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2014年2月22日土曜日

中低音ウッドホーンの検討(8)~開口面とfcの関係の調査~

前回のブログで書いたように、自室の制限を前面に出せば、ホーン開口面に制限が出てくるのですが、開口面がfcを決めるという記述も調べてゆくとあります。

例えば亡くなった瀬川冬樹さんのステレオのテクニックhttp://www.audiosharing.com/people/segawa/technic/technic_25_1.htmには、
「ホーン・スピーカーの低音の限界は、ホーン開口部の周囲の長さが、波長と等しいところまで、と決まっています。」
と記載があります。

また亡くなった高城重躬さんの本にも同様のことが書いてあったように思います。

しかしハイパボリックホーンやエクスポ-ネンシャルホーンの理想式(理想ホーン)にはこういう項目はないのでもう少し調べてみることにします。

この関連の最初の統計だった著書は、私も学生時代に2単位講義を受けた早稲田大学理工学部電気通信学科教授の伊藤毅先生が書かれた、「音響工学原論」のようで、現在もアマゾンで上下2巻手に入りますが、幸いにも大学のサイトでPDF版が読めます。http://www.acoust.rise.waseda.ac.jp/publications/onkyou/onkyou.html

伊藤研究室は、私が卒論でお世話になった副島光積先生の研究室と同じ4Fの、ちょうど対角辺がわにありました。  

副島研の横は、あとで電子通信学会会長になられた堀内研やその先にはお仲人をお願いした香西寛先生の研究室、早大総長になられた清水研がありましたね。

論文もwebに掲載されていますが、s44年からしかないので、スピーカーの研究などはすでにテーマではなくなっているようです。

同窓の大塚君や、卒業後SONYに入りスピーカーを作っていたが惜しくも自転車事故が原因で数年前に亡くなった福田裕君が先生と共著で出した論文が見られ懐かしいです。

さらに論文を見てゆくと、1bit高速符号化やΛ∑変換の論文が多くあり、日本がリードしたのでしょうかAD変換やDA変換に研究室も貢献していたのだとわかりました。 今はDACで日常使用する技術ですね。
http://www.acoust.rise.waseda.ac.jp/index.html

ノスタルジアにふけるのはこの辺にして、更にホーンの形状に関する文献を探します。

1)「幸せの黄色いホーン資料室」にあった、アルカテルの複合コニカルホーンとその、DIY版の紹介です。http://kiirojbl.blogspot.jp/2013_02_01_archive.html

複合コニカルは私が11枚の集成材を張り合わせて疑似曲面を作ったのとは異なり、直線の組み合わせなので、基本的に作り易いし、偶然にもドライバーが同じBMS4592ndなので紹介しておきます。

2)アバンギャルドのスピーカの設計の記載がありました。
http://www.phileweb.com/review/closeup/g2/history.html
ここでは、開口面角度が45°のフルホーンではなく、90°まで開く(原文は180°)のが良いとされた設計になっていること、キャパシターを厳選してHPフィルター(6db/oct)としているが、100vをかけて、ひずみをさけているとか。

このブログでも紹介したJBL特許のチャージカップルと同じ発想だと思われます。

さて、このブログを書き始めた目的の、開口面がホーンのfcを制限するかどうかについては、まだ適当な資料が見つかっていませんが、みなさんのほうで、何か資料があれば教えてください。




 

2014年2月15日土曜日

関東2度目の今度は記録的な大雪

昨日は大阪日帰り往復でした。

朝の新幹線(7:09新横浜発)も、特に大阪地下鉄御堂筋線も人が少なく、みなさん避けたなと。

でもこちらは、外せない打ち合わせがあったので。  

午後3:30終わるころ、私の関東の事務所は皆早く返す事になったと。事業部長に連絡したら多分すでに、自宅近くで雪かきモードの様子(これ1時間後)。  

あわてて、私も早めに帰路にについたが、それからが大変だった。

40分遅れで8:30に新横浜に。 

横浜へ着くと横須賀線はとまっている。  頼りは、東戸塚では横須賀線だけなのに・・・・

やむなく、東北大震災翌日も使った横浜-東戸塚行のバスに乗って11時にやっと家につきました。

i-padで写した写真のアップが遅れていますが、とりあえず報告します。

 

