低音吸収体BassTrapを作ってみました

リスニングルームの吸音について

WilsonAudioのSabrinaを導入したものの低域の定在波が物凄くなり、とても聴けるバランスではないことは前に話しました。

単に低域が出過ぎではなく定在波効果の悪影響と判断したのは、低域が多すぎる場所が周期的に表れていたからです。部屋のSP設置側の壁、それと反対側の壁、そして部屋の中央(残念ながらここが試聴位置)で低音がブーミーになっていました。

そしてその定在波の周波数は一番極端なのが35Hz あたりです。この領域の吸音体というのは、調べてみると日本ではほとんど売ってません。そもそも100Hz以下の吸音率自体測定されていないものがほとんどです。

ちなみにBassTrapとしてよく見かけるウレタンのギザギザしたものは低音域では全く効果がありません。

低音吸収体には何種類かあるようで

調べてみると100Hz以下の低音を吸音するには

1.高密度グラスウール数十cm(できれば+空気層)

2.ヘルムホルツ共鳴型

3.メンブレン型

の3種類があるようです。

作ったのはメンブレン型の低音吸収体

メンブレン型BassTrapは例えば非常に重い鉛入りゴムシートを張って、その後方に空気層を作ってばねとして働かせ、シートの直後にグラスウール(GW)で音響抵抗を負荷して制動するという原理だそうです。

GWで低域が吸音されないのはGWを音が通過するからなので、いったん膜で音を受け止めて、それを制動するというイメージでしょうか。また、制動がなければパッシブラジエーターと同じ原理だそうです。

海外では結構売っています。例えばこんな感じです。

性能も、100Hz 以下で吸収率1と驚異的です。作るのは大変なので輸入しようかと思いましたが、輸送代が相当高くなるので諦めました。

設計するにはこんなサイトが参考になります。

吸音体の原理を説明しているサイト

メンブレン型吸音体のシミュレーションサイト

メンブレンシート1枚張り(青)と2枚張り(緑)のシミュレーション結果例

実際に作ったのはこんな感じのもの

短辺67cm長辺1mの3角コーナー型BassTrap

ゴムシートは面密度4.2kg/m2という非常に重たいゴムシート2.8mm厚です。持ってみるとずっしりと想像より重いです。何しろ1m2で4kgというのは一昔前の重めのラップトッより重いくらいで、それがぶる下がっているというようなものですから。

メンブレンの重量ゴムシートと布地を張ったところ

音響抵抗としてGWを挿入

3.2kg/m3 5㎝厚を2枚

部屋のコーナー(右)と梁の部分の隅(左)においてみる

DSC_1402

スピーカーの後ろの隅に置いてみたのがこちらです。さて、どんな結果になったでしょうか?

長くなったので結果の続きは次回に

測定器AudioPrecision社製SYS-2722を導入しました

オーディオプレシジョン SYS-2722

測定器AudioPrecisionSYS-2722を導入しました。もちろん非常に高価なので中古です(中古でも相当高いのですが・・・・)。現在テスト中ですが基本的動作に問題はないようです。

1Khzの信号スペクトルを取るとこんな感じです。ベースラインは-140dBあたりになっています。今

まで使用していたローデ・シュワルツ(R/S)社のオーディオアナライザーUPL古い機種ですので、実質-120dBくらいでしたので一桁良くなっていると言えるかもしれません。

またSYS-2722の方は外付けの最新

のPCから制御しますので、その操作性は抜群に向上しています。UPLでは条件設定でいちいちメニューから潜って数値を打たなかったので、それに比べれば雲泥の差です。UPLではではデータのやり取りがフロッピーディスクで事実上できなかったのですが、その点もかなり違います。(UPLが内蔵しているパソコンのOSはwin95の様です。)

SYS-2722はご存知の通りジッターも測定できますので、今後はDAC周りの解析評価もしていきたいと思います。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

測定ソフト「ARTA」を使用したリスニングルームの周波数特性の測定(基礎編)

DynaudioのC4を導入してから、はや2年が経過しました。導入当時におよその周波数特性はこちらのコラムで測定していましたが、その後多少レイアウトを動かしたので再度特性を測って見ました。

測定方法について

測定に使用するソフトとマイクに今回は新しいものを試してみたので紹介します。

測定ソフトについて
これまで、周波数特性の測定は「Myspeaker」というソフトを使用してきました。このソフトは周波数特性だけでなく、累積スペクトル等の表示もできて優れたソフトでしたが、さらに詳細な解析ができるソフトがありました。それはARTAという測定ソフトです。測定項目はほぼ同じですが、痒いところに手が届くというか、詳細な解析を使用する場合はこちらの方が便利です。今回はその使い勝手も検証する意味で、このソフトを使用して簡単な解析をしてみました。
測定マイクも新しく
測定用USBマイクUMM-6測定に使用するマイクはこれまでベリンガー社のECM800と言うものを使用してきましたが、このマイクは48Vのファンタム電源が必要なため、何らかのミキサーのようなものを別途接続する必要がありました。これはこれで面倒なので今回周波数特性の測定用に市販されている、USBマイクを試してみました。

