サブウーファーの最適な置き場所はここだ!~音が遅れて聞こえる真の原因を解き明かす

 「ボワンボワン響く」「音が遅れる」それはこれまで、サブウーファーが原因とされてきた。本当にそうか。「遅れ」の真の原因を突き止め、サブウーファーの最適な置き方を検討した。

 

サブウーファーの遅れを改善してみる

 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(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。

 

実験方法

 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。

ヤマハ NS-SW210の裏蓋を開けて吸音材を追加した様子 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。

 

高密度ろ過マット 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。

 

 

実験結果

インピーダンス特性の測定結果 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。

 

ポート付近の音圧周波数特性 ポート付近の音圧周波数特性。

 「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

 

結論〜吸音材ではあまり改善できない

 サブウーファーに吸音材を入れても遅れはあまり改善しなかった(半分の条件で約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。

 以上結果からすると、遅れは改善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」がベストとみられる。

 

 

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。

ヤマハ NS-SW210のポートに吸音材を入れたところ

 「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

 

 ポートの内側を吸音することで、ポートの遅れをかなり改善できる。ただし、同時に音圧レベルが下がってしまう。つまり、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。

 ポートから出る低音がボワンボワン響く場合は、とりあえずポートに吸音材(タオルなど)を詰めてみると良さそうだ。

 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かった!

 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。

室内定在波のトーンバースト応答波形

 なんと、60msもある。75Hzは13msecだから、これが何周期も遅れて聞こえることになる。これではまともな低音再生はできない。

 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。

 


 

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。また、対向する辺を結ぶ方向の定在波(接線波)も関係する。

 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。

 

定在波の模式図

 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。接線波は平行な面に比べて出にくい[7]

 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、長辺、天井床方向の「1次」と「2次」の定在波に注目して対策すればよさそうだ

 定在波の周波数を求めるのは少々面倒だが、REW[6]というソフトのRoom simという機能を使うと簡単である。

 

 

スピーカーの節点駆動

 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。節に置いて駆動することを「接点駆動」という。

 壁付近は定在波が腹になりやすい位置。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。なので定在波が起きない室内では(たとえ両耳の幅より波長が長くても)どこから音が出ているのか感知できるはず。

 

 

デッドゾーンの問題(2018/6/1)

 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。デッドゾーンでは直接音と反射音が相殺して低音が聞こえない。

デッドゾーンに関係する配置図 デッドゾーンは次の寸法関係のとき起こる。

 L2 =0.5 L1

  L2が上の条件を満たさないよう、設置に注意したい。

 

 

 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で視聴する際も、上式の条件にならないよう注意したい。

 

 


 

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1.一番上のモードを分離する

 サブウーファーを次定在波の節に置いて、メインSPを短辺2次の節に置いた例。この例ではクロスオーバーを120Hzに設定することで、節点駆動を実現できる。

サブウーファーの配置例

 

 周波数特性のグラフは自分の部屋の実測値。99Hzは接線方向の1次と、長辺方向の2次の両方ある。

 この方法ではメインSPで120Hz以下を再生する必要がないので、小型SPが適している。

 

方法2.一番下のモードを分離する

 図は例ではクロスオーバーを85Hzに設定して一番下のモードを分離した例。長辺の1次モードが出にくい性質を利用している。長辺の1次モードが出ないから、サブウーファーをテレビの裏における。ホームシアターに適した構成例である。

サブウーファーの配置例

 

 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。

 

サブウーファーを使わない場合(2020/1/25)

 メインスピーカーを壁際から部屋寸法の1/4離した場所がベストポイント。

スピーカーの配置例

 この例では上下方向について節点駆動できていない。この問題は勾配天井にすることで解決する。上下方向の定在波が起きないから、ウーファーの配置に高さの制約がなくなり、サブウーファーを床置き出来る。新築でホームシアターやリスニングルームを設計する際に考慮してほしい[4]

 

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~スピーカーの過渡応答を測定する 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算出する 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.小さい部屋に大きなスピーカーはなぜダメなのか~ルームチューニングでオーディオの音を劇的に良くする
4.新築リスニングルームの設計~たった30万円で夢の空間を実現する
5.【2020最新版】まるで映画館!~予算7万円台で本格ホームシアターを作る
フォステクス CW250D~MFB式サブウーファーのメリットは何?
クリプシュ(Klipsch) R-15M 最強の高能率SPの実力を検証する
スピーカーのインピーダンス特性を簡単に測る方法 測定方法とカーブフィット機能の付いた計算マクロを紹介
オーディオアンプ スピーカー特性の測定の仕方とコツ

<参考文献>
6.Room Acoustics Software
7.実用音響学 初歩の初歩 加銅鉄平