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自作スピーカーのネットワークを設計しよう

2019/02/17
 
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20歳、理系の学生です 中学生のときにオーディオにハマり今日この頃。多趣味な生活をしています。 オーディオの記事を始め様々な記事を書いていこうと思います! コメント等どんな事でも頂けるとウレシイです。 オーディオ・カメラ・ミリタリー・DIY・プラモデル・旅行 気になったらフォローよろしくお願いしますm(_ _)m 〜主に使っているイヤホン〜 shure se535 ue 900s 〜カメラ〜 EOS7d mark2
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最近ウーファー自作のページが伸びていますね。

今回は、スピーカーのネットワーク設計についての記事を書きたいと思います。

テッピングフィルターや高域インピーダンス補正などの技法は今回は用いず、スピーカーらしい音を追求していきたいと思います。

自作スピーカーの基本はこちらの記事をご覧いただけると幸いです。

実は簡単!?自作スピーカーのきほんの「き」

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コメントなし

用語等の解説もしてあります。

どうしてネットワークが必要?

ネットワークはマルチウェイ注1)スピーカーユニットを複数個使ったスピーカーのことのスピーカーには必要になってくる回路です。

そもそもマルチウェイにする理由は1つのユニットではカバーできない音域にプラスαする事で広く鳴らしていくためです。

理想はこのようにすべての周波数を均等な音量で鳴らすこと。(横軸が周波数で縦軸が音量です。)

ウーファーは低音用に作られてるし、ツイーターも同様だからそのままつなげばいいか、と思ったら大間違いです!!

実は、ウーファーは高域を、ツイーターは低域を苦手ながらに出してしまうんです。

合唱で高い歌をバスパートの人が歌ってしまったらどうなるかで想像つきますよね?

無理やり出してる感の音です。

そこで、ネットワークというものを咬まして得意な音域だけを鳴らしてもらいたい訳です。

ウーファーとツイーターの境目の周波数をクロスオーバー周波数と呼ぶので覚えておいてください!

上の図の場合クロスオーバー周波数は400Hzです。わかりやすく上のようにしましたが、実際はこんなに低くしません…

ネットワークに必要なもの

ネットワークに使うものは基盤、コンデンサー、コイル、抵抗です。

コンデンサーやコイルは音響専用の、ものすごく高いものもあります。しかしながら、コンデンサーと抵抗は1個100円位、コイルは300円位の物ではじめは十分です。

※注意 電解コンデンサには極性がある物があり、そのまま接続すると破裂する恐れがあります。バイポーラ(無極性)コンデンサーを購入してください。
オススメは ニチコンのオーディオ用無極性電解コンデンサーニチコンMUSE・UES です。

 

コンデンサーやコイルの質については二の次で、まずは特性を知る事が大事です。

そして、基盤に取り付けるのは後からで十分!クリップ等で仮接続していきます。

さらに工具も必要ですが、そこは電子工作になってしまうので省略します。

コンデンサー、コイル、抵抗の役割

基本的にコンデンサーで低音をカット(ハイパスフィルター)

コイルで高音をカット(ローパスフィルター)

抵抗で音量をダウンします。

コンデンサーの単位は[F](ファラド)で、1F=1000000μF (マイクロファラド)

コイルの単位は[H](ヘンリー)で、1H=1000mH(ミリヘンリー)

抵抗の単位は[Ω](オーム)です。

高校で物理をやった人ならなんとなくわかるのではないでしょうか?

カットするのはいいんですが、コンデンサーやコイルをつないでしまうと、音の波が逆になってしまったり、ずれたりしてしまうことがあります。(位相差といいます。)

ある音源の逆位相の音源を同時に鳴らすと、お互いに打ち消し合います

ノイズキャンセリングはこの技術を使用しています。

これと同じ現象がクロスオーバ付近でも起きてしまいます。

ただ、2wayを同時に鳴らしている場合はこの「クロスオーバで減った部分」はキャンセルされて減ったのか、クロスオーバのポイントが悪いのか聴感では判断できません

測定器があればいいですがやはり自分の耳で試してみる必要があります。

逆に繋いでも機器としては安全、問題無しなので、とにかく試してみて、自分で感じてみて下さい。

ネットワーク例のところに細かく記載しておきます。

スロープ特性とは?

