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理論?派・自作ローコストオーディオをやってますが、実はハイエンドやオカルトも好きだったりします。よろしくお願いします。

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日記

スピーカー再生での良質な低音、その判定法は?

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2022年07月16日

私は音響工学を学んでないド素人なので、これから書くことは「素人の考えた謎理論」の域を出ないのでそのつもりで読んでください。

「良い低音」とはなにか?

「そんなの、聴きゃ判る」
いや、ごもっとも。私も「いやー良い低音だね〜」とか「うーん量が足りないんじゃない」とか「切れが悪くてドロドロしている」とか適当な感想を言ったりします。

でも一聴して判ることでも、ネット上ではうまく伝えることが出来ません。
空気録音すると著作権の問題もあります。
なんとか測定して判りやすく示すことが出来ないでしょうか?
この場合の測定は当然リスニングポイントでの測定になります。
軸上1mで結果が良かったとしても実際に聴く場所で悪かったら意味がありません。

測定結果から周波数特性を見ると何が判るのか?

A.低域が伸びているか、そうでないか?
B.特定の周波数にピークやディップがないか?
C.低域のレベルが中高域に比べ適正か?

この辺はマイク特性がフラットに補正されてないと不正確になるので自宅内での比較ならともかく他所様との比較は難しい。
また特性にどのくらいスムージングをかけるか、残響をどれくらい残すか(どのくらいの時間でカットするか)で表示がだいぶ変わってしまう。
特にC.の低域レベルは部屋の残響特性や視聴距離・聴く音楽の種類によっても違うので極端な結果でない限り、低域が足りないのか適正なのか過剰なのか聴いてみないとはっきりとしたことは言えない。人の好みもありますし。
更に言うなら私のところはマルチアンプなのでバランスは簡単に変えることが出来ます。
そんなわけでレベルが適正化は無視して「低域だけ」で見ていきます。

実際のデータを示します。
Fig.1
20Hz-200Hzのグラフです。イコライザをかける前の「素」のデータです。
青が2秒、マゼンタが0.085秒でカットしたもの、赤が青のデータをスムージングしたもの。
これから「良い低音」かどうか判りますか?
測定が正しいとするならば「わりと低域が伸びている」くらいしか判りません。
凸凹は部屋の定在波ですが良いのやら悪いのやら。
さて、どうしたものでしょう。

「低域は時間軸で見よう!」
そこで時間軸ですよ!
イマドキ、測定はインパルス応答(以下IR)ですよね。
周波数特性も「IRを測定して、その結果をFFTして」表示しているだけです。
IRは位相特性も周波数特性も含んでいます。

IRの波形です。
Fig.2
拡大すると
Fig.3

IRは横軸が時間で縦軸が値なので普通の音声データと一緒です。
実際IRをwavファイルとして入出力するソフトもあります。
これをFFTして表示すると最初のFig.1になります。

このIRのグラフから低域が良いか悪いか判るかというと、「私には判りません」。
じゃあ、どうするか?
「必要な周波数成分に帯域制限して、時間軸のまま」見るのです。

70Hzのバンドパスフィルタの波形
Fig.4
周波数特性
Fig.5

この波形をIRに畳み込む
IRに波形を畳み込んだ結果というのは、「その波形を実際にスピーカーから再生してリスニングポイントで録音した結果」とほぼ等しくなります。
Fig.6

当然、入力波形であるFig.4と相似の波形になるのが一番良いことになりますが、現実には不可能です。
Fig.4に比べて収束が遅くなってます。

こんな感じで「低域のキレ」(今回は70Hz付近)を目で見て判るようになります

このグラフなのですが、実のところwaveletのグラフの情報量を減らして特定周波数だけにしたものと同じです。
Fig.7
waveletのグラフ(ソフトによって縦軸・横軸・原点が異なったりしますが)今回は横軸時間、縦軸周波数、色が信号強度です。
Fig.6のグラフの包絡線を計算して信号強度を色に置き換えればFig.7の70Hzの部分と同じになります。

またバンドパスの選択度を変えることによって時間分解能と周波数分解能のどちらを優先するかを変化させることができます。
周波数分解能を上げれば時間分解能が落ち、時間分解能を上げると周波数分解能は落ちます。

バンドパスフィルタを100Hzにしたときのグラフ
Fig.8
部屋の反射によって信号が2つに別れているのがわかります。
Fig.7の100Hzのラインと比べると同じことがわかります。

さて、この波形の変化の原因ですが
「部屋の反射」の影響が一番大きいです。
もちろんウーファーボックスの強度、パワフルなアンプ、良質なウーファーユニットが低音の再生に有効なことは皆さんご存知だと思いますが、部屋の影響を無視して「良質な低音」は得られません。

次回は低音の質を上げるのに
1.イコライザを使う
2.置き場所を変える
3.複数ウーファーにする

について考えてみます。

次回の日記→

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レス一覧

  1. assiさん

    個人的に(笑)タイムリーな話題をありがとうございます。

    とはいえ、せっかくの労作ですが音響工学的な知識が全くない私には、何が何やらサッパリのグラフだらけで(汗)。

    でも、ちゃっかり「結論」だけはいただきました!

