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2014年1月26日日曜日

中低音ウッドホーンの検討(3)~fc50hz/60hzのホーンの構造計算~

モックアップを作った時には、自分で構造の計算をせず、すでに計算をされた例をネットで見つけてその計算を使用しました。

今回改めて、自分で計算を試みましたが、意外と簡単に出来るので、以下に示します。

なおホーンスピーカーの本としては、誠文堂新光社(現在は誠文堂)の「ホーンスピーカー設計・製作法」新井 悠一著 が最も詳しいでしょう。

残念ながら、絶版となっており、私は横浜市図書館で借りて、必要な部分をコピーして使っています。

以下はその本から、エッセンスを書き、式に基づいて私がエクセルで計算した結果です。

ホーンスピーカーには、①エクスポーネンシャルホーンと、②ハイパボリックホーンがあります。


①エクスポーネンシャル
指数関数ホーンと言われて、開口部の断面積変化が指数関数的に増加するホーンで次式であらわされます。

S = S0×emx         (自然対数のmx乗)
 
は、ホーンドライバー開口面積(スロートアダプター直後)で、xはそこからの距離、Sは距離xの
場所のホーン開口面積です。
 
mはフレアコンスタントといい、
m = 4πfc÷C 
で、fcはカットオフ周波数、Cは音速です。
 
 
 
エクスポーネンシャルホーンはfcよりも、かなり余裕のある領域では、ホーンを小さくできるというメリットがある反面、fc近辺ではレベルがかなり落ちることが上記の本のp19の図1-1-10でも示されています。

また幸せの黄色いホーンというブログでは、EVからJBLに移籍したD.B.キール氏の論文も示されており、少し大きくなるが、fcぎりぎりまでレベルの落ちないハイパボリックホーンで設計することとします。 http://kiirojbl.web.fc2.com/audio/audio77.htm


②ハイパボリックホーン
これは開口部断面積が、双曲線関数によって拡大するもので、次式であらわされます。

S = S0×(cosh mx + T × sinh mx)
Tは定数で0から∞までの値をとります。 T=1の場合、この式はエクスポーネンシャルホーンと同様となります。

また前述の本の図1-1-10にはTが1.0から0.4までのfc近辺での周波数特性の計算事例が示されており、結果Tを0.6程度に選択すればよいことが示されています。

Tを0.6として、fc = 50hzの場合と60hzの場合、計算した結果を、表ー1として示します。

なおこのSは、YL7500g(2インチドライバー、60hz~ )を使用することを前提として、計算をしました。


表ー1 ホーンスピーカーの構造計算結果

距離   (cm)fc(カットオフ周波数)fc(カットオフ周波数)
50hz60hz
開口面積(cm2)開口部辺(cm)開口面積(cm2)開口部辺(cm)
019.6 4.4 19.6 4.4
1022.2 4.7 22.8 4.8
2025.4 5.0 27.0 5.2
3029.6 5.4 32.6 5.7
4034.8 5.9 39.8 6.3
5041.1 6.4 48.9 7.0
6048.9 7.0 60.5 7.8
7058.3 7.6 75.0 8.7
8069.8 8.4 93.3 9.7
9083.6 9.1 116.1 10.8
100100.3 10.0 144.7 12.0
110120.5 11.0 180.4 13.4
120144.7 12.0 225.1 15.0
130173.9 13.2 280.9 16.8
140209.1 14.5 350.5 18.7
150251.4 15.9 437.4 20.9
160302.4 17.4 546.0 23.4
170363.7 19.1 681.5 26.1
180437.4 20.9 850.6 29.2
190526.2 22.9 1,061.7 32.6
200632.9 25.2 1,325.3 36.4
210761.3 27.6 1,654.3 40.7
220915.8 30.3 2,065.0 45.4
2301,101.7 33.2 2,577.7 50.8
2401,325.3 36.4 3,217.7 56.7
2501,594.3 39.9 4,016.5 63.4
2601,917.9 43.8 5,013.7 70.8
2702,307.2 48.0 6,258.5 79.1
2802,775.5 52.7 7,812.3 88.4
2903,338.8 57.8 9,751.8 98.8
3004,016.5 63.4 12,172.9 110.3

