30周年記念自作スピーカー開発開始(その1)

来月、ついに30歳を迎えることになりました。誕生日に何かイベントをやったことが無いのですが、 せっかくの節目(?)なので、30周年記念として、また自作スピーカーを開発することにしました。

いままでに細かい物も含めて5台自作スピーカーを開発してきたわけですが、ブックシェルフ型スピーカーの優であるB&W 805スピーカーをなかなか音質・満足度の面で超えられないという経験があります。職場にスピーカーに関してマニアな方がいて(その筋では有名な方なのですが)、その方に相談したところ、周波数特性(以下f特)に固執しすぎていることと、音質はまずユニットで決まるといういわば当たり前の指摘を受けたわけです。オーディオ業界は価格設定が多少酷い状態になっており、ケーブル1mあたり100万円という物まで存在し、何が良い物か、そもそも良い音とはなんなのか不透明な状況になっています。スピーカーに関しては、スピーカーユニットの値段の10倍程度(以上)がスピーカーシステムとしての値段になるという現状が多い様です。たとえば、30万円のスピーカーだったら3万円位がユニット代であろうということです。 今回のエントリーでは、まずスピーカーの音を決定づけるスピーカーユニット選定について紹介したいと思います。

毎年秋に、東京国際フォーラムで、恒例となって開催されているハイエンドオーディオを扱った東京インターナショナルオーディオショウという展示会があります。昨年の秋頃は、個人的にスピーカーやオーディオ熱が高く、ふらっと足を運んだわけですが、その中で強烈に印象に残ったスピーカーメーカーが1つだけありました。私が使っているB&Wは、ダイヤモンドをTweeter(高音用ユニット)に採用した273万円のSignature Diamondというスピーカーを展示し、会場も盛り上がっていました。Sig-Dももちろん素晴らしいスピーカーだったのですが、印象に残った1つのスピーカーは、B&Wではなく、イタリアのSonus Faber (ソナス・ファーベル)のAmati Anniversarioというスピーカーでした。Amatiは、ユーロ高の影響もあり、現在380万円もする高級スピーカーです。Amatiは、16世紀に活躍した現代型のヴァイオリン創始者であるアンドレア・アマティから名前をとっています。ソナス・ファーベルは、イタリア語で”音の工房”というような意味らしく、最高の音源(ユニット)から出される音を、芸術的な木材加工技術により美しく響かせ、イタリアならではのセンスの良い外観を備えた素晴らしいスピーカーを作っているメーカーです。ソナス・ファーベルには、Amatiより高級なStradivariというスピーカーもあります。その名の通りヴァイオリンの名器を残しているアントニオ・ストラディヴァリから名前を付けています。Amati, Stradivariのようなスピーカーは外観も含め大変に素晴らしいわけですが、さすがに数百万円もスピーカーに使うことは財政的に困難です(無理です)。そこで、せめてAmati, Stradivariが使っているユニットを使って自作をしようと考えました。つまり、スピーカーの箱(エンクロージャー)さえ、素敵に作れればとても金銭的に手が届かないソナス・ファーベルに少しは近い音が出るかも知れないと考えたわけです。

馬鹿っぽいですが、私もソナス・ファーベルなどに真似をして、今回の30周年記念スピーカーに名前を付けることにしました。こうなると自分の好きな偉人達の名前かと考え、多くの尊敬する偉人達の名前が浮かぶ分けですが、交流システム、通信機などを作り、語学、芸術などに極めて堪能であった天才Nikola Teslaにしました(笑)。というわけで、何回にも渡って紹介するこのスピーカープロジェクトは、ニコラ・テスラプロジェクトとなりました。

さて、スピーカーユニット選びです。上述の通りAmati、Stradivariで使用されているユニットをそのまま購入できれば良いのですが、さすがに完全に同じものは、ソナス・ファーベル独自カスタマイズ商品ですので買うことはできません。そこで、Amatiなどを実際に購入し隅々まで写真をとって公開されている方のブログや、Amatiなどの記事を見て、近いユニットを予想して購入いたしました。

■Tweeter (高音部ユニット) : ScanSpeak R2904/7000-50 Ring Radiator
http://www.tymphany.com/r2904-700005