    >部屋の影響を無視して「良質な低音」は得られません。

    おっしゃる通りだとは思うんですが、では、因果関係を逆転して<「良質な低音」を得られる部屋>とはどのようなものか?が、素人的には知りたいところなんですが…

    次回検討していただける、「低音の質を上げる」3つの方法は、私もすべて検討中なので、上記ポイントを含めてできれば(笑)、22日金曜日の朝までに続編が読めるといいなあ(超個人的な都合です!=爆)。

    byAuro3D at2022-07-17 07:04

  2. Auro3Dさん、こんにちは。
    先に結論だけ書いちゃいますね。

    低音に悪影響を与えるのは部屋の反射
    部屋の反射を減らせばばよいが低音の吸音は困難

    イコライザを使えば部屋の反射の影響を一部軽減(無くすことはできません)できるので可能なら積極的に使う
    部屋の反射の影響を減らすためには床・壁に近づける。ウーファー1個なら置き場所は部屋の隅でほぼ決まり
    壁・床からの反射時間の違う複数のウーファーを使ってタイムアライメントをきちんと揃えれば、部屋の反射の影響は相対的に減らせる。(複数ウーファーの平均を取れば、直接音は同じで反射音は減らせる)

    これらはStorm Audioを使っていればほぼ実現できています。

    byassi at2022-07-17 12:54

  3. assiさん

    すみません、「結論」を急がしちゃったみたいで(汗)。SW、来週末セッティングの予定で、その際にはお手伝いしていただける方がおられるのですが、その後は絶対に私一人では動かせそうにないものなので(笑)、それまでに設置場所と方法を決めないといけないのです…。

    >低音に悪影響を与えるのは部屋の反射 部屋の反射を減らせばばよいが低音の吸音は困難

    最近、少しだけ柄にもなく勉強して、そのような理解に達しております。裏付けコメント感謝します。(超)低音だけは、「吸収」というのは一般家屋では非現実的だと理解しております。

    >イコライザを使えば部屋の反射の影響を一部軽減(無くすことはできません)できるので可能なら積極的に使う(中略) 壁・床からの反射時間の違う複数のウーファーを使ってタイムアライメントをきちんと揃えれば、部屋の反射の影響は相対的に減らせる。(複数ウーファーの平均を取れば、直接音は同じで反射音は減らせる) これらはStorm Audioを使っていればほぼ実現できています。

    うーん、「最後はStormにお任せでOK」って、よく分かっていない私的にはとてもウレシイ結論なんですが(爆)、これを読んでいるStormを持っていない方はどうすればよいのか、が次回以降書かれているんですね!皆さん、乞うご期待ですよ!!!(実は、東京の書斎にもマルチシステムがあるのですが、そちらにはさすがにStormはない=Pioneerです=ので、私も期待してお待ちしております!)

    byAuro3D at2022-07-17 13:43

  4. こんにちわ~♪

    「SP再生の良質な低音の判定法」ですが音源と空気録音を聴き比べればわかるのでは?

    たとえば、20cmフルレンジBH。
    https://www.youtube.com/watch?v=H-k9hNUAcaM

    20cmフルレンジTQWT(ドライバー以外は上と同一条件で録音)
    https://www.youtube.com/watch?v=SBGz0cGguUw&t=2s

    上2つの低音再生はかなり違いますが分かるでしょうか?


    さらに、音源と空気録音のスペクトラを比較すれば再生レンジ、帯域バランスは目で見て分かると思います。

    音源(Take Five / Helge Lien)
    https://community.phileweb.com/images/entry/699/69993/1L.jpg?1658043228

    14cmフルレンジ
    https://community.phileweb.com/images/entry/699/69993/2L.jpg?1658043228

    10cmフルレンジ
    https://community.phileweb.com/images/entry/699/69993/3L.jpg?1658043228

    byspcjpnorg at2022-07-17 16:43

  5. spcjpnorg さん、こんにちは。
    空気録音に関しては著作権の問題がクリアできないと手を出す気になれません。

    1.音源はコピーフリーで誰にでも渡すことができる(オリジナルが手に入らなければ比較できない)。
    2.音源を好きに再生して構わない(私的だけでなく公の場でも、無償でも有償でも)。
    3.イコライザを通したもの、空気録音したものなどオリジナルから変化した(改変された)ものも自由にコピーフリーで誰にでも渡すことができる。
    4.ネット上で公開してもBANされる心配がない。

    結局、測定信号くらいしか使えないことになります。

    byassi at2022-07-18 10:09

  6. assiさん、こんにちわ~♪

    測定用信号では静特性しか分からないのでは?
    大事なのは音楽再生での動特性と思います。

    測定値は優秀だけど音楽再生はイマイチってこともありますし(笑)


    尚、ご存じとは思いますが、、、
    ほとんどの楽曲はYouTube側で著作権料を払っているので問題はありません。
    「収益化」したいなら話は別ですが(笑)

    ※ご参考 - 「著作権の概要とステータス」画面

    https://community.phileweb.com/images/entry/699/69993/4L.jpg?1658108680

    byspcjpnorg at2022-07-18 10:53

  7. スピーカーの測定に用いられるインパルス応答は動特性に分類されます。
    著作権の問題、上記の1-4すべてがクリアされるなら考えます。

    byassi at2022-07-18 11:09

  8. assiさん、コメントど~もです~♪

    累積スペクトラム、エネルギー応答、応答波形、室内残響、高周波歪みなど色々試してみたんですが、私のオーディオ環境で役に立つのは周波数特性、インピーダンス特性、音源&空気録音スペクトラ比較の3つ。
    ソフトもARTA、REW、OmniMicなど試しましたが最後に残ったのがMySpeaker(f特測定)、Zlogger(インピーダンス測定)、WaveSpectra(スペクトラ比較)の3つです。

    assiさんも良い方法が見つかるとイイですね(^^)

    byspcjpnorg at2022-07-18 11:39

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