サブウーファーの置き方と音の遅れの改善方法~もうこれで遅い!とは言わせない

 ホームシアターではサブウーファーが使われるが、買ってきてポン置きしただけではその性能を十分発揮できないことがほとんどだ。そして「サブウーファーの音は遅れる」と評され、その原因がサブウーファーにある、とされている。

 今回は、サブウーファー単体の遅れの改善にトライし、「遅れる」と評される真の原因を突き止めた。そして、サブウーファー本来の性能を発揮できる最適な置き方を検討した。

 

サブウーファーに吸音材を入れてみる

 スピーカーシステムは、吸音材を多めにすると音が大人しくなり、少な目にすると元気で余韻の多い音になる。これは吸音材の量でシステムのQ0が変わるためだ。

 以前ご紹介したように、Q0は過渡応答(音の遅れ)と関係あるから、Q0を下げれば遅れが改善される[2]。そこで、音が遅いと嫌われるサブウーファーの遅れを吸音材で改善できるか実験してみた。

 

 低周波の調整には、ふんわりした厚手の吸音材が役に立つ。今回の用途にちょうどよいものに、お魚のろ過装置で使うウールマットがある。今回はこれを使う。

 対象機はヤマハ NS-SW210。分解してみると、ほとんど吸音材が入ってない。ユニットすぐ横に小さなフェルトの切れ端があるのみ。これに吸音材を追加する。

 その条件を、吸音材の追加「なし」、半分(ウールマット4枚)、Full(ウールマット8枚。隙間をほぼ埋めた状態)とした。

 写真は「半分」の条件。追加した吸音材の配置は、上面1枚、底面2枚、マグネット背後に1枚。

 木ねじを外したら潤滑にワセリンか、固形石鹸を塗っておくと以後の脱着が楽。

 

 吸音材に使用したウールマット。低密度でスカスカだが、最近では吸音材としてメインで使えそうな高密度版もある。

 

 インピーダンス特性を測った結果。

 吸音材を入れたことでQ0(ピークの尖り)が下がっている。f0cの山の裾にあった歪も消えて綺麗なカーブになった。

 バスレフポートの共鳴周波数fdは40Hz。

 

 ポート付近の出力音圧特性。

 「なし」では600~800Hz付近に内部定在波とみられる山が目立つが、吸音材で低減されている。

 Fullはポートの音圧が低減しており入れすぎと判断できる。

 

 音の遅れはインピーダンス特性のカーブから算出した[2]。その結果を表1に示す。

表1.NS-SW210の吸音材の量と音の遅れ

  遅れ(ms)
なし 3.8
半分 3.4
Full 3.2

吸音材を入れても遅れはあまり改善しないが(半分で約10%)、インピーダンス特性のカーブが綺麗になり、内部の定在波が抑制されて音の品質が向上した。

 以上の結果から、遅れに関係しなくても吸音材は入れた方が良く、その量については、出力音圧特性とのバランスから「半分」がベストと判断しFIXした。

 

 

ダンプド・バスレフにしてみる

 先に紹介したウールマットを使ってダンプド・バスレフにしてみた。

 条件は「なし」のほか、半分(厚さ1cmに薄く裂いた10×10cmウールマット)、Full(ウールマットを深さ10cmまでふんわり詰めたもの)を試した。その他、フェルト(10cm×20cm 厚さ1mm)も入れてみた。

 「半分」の条件の様子。

 

 遅れはポートの共鳴周波数fd(40Hz)でトーンバースト加振した波形をカーブフィットして求めた[1]

表1.NS-SW210の吸音材の量と音の遅れ

  遅れ(ms) 音圧レベル(dB)
なし 37  0 (基準)
ウール半分(100×100×10t) 27  -7.0
ウールFull  (判読不可)  -15
フェルト(100×200×1t) 28 -5.4

 

 吸音材を入れるとポートの遅れを改善できるが、同時に音圧レベルが下がることから、音圧レベルとのトレードオフになっている。

 ダンプトバスレフの吸音材の入れ方は、何かを「詰め込む」のではなく、薄いフェルトや起毛シートをダクトの壁面に沿って貼る形がいいようだ。

 

 