20080627_scanspeak_2904.JPG

このTweeterユニットはAmati, Stradivariと同じ製品だと思っています。見た目もそっくりですし、ソナス・ファーベルは長年TweeterにScanSpeakを採用していますから間違いないでしょう。このTweeterは、Raven, Accutonなどの変態ユニットを除けばほぼ最高スペックのユニットです。20kHzを大きく超える特性も含め、どんな音がするか楽しみなユニットです。ここでScanSpeakの紹介をすると、その名の通りScandinavia半島から名前が採られているデンマークの会社の高級・高性能ユニット会社です。特にTweeterで高い評価を得ている会社(ブランド)です。ソナス・ファーベルなどの100万円を超える高級スピーカーで多く使われています。今回、米国の商社を通して購入しました。

■Mid range (中音部ユニット):Audio Technology FLEX UNITS 4 H 52 06 13
http://www.audiotechnology.dk/iz.asp?id=4|a|122|||

20080627_flexunits01.JPG

職場のスピーカーに詳しい方に意見では、3ウェイスピーカー(高音・中音・低音の3つのユニットに分けるスピーカー)において、音質を決めるのは、Mid > Tweeter >>>> Wooferであるとのこと。また、ミッドレンジは、人声を含め大変重要な周波数域であるので、ここをケチるとシステム全体のクオリティが下がってしまいます。今回、デンマークのAudio Technology社の15cmミッドレンジを選択しました。このAudio Technology社は、大変高音質のユニットを作り上げることで有名なメーカーで、同じく有名なDynaudio社から技術者が暖簾分けしてできた会社の様です。型番を見ると4 Hの後に51, 06, 13などの数値がありますが、この数値は、ボイスコイルの直径などの値で、注文時に独自に指定できます。大変マニアックな会社です。Amati, Stradivariは、ミッドレンジにこのAudio Technologyの15cmミッドレンジを使っていることまでは外観から分かっています。ただ、後半の細かい指定の値などはわかりませんのでとりあえず、デフォルト値で注文しました。ちなみにこのユニットはAudio Technologyに直接連絡を取り、購入しました。(関税がたっぷりかかりましたが・・・)

■Woofer (低音部ユニット):SEAS Prestige L22RNX/P (H1252) 8″ Aluminum Cone
http://www.seas.no/index.php?option=com_content&task=view&id=114&Itemid=136

20080627_seas_h1252.JPG

低音部を司るウーファー選びはかなり悩みました。Amati, Stradivariは、それぞれ22cm、26cmのウーファーを2本づつ搭載しています。また、その表記は、”軽量アルミ・マグネシウム合金コーン”ということで、アルミニウムとマグネシウムの合金を使っているユニットを使っている様でした。いろいろな記事を調べて、メーカーは、ノルウェーのSEASという会社のユニットであることは分かりました。SEASのコンセプト(社のスローガン?)は大変かっこよくThe art of sound perfection by SEASです(笑)。その名に示すように、ScanSpeak, Audio Technology社と並ぶ超高性能ユニット会社です。SEASは数多くの製品を扱っていますが、最高級グレードシリーズのSEAS Excelシリーズと、2番目に素敵なSEAS Prestigeシリーズがあります。22cm, 26cmのウーファーのシリーズを見てみますと、Excelシリーズは、マグネシウムのウーファーが、Prestigeシリーズは、アルミニウムのウーファーがありました。つまり、Amati, Stradivariは、このマグネシウムとアルミニウムを合金にして使ったカスタムメイドのユニットであると予想できました。では、私のスピーカーではどちらかを使うべきかですが、もちろんExcelシリーズを使えば良いのですが、いかんせん高い!マグネシウムやアルミなどのを使ったユニットは低音部では綺麗な立ち上がりの特性が出ますが、高音部でバタバタ暴れます。マグネシウムとアルミの違いによる特性の変化は、使いたい低音部ではなく、高音側のこのバタバタっぷりと、インピーダンス増大がマグネシウムを使っているSEAS Excelの方が少ない感じでした。今回ウーファーは低音~200Hzまでしか使わないため、この違いはほとんど無視できるだろうと考えました。また、Mid, Tweeterに比べWooferはシステム全体の音質にあまり影響を与えないのと、コスト削減の為にPrestigeシリーズの22cmウーファーにしました。更に低音で有利な径の大きな26cmではなく22cmを選んだ理由と、Amati, Stradivariがウーファーを2本づつ積んでいるにも関わらず1本しか搭載しない理由に関しては後述致します。

