多自由度バスレフ型システムの研究開発

標準MCAP-CR型の製作事例



副空気室:4室
サイズ:LPレコードジャケットサイズ
最低再生周波数:約37Hz
製作難度:初心者にはやや難しいかも



MCAP-CR システムの作例2 −3”フルレンジシステム (QU080b)−

3インチドライバーを使用しながら40Hzを中域と同等のレベルで再生するシステムです。これは、字だけでお伝えすることが困難なほどの改心作です。

内 容 更 新日
設計について 2008/05/10
製作について 2008/06/22
試聴結果 2008/06/22
特性評価 2008/09/22
注:
ここで用いた、測定の問題については、こちらをご参照ください。




1. 設計について


MCAP-CRシステムについて更に詳細にレポートできるよう、新たに、副空 気室が4つのシステムを設計しました。
このシステムには、3インチのフルレンジドライバー、Tangband社のW3-316Aを使用します。W3-316Aは、購入時の価格は2,480円/ 本(税込み)でしたが、ダイキャストフレームで、マグネット径は、70mmもあります。強力な磁気回路を持ちながら価格はFostexのFE83Eより多 少安めの超ハイCP比のスピーカーユニットであると思います。このユニットは、FE83Eと比較すると非常にキレのある音を聴かせます。Fostexの限 定ユニットは、他所でしか聞いたことがありませんが、それに匹敵する高品質のユニットであると思います。

1.1 設計の狙い

今回のMCAP-CR型キャビネットは、低域は、30Hz近くまで何とか再 生、40Hz〜200Hzの低域をなるべくフラットに再生できることを目標にしました。また、外形寸法にも制限を設け、1cft(1'×1'×1')を超 えないということで設計を進めました。
外形寸法を気にしないということであれば、巨大な共鳴管やバックロードホーンで低音再生限界を伸ばすことができますが、それであれば、既に実施しておられ る方が大勢おられますので、ここで同様な方式を真似しても面白くありません。従って、外形寸法に制限を付けることにしました。


1.2 設計の詳細

主空気室を4つの副空気室が同じ平面上で放射状に取り囲む構造とし、 バッフルが正方形となるようレイアウトしました。このレイアウトは、比較的構造が簡単な割には、空気室の数を多くとることができ、開発の当初から最も拘っ た方式です。結局、主空気室が、100×100×220、副空気室は夫々188×76×220ということで固定し、ダクトの 形状を決めてゆきました。ダクトの断面積は、18mm×18mm = 3.24cm2、長さは、補正後の寸法で、夫々、19, 39, 69, 119, 89, 99, 119, 159mmとなりました。一番長いダクトを200mmまで長くすれば、最低共振周波数は計算上33Hzまで下がりますが、結局バランスを重視し、38Hz までとしました。心配なのは中低域で、共振周波数のうち一番高い周波数が、91Hzなので、100〜200Hz位が寂しくなるかもしれません。しかし、経 験上は、バッフル効果などで、このあたりの周波数帯域はある程度のレベルを稼げるので、このままいくことにしました。

上記の計算の結果、外形寸法は、H×W×D=300 ×300×244という手頃なサイズに収めることができました。
経験上MCAP-CR型では、最低共振周波数よりも低い周波数から再生できるので、30Hz位から再生可能と思います。これは、製作してからのお楽しみです。

製作の容易さ、仕上の容易さを考慮し、キャビネットには、12mmのアカマツ集成材を使用します。また、組立時の困難さを避けるため、木材及びカットは全 てMAKIZOUクラフトに発注しました。この位のカットになると一般のホームセンターでは難しいと思います。アカマツのような針葉樹の集成材は柔らか く、音の面では有利とは云えませんが、その代わりに、木目が美しく、木口や木端の処理も楽です。結果として、アマチュアの割にはまあまあの仕上をすること が可能です。何より、木材の種類によって動作が変わることはありません(バルサや桐のように柔らかく軽ければ設計通りには動作しないと思いますが)。

音の良さを求めるのであれば、フィンランドバーチ合板のような広葉樹や、スーパーシナアピトン合板のような重い材料を使用したほうが良いと思いますが、代 わりに仕上が着色系に限定されてしまいます。透明仕上ではどうしても木口が汚らしく見えてしまいますので、合板を使用する場合は、集成材を使用するよりも 仕上の腕が必要になります。


計算方法は、別紙で示した方法をそのまま使用しました。計算には、 Excel VBAを使用していますが、それでも最終的に決定するまでには、計算を何度もやり直すことになりました。

型式は、副空気室が4つ、3"(8cm)ユニットを使用し、2作目ということで、QU080b(旧名QCAP-080-002)と命名しました。製作図面 はこちらを参照してください。また、板取図、はこちらをご参照ください。

