高音質の理由③ 箱鳴り対策

　魁1a型は、あくまでもピュアな高音質実現のために、プラスチックとコンクリートの積層ハイブリッド構造を採用しました。

これにより高剛性、重量級のエンクロージャーを実現、不要な共振、箱鳴りを排除することに成功しています。

その効果は一目瞭然、純度の高いクリヤーなサウンドに、あなたは驚かれる事でしょう。

　宣伝文句風に言えば、こんな感じでしょうか。

嘘はついていません。

JAROから誇大広告と言われるかもしれませんが。

でも、これで終わらせては見も蓋もありません。

エンクロージャー（箱）についての、現在の私の所見を述べておこうと思います。

　ユニットをエンクロージャーに納めるのは、もちろん低音再生のためです。

そしてユニットの振動は直接、あるいは空気を経由して必ずエンクロージャーに伝わります。

あなたがどうしても箱鳴りを嫌うのであれば、話は簡単です。

アンプのスイッチを切りましょう。

はい、問題解決！

　冗談はともかく、前述のとうり、音を出せば必ず箱鳴りは発生します。

スピーカーは、録音された電気信号を忠実に空気の振動に変換すべき、という理想論からいうと、箱鳴りは不要な附帯振動ですから、望ましくはありません。

でも、どうしても発生するものならば、うまくコントロールする事が必要になります。

　この方法には２つの考え方があります。

１つ目は箱鳴りを極力抑え込み、目立たなくしていこういう、スピーカーを音楽再生装置と捉える考え方。

そしてもう１つは、箱鳴りが不可避であるならば、うまくチューニングして美しく響かせようという、スピーカーを楽器のように捉える考え方です。

後者の考え方には方程式がありません。

とにかく作り込んで経験を重ねる。

つまり、職人の永年の勘による音作り、という世界になります。

そのような深淵に、私など到底踏み込めません。

そこで私は前者、箱鳴りを目立たなくする方向で考えていきたいと思います。

　まずは最初に、ユニットから直接箱に伝わる場合を考えていこうと思います。

ユニットから箱に伝わる振動は、進行方向に対して振幅が縦方向（前後）に伝わるＰ波と、横方向（直角）に伝わるＳ波が存在します。

地震波と同じですね。

音への影響が大きいのはＳ波の方です。

エンクロージャーの場合、具体的には次のような振動になります。

　　　　　（この方向の振動が）　　　（伝わっていく）

　一般的なイメージの箱鳴りはこれですね。

エンクロージャーの板には弾性があり、特定の周波数で共振します。

Ｓ波の特徴は、振動の向きが板の共振と同じ方向だということです。

そのため、板は固有の共振周波数で大きく振動します。

振動板と異なる位相で、大きく振動するのですから、干渉が起きて音が濁ります。

実はこのあたりは微妙で、これが豊かな厚みのある音だと評価される場合もあります。

でも基本的には箱鳴りは有害である場合が多いので、対策がとられます。

　Ｓ波箱鳴りへの対策は普通に一般的に行われている事ですので、ここでは簡単に触れておきます。

　①箱の剛性を上げる

これにより共振への抗性が高まり、共振の波高が下がります。

具体的には、剛性の高い素材を使用する、板を厚くする、構造を工夫する、等が考えられます。

　②板の重量を増やす

重くすると共振周波数が下がります。

音のエネルギーは低音になるほど大きくなるので、共振周波数が下がれば共振にも大きなエネルギーが必要となり、相対的に箱鳴りが少なくなります。

一般的には剛性の高い素材は重量級になるので、この２つを同時に満たすことになります。

　③補強を加える

補強すると共振周波数が高くなりますが、剛性を大きく上げたのと同等の効果が得られるので、総合的には箱鳴りを抑えることができます。

　④内部損失の大きい素材にする

内部損失が大きいと、伝わる振動も減衰、箱鳴りも減ります。

ただし、これを重視して剛性を下げると逆効果となるでしょう。

　こう考えてくると、理想のエンクロージャーは高剛性かつ重量級、例えばコンクリートで固めた箱だ！

とかなりそうです。

でも実際に製作した例では、あまり芳しくはないようです。

私も「理想スピーカー」では期待外れに終わりました。

なぜそうなるのでしょうか？

これには２つの理由が考えられます。

　１つ目の理由はもう１つの箱鳴り、Ｐ波箱鳴りです。

Ｐ波は、Ｓ波とは異なる特徴があります。　