2014年2月11日火曜日

中低音ウッドホーンの検討(7)~製作図面①~

fc=60hz、マウス面vs軸角度=21°、開口104cm×60cm、全長270cmの中低音ウッドホーンの図面をとりあえず、書くことにします。

私が、今まで作ったスピーカーは、1mmの方眼紙に手書きで書いて、これを横浜東急ハンズに持って行って加工していただきました。

今は横浜東急ハンズの木工部門がなくなり、渋谷に行くか近くでクラフトショップを探さないといけませんがまずは図面です。

今回は、以前に一回試みたエクセル図面で方眼紙を作り、その上に書くことにします。

この方法はエクセルに慣れれば、そのうえでいろいろ形を変えて作り直したり、消したりして、それぞれを別のバージョンとして保存も比較もしやすい利点があります。

まずエクセルで方眼紙を作りますが、web上に作り方も出ています。

http://www.ysn21.jp/tetras/A/AF/AF_02.html
によれば、1cm四角を作る際に42ピクセルでは10cmで1.8mm短く、43ピクセルでは3
mm長くなると書かれていたので、5cmを42ピクセル3個と43ピクセルの混成で作りました。
これなら1mでの誤差が6mmで済み、neglgible smallです。

今回は、上記方法で1cm方眼紙を1.1m×3.0mサイズでエクセルで作り、そこにホーンの形をおとしてゆきます。

なぜこういうことをするかの理由は、
①断面が何処でも正方形なホーンを作るつもりはなくて、ベンドの部分もできるだけ長辺か短辺の一方のサイズ固定して作り易くしたい。
②長手方向にしっかりした図面を作って、どこをベンドにし、どこをストレイトにするか、辺の寸法をどうするかを検討したい。

 
あまりうまく写っていませんが、VAIOで作成した、ホーン全長の断面の上半分を示します。
左端が、ホーンドライバー側で、右端がホーンマウス開口面になります。
 
 
この写真は左端の部分でドライバー側です。
 
 
この写真は右端でマウス開口面側です。 
 
マウス開口面では、79.1cm×79.1cmの開口面が必要ですが、私の部屋に収まるように60cm×103cmにして断面積は守る。
 
途中の部分も、正方形ではなく製作のおさまりやすさなどを考えて、しかし断面積だけはできるだけ忠実にハイパボリックの計算式を守ろうと考えています。
 
 夕方追記:
 
設計をマウス開口部から進めてみることにします。奥行きはaboutに考えても、フラットな底面が40cm程度ナイト安定しないか? それからベンドを設けるが、インナー側のrを頑張っても10cmというところでしょうか?・・・・・あとは適当になりましたが:
 
 
 
 
見えますかね? 画面をクリックしていただくと、もう少し見やすくなると思います。
 
開口部は103cm(内寸高さ)×60cm(内寸幅)なので、板厚2cmとすると、もう少し大きくなりますが、中には桟のような補強が必要でしょう。
 

直線部とベンドは別々に作って、それぞれ両端には端面板を作り、端面板同士をねじ止めして分解ができる構造にしたい。
 
左側が直線部分ですが、シンメトリックには作らずに、左側ホーンは壁面は横壁に外側面を平行にして、内側面は内側を向ける形を考えます。
 
新井先生の25cmエレクトロボイスウーファーを使用したボックスが、同じような構造なのを前にしてみるつもり。
 
 
 
 
 
 
 

 

私のブログの閲覧者

いつも、このブログを見ていただいてありがとうございます。

今朝は、まだ先週末に降った、関東では数十年ぶりの大雪が残っておりテニスに行くことできない。  雪がどうだったか、ブログに自分で写真をあげようとも思ったが、ここではマンションのホームページに掲載の写真をご紹介しいます。
http://park-rijikai2.sakura.ne.jp/index.html