QU080b(旧名QCAP-080-002)の主要寸法は下記の通り です。

項目
仕様
備考
外形寸法(縦[mm]×横縦[mm]×奥行縦[mm])
300×300×244 突起部を除く
主空気室寸法[ℓ]
2.07

第1副空気室容量[ℓ] 3.10

第2副空気室容量[ℓ] 3.08

第3副空気室容量[ℓ] 3.05

第4副空気室容量[ℓ] 3.03

第1ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm])
18×18×19
18×18は最狭部寸法
第2ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×39 18×18は最狭部寸法
第3ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×69 18×18は最狭部寸法
第4ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×119 18×18は最狭部寸法
第5ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×89 18×18は最狭部寸法
第6ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×99 18×18は最狭部寸法
第7ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×119 18×18は最狭部寸法
第8ダクト寸法(縦[mm]×横[mm]×相当長さ [mm]) 18×18×159 18×18は最狭部寸法
スピーカーユニット
Tangband W3-316A
フルレンジ
末尾のAはロット番号とのこと

1.3 使用ユニットW3-316Aについて

私は、かつてはずっとFostexの製品を使用してきましたが、最近はTangbandの製品が手軽に購入できるようになったので、入手可能なサイズにつ いてはTangandを使用するようになりました。Tangbandのフルレンジは、3"のものでは既に、4機種(合計12個)を購入しています。自作さ れる方の参考になると思いますので、今回使用するW3-316について記します。

W3-316は、Tangband社の標準的なスピーカーユニットで、Fostexの8cmユニットに相当し、フレームの取付寸法は共通です。価格は、プ レスフレームのFE83Eとほぼ同等でありながら、フレームはダイキャストの高級仕様、マグネットのサイズは、FE83Eのφ60×14に対して、φ70 ×15もあります。これが、ほぼ同じ価格というのは信じられないほどの安さであると思います。下に、W3-316とFE83Eの比較を示します。

スペック比較 W3-316A vs. FE83E
項目
W3-316A
FE83E
備考
実効振動半径[cm]
3.19
3.0
W3-316は、実効振動面積からの計算値
フレーム仕様
ダイキャスト
プレス

最低共振周波数[Hz]
100
140

公称周波数レンジ
100Hz-20kHz
140Hz-30kHz

出力音圧レベル[dB/W-m]
88
88

最大入力[W]
25
10

実効振動質量[g]
2
1.38

Q0
Qts=0.43
Qms=6.68
Qes=0.46
0.78
Q0という値については、定義を調 べてみましたが、数式で説明してあるものが見付からず、理解できませんでした。
マグネットサイズ
φ70×15 φ60×14
総重量[gf]
526
374
共に校正されていない簡易秤での実測値
価格
\2,480_
\2,590_
共に消費税(5%)込み。W3-316は、麻布オーディオ での店頭購入価格、FE83Eは、ヨドバシカメラでの通販価格(2008/05/10現在)。

上記の表を上から順に比較して見たところで、最後の行を見てどのように思われるでしょうか。恐らく『え?』となるに違いありません。Tangbandが適 正価格であればFostexはどうなのでしょうか。

また、両者の外観の違いを下記に示します。

Front-view_W3-316&FE83E
外観比較(1) 左:W3-316A、右:FE83E

Back-view_W3-316&FE83E
外観比較(2) 左:W3-316A、右:FE83E

FE83Eについては、手持ちのものがあったのですが、改めてスペックを比較して見ると相当に見劣りします。また、実際に使用してみた限りでは、W3- 316Aのキレの良さが際立ち、自分の耳には、比較の対象にさえなりませんでしたので、敢えてW3-316Aを新たに購入しました。末尾のAというのは、 ロット番号ということで、現在ウェブ上では、W3-316Bになっています。麻布オーディオによるとスペックの変更はないということでした。



2. 製作について


設計完了後、MAKIZOUクラフトに見積を依頼したところ、レッドパイン材12mm板材、加工、送料込みで23,700円ということでしたので、即発注 しました。部品点数が多く、加工も難しいので、コストは割高になったと思います。ダクトは、板から取り出す方式ではなく、ウッドパイプを使用するべきでし た。残念ながら、MAKIZOUクラフトでウッドパイプの取扱いがなく断念したものでした。ダクトの部分だけ東急ハンズとか他のホームセンターで買うとい う選択肢があったことを忘れていました。
MCAP型スピーカーシステムの場合は、ダクトの数が多いため、板材で四角形ダクトを製作することは良くないようです。問題は、ウッドパイプは寸法の小さ いものしかないことです。16cm以上のスピーカーユニットを使用する場合は、別なダクトを使用するしかありません。
また、今回改めて思い知ったことは、レッドパイン材の取扱いの難しさです。MAKIZOUクラフトで加工して送られてきたときは、板厚の補正まで含めたサ イズで、0.1mmの狂いも無い見事なものでしたが、時間の経過とともに、反りが生じ、また、寸法も最大2%程度変わってきました。これが製作過程の難し さを増加させました。シナアピトン合板かフィンランドバーチ合板のような、寸法が狂いにくい材質のものを使用すれば製作時間は半分以下だったかもしれませ ん。


