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ホーンスピーカーの音質と マルチアンプ駆動化 |
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1.【ホーンスピーカー方式の音質の違いについて】 2.【ホーンスピーカーの簡単セッティングについて】 3.【・・・・・】 4.【・・・・・】 |
| 1.【ホーンスピーカー方式の音質の違いについて】 ◎私の主観的な感想で恐縮すが、一般的なスピーカーでツィーター以外がコーンやドームで構成されたスピーカーはクラシックコンサートで例えればホールのＳ席より後方で聴いている感じがしています。それに比べてホーンを用いたスピーカは、ホールのＳ席又は、Ｓ席よりやや前で聴いている感じがします。音離れの違いや出方の違いによる差ではないかと思っています。音楽でもジャズ系を好む方は、小ホールやミニステージ等で目の前で演奏している雰囲気が大事でしょうから、まさにホーン型スピーカーを好まれるオーディオ愛好家が多いのはホーンの持つ特質がマッチしている事が容易に判断できます。又、逆にコンサート会場全体の雰囲気やノンビリと静かに聴く場合やＢＧＭ的に聴く場合はコーン型やドーム型が向いていると思います。 ◎ホーンスピーカーの原理を簡単に説明しますと、スピーカーユニットのダイヤフラムやコーン等の振動を空気に伝える時に上下左右に囲いを設け振動を伝える空気が外に逃げない様にして効率よく空気を振動させる方式です。ホーンスピーカーの詳細な解説及び原理や特性は各種オーディオ雑誌やインターネット上で山ほど出ていると思いますので省きます。 ◎3ＷＡＹの一般的なスピーカーは、低音用ウーファーはコーン型、中音用スコーカーはコーン又はドーム型、高音用ツィーターはドームかホーン型で構成される事が多いかと思います。これらのスピーカーで特に国産の製品（超高級品は除きます）では、長く聴いていますと段々と不満がいろいろと出てきて物足りなくなると言う話をよく聞きます。 ◎ホーンタイプとコーンやドームタイプのスピーカーでは根本的に音の出てくる傾向が異なる気がします。高価な高級スピーカーでもホーンを使わないスピーカーは沢山あります。それらは、ユニットも専用に設計され物量を投入して作られています。又、高級スピーカーは価格帯のバランスもあり、必ずと言っていいぐらい超がつく高価なアンプで鳴らしています。高級同士の組合せとなるとそれなりの音質で鳴ってくれます。1本100万円以上するスピーカーを数万円のプリメインアンプで鳴らしている組合せを見た事も聞いた事もありません。 ◎ＪＢＬやジンガリ等の中高音にホーンが使われているスピーカーでは、そのまま鳴らすと、ジャジャ馬的な鳴り方をしますが、あの強烈なサウンドは、憧れる方も多いと思います。好みも分かれるところではあります。ホーンは、独特の躍動感に満ちた音質には惚れ惚れする時もあります。これは、コーン型やドーム型を用いますと、全体的に能率（音圧ｄｂ/Ｗ）が落ちてしまいどうしてもダイナミックさや躍動感、音離れ・・・と言ったものが薄れてしまう傾向があります。ホーンを用いる理由に立上り/立下りが早くハギレノのよいシャープな音や小音量から大音量まで情報量豊に、繊細且つダイナミックな音を目指そうとするスピーカーではホーンを用いたスピーカーになるのかも知れません。 ◎ホーンを導入する場合でもウーファー部までホーンにするには、ホーンの規模（ホーン長7ｍ以上/開口部縦横2ｍ以上）が大き過ぎます。又、低音用ドライバーも強烈なサイズになりそれだけで車がかえるぐらいの費用を要し一般的ではありません。通常は、エンクロージャーを大きくしコーンスピーカーの口径を大きくするか、同一ユニットを複数使う事により充分な低音を確保できます。最近のウーファー用コーンスピーカーは耐入力等進歩しており低音もよく出ます。実際に市販スピーカーでウーファーまでをホーン化している製品は殆ど見かけませんが、受注製品の超ド級スピーカシステムでは商品として存在しています。 ◎30ｃｍ以上のウーファーを搭載している3ＷＡＹ以上のスピーカーであれば中高音部にホーンを導入するだけで、好みは別として次元の違う音に変化すること間違いなしです。ホーンの材質にはウッド系・金属系・プラスチック（ファイバー含む）系があり独特の音色を出します。