それがこのDaytonAudioのUMM-6というマイクです。電源部も内蔵されているのでパソコンにUSB接続するだけで使用できます。おまけに周波数特性の校正表がついてくるので、より正確な測定が期待できます。

試聴エリアのレイアウトについて
測定時のスピーカーレイアウトimg_20161105_091944_listningspace試聴スペースのレイアウトは少しずつ変わってきています。最近はJBL4429をしまって、C4だけをやや左右に距離を取って置き、さらに50cm程後ろに下げました。これによって音場が左右に広がり、またスピーカーを後壁に近づけたことで低域の厚みが増して、よりバランスが良くなりました。
以前はSPの後ろを通れるようにあけていたのですが、実用性よりも音質を優先したのです。

測定系の特性について

ラップトップPCの音声入出力部の周波数・歪率特性

ラップトップPCの音声入出力部の周波数・歪率特性

測定はラップトップPCを使用して行います。スピーカーの測定の前に、PCのからのオーディオ出力をそのままオーディオ入力に戻して、PC系統の基本性能をチェックしてみましょう。
使用したラップトップPCのオーディオインターフェースには、スピーカー(イヤホン)出力端子とマイク入力端子がありますが、ライン入力がありません。イヤホン出力をそのままマイク入力に接続して、内部ソフトのミキサーでゲインを調節しました。
その時の周波数特性と歪率特性はこのようになりました。
周波数特性は20kHz近辺で落ち込んでいますが、今回の測定には支障はないでしょう。歪率の方は約0.1%で、スピーカーの歪率よりも悪いくらいです。今回の測定では歪率特性は信用できません。歪率特性を測定するには別途外付けのオーディオインターフェースを使用する必要があるようです。

 

インパルス応答を利用した特性解析(基本編)

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インパルス応答波形

周波数特性を測定するだけでしたら、サインの連続波で測定したほうがきれいに測定できますが、今回は訳あってインパルス応答波形から周波数特性を測定する方法を使用しました。インパルス応答波形の測定結果がこちらです。最初のインパルス応答のあと何パルスか壁からの反射波が続いていることがわかります。

imp1-4-fこのインパルス応答から周波数特性を算出した結果がこちらのグラフです(ボタン一つで計算されます)。測定時のマイク位置はレイアウト図でS0の位置です。

10kHz以上で低下していますが、これは測定系に何らかの原因があると思われます。多少の谷はありますが、非常にフラットできれいな特性が得られています。全体の傾向は(10kHz以上の低下を除けば)以前に、サイン波の連続波で取った特性の類似しています。

次に累積スペクトラムを見てみましょう。
imp1-4-acu1imp1-4-acu2
こちらがインパルス応答から算出した、累積スペクトラムです。一般に、累積スペクトラムを時間軸で表すと高域は早く収束し、低域は収束まで時間がかかるので全周波数帯域を観察することはこんなんです。

ARTAでは時間軸を波数で表示することも可能です。こうすると第何波で収束するかという表示になるので過度特性の周波数特性が見やすくなります。

左のグラフは累積スペクトラムのは数表示ですが、低域の方が若干収束するまで時間がかかっていることがわかります(最大20波程度)。スピーカーの構造上の原理を考えれば当然のことで、合理的な結果です。これでもかなり良好に収束している方でしょう。
また20波を過ぎても単発的にピークがありますが、これは壁などの反射による影響でしょう。

 

以上、USB接続の測定マイクと測定ソフトARTAを使用して周波数特性等をざっと測定してみました。ARTAはもっといろいろな使い方ができるソフトです。次回に応用例を紹介します。

アンプ選びは仕様を気にし過ぎてもしようがない? -皮肉な結果にならないために-

最近の問い合わせで気になることがあります。

オーディオアンプの中身にこだわるのは非常に良いことだとは思いますが、その回路や部品に妙にこだわりを持ち過ぎているのではないかということです。

例えば、具体的な問い合わせ内容で、

1.

お客様:出力デバイスは何?