遅れの要因はサブウーファー以外にもある

 実は、遅れの要因はサブウーファーだけではない。サブウーファーの遅れが十分小さくても、定在波が立つと遅れが増える。つまり、リスニングポイント(RP)で耳にする低音の音の遅れは、

 

 サブウーファーの音の遅れ + 部屋の定在波による音の遅れ

 

で表される。定在波による音の遅れとは、いったいどのくらいだろうか。

 私が今いる部屋は1次75Hz、2次150Hzの定在波が立つことがわかっている[3]。そこで、上記のサブウーファー(NS-SW210)を使い、1次(75Hz)の定在波について以前ご紹介したトーンバースト法[1]で遅れを測ってみた。

 次がその結果。

 なんと、60msもある。

 音の成長がこれだけ遅いと聴感上でもわかり、不自然に感じてしまう。これでは、いくらサブウーファーの応答を良くしてたところで無駄。定在波による音の遅れが、「サブウーファーの音が遅れる」と評される本当の原因に違いない。

 

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問題の定在波を詳しく調べる

 定在波は2つの並行面の間で成長する。室内の並行面は、短辺、長辺、天井床がある。低周波の定在波は、面積が大きく距離の短い「短辺」で成長しやすい。床と天井面(高さ方向)の定在波は、床がフローリングの時目立つことがあるが、低周波ではあまり聞かない。

 定在波には「モード次数」がある。壁間の1次と2次のモードは図のようになる。中心の横線とクロスするところが音圧がゼロになる「節」。1次はこれが部屋の中央、2次は両側の壁から1/4の位置にできる。壁の両端はどちらも音圧最大の「腹」になる。

1次モード

2次モード

 一般的な屋内では1次と2次が成長しやすく、3次以降はカーテンやクッションなどで吸音されて目立たない場合が多いようだ。

 定在波の周波数(Hz)は、音速/(2×波長)の次数倍になる。概ね、170/部屋の内寸(m)の整数倍と考えて差し支えない。6畳間を仮定すると、短辺は約2.6mだから1次と2次はそれぞれ65Hzと130Hzとなる。

 

 結局、6畳程度の空間では、「短辺」方向の「1次」と「2次」の定在波に注目して対策する。これに限らないケースもある。どの壁間で何次の定在波が起きているか、事前に知ることがとても重要だ[3]

 それから、スピーカーをモードの腹に置くと定在波がよく成長し、節では成長しにくいことを覚えておいてほしい。壁付近は1次2次の両方で腹になるため、良くない位置であることがわかる。

 

 

「方向性がないから自由に置ける」は間違い

 サブウーファーは「低音は方向性が無いから、置き場所を選ばない」とされ、壁際や部屋の角など、邪魔にならないところに置くことを勧める人がいる。

 サブウーファーを壁際に置くと、定在波がよく成長することを先にご説明した。定在波が生じると部屋全体に腹と節の分布ができて「どこから音が出ているのか、よくわからない」状態になる。つまり、方向性のない音場が作られる使い方は、最も良くない使い方だ。

 サブウーファーから出た直接音は球面状に広がり、距離とともに減衰するので、どこから音が出ているのか耳で感知できる。従い、方向性がないから自由に置ける、という話は間違いである。

 

 

低音が聞こえない「デッドゾーン」の問題

 低音を専門に再生するサブウーファーには定在波とは別に、もう一つ厄介な問題がある。

 サブウーファーが活躍する周波数を50~100Hzとすると、その1/4波長、すなわち 0.85m~1.7m のところが「節」になる。すなわち、サブウーファーから0.85m~1.7m離れた位置に、低音が聞こえなくなる「デッドゾーン」ができる。

 デッドゾーンの図。半径1.7mのライン上で50Hzが節(音圧ゼロ)。リスニングポイントは、少なくとも2m以上離したい。

 このことはサブウーファーに限らず、一般のスピーカーにも当てはまる。

 

 

 

サブウーファーの最適な設置場所はここだ!

