影響を与えるのはB1だけ、同様にA2に影響を与えるのはA1だけです。
ところが、パラシリ接続の図(B)と図(C)では、負荷B2にB1だけでなくA1も影響を与えます。
同様にA2にはA1とB1とが影響を与えます。

続きます。

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by mcap-cr | 2017-09-01 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)
昨日書ききれませんでしたが、R社のユニットを使用した2つのシステムを聴くことができました。
a0246407_11202670.jpg
小さくて見にくい写真ですが、中央左側の2つの白っぽいスピーカーシステムです。
その右側が石田式BHBS、左側はMCAP-CRです。
MCAP-CRは私がつくったものですが、BHBSは本家の石田さんが作ったものです。
写真では、どちらも同じようなサイズに見えますが、BHBSは、少しだけ幅が狭く、内容積は小さめです。
逆に、重量は、MCAP-CRが小さく、片手でひょいと持てるくらいのものです。
BHBSは、厚い板材がふんだんに使われた高級仕様で、西洋の建築を感じさせます。
MCAP-CRは、9mm厚の松集成材で作ってあり、ダクトは、外に見えている部分が、トイレットペーパーの芯、中にある見えないダクトはキッチンペーパーの芯で、木と紙で作られる和風建築みたいです。
BHBSのほうは、集まれ!塩ビ管スピーカーさんのオフ会で聴きましたが、その後ダクトを調整したそうです。
MCAP-CRのほうは自宅で何度も聴いています。
メーカーオリジナルの箱は、黒くて見えませんが、隣のクリーム色に見えるシステムの上に置いてあります。

オリジナルは、密閉型、ミニスピーカーの音です。
私には、印象を与える音ではありません。

BHBSは、低音がオリジナルよりもずっと伸びているので、骨格がしっかした骨太の音です。
振動板の裏側に負荷を掛けて、ガンガン鳴らしてゆくという設計です。
MCAP-CRも同じように低音が伸びており、オリジナルよりも骨格のしっかりした音ですが、BHBSと比べるとガンガンいくという感じではありません。
どっちがいいのか?
という差ではなく、好みの範囲内の収まるくらいの差だと感じました。

どちらも、オリジナルとは、全く別物の音で、箱がいかに大切かを教えてくれました。

OSWさんのUP4D-CRの強烈な印象が強かったので、弱く感じられましたが、これはこれで、立派な音だと思います。

市販品には、箱の大切さを感じさせる商品ってなかなかないですね。


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by mcap-cr | 2017-08-15 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)
いま、一所懸命書いていたのですが、F5キー(画面のリフレッシュ)を押したら内容が全部消えてしまいました。
...
先日からF77G98-6というジャンクの150円のフルレンジにコンデンサを繋いでスーパーツィータにする実験をしています。
スーパーツィータは、10kHzより上の周波数に効果的に効いてほしいのですが、高域が強烈なソースでは、0.104μFのコンデンサで切っても定位に影響するくらい聞こえてきます。
ということで、位相を全く考慮しないデタラメ計算で、どの程度切れているのか推定してみました。
F77G98-6のインピーダンス特性はわからないので、FE83Enのインピーダンス特性で計算してみました。
コンデンサには、0.22μFを使ったものとしています。
結果は下記の通りです。
a0246407_17514737.png
20kHzで3.3dBほどレベル低下しているので、このくらいでも良いのかもしれませんが、313Hzでも24.6dBしか切れていません。
これでは、定位に影響するのは仕方がないのかもしれません。
できたら、10kHz程度より下はさっぱり切れているほうが望ましいと思います。
そもそも10kHzで完全に切れてしまったら自分に聞こえるかどうかという根本的な問題はありますが、その議論は無いことにしたいです。
フルレンジは、安いコンデンサ一発で切るだけでとてもきれいな音で鳴るのですが、下の方まで音圧が残る(いい加減な計算上)のが難点です。

更にキレの大きな12dB/Octっぽいネットワークにするか、別な方法を考えるか、悩みどころです。


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by mcap-cr | 2017-08-12 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)
前回、ダブルバスレフの公式の中の、第一共振周波数については、矛盾しないことを書きました。
問題は、第二共振周波数の計算になります。

長岡先生の説明の中には、公式を使うにあたっての重要なメッセージが隠れています。
再掲します。

第二共振周波数
『第一、第二キャビネットを合算して、(1)第一ダクトは単なる気流抵抗(2)わりと小さい)と見て、第二ダクトの共振を計算する』
もう一度式を見てみます。
公式はわかりにくいので、多自由度バスレフの計算で使ってきた形のほうを見てみます。
a0246407_22502631.png
ここで、上記の長岡先生の解説を見てみると、(1)については、式に織り込まれておらず、(2)については、『無視できる』という内容に変わっています。
この条件を考慮しないで、ダブルバスレフを自由に設計すると、計算式と合わなくなります

長岡先生は、計算式と合わせるために、第一ダクトの断面積を第二ダクトの断面積よりもかなり大きくとっています。
また、第一ダクトの気流抵抗の影響を小さくするもう一つの方法として、副空気室を主空気室よりも十分に大きくとっています。
これは、多少の気流抵抗があったとしても、元々小さな主空気室の影響がなくなるだけなのでモデル公式の誤差が出にくい、ということです。