20080627_all_units.JPG

とりあえず全てのユニットが海外から到着しましたので、記念撮影です。このユニット達を最高に奏でられる最高の箱(エンクロージャー)、ディバイディングネットワーク(音声信号を高音・中音・低音に分けるフィルタ回路)ができれば、去年の展示会で聞いたソナス・ファーベルに近づけるかもしれません。すくなくともこのユニット達を使った市販スピーカーは100万円を軽く超えて販売されています。

■Wooferのサイズと本数決定
もうここまで来ると誰も読んではいないと思いますが、ウーファーユニットをPrestigeシリーズにし、22cmのサイズを選び、1本だけ搭載している理由を紹介したいと思います。

まず、先ほども説明した22cmのSEAS Excelのウーファー(EX0022)と、採用が決まったSEAS Prestigeのウーファー(H1252)の比較です。


今回、ウーファーでは200Hz程度までしか使う予定がないので、極低音から200Hzまでの特性はほとんど一緒です。むしろf0(最低共振振動数)は、H1252の方が低くなっています。200Hzまでの使用であれば、ExcelとPrestigeの差はほとんどないと判断しました。

次に、22cmのPrestige H1252と、26cmのSEAS Excel EX0026の比較です。

低音になればなるほど、振動板の振幅は大きく触れる必要があるので、基本的には径が大きいユニットの方が低音に関しては有利と言われています。この図からも分かるように26cm (EX0026)の方が、200Hzまでの特性において音圧が高く、理論通り26cmの方が有利と考えるのが一般的です。しかし、今回のスピーカーでは、後述する方法によって、22cmの方が(少し)ですが有利になると判断し、敢えて26cmではなく22cmを採用しました。

今回のスピーカーのウリは2つあります。1つは、ソナス・ファーベルの高級スピーカーと同じ高級・高性能ユニットを用いること。もう1つは、音質を大きく左右するディバイディングネットワーク(Dividing Network)を、パッシブアナログフィルタではなくディジタルフィルタを使うことにあります。今回の様に高音・中音・低音の3ウェイスピーカーの場合、アンプからスピーカーケーブルを伝わって届くアナログ信号を、1)低音用にローパスフィルタ、2)中音用にバンドパスフィルタ、3)高音用にハイパスフィルタというコイルとコンデンサーによって構成されるアナログフィルタによって、アンプからの信号を低音域、中音域、高音域に分けて、それぞれのユニットが自分の専門の周波数領域だけ出力し、3ユニット全体として、可聴域全体(20Hz – 20kHz)の音を出すのが一般的です。

一方で今回のシステムでは、基本的に音源(音楽)は、パソコンで管理し、そのデジタルデータを、FIR(有限インパルス応答)フィルターを掛けて、3領域にディジタル領域で分けてしまい、3個のDAC(Digital Analog Converter)でアナログ信号として取り出し、3個のパワーアンプで増幅して、3本のユニットにそれぞれ入力します。つまり、パッシブのアナログフィルタは必要なく、もともとアナログ信号は低音・中音・高音でカッチリ分けられた信号が入力する予定です。

アナログフィルタに対するディジタルフィルタ方式のメリット・デメリットは

●メリット:CPUを全力で回すことで、ハイパス・バンドパス・ローパスのフィルタの傾斜(減衰)が急傾斜で切れる。ほとんど矩形型のフィルタが実現可能です。(例えば-96dB / octなど = 1オクターブが増減すると-96dB落ちる急勾配のフィルタ)。アナログフィルタで-96dB/octのフィルターを作るのは素子の数も多くなり、大変高額にもなり大変です。
●デメリット1:高速なパソコン、静かなパソコン(パソコンの動作音がうるさくては意味がありません)、左右で6ch分の高音質DAC、左右で6ch分のパワーアンプが必要になり、機材投資が大変
●デメリット2:低音・中音・高音の3ユニットのボリューム同期が難しい
●デメリット3:FIRフィルタを叩けば叩くほど遅延が発生し、再生ボタンを押してから音がでるまで時間がかかる(笑

