Tomy
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50歳代中ごろからオーディオ復活。2チャンネルに飽き足らず、マルチチャンネルにも足を染める。かつて集めたレコードの再生はきっぱりと止めることにして、PCオーディオまっしぐらです。現在、DACはEXAS…

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日記

インパルスの測定とステップレスポンス

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2021年01月30日

ベルイマンさんの測定へのレスでインパルス特性をお願いしましたが、インパルス特性から何を見ようとしているのかをお伝えしようと思います。ベルイマンさんからのご要望でもあります。

私がインパルス特性を良く見るようになったのは、スピーカーの接続極性について疑問に思ったからです。図1はREWという測定則と補正マイク(mini-DSP製)で測定した時の視聴位置でのインパルス特性です。


図1フロントSPのインパルス特性


インパルス特性とは、図2の上側のようなパルスを入力したときのSP波形で、立ち上がりや立下り、また、これからフーリエ解析で周波数特性も算出しているようです。


図2 インパルス(上)とステップシグナル(下)


図1のインパルス特性を見ると、あれっ・・て思うのは、最初のパルスの向きが下向きのような気がしたからでした。極性を間違えて接続したのかと思いきや、実はこれは、ツイータの極性が逆になっていたからなんです。


図3はセンターSPのインパルス特性で、これは最初の立ち上がりが上向きで、正相接続となっています。ちょっと見ずらいですが。


図3センターSPのインパルス特性

でもこれでは、ツイーターの極性しかわかりませんよね? では、AVアンプなどはどうやってスコーカーやウーハーの極性を判断するのでしょうか? それで、調べてみると、ステップレスポンス(Step Response)を見ると良いことが分かりました。ステップレスポンスはREWではインパルス特性と同じ画面で、STEP RESPONSEという項目にチェックを入れる、表示されます。

STEREOPHILEのSPのレヴュー記事を見ると測定のページがあって、例えば図4のような特性を掲載しています。図4は有名なウィルソンオーディオのSASHAのものです。ステップレスポンスは図2の下側のステップ上のシグナルを入れた時の反応を見たものです。ですので、スピーカーのコーンの動きの方向が分かるという具合です。


図4 ウィルソンオーディオSASHAのステップレスポンス

ウィルソンオーディオSASHAのステップレスポンスは最初は上に立ち上がり、その後下に大きく下がります。これは、ツイーターは正相、スコーカーは逆相だからです。その後にまた上に上がるので、ウーハーは正相ということです。SASHAはスコーカーのみ逆相になっているという、有名な(?)事実です。

それで、拙宅のセンターSPのステップレスポンスが図5です。これは、視聴位置で測定しているので、あまり正確なものではありません(ステップレスポンスを見るときはSPの近くにマイクを持っていったほうがベターです。壁の反射が邪魔しますので)。これを見ると、1と2番目のピークが上向きで(これも分かり難いですが)3番目が下向きになっていることが分かります。実は300HZ以下を受け持っているウーハーが逆相なんです(逆相ウーハー問題で記事を書きました(笑))。その後また上に盛り上がりますが、これはサブウーハー付きで測定しているためと、壁の反射、だと思います。ウーハー領域を正確に見るには、軸上で1m以下の距離で測定する必要ありです。


図5拙宅のセンターSPのステップレスポンス

最後に図6はベルイマンさん宅のSP(Focal Sopura No2)に良く似た、Focal Kanta No2のステップレスポンスです(StereoPhile記事より)。ツイーターとスコーカーが逆相だということが分かります。


図6Focal Kanta No2のステップレスポンス

StereoPhileの記事を見ると、ハイエンドスピーカーでも結構な率で逆相接続されたユニットを持つSPがあることが分かります。ご興味あればご覧あれ!

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レス一覧

  1. Tomyさん、

    こんばんは。

    非常に興味深い応答特性とわかりやすい解説ですね。

    スピーカーメーカーにとっては各ユニットの位相情報は「不都合な真実」のように思えてなりません。
    ほとんどのメーカーは各ユニットの位相についてカタログに記載していないからです。

    ステレオで使用するには気にする必要はないでしょうが、マルチchなどで(自社製品も含めて…笑)異なるスピーカーと組み合わせるためには必要不可欠な情報なのですけれど。

    組み合わせるスピーカー同士の位相整合はAuro3Dさんのところで中域の位相が合っているか異なるかで大きな音の違いを確認していますので、非常に重要だと思っています。

    byK&K at2021-01-30 22:52

  2. 追記です。

    omimicを使用の場合はwavelet測定を行うとwavelet結果の下側にインパルス応答の波形が表示されたと記憶しているのですが…

    byK&K at2021-01-30 23:09

  3. TOMYさん、初めまして。

     私はやっていないのですが、マルチchでの位相合わせは中々面倒でしょうね。SP側ですべて4次で正相のクロスにしてもらえれば大分助かるのですがそこはSPメーカの都合も色々有るようで。

     ところでomniMICでのユニット位相測定ですが、インパルスから見るのは結構慣れが必要で、特にツィータはキックバックがあって判り難いです。
     そこでomniMICのshow phaseチェックボックスを入れると全帯域の相対位相が見えます。これも少し見難いですが、各ユニット帯域間の位相関係を見るのには参考にはなるかと思います。

    byケン at2021-01-31 09:03

  4. K&Kさん、おはようございます。

    SPユニットの位相問題はマルチ再生をするオーディオファンにとってホント鬼門です。現代は立体再生の時代に入ってきたので、そろそろSPの位相特性の規格なんかができても良いんじゃないかと思います。

