小型2Wayの検討 その3
Madisoundのユニットキット
Lumine-Oneを使った2Wayの設計
Madisoundのサイトには推奨箱とネットワークの情報もある
設計の際はは参考にすると良い
箱寸法は結果的に似た物となった
ユニットは角付きではない物が入ってきた
1-1)箱寸法の検討
最初は、いつもの様にWin-ISDで容積・ポートのあたり付け
最近のユニットをTsパラメーターでシミュレーションすると、小さな箱容積が導かれる
流石に3.1Lでは容積が小さい
これではネットワークなどの部品を入れると容積の変化が大きくなるので、もう少し大きな容積で検討する
容積：8Lでの検討
500Hz位から2dB程度低下するが、これならまあまか
更に容積を拡大し、11Lでの検討を行う
うーん これだと4dB程度落ちるか
現実的な落しどころとしては、8L前後での設計でよさそう ポート径・長さの関係もこちらの方がよい
そうすると箱サイズは、幅：190㎜ 高さ：305㎜ 奥行き：277㎜前後
但し、板厚はフロンとバッフルが30㎜ 他は21㎜として検討
箱の出来上がりイメージは
←箱の固有値解析へ
この箱形状を固有値解析を利用して詰めてゆく
1-2)Dayton_TWC0.25箱の固有値解析
最初に、別案として検討している市販箱 Dayton TWC-0.25の固有値も検討しておくこの箱は、コンパックで強度が高い感触があったので、その取り分を確認しておく
FEM-BLOCK Ver1.xx時代では、手でメッシュを積む必要があったので、こんな曲がり箱は無理
Ver2.xx時代になって、3D-CADデータの利用が出来るようになったので、この様な箱の検討も可能となった
ただ、解析モデルの製作時に配慮すべきこと/形状の簡略化も必要（要素数を適切な範囲に収める）
固有値 mode7:945.37Hzが得られた
強度が高いイメージと良く合っている
1-3)オリジナル箱 Ver1の固有値解析
最初は補強なしの箱を解析
補強なし割には固有値は高い / 小さい箱は、固有値の面では有利
1-4)オリジナル箱 Ver2の固有値解析
ネットワークが5.5" x 5.63"の基板上に組まれていると、Wfの開口からは入れられない箱の後ろのをねじ止めで設計すると、凡その構造が決まってくる
この補強で固有値は1割以上上昇し、最弱部はフロントバッフルの下/角部か？
Dayton箱とオリジナル箱 Ver1/Ver2を比較する
Dayton箱は固有値も高い数値が得られた（箱の強度が高い）オリジナルで検討した、内部補強を入れた箱に対し、4%高い固有値が得られた
Dayton TWC-0.25に30㎜のバッフルを付けた箱 ： 重量見積もり：4.8kg（比重：0.8） mode7:945.37Hz
オリジナル設計の箱 ： 重量見積もり：6.3kg（比重：0.8） mode7:910.98Hz
目標は、このDayton_TWC0.25箱並の固有値としたい
1-5)オリジナル箱 Ver3の固有値解析
フロントバッフル以外の板厚を21㎜→18㎜に変更箱を下側に15㎜延長 / ネットワーク組み込み口を変更
底板は18㎜2枚重ねとして、フロント下部の補強を意図
これで重量もVer2と同等か若干軽減
補強無しより固有値は上昇したが、補強有りより若干低下
もう少し構造的なアイディアが必要
1-6)オリジナル箱 Ver4の固有値解析
箱を下側に15㎜延長は中止し、Ver3以前に戻す底板は33㎜として、フロント下部の補強を意図
内部補強位置を上げ、ネットワークの取り付けスペースを確保
うーん もう一つ固有値が上がってこない
側板の強度を上げてみるか（板厚18㎜→21㎜）
1-7)オリジナル箱 Ver5の固有値解析
Ver4に対して、側板の板厚18㎜→21㎜にアップ
狙いとは逆に若干固有値が低下
側板の板厚アップにより重量増加の影響が剛性アップを上回ったか
重量を見積もると 6.3kg さほど重くはなっていない
1-8)オリジナル箱 Ver6の固有値解析
Ver4/5の検討結果から、Ver4に対して、底板の板厚33㎜→21㎜に削減内部補強位置を8㎜下げる
これで固有値：912.97Hz Dayton_TWC0.25には届かないが、バランス的には落しどころか
低域ユニットの裏側・たて壁を入れたいが、入れる時にはネットワーク部品のスペースを考慮する必要がある
1-9)オリジナル箱 Ver7の固有値解析
天板の板厚を21㎜→18㎜ 内部補強/天板と平行もを21㎜→18㎜更にフロントバッフルに平行に18㎜の補強を挿入
これで固有値：1076.96Hz Dayton_TWC0.25を超えた
ネットワーク部品のスペースの都合でフロントバッフルに近い位置に補強が入る