ゆーみんを聞きながら、ブログを見ている皆さんについて、ブログの機能から調べてみました。

私のブログは無料のグーグルのおまけブログです。

閲覧をされている方の国籍が判るのですが、びっくりしたことに、今の瞬間は、日本人1名、米国人2名がごらんになっており、

①P650バックロードホーン
②JBLチャージカップル回路の試作例
③吸音パネル

などをご覧いただいていることが判りました。

今週は何が一番見られているかを調べると、最近掲載した中低音ホーンの検討が上位に上がっており、一応ブロッガーとしては安心。

開始以来の全期間では、日本人の方が90%で、米国、ロシア、カナダ、ドイツ、ウクライナ、韓国、中国と続いて合計が約10%です。

テーマがオーディオ自作に偏っているので、外国の愛好家の目に留まるのでしょうか。

いずれにしてもグローバル化をここでも見た思いがします。
 

2014年2月9日日曜日

中低音ウッドホーンの検討(6)~Hornrespソフトによるシュミレーション~

ショートカットホーンの構造が何処まで短小化が許されるのかを調べていたら、購入していた新井悠一先生の図書の中でしっかりと議論がされていた。

図書の名は、「高品位スピーカーシステム」で、誠文堂新光社が2008年に発行しており、まだ秋葉原では売っていたように思います。

第5章の5項がホーンスピーカーの設計と特性シュミレーションとなっている。

ホーンスピーカーに設計については、2種類のwebサイトで計算ができることが書かれています。
Single Driver Website: http://melhuish.org/audio/horn.html
Sonic Design: http://www.sonicdesign.se/horncal.html#5.%20Ordering

特に、興味を持ったのは、
hornrespというサイトhttp://www.users.bigpond.com/dmcbean/では、ホーンの構造を色々と変えた場合の、特性シュミレーションが可能だということ。

ホーンは最大4種類の複合構造のホーンの検討が可能で、第一から第四まで、それぞれ、
①トラクティックホーン
②エクスポーネンシャルホーン
③ハイパボリクホーン
④コニカルホーン
の形状を自由に選択ができるようです。

設定画面を以下に貼り付けます。

 
 
 
 
設定が終わると、計算が開始されて、
①軸上周波数特性
②指向特性
③音響インピーダンス特性
④電気インピーダンス特性
が算出される。
 
本ではp231から、トラクトリックホーンのショートカット特性について数ページ計算例が示されています。
 
マウスが開口面の軸に対して、45°のホーンと22.5°のショートカットホーンの比較においては、90°のフルホーンに対して、開口面積が1/2、1/4に小さくなる。 ちなみに私の中高音2インチウッドホーンは45°の設計です。
 
音響インピーダンス特性は45°で「ある程度」、22.5°では「かなり乱れる」。
 
しかし、軸上のレベル周波数特性は、40°は「ほとんど暴れがない」し、22.5°でも筆者は「かなり乱れている」といわれるが、私の眼にはそのグラフは許容範囲以内。
 
「リスニングルーム寸法やホーン製作の予算、また製作のしやすさといった観点で得られる特性をPC上でシュミレーションしながら自分にとっての最適値を見出していくことが大切です。」と新井先生が言われており救いです。
 
これから、もう少し形状を考えるが、図書の中の軸上レベル周波数特性を見る限り、22.5°のショートカットホーンで私の場合は十分としましょう。
 
低域はYL音響のドライバー7500gの下限60hzからとして、ホーンのfcは少し下げて50hzで設計するが、マウスvs軸角度は22°あたりにすればいいな~  と思って計算です。
 
今までと同じようにかットフ周波数と、ホーンマウスvs軸角度で振って計算をした結果が以下の表ですが現実はそう甘くないな。
 
表ー1 中低音ホーンの設計(ハイパボリックホーン)

fc    カットオフ 周波数構造ホーンマウスvs  軸角度(°)
45°22°
30hzホーン長(m)7以上6.5
開口辺(m) 1.44
40hzホーン長(m)5.84.5
開口辺(m)2.841.09
50hzホーン長(m)4.43.4
開口辺(m)2.310.92
60hzホーン長(m)3.52.7
開口辺(m)1.920.79
 
シュミレーションは別途するにしても、我が家で開口辺の制限があります。
 
現在使用している、バックロードホーン(BH)の場所に中低音ホーンを置くとすると、BHの幅高さが0.5×0.9なので、このほかにサブウーファー(60hz以下)がいるでしょうから、あまり大きくできない。  この計算結果では50hzは無理だあ。
 
