2015年11月8日日曜日

スピーカ設計や使い方の難しさ・接続ケーブルの長さで音が変化してしまう現象

インターネット上のspiceモデリングサイトを参考にしてスピーカのモデリングを試してみました。

電気系だけのモデルです。
困ったことに70[Hz]近辺の可聴領域の低い音域に位相の変曲点があり、共振と思われる現象が発生しているようです。
JIS規格にこの70[Hz]の共振周波数規定がありました。なぜ、そのような規定があるのか不明です。

よく見かける8Ωのダミー抵抗ですませてしまうスピーカ等価回路は、回路特性のより正確な評価用としては使えないかもしれません。


スピーカの電気系だけのモデルの利得と周波数特性例

可聴領域周波数の電気信号の波長は、使用する部品サイズに対して非常に長いので、接続ケーブルを含めたスピーカ回路は、(分布定数回路では無く)集中定数回路と近似モデル計算して見て良いことが予想されます。

スピーカへの接続ケーブルの長さで音が変化してしまう現象も、接続ケーブルを集中定数のRLC回路と考えて解析できそうですが、やさしくはないようです。


このサイトを見ると、スピーカの機械系までモデリングが検討されています。

スピーカのコイルは音が出るとき磁石の上をスライドして動くので、時間的、動的にボイスコイルが反発する起電力も発生してしまい、それが音が出る全時間領域で回路定数が動的に変化させるという・・・。

引用:スピーカの構造図


ライフワークとならないですむように設計方法、別方式がとれないか等々、考えています。この電気現象も電気・電子界隈でもあまり良く知られていない課題の多い分野と思われます。

売っているスピーカをそのまま使えば良いという僕の考え方を反省しています。
光ケーブルならば、過渡現象が発生しないので、スピーカの近くにアンプを配置し、音源デバイスからアンプは光ケーブルで接続とするとか。

市販のUSB接続スピーカは、デジタル処理の遅延時間で、音のタイミングがずれて聞こえるやまびこ現象がおきそうな気がします・・・。

親のためにスペクトラム拡散方式変調のデジタルオーディオ・スピーカを設置したところ、テレビ本体のステレオ音と、その最新式スピーカには音の時間差があり、やまびこ現象で聞くのが不快な音になりました。
従来のアナログアンプ式が無難です。)

パソコン用の安価なステレオスピーカが家電量販店に沢山出ていますが、僕の購入した900円〜2000円程度の安価なものは音質が思わしくなく音楽用途には向いてないと思います。外国から輸入されたようで、日本製ではありませんでした。デザインが綺麗でも音質はNGで実用には課題がありそうに感じます。


参考資料

さらに進化する「スーパースワン」FOSTEX FE108EΣ(高音質)


コンデンサスピーカー作ってみた(クリアな音質)

https://www.youtube.com/watch?v=VTvONDM4qLo


百円ミニスピーカ(簡易用途向け)

SONY社 新型スピーカ(オーディオ向け)


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