2.1 製作過程
最初に、届けられた板の寸法を測り、1枚ずつ間違いのないことを確認し ます。ここまでは、完璧でした。

次に、ダクトを組立てます。集合住宅に住んでおり、釘を使用すると他の家庭に迷惑なため、釘を使用せず、端金とシャコ万力を使用してボンドで固めていきま す。
ducts

この作業は簡単そうに見えますが、押えるとずれるため、意外に難しいものです。更に、この時点で、板材が伸び、寸法が狂っています。板材は、湿らせると、 伸びますが、伸びは縦方向よりも横方向が大きく、また、板材の部分によっても伸び方が違います。下の写真のように、ダクトを組立てる時点で、既に、誤差が 生じて しまいました。釘を使用しないためにずれて難しいということもありましたが、寸法そのものの狂いが大きいのはやはり問題です。

dimension error

ダクトの寸法誤差は、60番と100番の紙やすりで1本ずつ修正しました。外から見えない部分なので、粗い紙やすりで十分です。このような加工が簡単にで きるのは、パイン材の利点でもあります。

ダクトが完成したら、図面と見比べながら仮組みし、次に間仕切りの板にダクトを接着してゆきます。MCAP型は構造が複雑なので、間違えたらアウトです。

ducts and partitions

ダクト付きの間仕切りが固まったら、次に、間仕切りを組合せて接着します。

assy 1

assy 2

ここまでで大体内部構造が分るようになってきました。

internal structure

レッドパイン材の欠点である、寸法の変化が、下のように現れました。このような寸法の狂いは、鉋と紙やすりで根気良く修正してゆきます。このような誤差が 出てしまった場合、完全にフラットにするのは無理なので、中央が高く、縁が低くなるようになだらかな曲線に加工します。そして、縁を端金で強引に押えて強 力に接着します。

dimension error

こうしている間に、爪付ナットの爪をひとつ折ったものを準備しておきます。爪付ナットには、精度の悪いものが含まれているので、キャビネットに打ち込む前 に、ネジを通してなめらかに入るかどうか確認しておきます。これをしないと後が大変です。今回も、精度の悪い爪付ナットを2本捨てました。

claw nut

爪付ナットは折った爪が内側になるよう打ち込んでおきます。この際に、ボンドを少量つけておくだけで、外れてしまう事故がかなり防げます。ボンドは木工用 では駄目で、万能のG17あたりが使いやすいと思います。

back of plates

板がこのように激しく反っているので、接着後は、鉋と紙やすりで仕上げてゆきます。この作業は骨が折れます。

warp

板がはみ出たところはなめらかに削ります。なめらかに削れば、多少曲線になっていてもさほど気になることはありません。

planing

削って仕上げると、まあまあの形状になります。

before painting

更に、ラッカー仕上をします。
ラッカー仕上の注意点は、必ず薄めて使うことです。薄める理由は、仕上の綺麗さ云々ではなく、塗料を染込ませるためです。表面の塗料は剥がれますが、染込 んだ塗料は表面を強固に守ります。塗料を十分に染込ませてあれば、表面を紙やすりで再仕上して、あたかも塗装していないかのような、木質を生かした優しい 仕上をすることができます。この場合でも、表面に付いた汚れは拭取ることができます。

インターネット上で見かける塗装の方法の多くは、プロ並みを目指すか、或いはプロを超えることを目指しています。しかし、プロとアマチュアの作業は違って 当然なので、プロの仕上が好きならば、プロに仕上げてもらえばいいのだと私は思います。しかし、プロの仕上は、塗膜が厚くて美しい反面、その後に付いた傷 は修正できないし、厚い塗膜は剥がれやすいということを知っておく必要があります。逆に染込んでしまった塗装は、どんなに頑張っても剥がすことができませ ん。これほど堅固な塗装はないとも云えます。また、透明ラッカーは、地肌の美しさをそのまま生かすことができます。

painting

刷毛塗りを2度繰り返した後、スプレーを1回軽く塗布して完了です。

やってしまった...スピーカーユニットを取付けるときに、ドライバーで、エッジを1本破ってしまいました。木工ボンドで裏から塞いでみましたが、歪音が 出たので結局買い換えました。
しかし、麻布オーディオの方が、親切にも値引してくれました。感激!