剛性をあげるには、相当に大きな効果あり
更にチューニングするとすれば、このフロントバッフルに平行な補強の穴径調整
1-10)オリジナル箱 Ver8の固有値解析
フロントバッフルに平行な補強の穴径を110㎜→120mmへ拡大
内容積：8.2L 箱の重量：5.9kg（比重：0.8）
基本構造は決定 Ver7もしくはVer8形状で設計を詰める
3D-CADモデルに反映
フィレットを付けて、締め付け穴を入れて
バランスを調整
このモデルをベースとして、2Dの図面を作成 → 見積もりへ
ユニットが入ってきた
低域用のネットワークが102㎜×254㎜ 想定より大きい これをどう収めるか
高域はD3004/662000
ユニット取り付け穴はメーカー資料だとΦ83だが、これだと締め付け穴との余肉が少ない
現物確認をすると、Φ75で良さそう
この場合は、端子逃げが必要
Madisoundの箱もパンダ耳の様に逃がしている
低域ユニットは15WU/4741T00
こちらは特に事前情報と異ならない
入力端子も特に大きな張り出しは無い
低域ネットワークの処理を考えた
ネットワークの基板を見ると、寸法関係は間延びしている
コイルが同位相に配置してあるので、結合を考えて離したのだと思う
ここは位相を変えれば近づけることが出来る
低域の基板を分割し、L字型に変えれば組み込みが出来そう
低域ユニットの後ろは音響エネルギーも大きいし、なるべく音圧の加わらないところへネットワークは配置したい
とすれば、上側のスペースを最大限に利用する
高域用のネットワークは天板に締め付け
低域用はバラバラにして高域ユニットの真裏に配置するか
左側の画にはコイルが一つ下に残っているが、これも上へ上げる
2011年9月追記 / 組み立て開始
加工手配した板が入って来た
先ずは、板を並べて仮組み
仮組みに問題なし（実はチョンボがあったのだが、加工屋さんが発見/作り直してくれた
やっぱり、画面の上だけの確認は難しい
プロットアウトできれば良いが、こんなサイズの図面は出せないし・・・・・
2D図面からモデルを作って確認すれば良いが、それはそれで面倒
内部補強から組み立て開始
今回は、新たに導入したクランプが大活躍
木ネジが2本入っている
忘れずに、爪付きナットを打ち込み
脱落防止に接着剤を少しつけて
打ち込んだだけでは収まりが悪いので、あとで締め上げる
内部補強を側板に組み付け
クランプで荷重を加えながら木ネジを締められるので、板の浮きが少ない
側板に補強取り付け完了
18㎜のMDFに木ネジを打つと、層間剥離みたいにクラックが入る場合がある
MDFと木ネジの相性はあまり良くない/MDFは紙みたいなものだから仕方が無いか
組み立ての順序を考えて（端面から距離をなるべく取る）、なるべくクラックを避ける
裏板（内側）の組み立て
板間の密着を重視してクランプを使用
クランプで板間の密着させた上で木ネジで締め付け
続けて、天板・底板の組み付け
ここは横からネジを入れなかったので、接着剤が頼り
Besseyクランプは良い
流石木工用 / 座面が広いので、荷重をかけても陥没しない
ここでネットワークの取り付け確認と締め付け穴加工
天板への締め付けなので、先に位置決め・仮り締め付けを行っておく
残りの側板を組み付け
クランプは3本しか無いので、接着剤が固まるまで保持しておきたいが、このままでは作業が止まる
ゴムで縛り上げてもう1本の作業にかかる
低域用のネットワークを組みなおし
プリント基板は最小限の寸法にカット
箱への組み込みを確認しておく
高さはギリギリだが、なんとか収まる
ネットワーク部品にケーブルを取り付け
この時、ユニット － ネットワーク間のケーブルは長めとして、ネットワーク部品を外部で調整（接続）できるようにした方が良い
Scan-Speakのユニットのように、細い引き出し端子に何度もファストン端子の取り付け取り外しをするのは気持ち悪い
Tw用のネットワークは天板に締め付け
ポート用の塩ビ管からは逃げている
ほぼ形になってきた
木ねじの穴はホームセンターで売っている丸棒を切って打ち込み
単に切っただけでは上手く入らないので、口元を面取り加工する
紙やすりでも出来るが、作業が大変なので、グラインダーを使う
背面蓋の締め付けはM4 出来れば六角穴付きを使いたいが、黒クロメート処理の製品が見当たらない
クロ染めの六角穴付きを使うか、黒クロメートの十字穴を使うか
今回は、後々の美観を重視して黒クロメートを選択 ロゼットワッシャも黒を調達
箱が生地完まで進んだので、ユニットの特性を計測
低域のユニット15WU-4741T00は、1kHzはより少し上のところでインピーダンスカーブにうねりあり
箱に入れると、箱の影響（箱内部の定在波だと思う）で、インピーダンスカーブにうねり/位相にうねりが生じる