ホーンはどれも大なり小なり材質による共振が存在します。一番のお奨め材質は癖の少ない木でできた”積層材削りだしタイプ”のウッドホーンです。価格ではウッド系が一番高いのですが、ウッドは適度な内部損失を持っており共振し難く、ドライバー自体に固有のキツイ癖（音色）などが有る場合でも比較的、刺激音を吸収し和らげ抑えてくれます。 ◎プラスチック系のホーンは比較的価格が安いので入門向きですが、そのまま使うと音質はハンディーメガホンの様な音色になり易いです。金属系の材質は鋳造物（ダイキャスト）で出来ており、プラスチック系とウッド系の中間的な価格が多く、金属固有の共振も強くでます。共振が強いホーンはデッドニング（共振を抑える）をしないとかなりキツイ音色になります。ウッド系でも、薄い合板でホーンを形どったタイプはデッドニングしないとプラスチック系と同様にメガホン的な音色になります。共振が起き易いホーンはどんな材質であっても必ず充分なデッドニングが必要になります。（ホーンで一番苦労する作業です） ◎ホーンのカーブ（広がる開口までの曲線）は様々な説と計算式が存在します。一般的なのはハイパボリックホーンやエクスポーネンシャルホーンが有名です。そのほかコニカルホーンと言われる直線的に広がるホーンもありますが屋外等の拡声器に向いておりオーディオ向きではありません。ホーンには”カットＯＦＦ”周波数が存在します。この”カットＯＦＦ”周波数とは空気に対し負荷（ロード）が掛かり始める周波数です。”カットＯＦＦ”周波数以下はロードがかからず、空気が音として出てきません。ホーンはこの”カットＯＦＦ”周波数によりサイズが異なり、低い周波数では巨大なサイズになります。 ◎通常、ホーンは”カットＯＦＦ”周波数からロードがかかり音としてでてきますが、安定してロードがかかるのは、”カットＯＦＦ”周波数の2倍の周波数と言われています。つまり、”カットＯＦＦ”周波数が300Ｈｚのホーンの場合、実用になる周波数は600Ｈｚ以上となります。この2倍より低い周波数で使おうとしますと、ホーン臭いメガホン的な音になり易いです。余裕をみて2.5倍ぐらいの周波数から使う方が音質的に安定します。又、カーブによる音質傾向は同一”カットＯＦＦ”ならハイパボリックはやや大型になり音質は音離れの良い開放的な鳴り方をします。エクスポーネンシャルは最も自然な音の出方をしますが同じ”カットＯＦＦ”の場合ハイパボリックに比べホーン長が長くなります。 ◎最近のホーンはメーカー毎に独自計算のカーブやそれぞれのカーブを組み合わせたホーンが多くそれぞれ、特徴と個性の有る音質に仕上げています。ＪＢＬも独自の計算式によるカーブでホーン開口部をより広くして音離れの良い（前に前に音を出す感じ）方向に変わってきている様です。 ◎因みに、ドライバーメーカーの指定ホーンを使いオリジナルによるオールホーンの4ＷＡＹや5ＷＡＹで楽しんでる方を知っておりますがお金に余裕が有り部屋もメチャメチャ広い方が殆どです。アンプも半端な物はなく超高級な物を使い出てくる音は、それはそれは強烈でそんじょそこらのオーディオ装置では出せない音質です。ましてや一般市販スピーカーでは太刀打ちできないと思います。住む世界が違い過ぎてとても真似はできません。（少しでも近づけたいとは考えています） 2.【ホーンスピーカーの簡単セッティングについて】 ◎簡単に「ホーンを導入すると時限の違う音質になる」と書いてきましたが、いざ導入するとなるとスピーカーセッティングの基本的知識が必要になります。なぜなら、コーンスピーカーとホーンスピーカーでは、音源の位置がかなりのズレを生じます。位相が合わないと、とんでもない音になってしまう事が多々有るからです。ホーンを導入する場合この位相あわせが大変重要になります。実際厳密にはホーンに限らず、マルチスピーカーではどんなタイプのユニットでも振動板位置は合わせる必要があります。 ◎音源位置がズレていますと、炸裂音や太鼓の叩いた瞬間の音などのインパルス応答にズレが生じ、ウーファーから出る音とスコーカーから出る音、スコーカーから出る音とツィーターから出る音がが耳に到着する時間にズレが生じ、同一波長の場合強めあったり弱めあったりして耳に到達する為、とんでもない音になってしまいます。 ◎位相を合わせるのに、音響工学を元に厳密に合わせる方法と、大まかではありますが、自然な鳴り方を元にしてだいたい程度のアバウト的合わせ方があります。