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。

小型。せいぜい20cm角で机上で使うイメージ。
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。
小さなアンプで鳴らせるよう、効率の高いもの。
一作目なので難易度が低くて、あまり高価でないもの。
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

大きいスピーカーほど低音は出しやすく、小さなスピーカーで低音を出そうとうとすると、効率が低くなってしまうので、「小さくて、低音が出て、能率が高い」は「あちらを立てればこちらが立たず」になるようです。
自作用のスピーカーは、日本のメーカーではFostexというところが有名な老舗のようです。初心者としては、まずはここから探すことにしました。3dBで能率は2倍とのことでなるべく高いもので、せめて100Hz以下は再生できるスピーカーというと10cmは必要のようでしたので、10cmのフルレンジとしました。
10cmのフルレンジは、FF-105WKとFE-103Enの２種類があり、価格はほぼ同じです。カタログ値ではFF-105WKは多少低音・高音とも帯域が広いものの若干効率が低く、バスレフ専用となっています。FE-103Enは多用途で、40年前からベストセラーとなっているようです。どちらにしようか迷いましたが、それほど高音にこだわっていませんので、効率を取ってE-103Enを選びました。

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	値	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。

ダクトはデザイン面から4隅に設置する。
ダクトのパーツを交換・出し入れすることで、ダクトの共振周波数を変更が可能。
スピーカーを脱着できるように、木ネジではなく通常のビス止めにする。

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。

周波数特性図

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

トップページに戻る遠いページ番外編に戻る