カットオフ60hzで、22°の場合、開口辺0.79なら、幅80cm×高さが置ける最大でしょうか。
 
これ以外は、fcを上げるしかない。
 
何とか頑張って60hzからホーンを使ってみたいですね。
 
 前にもブログでお話ししたように、私の部屋の定在波が60hz台から上なので、この辺りはショートカットホーンの影響以上に定在波で周波数特性が滅茶苦茶なのです。
 
ショートホーンにしてもあまり影響はないでしょうと・・・・・少し無茶な話かもしれないが。
 
 

 

2014年2月2日日曜日

中低音ウッドホーンの検討(5)~先行事例の調査~

今日は日曜日で朝から家に。  ネットをあちこち見る時間があったので、いろいろ調べてみました。

ホーンを使っておられるサイトは、沢山あって時々拝見させていただいていますが、

1)黄色いホーンhttp://kiirojbl.blogspot.jp/
JBLのホーンを中心に、色々なメーカーのドライバー、ウーファーの紹介も。 ホーンの形状の特許なども、米国特許から紹介。
2)ダークサイドへようこそhttp://kiirojbl.blogspot.jp/
ヨハネスさんが、とんでもない大型システムを、伊佐治さんの本によると5階建のビルの中に所有しておられるとか。
この2例は、いつもお邪魔しているシステムです。 その他、横須賀の大型ホーンシステム(http://www.ric.hi-ho.ne.jp/audio/)や、練馬式(http://kamemari.cocolog-nifty.com/blog/2013/12/yl75000-2--72d9.html)なども。

今日はもう少し探してみると、
http://pav.log2.me/1005087296.htmlという情報があり、その中にYLの低音ドライバーD-1250のホーンを木製で自作された方の記事がありました。
 
一部を以下に紹介します。
 
++++++++++++++++++++++++++++++++
現在、私は中古ではありますがYLの5ウェイオールホーンフルシステムを手
に入れ、日々、ジャズなどを聴きまくっております。あの日のお奨めどおり、
低音ホーンと中低音ホーンは自作となっています。また、駆動するアンプも自作
の石アンプです。球アンプも持ってはおりますが、YLにだけは球アンプをつなぎたくありません。この気持ちも、きっと理解していただけると思います。

さて、ご質問の低音ホーンについてですが、69さんが書かれているとおり、
異次元の音です。
春風のように爽やかで、生命力に満ちあふれた低音と言ったら誉めすぎでしょうか。
JBLのロールエッジタイプのような重々しい低音ではありません。フィックスド
エッジタイプの乾いたスピードのある低音のほうに近いかもしれませんがやはりちょっとちがうようです。また、金田式アンプの力でねじ伏せたような、金田氏
謂うところのうねるような低音もすばらしいのですが、それとも違います。
この軽々とくり出される低音は、やはりコンプレッションドライバー特有のもの
ではないでしょうか。

私が自作した低音ホーンは、木製の折り曲げ式ホーンで、古いYLのカタログ
を参考にして、カットオフ25ヘルツで設計したハイパボリックホーンです。
YLの低音ホーンLH-5よりも一回り大きくなってしまい、高さ2.2,2.7,
奥行き0.9mで、ホーン長は7mです。
心配されているような、時間の遅れはまったく感じられません。低音ドライバーD-1250と中低音ドライバーD-75000のクロスは100ヘルツですが、40ヘルツで10dBほどのローブーストをかけています。このぐらいのローブーストでようやく聴感上フラットといった感じです。
このローブーストは50ヘルツ以下でかけるのが重要なポイントで、クロス付近
の100ヘルツあたりでブーストすると音が濁ります。
+++++++++++++++++++++++++++++++++
 
 
良さそうですね。

でも高さ2.2mは別として、幅2.7mは低音を3Dで作るなら別ですが、できれば、今のウーファー同様0.6m幅に抑えたい。  また別の場所にYLから、木製で作るなら厚さが50mmいるといわれたとのことです。 従って、7m長は結局無理で、ショートホーンにしてfcの2倍程度上からつくるのが、やはり正解でしょう。

