サブウーファーについて

サブウーファーについて質問です。

Foが80Hzのスピーカーユニットでサブウーファーを作ったとします。そのスピーカーで、80HzでLowCutをいれた音を出したとします。(仮定として80Hzでスパッと切れたとします。)
その場合でも、エンクロージャーやバスレフダクトの設計の仕方によっては、80Hz以下の音がしっかりと(40～60Hzあたり)出るようになるのでしょうか？

またそういう技術や方法が載ったホームページや書籍の情報があったら教えて頂けないでしょうか。

宜しくお願いします。

No.8 ベストアンサー 回答者： Yorkminster 回答日時： 2013/05/14 15:53

>> やはりLowCutを緩めていくしかないかなーと感じております。

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やはり「無い袖は振れない」の通りで、もともとドライバの出力が低い状態では、いかにエンクロージャーを工夫しても効果がありません。

音量や耐入力の問題があるようですが、先に書いた通り、ダンプドバスレフやTLS、ケルトン式などでは比較的過大振幅が抑えられると思います。まずはエンクロージャーなどでコントロールした後、そういった機械的な対策が難しい部分を電気的に補った方が、結果的には良くなりそうです。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

スピーカー設計は専門ではないので、「できるんじゃないの？」と言われると出来ないという事に確証がもてなくて質問させて頂きました。
簡潔で理論的な説明と共にはっきり出来ないと言って頂き、今後の対策の方向性が見えてきました。

頂いたアドバイスを参考にスピーカーを見直していきたいと思います。
ありがとうございました！

お礼日時：2013/05/15 00:40

No.7 回答者： noname#182196 回答日時： 2013/05/12 22:02

ＪＳＰ研究所のようなスピーカーはどうでしょうか？

このスピーカーはサイズの割りに低音がでることで有名です。
自作している人もたくさんいらっしゃいます。

成功したら、１０ｃｍのスピーカーでも効率よく低音感を
えられるかもしれません。

私は、実際にこの方式のスピーカーをみたこともないですので、
当然、音も聴いたこともないですが、アルテックの１０ｃｍフルレンジで
かなりの低音をだすエンクロージャーがでています。

http://www.jsplab.jp/products/jsp-1010al.htm

この回答への補足

情報ありがとうございます。

10cmでfo 48Hz 出力94dBは魅力的ですね。
参考にさせて頂きます！

補足日時：2013/05/13 00:25

No.6 回答者： Yorkminster 回答日時： 2013/05/12 15:38

>> 小さいスピーカーなのですができるだけ長時間大きな音量を出さなくてはいけないので、できるだけFo以下の周波数はユニットに入力したくないという希望もあり //

これは正直厳しいですね...

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1つの解としては、ケルトン方式を使うことが考えられますが、能率と耐入力という点ではデメリットもあります。

ケルトン方式というのは、単純に言えばドライバの片方が密閉箱、もう片方がバスレフという方式です。バスレフは、共振周波数以外の周波数では逆相の音が（文字通り）筒抜けなので、打ち消し合います。従って、「バスレフではない側」にフタをしてしまえば、この問題を解消できます。

また、ドライバがフリーエアの状態だと、Fo以下では（長岡氏の言葉を借りれば）空振り状態になって過大振幅が起こり、これがボイスコイルの許容振幅を超えると機械的な故障の原因になります。密閉箱は、ちょうどエアサス（エアーサスペンション）のように機能するので、この過大振幅を防ぐことができます。その意味で、Fo以下の周波数での耐入力も上がります。

もっとも、入力された信号が振幅すなわち運動エネルギーに変わらないということは、熱エネルギーとして消費されることをも意味します。従って、ボイスコイル温度は上昇しやすくなり、その意味では耐入力が下がりかねません。また、効率も悪くなるので、音圧は低くなります。

設計方法は、大雑把ですが長岡氏の著書の中で紹介されていたと思います。

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同じ考え方をバスレフ単体で実現するのであれば、ダンプドバスレフも一興です。バスレフポートに詰め物をしたシステムで、メリット、デメリットはケルトン方式に準じます。画期的な効果はないと思いますが、現状のまま手を加えられる点は魅力的かと思います。