　①Ｐ波は反射する

　②（同質の素材であれば）Ｐ波は接合部を透過する

　Ｐ波では共振は起きません。

そのため、音圧は低いです。

でも、Ｐ波はエンクロージャーをぐるりと回り、様々な周波数で混ざり合って干渉、共鳴してユニットのフレームを揺らします。

実態としては、Ｐ波は箱鳴りというよりも、ノイズと言った方が適切でしょう。

　では、このＰ波ノイズを防ぐ対策を考えます。

　①内部損失の大きい素材を使用する

これは極めて大きな効果を発揮するでしょう。

例えばダンボールでエンクロージャーを作れば、Ｐ波ノイズはほとんど無視できます。

ただし、剛性が低いのでＳ波箱鳴りには不利です。

いや、それ以前に低音再生そのものに不利ですが。

　②板を薄くする

板が厚いと、多くのＰ波が反射して ''生き残り'' ます。

薄いと、ほぼ直進のＰ波しか残らないので、大きくＰ波を減じる事ができます。

（３次元に拡がるＰ波を、２次元に狭める。）

　これくらいしか思い付きません。

では、逆にＰ波ノイズに不利なエンクロージャーは、どのような箱でしょうか？

そうです、すぐに思い付きますね。

コンクリートで固めた肉厚、重量級の箱です。

この箱では板の共振は起こりませんが、盛大なＰ波ノイズがユニットを揺らすでしょう。

　そして２つ目の理由です。

こちらの方がむしろ大きな問題でしょう。

ユニットの振動板は、当然ながら箱内に音を放射します。

コンクリート等の硬く、重い素材は、音のエネルギーを吸収せず、そのまま反射します。

コンクリートは内部損失だけでなく、外部損失（？）も少ないのです。

大きなエネルギーを持ったままの反射音は、そのまま盛大な箱内定在波を生みます。

　では、次にユニットから空気を経由して伝わる箱鳴りを考えてみます。

実は、ユニットから直接伝わるＳ波箱鳴りはバッフル面（ユニットの取り付け面）のみで、そこから先は振動の向きが変わるので、Ｐ波として伝わります。

つまり、バッフル面以外の上下左右、裏板のＳ波箱鳴りは全て空気振動から伝わります。

そして音圧は全ての板に均等に伝わります。

ということは、Ｓ波箱鳴りには振動の焦点、節があるという事になります。

具体的には、板の中心点が最も大きく振動する、ということです。

　次に、Ｐ波も空気を介して伝わるでしょうか？

アパートの、部屋の間の壁をイメージしてください。

安普請、薄く軽い木材の壁だったとします。

隣室の物音がよく聞こえますね。

板が軽く薄いという事は剛性が低いということであり、板は音のエネルギーに抗する事無く簡単に振動します。

つまり、隣室の音が壁全体を震わせ、特定の周波数では共振して（Ｓ波箱鳴り）伝わってくるのです。

では次に、壁が硬い材料だったとしましょう。

隣室の物音は壁で反射、こちらにはあまり洩れません。

遮音性が高い壁と言えます。

では、壁に耳を付けて聞き耳を立ててください。

意外と明瞭に隣室の話し声が聴こえると思います。

実際には、壁の表面に壁紙などの（内部損失の大きな）仕上げ材が貼られるので、聞こえにくくなりますが。

　これらの事から、空気振動が壁の中を伝わっていると考えられます。

振動レベルが低く、壁は音を発しませんが、耳を付けると聞こえます。

そうです。

音は空気を介して板に伝わり、Ｐ波として板の中を走るのです。

結論です。

スピーカーユニットが音楽を再生する限り、必ず箱でＰ波ノイズが発生します。

ならば箱のＰ波ノイズをいかにユニットに伝えないか、それが重要となります。

Ｐ波ノイズ対策を、真剣に考えるべきと思います。

　それでは、エンクロージャーを設計するに当たって、どのような方向で考えれば良いでしょうか。

まず、Ｐ波ノイズ対策のため、箱の素材は内部損失が大きい（柔らかい）木材等を使用すべきだと思います。

でも、内部損失の大きな素材を使用すれば、Ｓ波箱鳴りには不利となります。

当然その対策として、補強を加えることになります。

ごく普通に行われている、一般的な方法ですね。

　参考までにですが、私おすすめの補強方法があります。

一般的な形（四角形）のエンクロージャーの場合、反対面の板、例えば上板と下板は相似形状です。

ということは、同じ周波数で共振します。

そしてその位相は逆相です。

上板が上に動くとき、下板は下に動きます。

ならば、上板と下板の焦点、中心部を補強材でつないでしまえば良いのです。