    でも、メーカーでの問題は(3次を使うと)パーツの値段もそうですが、音質ではないでしょうか?低音側のクロスだと、100μF以上の容量のコンデンサーとなるので大変です。ハイエンドSPでも、高級なフィルムコンデンサーを用いているものは少ないかもしれません。50万円以下のSPなら、恐らく電解コンデンサーを使っているはずなので、それを複数使用すると音質的には厳しいかもしれませんね。そんなこんなで、やっぱり2次にしようと・・・・考えるのかもしれません。

    拙宅のシステムのリアSPは、未だに逆相ウーハーのままなんです(笑)。センターSPのウーハーはお陰様で、正相になっていますが。

    omnimicのソフトは使ったことがないのですが、利用法の解説をネットで見ても、ステップレスポンスのことは書いてありませんでした。インパルス応答の項目の中に、ステップレスポンスは含まれているのでしょうか?

    byTomy at2021-01-31 09:32

  5. ケンさん、おはようございます。

    こちらこそ宜しくお願いいたします。
    インパルス特性のツイーターのキックバックは仰る通りで、極性を分かり難くしています。判断には慣れが必要かもしれませんね(笑)。

    各ユニット間の位相関係とは、minimum phaseのことだと思いますが、確かにこれも参考になりますね!OmuniMicのソフトにSTEP RESPONSEの項目はあるんでしょうか?

    byTomy at2021-01-31 09:40

  6. Tomyさん、こんにちは。

     お尋ねの件ですが、残念ながらOmniMICにはSTEP RESPONSEの項目は無いと思います。

    byケン at2021-02-01 10:05

  7. Tomyさん、おはようございます。頼んでおいて遅レスですいません。労作ありがとうございます。分かりやすいです。

    グラフの読み取りなのですが、SASHAのは上がって下がって上がってなので、正逆正。KANTAは、逆逆正と読むということなのですよね。これらのグラフはどうなっていると良いとかいうことはあるのですか?それとも単に各ユニットの正逆の繋がりを見るためだけの図という理解でよろしいのでしょうか。

    我が家でもスピーカーにマイクを近づけて測ってみますが、どう表示させたらよいのかが不明で、先日のようにpcの画面を撮影する以外の作戦が不明なわけです。

    話は変わりますが、補正においてdelayというのは、各スピーカー間の誤差を修正するという理解で良いのでしょうか?このdelayの度合いを測定するには何をすればよいのでしょう?

    byベルイマン at2021-02-02 09:40

  8. ベルイマンさん、こんにちは。

    グラフの読み方は仰る通りです。また、正逆がどうであろうと、同じスピーカーを使っている限りは、何の問題もありません。別のスピーカーを追加するときには、この極性を考慮して選ぶ必要があります。

    ケンさんのレスに書かれていますが、残念ながらomnimicのソフトにはステップレスポンスの項目は無いそうです。REWというフリーのソフトを導入すれば、測定できます。

    補正におけるdelayは各スピーカーからの距離の違いによる音の遅れを補正するためのものですね。REWだと、基準になるSPを決めておいて、そのSPからの音に対する遅れを表示しています。例えば左フロントSPを基準に設定しておけば、そのSPからまずピッという音がしてから測定するスピーカーから音が出ます。omnimacのソフトも同じ機能があると思います。表示がどこにあるかは、スイマセン知りません。

    byTomy at2021-02-02 12:29

  9. Tomyさん、こんにちは。面白い記事を有難うございます。
    横レス失礼します。
    ベルイマンさんのご質問についてですが、stepresponseが優れているとされる形は綺麗な三角形を作っている状態です。stereophile step response で画像検索するとイメージしやすいかもしれません。
    全帯域が正相でタイムアライメントと位相が揃っていて、周波数特性がワイドレンジで、かつフラットであると綺麗な三角形になります。
    周波数特性がフラットであるスピーカーが必ずしも音質で評価されるわけではないので、綺麗な三角形が音が良い証拠とも言えません。
    ちなみに、stereophileを眺めると、今、最も低コストでこの特性が良いスピーカーはKEFのLSXですね。これでサラウンドを組むと面白いかもしれません。

    bytaketo at2021-02-02 13:21

  10. taketoさん、こんにちは

    レスありがとうございます。
    KEFのLSXのステップレスポンス見ました。これは大変綺麗ですね!垂直に上がって、ゆっくり減衰する直角三角形のような感じです。記事を読むと、デジタル補正をしているようで、ツイーターとウーハーの音が同時に到達すると書いてありました。音も大変良いと聞いたことがあります(レビューの音の評価はまだ読めていませんが(笑))。

    byTomy at2021-02-02 15:10

  11. taketoさん、続きです。

    LSXは低域が60Hz止まりですが、もし20Hzまで平坦で、遅れなども無ければ、ステップレスポンスは垂直に立ち上がって、しばらく高止まりした後、緩やかに減衰するのではないでしょうか?違うかな?

    byTomy at2021-02-02 16:45

  12. Tomyさん
    Step responseは山の山頂が最高域、山の裾が最低域を指します。高域が伸びないと山が低くなり、低域が伸びないと裾野が狭くなります。LSXは低域が伸びていないので少し細身の三角になっています。従って最低域までフラットに伸ばしたとすると、裾野が広がって、かつ山頂と裾野を繋げる直線が真っ直ぐになるイメージです。
    ちなみに、そのように美しくサブウーハーを繋げるのは、難易度が高く、デジタルで上手くフィルタをかける必要がありそうです。

    bytaketo at2021-02-02 18:50

  13. taketoさん、

    なるほど、了解です!

    byTomy at2021-02-02 20:51

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