バスレフ自体の効率も下がるので、バスブーストする必要があるでしょう。一方で、Fo以下の過大振幅は抑えられるので、ローカットはなくしても良いかも知れません。

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簡単な、しかし「暴挙」に出ても良いのであれば、ドライバのFoそのものを下げてしまうことも考えられます。端的に言えば、振動板に接着剤や塗料を塗ったり、錘を貼り付けたりするということです。フルレンジではない（中高音がなくなっても良い）のであれば、方法の1つではあります。

ただ、ドライバは完成品としてバランスが取られているので、振動系質量だけを無闇に増やしてもあまり良い結果は得られないでしょう。特に、モーター（磁気回路などの駆動系）が追いつかなくなると電気的な制動が利かなくなるので、いわゆる鈍い音になります。能率も下がります。

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もう1つ、控えめな方法としては、パッシブラジエータを使うことも考えられます。バスレフポートに重めの振動板を付けたようなもので、逆相の音の漏れ出しがなくなります。もっとも、超低域での過大振幅を抑える働きはありません。

Foが低めのドライバに、上記のような「暴挙」を施してFoを下げるだけで自作できます。また、その端子にフィルタ回路を付ければ、フィルタが透過する周波数ではボイスコイルがショートしていることになるので、振幅を制御できるようになります。可変抵抗器（アッテネータ）を付ければ、パッシブラジエータの能率も可変になります。

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かなり特殊な方法としては、タンデム（アイソバリック）方式が考えられます。

これは、ドライバを前後に並べる方法で、前面のドライバからすると、エンクロージャーの空気は後方のドライバが強制的に動かしてくれるので、あたかもフリーエアのように自由に動くことができます。

後方のドライバは、見かけ上、自身の振動系質量に、前面ドライバとの間の空気室の空気の重さが加わることになるので、見かけ上のFoが下がります。それでいて、駆動力は前面ドライバとの合算とみなせるので、電気的制動の悪化も抑えられます。

問題は、設計手法が一般化していないことでしょう。漠然とした目安はあるようですが、最終的にはトライ＆エラーで調整していくしかなさそうです。日本語での文献も、ほとんど見たことがありません。

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もう1つは、トランスミッションラインシステム (TLS) にすることも考えられます。

TLSというのは、QWP (QWT) の一種で、日本語で言うと「4分の1波長共鳴管」です。「片側を閉じた筒は、その長さの4倍の波長の周波数で共鳴する」という原理を応用したもので、たとえば40Hzの波長は約8.5mなので、その1/4の長さである2.1mの筒にドライバを取り付ける、ということです。

この共振は強烈で、低音増強方法としては最強です。ただ、それ以外の周波数ではバスレフと同じく（これも文字通り）筒抜けなので、ディップもまた強烈です。つまり、最大で数10dBもの音圧差が生じる「じゃじゃ馬」なのです。

そこで、このピークを潰し、ディップが出にくいようにするために、筒の形状を工夫したり、ドライバの取り付け位置を調整したり、筒の中に吸音材を（かなりギチギチに）詰めたりして「飼いならした」ものが、TLSです。

問題は、これもあまり理論的に詰められておらず、経験則的なところが多分にある点です。メーカーとしては、PMCなど一部で最小されているに過ぎません（元の原理であるQWPもメーカーでの採用例は非常に少ない）。一から設計するのは至難の業で、著名な作例（つまり誰かがトライ＆エラーで調整してくれた数少ない成功例）を真似るくらいが関の山でしょう。

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いろいろ書きましたが、とりあえず英語の文献でサブウーファーの設計方法を解説しているサイトを1つ紹介しておきます。
http://www.diysubwoofers.org/

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>> 分かりやすく低音が出てくれれば納得してもらえるので //

そもそも論ですが、低音「感」というのは、だいたい100～200Hzくらいで得られることが多いものです。200Hzから100Hz付近にかけて緩やかに1～2dBくらいの盛り上がりがあると、けっこう低音が出ているように聞こえます。その場合、あまりローカットしない方が量感を感じやすいでしょう。サイズの割に低音が出ている感じのするスピーカーというのは、こういう特性に仕上げてあることが多いようです。

80dBでローカットすると、たとえば-3dB/octでは400Hzくらいからダラ下がりになり、-12dB/octでも200Hz辺りから落ち始めるので、全般に量感に乏しい感じになると思います。

実際のところ、こういった小型スピーカーは、ドライバもエンクロージャーも専用設計にできるメーカー製品が圧倒的に有利という気がします...