モックアップを作って分かったのは、重心が高く、何か支えがないと自立すらできないので、地震の為の対策は床面にエクスパンションボルトでも立てて、括り付けないといけないのかな。







2014年2月1日土曜日

中低音ウッドホーンの検討(4)~ショートカットホーン~

鮫猫BBMさんの情報をいただいて、

①フルホーンまでサイズを確保するとしたらどうなるか。
②所詮フルサイズホーンは無理として、fcをさらに下げて、ショートカットホーンを設計するが、fc近辺の周波数の暴れを避けて、fcより高い周波数で使うとすればどうなるか。

を検討するために、ホーン長を7mまで計算し、fcを30hzの場合を追加したのが、以下の表です。

開口部辺増÷距離増をつけたのは、開口部の開口面に対する角度を見たいため。
この数値が2となると、角度が45°で、フルホーンになることを意味しています。

この結果、
fcが50hzの場合は、ホーン長が4.4mで開口部の辺は2.3m必要、fcが60hzでもホーン長は3.5mとなり、開口部の辺は1.9m必要となります。

いずれにしても、フルホーンは無理!

それなら、ホーン長は、折り曲げて稼いで、開口部の辺はあまり大きくせず(部屋の関係で無理)、fcを下げて設計するが、使う周波数はfcの2倍程度にして、暴れを防ぐ方法があるなというのが、fcを30hzとした設計です。 30hzが良いのか、もう少しあげても良いのか・・・・・

リスニングポイントは、一人で聞いていいるので、ワンポイントです。 指向性の改善はあまり必要なく、ましてや低音なので、指向性の問題はないだろう。

そうすると、fcをグット下げて、ホーン長はある程度とって、最後にワット広げてやる設計。
4m長の最初の3.7mはfc=30hz設計で、最後の0.3mをfc100hzとするダブルコニカルのような設計はどうかと。  

0~3.7mまでは、数個の四角垂をつなぐイメージ、即ち計算どおりの曲面を作るのは難しいので、20mm厚のソフトメープル集成材で四角垂を作って、90°ベンドでつなぐイメージです。

90°ベンドは古い無線と実験に掲載されている、二液混合エポキシ系樹脂を、セメントに混合してつくれるなと。

それぞれのベンドと四角垂は両端に端面をつけて、ねじ止めでしょうか。

全部樹脂で作るのは、いずれこれを壊す時に、とんでもない産業廃棄物となるので止めです。
私の実家が伊丹でしたが、引き払う際に古くからあるものを処分するのに苦労したし、基本は木製です。

ホーンドラーバーとして念頭に置いている、YL7500gは今やカタログ・仕様書類はないでしょうが、60hz以上が帯域となっていますので本当に使えるかどうかはありますが、60hz以上で使用可能な設計としたい。