私:バイポーラトランジスタです。

Q:MOSFETの方が音が良かったのでMOSFETのアンプがほしい。

2. 
お客様:ボリュームは何を使っていますか?
私:xxです。
お客様:昔xxを使った(他社の)アンプを聴いたが音が悪かった。なのでそのボリュームを使ったアンプの音質は悪いのではないか。

という感じです。

こちらからすると、昔聴いたアンプである部品を使っていたからその部品がいいとか悪いとかいうその発想自体が理解できないのですが・・・・。

他にも、ほしいアンプには”xx回路”、”yy部品使用”など幾つかの条件があって、そのすべてを満たすアンプを探しているという感じの選び方をされている方もいます。

こういった回路、使用部品で選択するというのは、かえってその人にとって最良のアンプを選ぶという観点からはマイナスではないかと気になります。

例えば一般受けしそうな仕様としては、

MOSFET採用、左右独立電源、大容量電源トランスxxVAを採用

xx回路、大型xxインシュレーター、独自yy方式音量調節、小容量コンデンサ並列接続

4(8)パラ出力段、低負荷(2Ω)駆動能力、有害なNFBを最小限に・・・

などがありますが、これらのほとんどを満たしているアンプがあったら、それは逆に具体的な検討はしないで良さそうな仕様を適当に採用しているだけなので、大したアンプではないのでは?と私だったら逆に思います。

実際に本当にいろいろと試しながらその本質を見極めてアンプを磨き上げていくと、結果的には一般的に好まれる回路構成や使用素子とはまるっきり違ってきたりするものです。一見、回路や使用素子は普通に見えても、本当に音質に効くところは押さえているので音はいいということになるのです。結果は様々ですが、本当にいろいろ検討しているメーカーというのは結構世間一般とは違ったことも言っているものです。

車などでも新xxサスペンションと宣伝しているものよりも、方式自体は新しくなくても素晴らしいサスペンションだったりすることがあるのと同じです。本当に良いものを追求すると中身は相当良くても、案外仕様自体は逆に地味だったりするものです。

全部がそうだというわけではありませんが、一般受けする文言ばかり並べている仕様のアンプというのは実際にいろいろ試しているのではなく、手っ取り早く受けそうな仕様にしているだけだと思いますし、そういうアンプは聴いた人の本音を聞いてみるとやっぱり芳しくないものです。

お客様がアンプ選択の際、テクニカルにいろいろと確かめているつもりが、それがアダとなって逆に悪い機器を選定しているとしたら悲しすぎます。
もちろんある再生システムに対して相性というものはあるので、アンプの音質に関してどういう方向性なのかは重要です。解像度を求めるのか、聴きやすさを求めるのかで選ぶべきアンプは異なるので、方向性が決まったらあとは回路方式、使用素子にこだわリすぎず、むしろこの会社は本当にいろいろ検討しているのか、そういった内容が製品の文面から伝わって来るかで見極めて試してみる他ないでしょう。そういう意味では選択にはある種の感性が重要です。そうやっても必ずしも当たるわけではありませんが、今回はハズレだった、この機器は想像以上だ、そういったことも楽しむこともオーディオの醍醐味というものでしょう。

100%確実に選ぼうと素子や回路にこだわると、逆に100%の確率で良いものを選べないという皮肉な結果になるというお話でした。

電源の高周波ノイズに関する解析 -その2-

以前にAC100Vライン用のノイズ検出器を作った報告をしましたが、今回はそれを使用してもう少し解析を進めた内容を報告させて頂きます。

測定内容
AC100Vライン用の検出器の話は以前のコラムをご参照していただくとして、今回さらにそのスペアナ波形をPCにデータで取り込んで画像化した結果をお見せします。またAC100Vラインそのもの、さらに高周波ノイズフィルターを使用した結果等についての結果を紹介します。

測定結果
これからお見せするのは、家庭のAC100Vラインのノイズ成分をスペクトルアナライザーで見た波形です。横軸の周波数軸は0-10MHzで分解能10KHz、スペクトル100回の平均化データ、縦軸は10dB/dBです。まず、検出系のノイズスペクトルを示します。このデータは検出系をACラインに接続しない状態で測定したものです。

1.検出系のノイズスペクトル

この状態でノイズはほとんど見えません。

次に検出器をAC100Vラインに接続した状態で測定したスペクトルは次のとおりです。

2.AC100Vラインの高周波ノイズスペクトル(スイッチON/通電)
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周波数は同じく0-10MHzです。以前のブログで紹介した際は20MHzあたりにもノイズがあったのですがなぜか今回は10MHz以上にノイズはほとんどありませんでした。7MHz付近にただならぬこってりとした分布があります。恐らくスイッチング電源(DCアダプター、PC、その他家電機器)から出た高周波ノイズがACラインに重畳しているのだと思います。波高値としては10mV程度です。それに加えて100-250KHz付近と低周波領域30KHz以下にもノイズがあります。

