スピーカーシステムの周波数特性を改善してみました

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事務所の試聴スペースのレイアウトを変更してスピーカーシステムのおき方などを大幅に変更して、周波数特性、聴感上の印象も良くなったことを以前に報告しました。

さらにスピーカー後方にパネルを設置した所さらに音が良くなった気がしたので、再度周波数特性を測ってみました。
ちなみに現在の事務所のスペースは後ろの物置のスペースも含めて30m2位（約20畳）あります。配置の断面図はこんな感じです。

スピーカーシステムの配置図

試聴位置の方角から写真で見るとこんな感じです。

SPシステムの配置の様子

反射パネル設置後のJBL4429（左CH）の周波数特性

スピーカーシステムの後ろはレイアウトの都合上2m位はスペースが空いています。後ろのスペースが空きすぎていることもあって、ウーハー1本のB＆Wではちょっと低音が物足りない感じがしていましたので、写真の様な高さ1m位の合板（に壁紙を貼った自作パネル）を置いてみました。このパネルは45cm幅2枚を蝶番でくっつけたもので、ほぼ任意の角度に開いて設置することができます。
すると期待していた以上に音が良くなりました。低音の量感がまし、最低域も伸び力強さも出る様になりました。聴感上よくなったので、理由を探るためにも再度周波数特性を測定してみました。
その結果がこちらです。

以前にこのコラムで書いた反射パネルを設置する前の周波数特性がこちらです。

反射パネル設置前のJBL4429の周波数特性

反射パネルを設置したほうが70Hzあたりの谷がなくなって120Hz以下のレベルが全体的に上がっています。それと以前にあった２Khzあたりの盛り上がりがなくなって、周波数特性が全体的にフラットになっていることがわかります。これはSP中央にもパネルを設置したので、

凸凹が少なくなったのだと思います。

また、スピーカーをB&WのCDM-7NTにした時の周波数特性はこちらです。

B&W　左CHの周波数特性（反射パネルあり）

B&W左CH　反射パネル無し

B&Wの場合も、以前あった80-100Hzのピークが消えて、40-100Hz帯域がほぼフラットに出ています。この違いは聴感上は非常に大きく、とてもこのユニット構成が鳴っているとは思えない力強い音になりました。このB&Wの中高音はもともとやや癖があり、うるさいのですがそれに負けない低域が出ているので、ものすごくよく聴こえるようになりました。

イヤホン・ヘッドホンの駆動に必要なアンプ特性

投稿日時: 2014年2月10日投稿者: audiodesign

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スピーカーを鳴らすためのパワーアンプを設計する際は必要な出力と電流は比較的簡単に求まります。按ぜならスピーカーのインピーダンスはだいたい8オームと相場はきまっていて、能率も90dB/w位なので部屋の大きさや、聞く音量が決まれば大体検討はすぐにつくからです。

ところがイヤホン・ヘッドホンの場合はインピーダンスもまちまち、能率もバラバラでいったいどのくらいの出力電圧と電流があればいいのかよくわかりません。据置型のヘッドホンアンプの場合は余裕をもって設計すればいいだけの話なのですが、携帯型のイヤホン・ヘッドホンアンプの場合数々の制約があるので簡単ではありません。そこで、イヤホン・ヘッドホンアンプに要求されるアンプ特性を詳しく調べてみました。
まず市販のイヤホンのヘッドホンアンプを能率とインピーダンスの関数としてプロットしてみました。

このとおり結構広く分布しています。
このグラフにさらに110ｄBという爆音をだすのに必要なアンプの駆動電圧を計算して描いてみたのが下の図です。

算出方法は別途どこかで解説しますが、意外と低電圧で結構な音量がとれることがわかります。1Vでほとんどのイヤホン、ヘッドホンは駆動できます。また２Vもあればほぼすべてのヘッドホンがカバーできるのです。意外と必要電圧は低かったというのが感想です。

今度は同じく１１０ｄBの音圧を得るのに必要な駆動電流を計算して描いてみたのがこちらの図になります。

あらら、今度は結構衝撃的です。なんと50mAも必要です。50mAというのはｒｍｓ表示ですから瞬間的には70mAは綺麗に流れないとすべてのヘッドホンは駆動できないのです。ヘッドホンだけでなくイヤホンでも低能率のものはこのくらいの電流が必要です。この電流値は普通の電圧増幅回路にとってはとっても大変な数値で、やっぱりちょっとしたパワーアンプ並の構成が必要だということですね。
ステレオで140ｍA・・・・結構な値です。