この計算結果から、fcが60hzでも、ホーン長を3mとすると、軸距離が10cm増加して辺が12cm増加なので、ホーンマウスの傾きはまだ45°に達していません。

前述の本にも、45°を超えると、ホーンをそこで切っても、周波数特性が暴れないことが判っていると記されています。

しかし、私の部屋では5mなんて長さのホーンを収納は無理なので、多分250cm以上のホーンマウス部を急激に広げるような設計にして、指向性を改善することになるのでしょう。

このバランスをどうすべきかは、前述のD.Bキル氏の論文など(即ちJBLなどの先行事例)がないか時間を見つけて調べましょう。

次に設計では、3m前後の長さを、
①どう折り曲げるか、
②直線部は、ソフトメイプル集成材を四角錐状に張り合わせるとして寸法配分をどうするか、
③曲線部は無線と実験1979年12月号に記載の岩田式ホーンを真似て、E-206樹脂http://www.bldy.jp/buibetu/konishiE206.pdf
を使用して、モルタルをミックスして曲線部ができないか(多分木製は困難か?)
④重量的には結構なものが、モックアップを作るとバランスが重要だとわかる。 
即ちおもりをつけないと自立しない。  どう設計?
地震でも怪我しないようにしないとな。

などの点を検討する必要がありそうだ。 あ~あ。

 

2014年1月19日日曜日

正月のお参り

今年は元旦に、東戸塚の白幡神社に、6日(月)は阿波座さむはら神社、7日(火)は目黒白鳥神社、そして10日(金)には、今宮夷にお参りしてきました。

今宮夷は、なんば駅~今宮夷~恵美須町の間に出店が多く出ており、昨年同様、お参りに多くの方がこられていました。

 
 
 
 

手作りアンプの会関東三土会(第153回)に参加

18日(土)13:00から、秋葉原で三土会に出てきました。  




会員の石田さんがベリンジャーDCX2496(チャンネルデバイダー)のディジタル化改良キットを提案され、1週間前には10人以上参加した製作会があったのですが、参加できないでいました。
http://milestone.at.webry.info/201401/article_5.html

参加の目的は、石田さんからこれをいただくことでしたが、三土会がどうなのか興味があり、16:30頃閉会になるまで参加。

私も、手作りアンプの会へは、2年ほど前に参加しましたが、三土会への参加は初めてでもありました。

会はホームページを有して、私のブログも多くの会員の方にご覧いただいています。
http://tezukuri-amp.org/

三土会の名前の由来は、第三土曜日に開かれるからで、昨日は最初に20名が参加し、あと続々と集まったので30名以上でしょうか。

会員が工夫して制作したアンプ、スピーカー、録音ソースなどが一人10分ほどの持ち時間で紹介されてゆきます。

会場は、和泉橋区民館の3Fの和室で、40畳ほどもあり、大きな音で聴くにはもってこいの場所で、毎月の例会としては驚くほど、多くの作品が紹介されました。

アンプ、スピーカー、録音などのテーマで14テーマの報告があったのですが、詳細はたぶん先ほどのホームページに掲載されることと思います。


私の感銘を受けたのは、

①大橋さんの200W×2ch D級アンプが、パーカッションのキレ味よくなっていたこと。電源を相当余裕のある設計で作られたと。

②関澤さんのアイスパワーアンプが、筐体、ボリュームなどの機構部分、部品や、ノイズ防止対策に大変な努力をされ、音に結果が出ていそうなこと。

③石田さんの電流アンプ対応スピーカーで、低音域でピークのあるインピーダンスをLCR回路を並列し抱かせて保証(フラット化)している。  超小型のスピーカー(3リッター密閉)なのにどうしてこれだけの音が出るの?http://milestone.at.webry.info/201401/article_7.html

④佐藤さんの試作ウーファーに至っては、どういう構造かよくわからないが、通常のとまったく構造が異なることが一目でわかる。 こういうチャレンジをされることだけで喝采です!