こうした条件を守らずに、ダブルバスレフを計算すると、当然のことながら計算誤差(正しくはモデルの誤差)が大きくなるので、結果が合わなくなってきます。
計算がモデル公式に合わないことを誤魔化すために、空気室の算定方法を変えて独自解釈したFナントカ社みたいなところもありますが、こういうのは、よくありません。
技術者であれば、結果がモデル公式と合わなければ、合わない理由を検証して計算を修正するか、最悪でも、合わない理由を紹介すべきです。

上記のように長岡先生の紹介したモデル公式と、実態が合わない理由は、長岡先生が説明した条件を満たさずに使用するからです。

とりあえず、ダブルバスレフの公式をやっと理解できました。



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by mcap-cr | 2017-08-04 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(2)
ダブルバスレフの公式については、ずっと以前から気になっていました。
公式だけが独り歩きして、その式を元に、アマチュアだけでなく、プロの人まで右往左往している、そんな現状が気になっていました。
私は、その公式を使ったことはありませんし、深く考えたこともありませんでした。
公式の出典がどこなのかわかりませんが、長岡先生の著書には度々登場します。

その公式とは次のようなものです。

まずは、第一共振周波数です。
a0246407_22135107.png
次に第二共振周波数です。

a0246407_22144170.png
長岡先生の著書には、下記のような説明があります。

第一共振周波数
『第一ダクトによるバスレフのfdに準ずるが、第二キャビネットの影響を受けて少し上昇する』
第二共振周波数
『第一、第二キャビネットを合算して、第一ダクトは単なる気流抵抗(わりと小さい)と見て、第二ダクトの共振を計算する』

では、上記の公式の物理学的な意味を考えてみます。
公式は、2つのポートの寸法についての説明がないので、多自由度バスレフで扱ってきた記号を用いて書き直してみます。
公式は、容積の単位をリットル、長さの単位をcmとしいますが、多自由度バスレフの式では、全てSI単位に統一してあるので、混乱ご容赦ください。

まず、第一共振周波数の式です。
a0246407_22242693.png
上に書いたとおり、左側の赤枠の中は、主空気室のみのシングルバスレフの場合の共振周波数、右側の赤枠内は、副空気室の影響で、ダクトから見たバネ定数が増加したことによる影響の係数を表しています。
公式のほうは、係数を160と説明抜きに書いてありますが、多自由度バスレフの計算をするときは、一般の熱力学の式を使っているので少し違います。
公式で使われているγは、ダクトの長さの補正値です。
補正した長さをL3として定義すれば、もっと簡単な式になります。
多自由度バスレフの式では、ダクトの長さは補正値を使うということにしてあり、ずっとシンプルな形になっています。
γは、空気の比熱比を表すのに使っています。
これは、一般の熱力学の教科書の記号に倣ったものです。
空気の比熱比(Cp/Cv)は、1.4で、上記の式は、断熱条件の式になります。
等温条件を使う場合には、比熱比を1.0とした場合と同じになります。
一般的には、断熱条件が正しいとされています。
その他、ρは、空気の密度(1.2kg/m3)、Pは大気圧(101.3kPa)です。

では、公式の係数である160はどうなっているのか、というと、上記の式で計算すると、どちらでもありません。
容積と長さの単位を公式系に変え、係数をαとして書き直してみます。
a0246407_22320430.png
ここで、断熱条件では、α=173、等温条件では、α=146となり、公式の160とは、どちらも近いですが、一致はしません。
このようなモデルには、限界があるので、完全一致することは、まずあり得ません。
おそらく160が実験値に近いのだと思います。
『理論的にXXXになります。』等と断定的に書くような人は、モデルまで遡って検討したことのない人でしょう。
公式だけ覚えてきた人は、理屈を考えずに、試験結果として正解だったかどうかだけを重視するので、断定的なな書き方をしがちです。
文部省の教育方針の弊害だと思いますが、前川のような人が次官になる組織の方針なんてそんなものでしょう。
どのようなモデルが正しいのかは、実験により確かめるしかないですが、実験の検証にも不確かさが入り込むし、ダクト長さの修正モデルなどの不確かさも加わるので、簡単ではありません。
どのようなモデルにも限界があるので、100%理論的というのは、まずありえないことです。

では、第一共振周波数の副空気室による修正にはどのような意味があるのかというと、これは、ダクトのなかの空気塊をひとつの質点として見た場合に、主空気室の空気ばねと副空気室の空気ばねにより拘束されるという意味になります。
簡単に言えば、主空気室と副空気室とのバネ効果を加算したという式です。
わかりやすく書けば下記のようになります。
a0246407_13465667.png
確認のため、上記の式が成立することを示します。
a0246407_22072774.png
ダブルバスレフの公式の第一共振周波数については、上記の通り、多自由度バスレフの計算で扱ってきた式と矛盾しないことが確かめられました。

この先に、いろいろと面倒な議論がありそうです。

次に続きます。



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by mcap-cr | 2017-08-03 00:00 | スピーカー設計 | Trackback | Comments(0)