イヤホンの周波数特性を測ってみました

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以前にヘッドホンの周波数特性を測ってみましたが、今回はいくつかのイヤホンの特性を測ってみました。

測定には以前からスピーカーの周波数特性などを測定する際に使用しているMyspeakerというシェアウェアソフトです（無料でも一応使用可です）。

イヤホンの測定手順は次のとおりです。

1.　小型マイクを準備する。
直径5mmmのエレクトリックコンデンサマイクユニットを買ってきて簡単な回路を組みました。
2.　耳の内耳と類似したカップリングを準備する。
今回は厚さ2cmの硬質ウレタン（？）の様な材料にドリルで穴をあけて使用しました。
マイク側は5mmΦイヤホン側は10mmΦの穴を開けて、両側からマイクとイヤホンを差し込み空気が漏れないようにしました。マイクとイヤホンの距離は7mm位になります。
3.　測定する
PCにマイク、イヤホンを直接挿入してMyspeakerで音出し、測定を行いました。
今回は通常の周波数特性の他に累積スペクトル特性、歪率なども一部測定しました。

以上は2013年秋のヘッドホン祭りで使用した機材と同じです。

測定したイヤホンは次のとおりです。
最近サンプルとして、いくつかイヤホンを購入しました。
イヤホンを常用しているわけではないので、安めのものですがご容赦下さい。

AKG　　IP2
panasonic　RP-HJF3（コンビニで売っていた1000円位のもの）
Audio-technica　ATH-CK323
Sony　XBA-C10
SONY　小型スマホ（SO-3C）付属品

最後のものは携帯の付属品ですのが悪い代表（？）として測定してみました。

グラフが小さめですがクリックすると拡大します。

AKG　　IP2
周波数特性

中低域はフラット、何故かこれだけ８KHｚあたりに鋭いピークがありますが、それを除けば高域がややおとなしめです。聴感上はちょうど良く大人の味付けです。スピーカーを聞いている帯域バランスに近く非常にバランスの良い音に聞こえます。８KHｚの鋭いピークは聴感上はわかりません。

歪率特性
歪率は全体域で40-50dB程低く非常に優秀です。

累積スペクトラム
高域のピークのところで尾を引いていますがそれ以外は優秀です。

Sony　XBA-C10

このイヤホンの周波数特性は驚異的にフラットです。バランスド・アーマチュア（BA）型だからでしょうか？

残念ながら歪率は非常に悪いのです。このイヤホンはBA型としては異常に安いので、これがBA型として一般的かどうか判断出来ません。

歪率だけでなく、立ち下がり特性も非常に悪いのです。
音質は不思議な音で良いのか悪いのかよくわかりません。

Audio-technica　ATH-CK323

３KHｚくらいにピークがありますが、低域も盛り上がっています。いわゆるドンシャリでしょうか？音もそのような音ではっきりとは聴こえるのですが、聴いていてちょっと疲れます。ただこのイヤホンはトーンコントロールで高域を抑えてやると、非常にバランスが良くなり、解像度も抜群で素晴らしい音質になります。

歪率特性は標準的だと思います。

累積スペクトラムも普通です。

panasonic　RP-HJF3

安物なので悪いかとおもいきや、結構良いのがイヤホンの怖いところですね。全体的にフラットな方で悪くありません。

これも上出来です。

これもよいです。

SONY　小型スマホ（SO-3C）付属品

安物のイヤホンが良かったのでもっと悪いものはないかと、参考までに測ってみました。さすがに携帯の付属品は特性が良くないです。全体的にこもる感じでしょうか。

以上手持ちのイヤホンを測定してみました。
測定方法で特にイヤホンとマイクのカップリングにも問題があるかもしれませんので、あくまで参考データとして見て下さい。これを持って優劣を議論するのは早すぎます。
今後もう少し測定精度は詰めてみたいと思います。
それと、今後ヘッドホン、スピーカーなどとも比べて見たいと思います。

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