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。

　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。実測密度はグラスウール24K相当である。

実験結果

　図１は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58Hzだが、この付近のカーブはあまり変わっていない。

図１

　図２は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。

図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。ただし、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。

　「半分」の条件の様子。

　遅れはポートの共鳴周波数fd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。

　ここは空気が激しく出入りする場所なので、少し入れるだけで効果がある。「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だけでよい。

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。

図３

　なんと、60msもある。75Hzは13msecだから、何周期も遅れて聞こえることに。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、斜め方向の定在波（接線波）もある。

　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。

図４

　定在波には無数のモードがあるが、すべて考慮する必要はない。実際の定在波に関して経験的に次の特徴がある。

・１次と２次などの低次が出やすい。
・面間距離が短いところ（狭い空間）ほど出やすい。
・３次以降の高次モードや、面間距離が長いところ（部屋の長辺）は出にくい。これはカーテンやクッションなどで吸音されやすいため。
・木造の家屋では５０Hz以下の低周波モードが出にくい。これは低音が壁を透過して外に抜けてしまう（反射しにくい）ため。
・斜め方向の接線波は出にくい。立方体に近い場所で、出ても１次だけ、それ以外は無視できる。

　結局のところ、１次、２次だけ考えればよく、斜め方向は１次のみ、面間距離の長い方向は無視、木造は５０Hz以下を無視して良いことが多い。

　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。

　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。つまり方向性が無くなる使い方は、最悪の結果である。

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。

図５

　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。

　これが問題になるのは、オーディオショップの試聴。スピーカーを前に出してもらう場合は、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。これは、壁間の寸法がＷ(m)のとき、以下のように決める。

クロスオーバー周波数＝１次と２次定在波の中間　1.5×170／W ＝２５５／W(Hz)　
サブウーファーの位置＝１次定在波の節（W／２）
メインＳＰの位置＝２次定在波の節（壁からＷ／４）

これで、サブウーファーとメインSPの両方を、定在波の節に置く節点駆動が実現できる。

　定在波の１次、２次には、部屋の短辺、長辺、天井床、斜め方向がある。Wは、これらの距離を測って決める必要がある。通常は「短辺、長辺、天井床」の中の最も短い距離を選ぶが、定在波そのものを実測すると確実。以下は、定在波の実態を実測したうえで配置を決めた例。

2.1chシステムの例

　サブウーファーを定在波の節に置いて、メインSPを短辺２次の節に置くことで節点駆動できる。この例ではクロスオーバーを120Hzに設定。

　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、長辺の２次がある。サブウーファーはこれらを考慮してセンターに付近置き、背後の壁からL/4離す必要がある。

ホームシアターの例

　この例ではクロスオーバーを85Hzに設定して節点駆動した例。上の例にあった99Hzの２つのモードが関係なくなり、サブウーファーを背後の壁の寄せることが可能。テレビの裏に置けるので、ホームシアターに適する。メインＳＰはクロスオーバーまでフラットに出るものが必要。

クロスオーバーを定在波の中間に設定しても、両隣の周波数が近い(1/2octしかない）ためキッチリ分離できるわけではない。吸音材の併用して「合わせ技」で対処する必要がある^[3]。

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。

　上下方向の定在波は勾配天井で関係なくなる。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

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