それとおもしろいことにこの手のノイズは例えば測定しているテーブルタップスイッチを切っても(通電されていない状態でもACコンセントを挿していれば)、ほぼ同じノイズが混入してくることです。その状態がこちらです。

3.AC100Vラインの高周波ノイズスペクトル(スイッチOFF/非通電)
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これを見ていただくとわかる様に2の通電状態とほぼ同じスペクトルになっています。ACコンセントの片側だけが接続された状態でも、ノイズが侵入してくるということはコモンモードノイズと呼ばれるモードのノイズが侵入しているのだと推測されます。

ACライン用に高周波フィルターなるものが市販されています。これらのラインフィルターはカタログではコモンモードノイズも40dB程度は除去できることになっています。そこで電源ボックスのRFのフィルター付きのACインレットを付けてその効果を調べてみました。その結果がこちらです。

4.AC100Vラインの高周波ノイズスペクトル(RFフィルター有り/スイッチON/通電)

上のスペクトルはRFフィルターを通した状態でのノイズスペクトルです。多少の効果はあるのですが残念ながらノイズが除去できているとは言えない状態です。

一般に高周波ノイズ(とはいってもこの周波数帯は低周波といえばそうなのですが)はいわゆる電気の常識が通用しない所があって扱いが難しいですね。

電源の高周波ノイズについての解析

はじめに
私自身は電源ケーブルや電源タップにやたらと凝る方ではないのですが、少しこの辺の事情を調べてみました。

家庭用のAC電源には現在では様々なノイズが乗っています。デジタル機器が普及したためとスイッチング電源が使用されるようになってきたためです。
高級なAC電源ケーブルにはたいていノイズフィルターも内蔵されていて、この辺が効いていると思われます。
ただ定量的にこの辺を調べた例はあまり見たことがないので、実際に電源に含まれるノイズを観測してみました。

測定方法(の難しさ)

まずここが肝心なところなのですが、AC電源のノイズを測定・観測するのは実際には結構難しいのです。電源関係の製品はたくさんあるのに、AC電源関係の実測データが非常に少ないのは測定が難しいからではないかと思います。
まぜ難しいかというと、AC100Vを直接観測することは(測定器が高級であるほど)実はできないことが多いのです。
テスターで電圧を見ることはできます。またオシロスコープで波形を見ることも一応できます(プローブで1/10に落とせば)。

ただAC100Vの波形を直接見ても高周波ノイズは見えません。
100Vという元の波形があるので1V以下のノイズは隠れてしますためです。
したがって(ノイズを拡大して見るために)基本波の100V50Hzを除去する事が必要です。
ノイズ成分は高周波なので能動的なフィルターは簡単には使用できません

スペアナなどの高精度な測定器は入力がアース基準なので(オシロのフローティング入力と異なります)、AC100Vを例え分圧して10Vに落としたとしても
スペアナに直接入力できません。それとスペアナなどの高周波測定器は入力インピーダンスが50Ωくらいなので、電源ラインの測定には直接使用できないのです(ショートした状態になってしまうので)。ですので高周波まで特性が伸びたバッファアンプが必要になります。

整理すると、測定系は次の3点を満たす必要があります。
・AC100Vを基本的には除去できること
・ACラインとはアイソレーションがと入れていること
・高周波帯域まで伸びたバッファアンプを用意すること

この辺が結構難しく、なかなか測定できなかったのですが、最近やっと波形が取れるようになりました。


測定系の概略
実際にはこれに加えて検出器とスペアナの間にバッファアンプが入っています。

測定した結果

スペアナで見たAC100V電源のノイズスペクトル(0-50MHz)
0-10MHzあたりと20MHzあたりに派手なノイズがはっきり見えています。


オシロで見た電源ラインのノイズ波形
大きな正弦波状のうねりが50Hzの残留分で太くなっているのが高周波ノイズ(縦軸10mV/div)
これでも基本波AV100V50Hzは1万分の1に減衰させてあります

横軸を拡大したのがこちら

高周波が見えてます

10mVオーダーではありますが、電源ラインに混入してきた高周波ノイズが確認できました。

ついで言っておきますが、よくノイズ除去の方法としてアイソレーショントランスを使用している人がいますが、アイソレーション出来るのはDCと低周波成分で、こういったMHz帯のノイズはほとんど通過しますのでこの手のノイズ除去にはほとんど効果が期待できないと思います。

定量的な検出ができましたので、今後高周波ノイズの抑制に関してぼちぼち報告させていただきたいと思います。

この内容は以前にコラムに掲載した内容をブログで紹介したものです。