デメリット2に関して、今回、映画Blu-ray, DVDなどで使われるAVアンプをうまく用いています。今の映画は、5.1ch, 7.1chのスピーカー(つまり6本のまたは、8本のスピーカー)で録音されており、後ろからの音声を表現して臨場感などを出しています。つまり、7.1chのAVアンプであれば、8個のパワーアンプが搭載されていることになります。今でこそ、HDMIなどでマルチチャネルの音声をディジタル転送できますが、少し前まで高音質マルチチャネル音声は、アナログケーブル(RCA)で転送していました。その名残で、普通のAVアンプだと7.1chつまり8本のアナログ入力端子を備えています。つまり、パソコンから左右で合計6本のアナログ出力を、このアナログ端子にいれれば、6個のパワーアンプを1台のAVアンプで対応できるわけです。しかもAVアンプは、各チャネル事に+-10dB程度のスピーカーレベル(音量)調整オフセットができます。つまり、低音部だけ3dB上げるなどの調整が可能で、調整後は、リモコンのマスターボリュームすれば、低音部だけ3dB上がった状態で他のチャネルも同期してボリュームが動くわけです。これにより、デメリットであったパワーアンプを複数用意する問題と、ボリュームの同期が普通に売っているAVアンプで実現可能になります。

さて、この各チャネル事に+-10dBのオフセット調整できることが一つのポイントになります。次の図を見て下さい。

この図は、22cmのPrestige H1252と、26cmのSEAS Excel EX0026の比較に、Mid Rangeと繋ぐ200Hzで同じ音圧になるように、22cmのH1252を約2dBほど上に上げた(ボリュームオフセット)状態を追加した場合の比較です。先述の通り、各チャネル事に自由にボリュームをオフセットできるためこのように音圧の上下は調整できます。200Hzにおいて同じ音圧で比較すると26cmより22cmの方が特性綺麗です。しかも、26cmだと箱の内容積も大きく取らなければならず大変です。値段も22cmの方が安い事から、今回22cmのウーファーを選択しました。
また、Amati, Stradivariとウーファーを2本搭載しています。低音は波長が長いので音の重ね合わせが容易に起きます。今回Tweeterが93dB位の音圧(平均的に)、Mid rangeが90dB位に対して、ウーファーは86dB程度の音圧なので少し音圧が低くなっています。アナログのパッシブフィルターの場合、各チャネル事に音量の調整ができないため、ウーファーの音圧不足を改善するために高級なウーファーユニットを2つ搭載しているわけです。理論的には2倍なので2本で3dBの音圧アップになります。ソナス・ファーベルでは2本使うことで3ユニットの音圧をある程度調整しているわけですね。今回、AVアンプで各チャネル事音圧が微調整できるので、ウーファーは1本で問題ありません。また理想的には2本使って3dBアップになる音の重ね合わせもユニットそれぞれでばらつきはありますし、音の重ね合わせも複雑ですから1本で音圧が出るのであればそちらの方が綺麗な音になります。
今回、FIRによるディジタルチャンネルデバイダー+3ch DAC + 3chアンプにより低音・中音・高音が混ざることなく最高の音が出せるのではないかと期待しています。

さて、”その1”からガッツリ書きましたが、30周年記念スピーカーは、最高級のユニットとディジタルフィルターにより理論的にとても素敵な音が出る予定です。後は、極めて重要な箱の設計をしっかりと行わなければなりません。あと数回このテーマでブログを書きたいと思っています。

30周年記念自作スピーカー開発開始(その1)」への10件のフィードバック

  1. 30歳記念の自作のスピーカーですか? 良い記念になりますね。

    私はまだ物の少ない時代に育ってますのであまり音にこだわりません。(こだわれなかった)
    だから 今でも オーデイオセットのスピーカーで聞いてます。

    正直行って直己さんのこだわりには 敬服しますが 内容難しくてよく判りません。

    でも完成出来たら 最高の音は一度聞いてみたいですね。

  2. ukule-Hさん

    少しお久しぶりです。酷い内容のブログにコメントありがとうございます!

