スピーカーのインピーダンス特性を測る

　スピーカーのインピーダンス特性は、最低共振周波数、バスレフポートの共鳴周波、共振倍率Qといったスピーカーシステムの特性や、エンクロージュアの問題点を教えてくれる。

　インピーダンス特性は、抵抗とICレコーダーがあれば、誰でも簡単に測れる。今回はこれらの道具を使って測る方法をご紹介したい。

インピーダンス特性の測定回路

　スピーカーのインピーダンスZspは次のような回路構成と式から求められる。

Zsp＝R･Vsp／Vr

R:セメント抵抗(0.1Ω)、Vsp:スピーカー端子の電圧、Vr:抵抗の両端電圧

　インピーダンス特性の測定法には定電流駆動と定電圧駆動の２種類あり、違いはRの大きさ。定電流駆動ではZspに対してこれを十分大きくし、定電圧法では逆にZspに対し十分小さくする。定電流法ではスピーカーに十分電流を流せないため、定電圧駆動の方が精度よく測れるとされる。

　式からわかるように、電圧は分母分子で単位が消えて電圧比になる。そのため面倒な計測器の特性補正や物理量への変換が不要で、市販されている普通のICレコーダが測定に利用できる。

測定の流れ

１．テスト信号を作る

　測定に使うテストトーンはWaveGene^[1]と、その配布サイトからDLできるユーザー波形を使って作る。ユーザー波形は、FLATSWEEP_63356 を使い、WaveGeneを -3dBの設定で出力する。

　インピーダンスの絶対値を正確に調べる場合は、共振のピークが十分成長するよう十分時間をかけて加振する必要がある。この場合、図のようにWaveGeneのWave１,Wave２をサイン波にセットして10Hz～1kHzまでを30秒以上かけてスイープする。

２．ICレコーダーで記録する

　最初に示した測定回路を構成する。WaveGeneからテスト信号を出力した状態にして、レコーダーの録音レンジをVspが飽和しないよう調整して記録する。Vrを測るときも同じ録音レンジを使うことに注意。

　写真は測定回路を構成した例。

　ICレコーダーはライン入力できるTASCAM DR-05 を使い、44.1kHz WAV形式で記録。

　Vrは「浮いた電圧」なのでGNDに繋ぐとアンプの出力がショートする。電池駆動のポータブルレコーダを使うと安全。

３．FFT分析する

データを得たらWaveSpectra^[2]で再生してVspとVrを周波数分析する。FFTの設定は、サンプルデータ数 32768、関数 flattopとする

　[測定モード]にして波形を再生し、[Peak]の結果（赤線）を得る。

　Peakの波形が落ち着いたら下にあるストップ[s]ボタンを押してオーバーレィファイル(OVERLAY.WSO)ファイルを書き出す。

　VspとVrは区別できるよう適当な名前にvsp.WSO、vr.WSO などにリネームして保存する。

４．インピーダンスを計算する

　インピーダンス特性計算マクロ（創造の館製、後ろのリンク参照）を開き、使用した抵抗値を入力し、保存したオーバーレィファイルを順番に読み込み込む。
　このマクロには機械インピーダンスの理論計算値のカーブを重ねてカーブフィットすることで損失係数ζmを調べる機能もある。

　結果の例(DALI ZENZOR1、サインスイープで測定)。低い周波数まで十分な解像度で測れている。

　横軸をリニアにして低周波の部分を表示した結果。

　破線はカーブフィットの結果( ζm=0.085)。

　R=1kΩとして定電流駆動で測定した結果（参考）。定電圧駆動よりピークの値が高い。

　横軸をリニアにして低周波の部分を表示した結果。破線は ζm=0.080。

測定治具を作る

　測定回路をバラックで組むと結線ミスやショートの危険があるので専用治具を作った。

　この治具で重要なのはあらゆる形の末端形状に対応できること。本機はバラ線、Yラグ、バナナ、ヘッドフォン（ステレオミニプラグ、モノラルミニプラグ）対応する。

　側面のステレオミニプラグが測定端子。Vsp- をコモンにしたステレオ2chでVspとVrを同時に測る。
　Vrは浮いた電圧なので、ここに繋ぐ測定器は電池駆動（もしくは電源ラインに絶縁トランスを入れた計測器）が前提となる。差動アンプで受ければPCのライン入力などに直接接続できるが、今回そこまでやらない。