complete

レコードジャケットサイズの新作が完成しました。


3. 試聴結果


私は、測定に入る前に、暫く鳴らすことにしています。長岡先生は、記事の執筆に追われていたので、製作するとすぐに測定されているようでしたが、私には、 追い立てられるものがありません。音楽を聴きながらゆっくり慣らします。
MCAP型のような複雑な構造のシステムは、慣らしで音がかなり変わるようです。

ミュージックソースは、いつもと同じように、正弦波の他、フランクのオ ルガン、鬼太鼓座等で、低音の出方を評価しました。正弦波を使用した測定は面倒ですが、音を聴くだけなら大したことはありません。

正弦波では、500Hz、250Hz、200Hz、160Hz、125Hz、100Hz、80Hz、63Hz、50Hz、40Hz、31.5Hz、 25Hz、20Hzと順に聞きました。聞いた感じでは、100Hz前後の音圧が多少低く感じられましたが、50Hz、40Hzは返って音圧が高く感じられ ました。残念ながら、31.5Hz以下は、あまり音になっていませんでした。

鬼太鼓座では、太鼓の音が多少軽めに感じられますが、下のほうの周波数 はしっかりと再生されます。プリアンプのトーンコントロールを、+2にすると、太鼓の重心が下がったことが感じられます。また、最高の+5にしたら、低音 で少し気分が悪いほどにしっかり再生されました。

フランクのオルガンでは、そのままでも、最低域までしっかり聞こえます が、トーンコントロールを+2位まで上げると別物のように鳴ります。このサイズのシステムでこれだけしっかりと低音が再生されるものは、他に殆どないで しょう。
予備知識なしにこのシステムの音を聴くと、長岡先生ではありませんが、どこかにウーファーを隠していると思われるに違いありません。このシステムは、それ ほどの低音を再生します。

中高域は、W3-316の素性の良さがそのまま出て、キレの良い音を聞 かせます。別のキャビネットに付けたフォステクスのFE83Eの音と比較すると、高音はスペックとは違い、返って伸びているように聞こえます。このキレの よさがあるからこそ、低音の重厚さが生かされます。W3-316とMCAPとの組合せでは、何を聞いても音楽が生きています。

MCAP-CR型の音は、やはりバスレフであることを強く感じさせるもので、 バックロードホーンとは鳴り方が異ります。バックロードホーンは、中低域の密度の高い、爽快な音を聞かせる傾向がありますが、MCAPは、キャビネットの 共振は弱いところでは大人しいので、中低域の音量感では、バックロードホーンに負けます。しかし、バックロードホーンで再生しにくい(できないわけではあ りませんが、キャビネットが巨大化してしまう)音域まで、スムーズに再生します。

バックロードホーンよりも、音が好みかどうかを考えると微妙なところですが、寸法制約を考えると、MCAPのほうが、技術的な優位性があります。

この音は聴いて頂く以外には確認のしようがないのが残念です。



特性評価(2008/09/22)


永らくかかってしまいましたが、特性評価の結果をお知らせします。ここで用いた特性については、『測 定について』に書いたとおり正確なものではありませんが、参考程度に評価してください。正確とは云えないので、公表するは少し憚られるのですが、 音をお聞 かせできませんので、スイープ信号をピークホールドしたFFT解析の結果を以下に示します。縦軸は、相対値となっており、絶対値に意味はありません。


QU080bの周波数応答特性

QU080bの低域再生能力は、試聴結果のところに書いたように驚くべきものです。この結果でも、35Hz程度以上を確かに再生しています。長岡先生の作 品でも、80mmのドライバーでここまで再生できたものはないと思います。また、FE206Σを使用し た、TR200a(旧TCAP-200-001)よりも低域再生限界は伸びています。 このことは、QU080bのほうがTR200aよりも設計が優れているということでしょう。『嘘だろう』と思われると思います。約束はできませんが、疑問 のある方にはお聞かせする機会をつくりたいと思います。嘘だと思うなら作ってください、と書きたいところですが、それは、読まれた方がご判断頂ければと思 います。
私の製作記事を読まれた結果、MCAPを製作してみたいという方からメールを頂きましたので、是非ともお試し頂くようお願い致しました。
この記事を読まれて、製作の興味が湧いたという方がおられると、MCAP-CRの開発者としても非常に嬉しく思います。そして、ご感想をお聞かせ頂ければ大変嬉 しいです。きっと驚かれるでしょう。MCAP-CRは、10年後には自作のメインストリームになると信じています。

QU080b型は、良く出来た設計だと思いますが、製作が大変なので、 製作が容易で、コストも低くなるバージョン2を設計中です。バージョン2は、角パイプの代わりに木製の丸パイプを使用するものです。近日中に、図面をアッ プロードしますので、興味のある方は是非ともご参照ください。


続く

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