最初は、厳密な調整方法”●”印で説明いたしますが、理屈程度に読んで下さい。むしろ後半の”★”印はアバウトな調整方法を解説していますが、こちらの方が現実的でとても簡単に調整できます。厳密にに合わせたオールコーン（ドーム含む）タイプのスピーカーは超が付く高価な物が多く、ホーンではそこまで合わせたスピーカーは、実際に見たことがありません。 ◎この位相について簡単に説明しますと位相の進み・遅れは1周期を0度〜360度の角度で現します。1000Ｈｚ場合で90度（360度分の1/4）進むとは、1/4周期分進む事になりズレの距離を長さで現しますと1000Ｈｚの1周期の波長は34ｃｍですのでその1/4波長分の8.5ｃｍ進んでいる・・・と言う事になります。90度遅れる場合は、この逆になります。 ◎ホーンスピーカーは音源がドライバーユニットの振動板（ダイアフラム）位置になります。コーンスピーカーの場合はコーンの根元（ボイスコイルとコーンが接着された位置）が音源になります。位相合わせはこれらの位置を同じにしなければなりませんが、これらを合わせ様としますとホーンをかなり突き出した位置になります。これは、ステーなどで工夫して位置合わせが出来ないわけではありませんが、実際問題として現実的ではありません。見てくれも全体のバランスも悪くなります。 ◎ホーンを使ったスピーカーの各ユニットの配置（セッティング）は、ウーファーはエンクロージャーのバッフル板に取付け、スコーカー（ホーンスピーカー）はエンクロージャーのＢＯＸの上に乗せます。ツィーターはドーム型・ホーン型に関わらずバッフル板に取付けるか、又はスコーカーのホーンスピーカーの上に乗せます。バッフル板へ固定したユニットは動かす事ができなくなります。 ●ホーンの位相合わせ位置は、クロスさせる周波数（Ｈｚ）とカットする減衰率（-ｄｂ/oct）で異なります。3ＷＡＹを例として説明します。次に条件としてコーンスピーカーのウーファーは1000Ｈｚ以下：-12db/octクロスとします。ホーンスピーカーのスコーカーを1000Ｈｚ〜10000Ｈｚの帯域を受け持ち：-12db/octクロスとします。ホーン又はドーム型スピーカーのツィーターは10000Ｈｚ以上の帯域を受け持ち：-12db/octでクロスさせるとします。・・・・クロス周波数を1000Ｈｚ/10000Ｈｚで-12db/octとした各位相差は理論どおりの理想的なズレ（差）をしているとします。 ●（Ａ）ウーファーとスコーカー間のクロス周波数1000Ｈｚ：-12db/octで、スコーカーとツィーター間のクロス周波数10000Ｈｚ：-12db/octですので、音速を340ｍ/毎秒とした場合、1波長（1サイクル）の長さ：1000Ｈｚは34ｃｍになり・10000Ｈｚでは3.4ｃｍになります。この事は、ウーファーとスコーカーの音源が0ｃｍ又は34ｃｍのズレ、スコーカーとツィーターの音源が0ｃｍ又は3.4ｃｍのズレがある場合は0度又は360度になり同相となります。 ●ズレの差が1/2波長分の17ｃｍであれば位相が180度ズレる事を意味します。ツィーターは1.7ｃｍ動かすだけで180度ズレます。この180度ズレるとは位相が真逆になり全く正反対の動きになります。この事は、ウーファーとスコーカーで例えると、ウーファーの振動板が最前面に振れた時もう一方のスコーカーの振動板は最後面に振れてていると言う事になります。 ●（Ｂ）ここで、もう一つの位相ズレがあります。ネットワークやチャンネルデバイダーで-12cb/octに設定した場合の電気的に起きる位相ズレがあります。これは、ネットワークやチャンネルデバイダー内で周波数分割を行う場合、Ｃ（コンデンサー）やＬ（コイル）を電気信号が通過する時に位相ズレが起きます。電気的極性の位相合わせはスピーカーユニットの”+”側とスピーカーケーブルを繋ぐ”+””-”の極性合わせます。正相接続とは、”+”側に”+”を接続/”-”側には”-”を接続する事なり、逆相接続とは”+”側に”-”側を接続/”-”側には”+”を接続します。実質的にはこの同相か逆相かの2通りしかなく、極力位相差の少ない方を選択して下さい。 ●0度又は360度の位相ズレは正相接続となり180度の時は逆相接続になります。