お互い反対側に動こうとするので、振動が相殺されます。

これは左右面でも同様です。

前後面では条件が変わりますが、これも有効だと思います。

そして補強材には剛性が要求されます。

Ｐ波ノイズを考えると、薄い鉄板などが良いでしょう。

と思いましたが、あまり太くないボルト等がもっと良いですね。

もしこの考え方でエンクロージャーを作るのであれば、ユニットは箱の中央に取り付けるべきでしょう。

端に取り付けると、板の共振が相似でなくなり、箱鳴りが増えると思います。

　そしてＰ波ノイズ対策として有効な手がもう一つあります。

箱のＰ波ノイズを、物理的にユニットに伝えなければ良いのです。

フローティング構造とでもいうのでしょうか。

例えばユニットを板に直接取り付けず、間に厚い吸音材を挟み込む、などの方法です。

こうすればＰ波ノイズの悪影響が大きく減るでしょう。

ならば、次のような考え方が浮かびます。

フローティング構造でＰ波対策が出来るのならば、箱の方はＳ波対策に専念すれば良い。

そうすれば二兎を得られるじゃないか。

　おそらく間違ってはいないと思います。

でも、かなりの困難が予想されます。

Ｐ波対策まで考えた軽量箱の場合、箱鳴りは主に板の共振です。

定在波もあるでしょうが、まずは板の共振対策に頭を悩ますことになります。

つまり真っ先に必要なのは、箱の補強です。

でも、コンクリート等の重量箱の場合、箱鳴りはほとんど箱内定在波です。

Ｓ波箱鳴り無し、Ｐ波ノイズも遮断。

でも残るのが、定在波対策という厄介な問題です。

もし重量箱に挑戦するというのなら、箱を四角形にしないことを私はおすすめします。

上下、左右など正対面の壁がなければ定在波は減少します。

ただし、減少はしますが無くなる訳ではありません。

対策として、吸音材を使用する必要があるでしょう。

どこで妥協するか、細かいチューニングが必要になると思います。

高難易度は間違いなさそうですね。

　なお、四角形にしない方法は、軽量箱にはあまり効果が期待できません。

軽量箱の主な箱鳴りは、板の共振なのですから当然そうなります。

　今回の私の論考の結論は簡単です。

皆さんが普通に行われている、王道箱作りは合理的で正しい、と確認しただけです。

特に新しいアイデアがあった訳でもありません。

ただ、エンクロージャーに対する自分の考え方を整理、確認するために書いてみました。

今後何かアイデアが浮かべば記事に上げるかもしれませんが、現在ではこんなところです。

　では最後に、私の魁スピーカーです。

実は魁1a型を製作した時点では、まだＰ波ノイズという考察にはたどり着いてはいませんでした。

そのため、箱は剛性が高く、重量級の方が良いと単純に考えて、プラスチックとコンクリートで製作しました。

それでもあまり問題にならなかったのは、箱が極めて小さい（半球状なのでＰ波ノイズが後ろに回り込まず、縁で反射して折り返す。）ので、あまり共鳴しなかったのだろうと考えています。

　その後、一応のＰ波ノイズ対策として、セミ・フローティング構造を取り入れました。

具体的には、ユニットと箱の間にゴムパイプを挟んで、ビスで止めています。

ビス止めなので完全ではありませんが、Ｐ波ノイズをそれなりには防いでくれていると思います。

　現在構想中の、次のスピーカーでは本格的なＰ波ノイズ対策を取り入れます。

木製、完全なフル・フローティング構造、バッフルスカートなどが採用される予定です。

100円ショップから外れそうなのが······。

　　小難しい話が続いて、申し訳ありません。

　　あと一回で終了予定です。

　　次回　　魁スピーカーの低音増強について

　（おまけのアイデア）

　先日、ぶらタモリ（宇都宮編、再放送）を見ていたら、特産品として　大谷石（おおやいし）が紹介されていました。

気泡を大量に含むのが特徴で、加工性、断熱性に優れています。

音響特性にも優れていて、音楽ホールに採用されているそうです。

これはいい、エンクロージャーに使えないか？

と考えて、閃きました。

発泡コンクリートです。

ALCと呼ばれ、主に外壁材として使われます。

実際に手にした訳ではないので、あくまでも予想ですが、高剛性で内部損失が大きく、音の反射も少ないという理想に近い特性なのではと思います。

唯一の欠点は、軽量な事でしょうか。

水に浮くそうです。

将来製作するエンクロージャー素材の有力候補です。