音をコンデンサーやコイルでカットするとき音がプツッと切れるわけではなく、緩やかに音量が小さくなっていきます。

この音量の減衰具合をスロープ特性と言います。

スロープ特性を表す単位として[dB/oct](デシベルパーオクターブ)が良く用いられます。

この意味は1オクターブあたり何デシベル音量が落ちるかという意味で、この値が大きいほど減衰が強くなります。

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ウーファーのみで聴く場合、減衰が緩やかだと自然な音になりますが、減衰が強い場合、高域がスカスカな違和感のある音になります。

ここにツイーターを足すことで聴きやすい音になるんです。

このように強く減衰させてぴったり合わせるとシャープな音に。悪くいうと不自然な音になります。

弱く減衰させた音の場合、自然な音ですが、クロスオーバー周辺の周波数の籠もったような雑味が出てきてしまいます

実際に聞いてみて好みな音を探してみてください。

コンデンサーやコイルは基本的にHOT側(+側)に接続します。

コンデンサーとコイルの回路記号だけ覚えておいてください。

このようにコンデンサーやコイルをポン付けすると6dB/oct の回路になります。

12dB/octならばこんな感じ。

ウーファーを6dB/octにして、ツイーターを12dB/octにすることもあります。

実際に聞いてみて調整してください。

能率を合わせて一体感を出そう!

スピーカーには能率というものがあります。

能率とは1wの入力を加えてどれくらいの音圧(音の大きさ)が得られるかを示しています。

数値が大きいほど、同じ入力を加えたときに効率よく音に変えることができます。

能率を合わせておかないとせっかくクロスオーバー周波数を合わせたのにウーファー、ツイーターどちらかの音が強く出てしまうことがあります。

(人間の耳はツイーターのほうがよく聞き取りやすいので実際はもっと落としても良いです。)

そう、同効率のほうが聞きやすいとは限らないんです。

このとき、使うのが抵抗(アッテネーター)です。可変式と固定式がありますが、聞きながら調整できる可変式をおすすめします。

こんなやつです。


これをこのように接続します

基本的にはアッテネーターをツイーターのみに接続してウーファーに合わせるようにしてあげます。

 

[参考]ネットワークの例

6dB/octのネットワークでは正相接続、12dB/octでは逆相接続(+-を逆につなぐ)が基本です。

中高域がじゃまで低音が聞こえにくくなる場合がありますが、それらの多くは能率合わせでも解決できます。

ネットワークで低域の量感を増やしたいなら一般的に、1Kでカットするのがベストです。

そのとき低い周波数まで出せるツイーターもしくは3Wayにしてミッドレンジが必要になります。

中域・ボーカルはツイーターの能力が音質に反映されてきます。

500Hzあたりから出せるホーンツイーターなど良い組み合わせだと思います。

一般的なドームツイーターはだいたい2kHz~が目安になるので、あまり下まで出してしまうと不安定な音になったり、変な残響音・エコーのような音が強くなってしまう場合もあります

1.5kHzあたり以上の低い位置でのクロスは、一般的に3wayとなってくるので、2wayの場合は1.5kHzあたりがギリギリだと思います。
8cmや10cmの小口径ウーハーやフルレンジでの2wayの場合、クロスは低いほうがより低域の量感を感じやすいです。
ツィーターの役目を少なくして、ウーハーから出る中域・ボーカルを重視する場合クロスは高め、4~5kHzに設定します。
スーパーツィーターを追加する場合は、7kHz~10kHzあたりの組み合わせが多いです。

もう、実際に聞いてみたほうが早いですよ…

このような細かい数値だとピッタリの数値のものが売られていないので、いろいろと組み合わせてなるべく近い数値のものを作ります。

まとめ

いかがだったでしょうか?

ネットワークはかなり難しいところになってきます。

好みの音に近づくまで何回もやり直すことが必要になってきます。

どんなに良い高級ユニットでも、ネットワークがダメなら、安っぽい音になってしまいます。

逆に安いユニットはそれなりですが、ネットワークをしっかり作ってやればすばらしい音に変わるのも事実です。

それだけネットワークは重要視していいパーツだと思います。

まずは、例どおりに組み込んでみて好みに合うように数値を変化させていくのがいいと思います。

ユニットについてくる「 データシート 」はあくまでも目安なので、それにとらわれる必要はまったくありません。

数値にこだわり過ぎるとおもしろ味が無くなるかもしれません。

こんな音が作りたい!という自分の好みの音に近づいていくところに面白みがあります。

ここに来て言うのもなんですが、ネットワークで全てが決まるわけではありません。

エンクロージャーの作り込みで低音を増強したり、特定の周波数の音を響かせたりもできます。

エンクロージャーの設計については別記事にしておきます。

是非自分の好みの音が出るまで頑張ってください。

 

~参考にさせていただいたサイト~

Speaker Network Design(http://speakernetwork.web.fc2.com/

(株)愛和 各種ネットワークの計算(http://aiwa.fc2web.com/nw/nw_design.html

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脚注   [ + ]

1. スピーカーユニットを複数個使ったスピーカーのこと
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