この回答への補足

いろいろな方法論のご回答、ありがとうございます！
勉強になります。

foを下げるというのは既におこなっており、もともとfoが高かったのを80Hzにしてもらった代わりに、出力音圧レベルの低下がありました。小さいスピーカーだとここら辺が限界ですといわれてしまい‥…。ボックスもつくったのですが、やはりソース自体に80以下の周波数帯があまりないから出ないですよねーという感じではあります‥…。

トランスミッションラインシステムというのは興味がそそられますね。じゃじゃ馬ぐらいがちょうどいいかなと感じる部分もあります。スピーカーの設計自体は依頼するので、私自身で条件にあうか多少調べてみて、できないか聞いてみたいと思います。

ローカットに関しては、パラメトリック、グラフィックEQを駆使し（音質に関しては結構無視しています）、ソース、出音ともにアナライザーで周波数を見ながら100Hz付近は多少盛り上げているのですが。やはり求められているのが80Hz以下の低音の深さや迫力、振動でして‥…。やはりLowCutを緩めていくしかないかなーと感じております。

補足日時：2013/05/12 22:04

No.5 回答者： light-fright 回答日時： 2013/05/12 13:19

＃４です。

申し訳ありません。
私の勘違いです。
謝罪します。

サブウーハーの低音再生帯域拡大が趣旨では無かったのですね。
LOW CUT はそのとおりだったのですね。


感じ悪いと思われた文面も私自身へのあてつけです。

決して質問者さんへ向けた物ではありません。


今となっては後の祭りですが、本当にごめんなさい。

この回答への補足

私もすぐカッとなって失礼なことを言ってしまってすみません。

今後もわからない事があった時など、このサイトを利用させて頂きたいので、その時は宜しくお願いします。

補足日時：2013/05/12 20:41

No.4 回答者： light-fright 回答日時： 2013/05/11 21:55

＃１です。

質問文に｛LowCut｝とありますが間違いですよね？
Low　PASS　あるいは　　High　CUT　ですよね？

サブウーハーを自作するに当たってネックになるのがローパスフィルターと音圧合わせです。
チャレンジ精神旺盛なら色々と創意工夫するも一興です。
枯れてきた私にはそこまでのモチベーションがありませんけどね。

創意工夫しない、
想像力も働かない、
自分で調べる事も考える事もしない、
手間暇も惜しみたいのであれば
メーカー製サブウーハーを購入した方が据え膳状態で低音を楽しむことができます。
小型であるしローパスフィルターもパワーアンプもあらかじめ内蔵されてるのですからね。

この回答への補足

なんかいきなり感じ悪いですね。
LowCutを自分の都合で勝手にLow Pass と解釈しちゃうところとか、さすが枯れていると自認してるだけあると思います！

なかなか出されている条件が厳しくて、自分で調べることと平行しこのサイトを利用させていただいたのですが。
すごく感じの良い回答を頂ける人もいるなか、すごく残念な人もいるなーと思った次第です。
できるだけ情報をあつめて、これから創意工夫と手間暇をかけたいと思いますので、ご心配なく。

余計なお世話ありがとうございました！

そんなあなたへアドバイスしたいと思います。
余計なお世話かと思いますがご活用ください！
http://nikkan-spa.jp/408803

補足日時：2013/05/12 12:36

No.3 回答者： noname#182196 回答日時： 2013/05/11 21:20

ｆ０が８０Ｈｚのユニットで、４０Ｈｚがしっかりでるようにつくるのは難しいのではないでしょうか。

メインのスピーカーとは別に、ものすごいパワーのあるアンプで鳴らしてあげれば
４０Ｈｚくらいならしっかりでるかもしれません。

しかし、ｆ０が８０Ｈｚのスピーカーにそんなに低音の信号を連続で入れても大丈夫なのか心配になってしまいます。
ｆ０が８０Ｈｚっというのは、結構小さなスピーカーだと思います。
それか、相当軽いコーン紙のユニットではないでしょうか。

http://www.asahi-net.or.jp/~ab6s-med/NORTH/SP/ba …

ここにfostexの計算式が載っています。

No.2 回答者： Yorkminster 回答日時： 2013/05/11 10:25

>> その場合でも、エンクロージャーやバスレフダクトの設計の仕方によっては、80Hz以下の音がしっかりと(40～60Hzあたり)出るようになるのでしょうか？ //

仮に、振動板が80Hz以下の周波数に対して無反応（まったく振動しない）なのであれば、バスレフの共振周波数が60Hzや40Hzでも、音にはなりません。

たとえば、バスレフの共振周波数が40Hzだとして、ドライバに1000Hzの信号しか入力していなければバスレフの意味がないのと同じです。それが80Hzであれ、41Hzであれ、「バスレフの共振周波数である40Hzでドライバが振動していない」のであれば、結論は同じです。

>> そういう技術や方法が載ったホームページや書籍の情報 //

「そういう」というのが「どういう」ことなのか、いまいちよく分かりませんが...