ここは、吸音処理をしながら原因となる場所の特定を行う
定在波の影響を吸音材により調整する
ユニット後ろの空間と底面に吸音材を入れる
この箱の一番長い面 / 上下の片側に吸音材を入れ、定在波の影響を緩和すると、600Hzの部分のピークが潰れてくる
音速を330ｍとして、半波長で275㎜ この寸法は箱の上下方向内部寸法と合う
箱背面に吸音材を追加
更に、箱背面に吸音材を加えると、400～420Hzのピークが潰れる
ここは、半波長で400㎜前後となるので、単純な長さではなく、更に波の干渉で周波数が下がっていると考えられる
更に、吸音材を足す
出来ていたピークはほぼ潰れる
音を聞いてみて、これまでのインピーダンス測定の結果を合わせ、バスレフチューニングがやや低めなので、ポートを10㎜短縮した
ポート長さは凡そ130㎜ / 凡そと言うのは、ポート出口がフレアー形状なので、どの長さまでポートとして働いているか不明なため
最初の設定（WinISDでのシミュレーション）が139㎜なので、まあまあかな
その時のTw軸上50cmでの周波数特性（部屋の影響込み）/ 一発データなので、正確性は保証できな
高域側が若干音圧は高いか
低域は、70Hz位までは問題なし
50Hzのディップは部屋の影響だと思われる？
本当か？ ←近接測定でも出ているので、箱≒ポートチューニングの効果なのでは？
50Hz以下の音圧が出ている方が怪しい？？
一発測定はおしまい
それぞれのデータを収集
低域と高域のレベル差確認 / 測定を10㎜の近接で行ったが、500㎜の方が実際に近く良かったか
高域側が10dB+程度音圧が高い
ここで周波数特性を論じても意味は無いとは思うが、高域はフレームを使ってイコライジングしているようだ（近接だと10kHzから上でピークディップが出来る）
低域はほぼフラット / メーカー公表の資料をみても、200～1000Hzでほぼフラット/若干凹で400・500Hzの付近にうねりがあるか
低域側を盛り上げているのは、バッフル効果による低域の音圧低下分を意識して、低域側を持ち上げているか？
上から
近接測定
近接測定のデータにバッフル効果補正を加えた特性（Arta上で補正）
50cmでの測定
問題は5kHzのピークか
Scan-Speak 15WU-4741T00メーカーのデータでも6・7ｋHzに立派なピークがでている
ここを上手く処理しないと中域が汚くなる
はたして、標準で設定している2.5kHzクロスで上手く処理できているのだろうか
取得したデータを使って、Speaker-WorkshopでMadisoundにあるネットワークを使った場合の特性をシミュレーションしてみる
＊コイル定数が一桁違っていたので、データを差し替え
Artaでのデータの取得、Speaker-Workshopの使い方の何れも自信はない
それでも、メーカーデータと付き合わせると、それほどおかしくも無いのではとも思う
結果は、5kHzのピークは綺麗につぶしてある
すばらしい特性が得られた
一発測定との差は、一発測定はTw軸上500㎜位置
シミュレーションはそれぞれ軸上500㎜位置
シミュレーション上の特性は優秀だが、聴感上はあまり感触が良くなく、試行錯誤している
最終的には、このネットワークとは異なるネットワークで仕立てを行っている
箱の構造上の課題のみに着目すると
近接測定のデータと見ると、特に大きなピーク・ディップは無く、箱内部で有害な共鳴現象は起きていないと考えられる近接測定にバッフル効果補正を加えたデータと50cmでの測定を比べると、50cmデータのピークを結ぶとほぼ近接測定＋バッフル補正のデータとなる
この結果から推定すれば、低域の暴れは箱表面反射での干渉と部屋の影響によると考えれる
2011年10月29日追記 / 塗装から上ってきた
綺麗な仕上がりです / 写真の撮り方が駄目ですが
ユニットが取り付けられた
ちゃんと高級感のある箱の仕上がりとなった
ユニットに見合った箱の仕上がりといって良いと思う
さて、では、音の方はどうか？
音の前に、鳴らしいる時に箱を触ってみると振動が小さい
箱サイズ・重量の割には良く振動をコントロールしているようだ
箱の固有値を高くしたことが効いているのか？感覚的ではあるが、良い感触の箱となっている
奥行き方向の表現が良い
ここが、箱の固有値を考慮して設計したご利益か
赤は部屋の影響込みの状態
低域はかなり出る
50Hzぐらいまでのレスポンスがあるか？
黒は擬似無響室処理後
この場合、300Hz以下の精度は？？？
中域を上昇させるか、もう少し高域のレベルを下げても良いか
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