    30歳記念自作スピーカーです(笑)
    正直言うと、今回のスピーカーは追々作りたいなぁと思っていまして、何か理由付けということで30周年と無理矢理つけたのでした。

    仮に現代の最高のスピーカーができたとして、昔のレコード録音が良く聞こえるかというとおそらくそうではありません。レンジが広すぎて思わぬ雑音が目立ってしまったりしますので、録音もある程度最新のものでないとバランスが悪くなりそうです。

    かなり理論的なこだわりになっていて、人間の可聴域を遙かに超えた議論になりつつあり、完全な自己満足なスピーカーではありますが、せっかく乗り出した船なので完成に漕ぎ着きたいと思います。

  3. 30周年記念自作スピーカーの完成写真が見たいです。ピアノ塗装はされたのでしょうか?

  4. SCANさん

    コメントありがとうございます。

    実は、完成していろいろセッティングを追い込み、全領域フラットのスピーカーを実現したのですが、正直申し上げて、それほど聞いていて納得する音質ではございませんでした(苦笑
    なかなか難しい問題です。PCベースのFIRフィルタ+USB経由(ASIO)のそれほど高級ではないDAC、そしてAVアンプという途中の問題なのか、いろいろ原因はありますが、ピンクノイズの特性が良くても、イマイチ感銘をうける音にはなりませんでした。

    その関係で、ピアノ塗装は見送りました・・・苦笑。

    さらに、引っ越しの際に大きすぎて解体し、ScanSpeakとAudioTechnologyのユニットは今外してあります。次のスピーカー構想がありますので、パッシブフィルタで2-wayで組み直す予定です。

  5. ScanSpeak R2904/7000以下素晴らしいユニットの選択で最終的には素晴らしい仕上げをされると聞いて、
    わくわくしていたのですが、残念でした。私は自作ホーンシステムだけなので今度はスキャンスピークによる自作を
    アルミエンクロージャーで3ウェイを作ってみたいと思います。丁寧な回答で有難う御座いました。2ウェイを期待しておりまする。

  6. SCANさん

    (もう見ていないかもしれませんが)

    そーなんですよ。イマイチの音質でした・・。特にミッドのオーディオテクノロジーが超イマイチでした。死ぬほど高性能ユニットなはずなのに・・・(高かったし・・)
    ってことで、再度組み上げには少し不安もあるのですが、もう一度組んでみます。

    実は私もアルミエンクロを考えていたのですが、ホントたまたまですよね?最近アルミはやっているんでしょうか?ちょっとびっくりしてしまいました。

    R2904/7000も、ソフトドームとよくご検討されたほうが良いかとおもいます。確かに中心の角で、100kHzまでf特は伸びていますが、果たしてそれは心地よい音かは微妙な線です。個人的にはフラットオーディオよりもソフトドームの高音ダラ落ちの方が心地よいのでは?と思い始めています。

  7. 今は価格上昇の為か販売中止?になったKrell Modulari Duoがとても良い音でしたのでチャンデバを使えば、
    何とかなるのでは?と思っております。
    R2904/7000も人から聞いた所、線が細いと言うのが気になります。

  8. なるほど。Krell Modulari Duoは、知らなかったのですが、今調べてみたら、アルミの重量級のScanSpeakのスピーカーなのですね。ユニットが片方で15万円位で、1インチのアルミで、ネットワークを考えても、材料費で25万もあれば1本作れそうですね。確かに1インチのアルミを使えば剛性は上がり、箱の固有振動数も上がりますが、ちょっとやり過ぎな印象ですね・・。私は普段人工衛星を設計しているのでもっと軽くて剛性のあるアルミエンクロにしようかと思います。
    とはいえ、これだけ重量級で良いユニットを使っていますからしっかりとした音は想像がつきますね。
    ウーファーは3本のパラ接続でバスレフで89db/m/wということは音圧がかなり低いですね・・。もしかしたらバスレフのポート周波数をわざと低音側ではねさせて低音を強化しているのでしょうか?(とは考えにくいので、アッテネーターを入れているでしょうね)
    どちらにしても知らないスピーカーだったので、一度聞いてみたいです。

  9. miyashita 様

    私も、30年ぶりにスピーカーを製作しています。ダライバーは、SEAS  2Way です。製作始めてから1年を過ぎようとしています。何とか、今年こそは年末までに完成したいです。アンプも、30年ぶりに今年中に購入予定です。お互いに、良いオーディオシステムを作りたいものです。

  10. 30年”ぶり”にスピーカー製作とは良いですね!5年前の記事なので私は自作オーディオからは離れてしまいました。
    良いオーディオセットができると良いですね。

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