距離   (cm)fc(カットオフ周波数)fc(カットオフ周波数)fc(カットオフ周波数)
30hz50hz60hz
開口面積(cm2)開口部辺(cm)開口部辺増÷距離増開口面積(cm2)開口部辺(cm)開口部辺増÷距離増開口面積(cm2)開口部辺(cm)開口部辺増÷距離増
019.64.4  19.6 4.4  19.6 4.4  
1021.02234.6 0.0 22.2 4.7 0.0 22.8 4.8 0.0
2022.70164.8 0.0 25.4 5.0 0.0 27.0 5.2 0.0
3024.65865.0 0.0 29.6 5.4 0.0 32.6 5.7 0.1
4026.91715.2 0.0 34.8 5.9 0.0 39.8 6.3 0.1
5029.50485.4 0.0 41.1 6.4 0.1 48.9 7.0 0.1
6032.45325.7 0.0 48.9 7.0 0.1 60.5 7.8 0.1
7035.79866.0 0.0 58.3 7.6 0.1 75.0 8.7 0.1
8039.58166.3 0.0 69.8 8.4 0.1 93.3 9.7 0.1
9043.84886.6 0.0 83.6 9.1 0.1 116.1 10.8 0.1
10048.65217.0 0.0 100.3 10.0 0.1 144.7 12.0 0.1
11054.05047.4 0.0 120.5 11.0 0.1 180.4 13.4 0.1
12060.10967.8 0.0 144.7 12.0 0.1 225.1 15.0 0.2
13066.90398.2 0.0 173.9 13.2 0.1 280.9 16.8 0.2
14074.51638.6 0.0 209.1 14.5 0.1 350.5 18.7 0.2
15083.049.1 0.0 251.4 15.9 0.1 437.4 20.9 0.2
16092.57919.6 0.1 302.4 17.4 0.2 546.0 23.4 0.2
170103.2510.2 0.1 363.7 19.1 0.2 681.5 26.1 0.3
180115.18410.7 0.1 437.4 20.9 0.2 850.6 29.2 0.3
190128.52711.3 0.1 526.2 22.9 0.2 1,061.7 32.6 0.3
200143.44112.0 0.1 632.9 25.2 0.2 1,325.3 36.4 0.4
210160.10912.7 0.1 761.3 27.6 0.2 1,654.3 40.7 0.4
220178.73513.4 0.1 915.8 30.3 0.3 2,065.0 45.4 0.5
230199.54714.1 0.1 1,101.7 33.2 0.3 2,577.7 50.8 0.5
240222.79814.9 0.1 1,325.3 36.4 0.3 3,217.7 56.7 0.6
250248.77515.8 0.1 1,594.3 39.9 0.4 4,016.5 63.4 0.7
260277.79316.7 0.1 1,917.9 43.8 0.4 5,013.7 70.8 0.7
270310.20917.6 0.1 2,307.2 48.0 0.4 6,258.5 79.1 0.8
280346.41818.6 0.1 2,775.5 52.7 0.5 7,812.3 88.4 0.9
290386.86319.7 0.1 3,338.8 57.8 0.5 9,751.8 98.8 1.0
300432.03920.8 0.1 4,016.5 63.4 0.6 12,172.9 110.3 1.2
310482.49922.0 0.1 4,831.8 69.5 0.6 15,195.1 123.3 1.3
320538.85823.2 0.1 5,812.5 76.2 0.7 18,967.7 137.7 1.4
330601.80724.5 0.1 6,992.3 83.6 0.7 23,676.8 153.9 1.6
340672.11525.9 0.1 8,411.6 91.7 0.8 29,555.1 171.9 1.8
350750.64327.4 0.1 10,119.0 100.6 0.9 36,892.7 192.1 2.0
360838.34929.0 0.2 12,172.9 110.3 1.0 46,052.2 214.6 2.3
370936.30830.6 0.2 14,643.8 121.0 1.1 57,485.6 239.8 2.5
3801045.7232.3 0.2 17,616.1 132.7 1.2 71,757.7 267.9 2.8
3901167.9134.2 0.2 21,191.8 145.6 1.3 89,573.1 299.3 3.1
4001304.3936.1 0.2 25,493.3 159.7 1.4 111,811.5 334.4 3.5
4101456.8238.2 0.2 30,667.9 175.1 1.5 139,571.2 373.6 3.9
4201627.0640.3 0.2 36,892.7 192.1 1.7 174,222.8 417.4 4.4
4301817.242.6 0.2 44,381.2 210.7 1.9 217,477.4 466.3 4.9
4402029.5645.1 0.2 53,389.5 231.1 2.0 271,470.9 521.0 5.5
4502266.7447.6 0.3 64,226.4 253.4 2.2 338,869.4 582.1 6.1
4602531.6450.3 0.3 77,263.0 278.0 2.5 423,001.1 650.4 6.8
4702827.553.2 0.3 92,945.6 304.9 2.7 528,020.4 726.7 7.6
4803157.9456.2 0.3 111,811.5 334.4 3.0 659,112.9 811.9 8.5
4903526.9959.4 0.3 134,506.8 366.8 3.2 822,752.0 907.1 9.5
5003939.1762.8 0.3 161,808.7 402.3 3.6 1,027,018.1 1,013.4 10.6
5104399.5266.3 0.4 194,652.3 441.2 3.9 1,281,997.7 1,132.3 11.9
5204913.6770.1 0.4 234,162.4 483.9 4.3 1,600,281.5 1,265.0 13.3
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