 サブウーファーを追加した場合、通常はメインSPから出る低音と干渉しないよう、メインSPの低音をカットする。このクロス点が、クロスオーバー周波数。
 サブウーファーの設置場所は、このクロスオーバー周波数の決め方によって次の2つの方法がある。

 

方法1.1次と2次の定在波の間でクロスさせる

 サブウーファーを定在波の節に置けるといいが、残念ながら1次と2次の節は一致しない。そこで、クロスオーバーを1次と2次の間に設定して分割し、2次をメインSPに負担させる。すると、サブウーファとメインSPの両方を節の位置に置くことが可能になる。

 6畳間の短辺の1次と2次は、上述したように65Hzと130Hz。クロスオーバーをこの中間に設定し、サブウーファーを1次の節(中央)に置き、メインSPを2次の節(1/4W)のラインに置く。

 図は、メインSPを短辺2次モードの節(1/4W)のライン上に置いて、サブウーファーを1次の節(中央)のライン上に置いたところ。

 リスニングポイント(RP)はデッドゾーンを回避するため2m以上離し、さらに反射音の干渉を防ぐため背後から1/4L以上とる。6畳間ではギリギリこれが成り立つ。

 

 一見、理想的に見えるが、1次と2次の周波数が近すぎてクロスオーバーでキッチリ分けることが難しい。実際は、多少の定在波の成長が避けられないと考えておきたい。

 

 

方法2.定在波2次より高いところでクロスさせる

 図のホワイトゾーンは1次と2次の節ではなく腹でもない、両方が程々に小さくなるエリア。ここに設置する。

 この場合クロスオーバーを2次(130Hz)より十分高くして、サブウーファーに2次まで負担させる。3次以降は成長にくいので、メインスピーカーを好きな位置に置ける。

 

 この方法は、メインSPに小口径ユニットを使ったミニシアターに適している。ちなみに、メインスピーカーだけの場合はそれをホワイトゾーンに置くのがベストである。

 

 どちらの方法もクロスオーバーの調整はAVアンプで行うので、クロスオーバー調整機能を持つAVアンプが必要。

 高さ方向の定在波について対策が必要な場合も、方法1と2があてはまる。天井高を2.4mとすると0.6m~0.9mがホワイトゾーンになるの、でここに音源が入るよう、高さを上げればよい。

 

<参考>
 RPがデッドゾーンに入ってしまう場合の対処法。壁や天井向けて反射させ距離を稼ぐ。このアドバイスはヤマハの取説にも記載されている。

 直接音には方向性があるから、反射させるとその方向に低音が偏る。図の場合は左右対称に2台置くことも考えなければならない。

 

 

実例

 サブウーファーをホワイトゾーンに置いてみた。NS-SW210は横向きに置いてユニットを正面を向ける。ニアフィールドのためRPはデッドゾーンの内側。

 聴いてみると、意外にいい。

 

 吸音材を入れたNS-SW210の応答は3.4ms。ポート共鳴音は遅いがレベルが低いので目立たない。ハギレのよい良質な低音に支えられて、音楽が生き生きと聴こえる。

 「サブウーファーの音は遅い」そんなイメージを覆す音だ。

 

確実に改善したい方へ

 サブウーファーを買ってきてポン置きしただけでは、まともな再生音が期待できないことを理解していただけたと思う。低音が遅れると評される原因は定在波によるもの。サブウーファー本来の性能を生かして使えば「遅れる」とされる評判を払拭できると考えている。

 とはいえ、設置で対処する方法には限界がある。上記の方法はどれも、考えないで置くよりマシになる妥協案。満足いく結果が得られない場合は、素直に部屋の改善に取り組むのが賢明だ。そのやり方は、下記の関連記事3を参考にしてほしい。

 

<参考購入先>
AVアンプ サブウーファーのクロスオーバーを細かく設定できるものを選んでください
サブウーファー 口径が大きく、高さ調整のしやすい機種がお勧め
DALI SUB12F 大口径ユニットが正面を向き、Dクラスアンプ、オートスタンバイ搭載。理想に近い商品です

<関連記事>
1.サブウーファーの音の遅れを測る1 トーンバーストを使って遅れを測った事例を紹介します
2.サブウーファーの音の遅れを測る2 インピーダンス特性から遅れを求めた事例を紹介します
3.部屋の音響特性を劇的に改善する