<S-043> 空気室容量の違い （バックロードバスレフ）

11/30のミューズの方舟コンテストに向けて、
バックロードバスレフ型の「S-043」の実験を続けています。

今回は、空気室のサイズを変えての実験です。



バックロードバスレフ型は、バックロードホーンでいう「空気室」、ダブルバスレフでいう「第一空気室」に相当する容積（つまり、ユニット背面にある箱容量）が存在します。
今回は、そこを変化させることによる、箱の動作の確認をしてみようと思います。

今回用意した空気室容量のサイズは、
2.1L、3.5L、5.7L。


前回までの日記では、空気室容量 3.5Lでの測定値でしたが、
そこから前後に値をふることで、空気室容量の違いによる変化をつかんでいきたいと思います。

ホーンやダクト（開口部塞ぎ）については、前回と同様で、
ホーン長が1.2ｍ、ホーン開口部は50φ（約20cm2）、12mm厚のダクトとします。


さて、まずはダクト直前での周波数特性から。
＜2.1Ｌ、ダクト直前＞


＜3.5L、ダクト直前＞


＜5.7L、ダクト直前＞



これは、非常に分かりやすい結果ですね。
空気室容量を大きくすると、100Hzのピークが大きくなっていきます。
一方で、70Hz付近の音圧は空気室容量に依存せず、
むしろ150～200Hz付近に関しては、空気室容量を大きくすると、よりカットオフが鋭くなって（音圧は低下して）いると言えそうです。


これらを説明するには、後述のユニット直前（軸上5cm）の特性と、
インピーダンスの変化を見てみると分かりやすいでしょう。

＜2.1Ｌ、軸上5cm＞


＜3.5L、軸上5cm＞


＜5.7L、軸上5cm＞



最も小さい空気室容量（2.1Ｌ）では、4つのディップ（70Hz, 140Hz, 240Hz, 380Hz）が確認できるのに対し、
最も大きい空気室容量（5.7L）では、2つのディップ（60Hz, 100Hz）のみとなっています。


これは、インピーダンス特性を見ても同様です。


2.1Ｌ（赤線）では、220Hz付近にインピーダンスの凹凸が確認できるのに対し、
5.7Ｌ（青線）では、220Hz付近の凹凸が確認できません。

また、100Hz～180Hzにあるインピーダンス特性の凹は、
空気室容量を大きくするに従って、周波数が下にシフトしていることが分かります。



この変化は、どう説明するべきでしょうか？
私自身の経験だと、「ダブルバスレフ」だけでなく、「バックロード」としても説明ができるのです。

まず、「ダブルバスレフ」としての説明です。

第一空気室容量（通常Vc1などと表される）が増大することで、第一ダクト・第二ダクト共に共振周波数が下がる（ユニット直前特性や、インピーダンス特性参照）。
また、空気室容量の増大により、ダクトの共振先鋭度が高く（より自由に共振できる状態）になり、共鳴の効率が向上する。（ダクト直前特性参照）。


次に「バックロード」としての説明です。

空気室容量が減少すると、ホーンとユニットの結合が強くなり、いわゆるホーンのクロス周波数（Fx）が向上する。
その結果、ユニットは200Hz以上の領域でもホーン共鳴の影響を受けるようになる。（ユニット直前特性や、インピーダンス特性参照）
また、クロス周波数の向上により、ホーン開口部は150Hz～500Hzの音圧が向上するとともに、共鳴音によるピーク（250Hz, 380Hz等）が小さくなる（ダクト直前特性参照）。
（なお、共鳴周波数が空気室容量に依存することは、本機（開口部を塞がない状態）や、通常のバックロードホーン（いわゆる長岡式での設計）でも確認される現象です。）



まあ、「長岡式バックロードホーン」自体が「不完全なホーン」として成り立っており、いわゆる「バックロードホーン」として作製したものも、バスレフ的な動作を内包しているといえるでしょう。
そう考えると、今回の「開口部をダクトで塞いだ」という行為でさえ、長岡式バックロードホーンの延長（バスレフ的な動作を含むもの）として解釈できるのは、ごく自然なことなのかもしれません。

もちろん、その逆も然りで、
「ダブルバスレフ」というものも、箱の寸法により定在波が生じ、それが再生音に影響を及ぼすことはよく知られていることです。
その定在波がダクト共振周波数に近いところで発生し、低音増強として働くのなら…と考えると、「バックロードバスレフ」の動作を上手く説明することができるのかもしれません。


なんだか曖昧なところではありますが、ラストに周波数特性（軸上0.5m）です。
下記特性は、開口部を塞ぐダクトが「50mmφ（20cm2）、長さ12mm」のものです。

＜2.1Ｌ、軸上0.5m＞


＜3.5L、軸上0.5m＞


＜5.7L、軸上0.5m＞



周波数特性では、違いが分かりにくいのですが、
聴感では大きな差異を感じることができました。

空気室容量を小さく（2.1L）したほうが、低音量感を確保することができました。
一方で、5.7Ｌとすると、ハイが目立ってしまい全体的にバランスがとれません。

しかし、これはダクトが「50mmφ（20cm2）、長さ12mm」での話。
大き目のダクトとして「100mmφ（78cm2）、長さ12mm」を装着すると、5.7Lでも良好なバランスとなることが確認できました。（周波数特性は割愛）

つまり、
「適度な低域のBH（空気室：大）」×「ダクト断面積：大」＝ＧＯＯＤ
「過剰な低域のBH（空気室：小）」×「ダクト断面積：小」＝ＧＯＯＤ
となるのです。

ご想像の通り、前者がＢＨ的な味付け、後者がダブルバスレフ的な味付けの音であることも、確認済みです。


まあ、結局は「ダクト」＝「中低域量感 調整剤」として考えることができる訳で、
作製するバックロードホーンの低域量感に合わせて、最適なダクトが選択される…という設計手法となりそうです。

逆に言ってしまえば、バックロードホーンの低域があまりにも過剰な場合、ダクトを小さくしても対応できない（もしくは、箱の持ち味が生かせない）場合もあるでしょうし、
バックロードホーンの低域が不足している場合（概して通常の長岡式で設計したＢＨ）に対して、ダクトを装着しても、元のＢＨ箱以上の低音量感は望めないと思われるのです。（中低域付帯音が減少し、相対的に重低音量感が上昇する場合はありそうですが…）

なお、空気室容量が大きくなると、最高域（10kHz以上）の音圧が上昇し、かつ情報量も大幅に増えるように聞こえました。
この辺の変化は、バックロードホーンと共通しているところがあり、過度な背圧は再生音を殺して（特に音の伸びやかさ・質感表現力が激減して）しまうようです。



ここまでの実験で「バックロードバスレフとは何か？」について、ある程度説明ができるようになってきたと思います。
次回は、コンテスト出品用の作品「S-044」の設計＆製作に移っていこうと思います。