バスレフスピーカーの作成




はじめに


ラジオの整備で電子工作をしているうちに、水平展開的にスピーカーやアンプも欲しくなってしまい、まずは出口からということでスピーカから製作着手となりました。本を買い込んでといきたいところですが、何せ場所をとりますので住宅事情で何個もつくるのは難しいので、まずはいろいろ作成されている方のページを参考にひとつ作って見ようということで作製しました。

タイプの選定


スピーカーはいろいろのタイプがありますが、メーカーの売っているスピーカーは、ほとんどは密閉型かバスレフ型のようです。一方で、作する人はあまり市販されていない、バックロードホーン式や共鳴管式といったものが好まれているようです。

自作するメリットとして、あちらを立てればこちらが立たず的なところはありますが、自分の希望が色々入れられるところがあります。今回の製作に折り込みたい事項は以下のとおりです。
  1. 小型。せいぜい20cm角で机上で使うイメージ。
  2. 音楽はジャズ中心。高温はそれほど気にしないけれど、低音はある程度出て欲しい。
  3. 小さなアンプで鳴らせるよう、効率の高いもの。
  4. 一作目なので難易度が低くて、あまり高価でないもの。
  5. 設計パラメータの調整が後からできること。
 バックロードホーンや共鳴管は、スピーカーユニットの大きさに比して低音が得られるようです。また、スピーカーの動きを阻害しにくいので、ユニット本来の音が出せるという評判もあるようです。しかし、箱が大きくなるところがネックですので、今回は小型で低音そこそこということで、バスレフタイプを選定しました。

  バスレフ式のスピーカーは、密閉式と比較すると同じユニット、同じような箱でも低音を出せるようです。スピーカー背面(箱側)への振動の特定の低音成分を、共振によって箱の外へ取り出すもので、構造的にはボックスに穴を開いており、適切なサイズ筒がついています。


スピーカーユニット





設計


Web上の製作記事等を参考に、以下のような設計としました。

項目 記号・式 特記 <
ユニットの最低共振周波数 fo 84 Hz スピーカー仕様。低音側の再生可能な周波数を決定します。低ければより低い音域を十分な音量で出せます。
ユニットの振動部半径 a 4 cm スピーカー仕様。ユニットのコーン紙部分の半径です。
等価質量 mo 2.55 g スピーカー仕様。振動部分の質量で、コーン紙、コイル、動かされる空気の質量をあわせたものです。
共振尖鋭度 Q0 0.33 スピーカー仕様。共振周波数のピークの鋭さを表す値です。鈍ければ低い音域まで出せることになりますが、レスポンスが鈍くなるそうです。
ユニット+箱の最低共振周波数 f0c 120 Hz 設計値。取り付け時の最低周波数の基準になる値です。また、箱の容積はこの値から計算されます。大きく取ると容積は小さくなります。
パラメータ K=(foc/fo)2-1 1.1 計算値。設定したfocから計算される値です。1-2程度が目安とされているようです。
箱の容積 V0 = (355a4)/(moKfo2) 4.67 L 計算値。この容積でOKとしています。
ダクトの最低共振周波数 fd 79 Hz 設計値で、今回は80Hzが狙い値で、ポート長さ100mmとした時の計算値は79Hzとなります。
ポート面積比 Rp 0.25 設計値、0.2-0.5、小さい程低音は出しやすく音量が出にくくなります。ここでは0.25にしています。
ポート面積 Ap = πa2Rp 12.5 cm2 計算値。ポート面積比から計算される開口部の面積です。
ポート長さ Lp 100 mm 今回は、この長さを変更してfdを可変としており、100mmで79 Hzになります。

その他、デザイン・機能的な特記としては以下の項目になります。

製作




板は厚み12mmのシナ合板を使用しました。カットはホームセンターにお願いしました。お店や人で精度に差がでますが、行き着けのお店は熟練の方が見えます。


組み立ては接着剤です。




ロの字型に4枚組んだあと、裏板を接着しました。



スピーカーを取り付ける部分はバッフルとよばれています。スピーカーユニットを買ってきますと、木ねじがついていますが、今回はスピーカーを取り外して内部の調整ができるように、ビスで留められるよう、バッフルの裏側に受け金具を打ち込みました。




ターミナルは丸穴で取り付けられるものを使用しました。工作が楽です。




ダクトの長さ・ポート面積は左右のパーツの交換・出し入れで調整できます。いい場所が決まったら、固定しようかと思います。




組み立てはこれで完成です。しばらくこれで使っていましたが、最終的にはオイル塗装を行い、見た目いまいちになりますが、コーン紙を破ってしまってしまわないようカバーを設置しています。



評価


サブウーファを使った小型のオーディオには負けますが、低音もそこそこ出ているようです。ただ、イヤフォンで聞いたような、こもり響くような低音には及びません。
周波数特性を測定できる有名なフリーソフト(Wave Generator, Wave Spectora)がありましたので、それを用いて測定してみました。



適当な距離で計っているので、各ラインの絶対値はあてにならないところがありますが、この結果からバランスのよさそうな、ダクト長100mmを採用しました(上のグラフの測定は200Hzまでです)。設計どおり100mmのデータはダクト共振周波数の80Hz付近にピークがあります。


2011/05/01

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