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、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。低音がボワンボワン響いてしまったり、音が遅れる、などの問題で悩むことになりがちだ。

 今回、サブウーファーの遅れの改善にトライして「遅れ」の原因を突き止めたのでご紹介したい。また、この結果をもとにサブウーファーの最適な置き方を導くことができたので、合わせて紹介する。

 

サブウーファーの遅れを改善する

 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(最低共振周波数における共振の鋭さ)が変わるため。

 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。

 条件を、なし(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、そのねじ山に潤滑にワセリンか、固形石鹸を塗っておくと以後脱着が楽。

 

 吸音材に使用したウールマット。多くはスカスカの低密度だが、最近は吸音材として使えそうな高密度版もあるのでこれを使用。

 

 インピーダンス特性。

 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」で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、遅れの改善に関係なく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・バスレフにしてポートの遅れを改善する

 先に紹介したウールマットを使ってダンプド・バスレフを実験してみた。

 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、音圧レベルが下がってしまう。遅れと音圧レベルがトレードオフの関係にあることがわかった。

 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。

 


 

遅れの原因はサブウーファーではなく定在波だった

 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は、いったいどのくらいか。

 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。

 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。

 音圧が最大になるところを「腹」、音圧がゼロになるところを「節」という。1次では節が部屋の中央、2次は両側の壁から1/4の位置にできる。ここがサブウーファーの置き場所の候補になる。

 

 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。

 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畳間を想定すると、短辺は約2.6mだから1次は65Hz、2次は130Hzになる。

 

 

 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ればよさそうだ

 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「良くない」位置であり、部屋の隅は上下方向も含めたすべてのモードが腹になる最悪の位置になる。

 

 

「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、壁際や部屋の隅などに置くことをアドバイスする資料がある。

 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、定在波が生じる最も良くない使い方になる。

 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、低音は方向性がないという話は間違っている。

 

 

低音が聞こえない「デッドゾーン」の問題(2018/6記事訂正)

 デッドゾーンは一般に定在波の節の位置を指すが、それ以外にもスピーカーの背後の壁で反射してきた音と、直接音が干渉することで生じる。

 この干渉は、次の寸法関係のとき起こる。

 L2 =0.5 L1

  この問題は、L2が上の条件を満たさないよう、設置に注意することで回避できる。

 

 

 L1が2m以下のとき干渉する周波数は170Hz以上になるためサブウーファーの担当周波数を外れる。メインスピーカーもほとんどの場合、壁に寄せて置かれるため問題になることが少ない。

 オーディオショップは視聴したいスピーカーを前に出すことがあるが、この場合上式の条件にならないよう注意する必要がある。

 


 

サブウーファーの最適な設置場所はここだ!

 メインSPにサブウーファーを組み合わせた場合、通常メイン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必要がある。このクロス点が、クロスオーバー周波数。

 このクロスオーバー周波数はAVアンプで調整できることが多い。そこで、スピーカーの配置に応じて、クロスオーバーを次のように設定する。

 

方法1.スピーカーを定在波の節に置く

 サブウーファーを1次定在波の節に置いて、メインSPを2次の節に置いた例。クロスオーバーを1次と2次の間に設定することで、それぞれを節に置いた理想に近い配置ができる。

 6畳間では、短辺の1次と2次が65Hzと130Hzだから、クロスオーバーをこれらの中間付近(100Hz)に設定すればよい。

 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、理想的だが、1次と2次の周波数が近いのでクロスオーバーしてもキッチリ分かれない。実際は多少定在波が成長すると考えたい。

 

方法2.スピーカーをホワイトゾーンに置く

 ホワイトゾーンとは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。部屋の壁際から1/4W~1/4W+1/8Wがこのエリアに相当する。 

 図はサブウーファーをホワイトゾーンに置いた例。クロスオーバーを2次定在波(6畳間では130Hzより上)に設定すれば、メインスピーカーを好きな位置に置けて中央にAVラックを置けるスペースを確保できる。

 メインSP共々ホワイトゾーンに入るならクロスオーバーが自由になる。

 

 

 ちなみに、サブウーファーを使わない場合はメインスピーカー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がホワイトゾーンなのでここに音源が入るよう、高さを調整する。

 

<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。

 サブウーファーをきちんと生かして使えば「サブウーファーの音は遅い」といったイメージは覆えるだろう。

 

確実に改善したい方へ

 上記の方法で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。やり方は、下の関連記事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~小さな部屋でスピーカーが生きないのはなぜか