-12db/octではウーファー側はクロス周波数ポイントで90度遅れ、スコーカー側は90度進み差は180度の位相ズレとなります。同様に、-12db/octではスコーカーとツィータのクロス周波数ポイントでスコーカー側は90度遅れツィーター側では90度進み差は180度の位相ズレが起きます。 ●-6db/octにした場合、ウーファー側は45度遅れ、スコーカー側は45度進み差は90度の位相ズレとなります。-18db/octではウーファー側は135度遅れ、スコーカー側は135度進み合成すると270度の位相ズレになり、これは360度-270度＝90度で、位相ズレは-6db/octと同じ扱いになります。スコーカーとツィーター間も同様です。電気的位相あわせは、振動板の動き始めるタイミングを合わせるのであって耳に到達する時間的ズレは修正できません。 ●（Ｂ-1）ネットワークやチャンネルデバイダー等の減衰率による電気的位相ズレの説明をいたしましたが、この減衰率を組み合わせてウーファー側を-6db/octにスコーカー側を-18ｄｂ/octにしますと電気的位相ズレ45度遅れと135度進むで合成しますと180度になりウーファー側は正相接続（0度）、スコーカー側は逆相接続（180度反転）にしますと合成位相ズレは丁度360度になり電気的位相ズレを解消できる事になります。この様に減衰率の組合せで多少位相調整も可能になります。但し理想的な回路の場合に限りまですのであくまでも位相合わせ時の基準レベル程度に考えて下さい。 ●ネットワークやチャンネルデバイダーによるクロス周波数での減衰率の決定は位相調整に使うのではなく、音質を調整する為のものです。たとえば、ウーファーにスコーカー領域の音を出したくない場合やスコーカーにウーファー領域の音を出したくない場合は-12dbや-18ｄｂを使います。スコーカーとツィーター間でスコーカーががかなり良質な高音を出せる場合等はスコーカー側は-6ｄｂ/oct又はカットせずにそのまま垂れ流しにし、ツィーター側を-12db/oct又は-18ｄｂ/octにします。 ●ツィーターも意外とかなりの中低域まで音が出ています。-6ｄｂ/octでクロスさせてもかまわないのですが、ツィーターの接続では、低域はエネルギーが高いので低域信号がツィーターに入りますと歪んだ音になったりツィータ自体が破損しますので注意が必要です。ツィーターの場合例えば、6000Ｈｚ以上/-12ｄｂ等と推奨使用周波数と減衰率が記載されております。推奨より高目のクロス周波数である場合は-6ｄｂでもかまいませんが、低目（6000Ｈｚ）のクロス周波数の場合は-12ｄｂ/oct以上にして下さい・・・・と言う意味です。 ●（Ａ）と（Ｂ）（Ｂ-1）の位相ズレを組み合わせるとどうなるかを具体的に説明します。元となる基準はウーファーになります。ウーファー位置（バッフル板又はボイスコイル）及び電気的極性（正相接続）の接続を基準にして中音・高音と進めて行きます。 ●（Ｃ）スコーカーのホーンドライバーのダイアフラム位置がウーファーのコーンの付け根位置との差が0ｃｍの場合と、後方又は前方に34ｃｍずれていた場合、音源位置の位相は0度と360度で、ズレは同相になります。電気極性は180度ずれていますので、ウーファーは正相接続にしますが、スコーカーは、逆相接続にします。極性の”+”・”-”を逆に接続すると180度位相が変化しますので、-12db/octによる180度位相ずれと合わせ360度ズレとなりトータルで同相となります。 ●（Ｄ）スコーカーのダイアフラム位置がツィータのダイアフラム位置との差が0ｃｍと3.4ｃｍの場合は音源位置は同相ですが、電気極性は減衰率が-12ｄｂ/octなので180度の逆相になる為、、ケーブル接続は逆相になります。 ●（Ｃ）と（Ｄ）から、ウーファーとスコーカー/スコーカーとツィーターの配置位置を1/2波長分ズラし、差をそれぞれ17ｃｍと1.7ｃｍにする事により電気的位相をズレを相殺し、ケーブルとの接続は全て正相接続させる事になります。実際には理論通りにならず、その通りの位相ズレが起きていない事の方が多く、理論値を基準にし各ユニットを1ｃｍ刻みで前後させて音の繋がりが最も自然に鳴る位置を見つける必要があります。見つかるまで根気よく調整します。この時、基本の音が判らなくなり易く、再生周波数特性が、なるべくフラットで基準になるモニタースピカーが有ると音質や音色を比較しながら調整できますのでとても便利です。 ◎（Ａ）（Ｂ）（（Ｂ-1））（Ｃ）（Ｄ）の方法は、厳密に行う原理原則に則った位相調整になりす。これらを長年、律儀に守って調整していましたが、理論どおりの位置や極性反転等を行いながらスコーカーやツィーターを試聴しながら調整していました。しかし理論値に合わせようとするとホーンがエンクロージャーより前に極端に突き出てしまったり妙に後方になったりで見てくれや安定性に不安を覚えました。 ◎1/2波長＜1／2λ：180度＞や/1/4波長＜1/4λ：90度＞の差もテストしましたがフルート演奏で特定の音のみ急に耳のそばで演奏している様な感じになったり、バイオリンが鼻詰まりのような音色になったりであちらを立てればこちらが立たずでした。又、ボルト等で固定すれば良いのですが掃除などでチョッコッとズレルだけで、なんか、音が変わってしまった気がして精神衛生上良くありません。 ★そうこうしている内にもっと簡単にできる方法を見つけました。それは、（Ｅ）スコーカーのホーンスピーカですが、ホーン原理でクロス周波数に関係なくホーンの先端開口面積の約80％の面積に相当する位置（ホーン先端から少し後方へ下がった位置）が仮想音源としダイアフラムの位置と同等の位置とみなす理論を思い出しました（アキュフェ−ズ創設者の一人：故出原氏理論）。バッフル板位置と仮想音源位置を合わせる事によりおおよその位相を合わる事ができます。これは、±3ｃｍ程度の誤差は気にする必要はなく、後は、違和感の無い位置に微調整するだけで良いと・・ありました。ツィーターもホーン式なら同様に計算し面積比で約80％位置（数ミリ後方位置）を仮想音源とみなし、バッフル板位置と合わせればよい事になります。 ★どの場合も基準になるのは、ウーファーが取付けてあるバッフル板位置を基準とします。又、電気極性もウーファーの正相接続を基準にします。ウーファーのボイスコイルとコーンの接着位置が正確な位置なのですが、全て仮想音源方式にするため、ウーファーもコーン先端の円の開口面積の約80％面積の開口位置を仮想音源とします。実際に計算して見ますとウーファーユニットをバッフル板に表付けした場合、ユニットにもよりますが、私の場合バッフル板位置がだいたいの仮想音源位置になりました。 ★配置が決まりましたら、電気的極性の（+）と（+）の正相接続か、（+）と（-）の逆相接続か、どちらが自然な鳴り方か又、好みの音質が出ているかで正・逆の接続向きを決めます。仮想音源による位置合わせ（位相合わせ）の場合、その位置（約80％面積相当の位置）で何度ズレているか判り難い為、電気極性の理論通りになりません。仮想音源とみなされる位置が何度ズレているか判断するには、位相測定器等の測定器で測らないと判断がつきません。正確に測定したところでそれは基準探しであって最後は耳で聴いて良しとするならば、それでいいのです。最終的には多少の位相ズレより耳の判断を優先します。 ★電気理論のクロス周波数に対する位相ズレも理想的な電子部品を用いた場合のみ計算通りの正確な値になりますが、電子部品は規格上±1％〜10％の範囲で誤差があります。容易に理論値よりズレが生じてしまいます。このことから、最後は耳で聴いて判断するしかないのです。かといって、理論値から大きく外れていますと、とんでもない個性や癖の有る音になってしまいますので、基準は決めておいてその後、その位置から前や後に少しづつずらしながら調整するのがベストです。 ★（Ｅ）の位相合わせの方法が一番現実的で調整し易い方法でした。（Ｅ）で位置出しが決まれば電気極性のみでだいたいの調整は完了します。エクスポーネンシャルホーンのスコーカーで±1〜5ｃｍ、ツィーターで±5ｍｍ〜10ｍｍの範囲で微調整するだけで音質的に繋がりも良く、極自然で変な癖などは全く出ません。最終的に、私の場合はこの調整方法で現在に至っています。 ◎クロス周波数に関係なくにホーン曲線がエクスポーネンシャルではバッフル板より約4ｃｍ±3ｃｍの範囲で突き出した量です。実際に試して見て下さい。思っているよりとても簡単にマルチスピーカーのホーンセッティングが行えます。ただ、ホーンの形状が大きく異なる場合は80％面積位置を計算して位置をだして下さい。 3.【・・・・・】 4.【・・・・・】 |
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