その他書けば尽きないが、私よりももっと多くの時間をつぎ込んで、オーディオにのめりこんでおられる方を見つけて、これは頑張らねばと思いましたね。

なお例会は、会員でも非会員でもたぶん一回500円の会費を払えば、出席は可能のようですから、たまたま秋葉原に買い物に来られた方も足をはこばれてはいかがでしょうか。

名札を次回から持って行き名前を覚えていただこうと(多くの方がそうしています)。



 
 
会員の作品に聞き入るみなさん。
 
 
並べられた作品群。 逆光で、ipadでの撮影でフラッシュ無で見にくいですが。
 
 

2014年1月14日火曜日

中低音ウッドホーンの検討(2)~基本設計~

モックアップを作ってみて、判ったことは、ホーンドライバーとホーン開口部をどういう配置にしたらよいかということでした。

何しろ、小さな部屋に延長が2mを優に超えるホーンを持ち込むには折り曲げないといけないが、折り曲げた時に、ホーンのどこかが、ドライバーと干渉しないようにするにはどうすればよいのか。

以下に図面を4枚示します。 例によって、写真でとったもので見にくいが。


図ー1 ホーン全体図

もう少し、スマートな見せ方がないかと自分でも思いますが、エクセルも会社で使うのが大したレベルではなくご容赦お願いします。

この図では、詳細が分からないだろうと思って、分割で3枚以下に図面を示します。


図ー2開口部

ここは、ホーンの最端部分(開口)で、設計とは違って最後は開口をより開く設計。
かつ、ベースメントを平らにすると、上面はどういう形になるかを破線で示しています。



図ー3 ホンー中間部

この図面の右上には、ホーンの中心線がどう3次元で設計されるかを書いたのですが、モックアップではホーンドライバーの位置をこれから90度変更しました。  すなわち干渉するからです。

なお図面下部に、S-○だのB-×だのと書いているのは、
S-は直線部という意味で、木製で作るつもりですが、後の数字は1-upで部品番号と思ってください。

B-は曲部分で、ここは側面は木でも、曲げ面は樹脂+セメントかと思っています。  過去のMJ無線と実験を見てゆくと、色々なホーンの製法が紹介されており、この曲げ部は木で作るのは難しそうですね。

いつも思うが、できてからブログに載せたほうが良いのにね。


2014年1月4日土曜日

中低音ウッドホーンの検討(1)~モックアップの制作~

現在、3 WayのホーンSystemで聴いていますが、低音部がBackload Hornであり、ドライバーはフォステクスの30cmコーンスピーカー。

これをフロントロードにしてコーンが追放できないかと。

ドライバーは未入手ですが、世界的に見ても中低音(BMS4592では200Hz以上が可能だが、100Hz以下をなんとか出来ないか)が可能なホーンドライバーは日本のYL音響とその血を引くゴトーユニットだけのようです。

YLで言うと、D1250/7500/5500/3500/1800というシリーズと、一桁ずつゼロが多いシリーズ、逆にゼロが少ないシリーズ等が、過去に販売されています。

いずれ7500G(60Hz~数百Hz)を入手することを前提に、ウッドホーンを自作をするべく検討をします。  

fcを50Hzにした設計がネット上にあったので、そのまま使わせていただいたのですが、本当に作る際には、自分で再計算するつもりです。

やはり長さは2,000mmを超えるので、折り曲げないといけないですが、ドライバーがホーンと干渉しないようにしないといけない。  

LH-5や、MB-90というYL製のホーンがありますが、その形を真似するのではなく、自分の部屋とあった形を追求するつもりです。



そこで、ミニチュアモデルを作ってみようと、5mm厚のバルサで1/5モデルを作ることにしました。

出来栄えは、あまりよくないが気にしない・・・ 目的は、ホーンの全体のバランスの設計の為だからね。  

 
 
 
 


本当は、3D 設計CADが操れば、何てことはないのでしょうがね!