理論的に必ずしも正確とは言い切れないと思いますが、感覚的に分かりやすいという点では、故人ですが長岡鉄男氏の著書が最も優れているかと思います。
http://dp00000116.shop-pro.jp/?mode=cate&cbid=70 …

もっとも、氏の場合はバックロードホーンに傾倒していたこともあるかと思いますが、あまり理論面は精緻ではない嫌いがあります。少なくとも、現在の欧米のスピーカークラフトの水準から見ると、理論よりも「経験に基づく直感」重視と言えます。

欧米水準の設計手法・理論となると、日本語での文献は思い当たりません。ネット上でも、かなり突っ込んだ情報を載せていた日本語のサイトは、多くが閉鎖されてしまいました。

なお、「80Hzでスパッと切る方法」という意味だとすると、これはちょっと非現実的でしょう。パッシブフィルタだと4次くらいが限界ですが、これだと24dB/octなので、とうてい「スパッと」とは言えません。デジタルフィルタ（FIR）だと1000dB/octといったフィルタも可能なようですが...

逆に、「80Hz以下で急激に音圧の下がるドライバで、40Hzや60Hzの音をバスレフで過激に出す方法」だとすると、これも非現実的です。バスレフが効果的に機能するためには、やはりある程度、もとから低音が出ている必要があります。適正値より極端に低い周波数に設定してもバスレフの効率が低すぎて増強効果が見込めず、かえってディップが生じやすくなり、過大振幅に対する抑制もなくなるので耐入力が低下し、歪みも増えます。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。

正直自分も厳しいと思っているのですが、この条件でもっと低音を出してほしいと言われてしまって。
使用方法と設置環境が特殊で、小さいスピーカーなのですができるだけ長時間大きな音量を出さなくてはいけないので、できるだけFo以下の周波数はユニットに入力したくないという希望もあり、ソース、ハードで何重にもLowCutを入れて使用しています。
そこまで音質にこだわりる必要はないのですが、分かりやすく低音が出てくれれば納得してもらえるので、方法を探している次第です。

長岡鉄男氏の著書、読んでみたいと思います。
ありがとうございます。

補足日時：2013/05/12 13:09

No.1 回答者： light-fright 回答日時： 2013/05/11 09:53

しっかりと出る、の定義があいまいなのですが。

仮にスペックデータ上の出力音圧レベルを９０ｄB、Foが80Hzのユニットの場合として考えます。

メーカー発表の周波数特性グラフを見てみますと出力音圧レベルは
小口径ユニットは２００Hz～、大口径ユニットでは１００Hz～あたりで９０ｄBに達します。
それ以下の帯域は左肩下がりで下がっています。小口径ユニットの方が下がり方は急です。
８０Hzでは音圧８０ｄB以下なんてのは普通にあります。
８０Hzでスパッと上の周波数帯域を切るとのことですから
グラフ上からも十分な音圧の確保は出来無い事はご理解ただけると思います。
エンクロージャーやダクトの設計で工夫したとしても４０Hzを音圧８０ｄBで再生できれば上出来です。
ユニットの能力以上の音圧確保は極めて難しい、無理と言ってもよいです。
そのためのエンクロージャーは大型冷蔵庫並の大きさになってしまいます。
この条件でメインスピーカーの音圧が９０ｄBならば必要最低限の低音が出ていると言えるでしょう。
これでしっかりと出てるかどうかは、使用環境や嗜好、思考によって左右されます。

しかし基準となる音圧よりも－２０ｄB以下では音として聞きとりにくくなります。
エンクロージャーをもっと小さくしたい等の欲求も出てきます。
エンクロージャーを小さくすれば低音域の音圧も相対的に下がってきます。
足りなくなった音圧を補うためにサブウーハー専用のパワーアンプが必要となってしまいます。
メインSPよりも二倍、三倍のパワーをぶち込んで音圧を稼ぐしかないのですね。
この条件で企画設計されたのがメーカー製サブウーハーとなります。