スピーカーの理想的な再生方法について

質問

先日の質問を一度整理しました。

スピーカー再生する音源に対して全ての周波数で位相を90度進ませる処理を施してスピーカーでの再生を試みてみました。
これに関していくつか疑問があります。

(1)
これはリンク先の　(1) 力と速度（電圧と音圧）の関係　での問題を解決するアプローチだと思うのですがどうでしょうか？
http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/subwoofer.html

現時点では、信号の変位（加速度）0地点を基準に再生するのではなく、実際に再生する時の振動板の変位（速度）0地点を基準とする事で、再生時の波形の改善が見込めるものだと解釈しています。
付帯音の低減と群遅延特性の改善によって、瞬間的な音に対する再現性が向上すると思うのですがどうでしょうか？

(2)
上記のような位相を90度進ませる処理をした場合に、再生過程で新しい問題点を生んでいるという事はないでしょうか？

よろしくお願いします。

回答No.3

sirasak · ベストアンサー

処理前に較べて波形がきれいにそろった波形データーを出されているので、
良く理解できます。
これほど違うなら、耳で聴いても違いが分かるだろうし、
効果が出ていると判断できると思います。

お礼

回答ありがとうございます！

とりあえず波形の変換処理自体はそこまで間違っていないみたいで安心しました。

聴感的には各楽器の打撃の瞬間に影響しているかな？という程度ですが、やはり全く自信はありません・・・。

先ほど以前参考にしたサイトの別の記事を見つけました。
こちらにも実測された波形が載っていましたので参考までに貼らせてください。
http://d.hatena.ne.jp/raspy/20071221/p1

回答No.5

sirasak

素晴らしい研究をされているのですね。ヒントになればの参考意見です。

測定用、圧力形無指向性マイクでは圧力に応じた信号電圧が得られるが、
ボーカルマイクなどの速度形、指向性マイクではスピーカーの振動板は低音ほど12ｄB(4倍)/octで振幅しているのを感知して、30ｃｍ位近くでは低音が大きくなる近接効果がでるはずです。

圧力形無指向性マイクでは空中にばら撒かれので低音ほど6ｄB(2倍)/octで振幅するフラットな音が測定できるはず。
この辺も研究して発表して頂けるとうれしく思います。

お礼

回答ありがとうございます！

できればHPを立ち上げたいのですが、なかなか時間が取りにくいので将来的に動画投稿でもできればと考えています。

指向性マイクについては使う事を考慮にしていなかったのですが、放射地点に近づくほど近接効果が出てしまうのですね。
勉強になります。

回答No.4

DCI4

スピーカーの理想的な再生方法について
スピーカー再生する音源に対して全ての周波数で位相を90度進ませる処理を施してスピーカーでの再生を試みてみました

★回答　それでは　何の意味もありませんよ

スピーカーのみの理想的な再生方法と言うものはありません

部屋の音響　　頭部伝達関数　その他の　トータルで決まるからです

耳までの伝達関数を正規化する方法はあると言えます

一般に　伝達関数が1に近似させることができれば
振幅　位相　ともに無ひずみ伝送となり　耳までの理想通信経路にはなります

http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/subwoofer.html
↑測定方法が馬鹿です　だれでもわかる

すなわち　普通に周波数特性を計測すりゃいいわけ
ボーデ線図と　群遅延のグラフを作成すりゃいいわけ
計測ソフトも売ってるし
20年前は困難だったが　もちろん　近頃はPCで自分でも作れる　パソコンが性能いいから　
振幅特性　位相特性　群遅延特性　をグラフで描画すりゃいいわけだ

それを見て　位相特性（群遅延）を調整するなら意味がわかる　　普通そうする

たんに90度ずらしてもだめだろ←　無知である　周波数特性の意味がわかってない

YAMAHA YST-SW1000　はフィルターが入っている　位相（群遅延）は　周波数により変わる
メインSPとクロスオーバーでも変わる
内部音響回路（等化回路）でも遅延している
もちろん　発売当初　大昔15年以上前に計ったこともある

周波数特性（振幅　位相　群遅延）のこと

ざっくり言えば　音響システムの伝達関数を求めると言う意味である
制御工学では　システム同定と言う

※一般に市販サブウーファーの音は遅れるのは正しいです
群遅延特性は計れます　メインSPと合わせることも可能

基礎はこれよ　ちゃんと日本の理系大学で教えてる内容　こんなかんじ
↓
文系からスピーカーユニット開発
ベストアンサー参照
http://okwave.jp/qa/q9044924.html

●音響信号処理はこれで十分　無料教科書
http://www.sound.sie.dendai.ac.jp/dsp/Text/PDF/dspindex.html

さがせば　計測ソフトも売ってる　あなたの努力しだいでどうにでもなるはず

お礼

回答ありがとうございます！

他にも歪みがあるのでこれだけ補正してもしょうがないという事ですよね。

今回はあくまで数ある歪みの1つとして、一般的なスピーカーでの再生には根本的な原因があるか？その歪みへの対策として位相を90度進める処理はアプローチとして正しいのか？という趣旨のつもりでした。
知識不足なため本当にこのような歪みが存在するのかが良くわからなかったもので・・・

聴感テストには、密閉箱に2インチのスピーカーユニットを入れfsを計算上ですが1Hz,Q0.5に電気的にイコライジングしたものを用いました。
100HzにFIR型のローパス処理をかけて30cm距離で試聴する形になります。
すみません、前提はもう少しちゃんと書くべきでした。

補足

訂正です

FIR型のローパス　→　FIR型のハイパス

回答No.2

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

小学生の頃にお父さんに手伝ってもらいながら、スピーカーの箱を造ったりして、それ以後、大人に成った今でもスピーカー工作が趣味の一つ。という者です。

さて、位相を９０°変化させる。。。現実的とは思えないのですが。。。。。
テスト信号からイロイロ考察をして、実検を繰り返す。という事は、とても良い事ですし、この行為自体は私も大賛成します。

しかし、現実の音楽信号はテスト信号のような単純な物では無いので、どのように位相変化させるか、、、という現実論の部分で、どうもアヤシイのではないでしょうか？
（簡単に波形を表示させた一例画像を付けておきますね♪）

私の知識としては、単発サイン波による位相差を少なくしよう。という研究が現時点で一番信用しています。アマチュアオーディオ研究家が探求した物の一つで、ユニウエーブスピーカー方式と命名した発想の実現です。

コイルやコンデンサーによって、一定範囲の位相変化が存在しますが、その影響とスピーカーユニットの駆動位置差なども含めて、空間に放たれる音波がよりスムーズな繋がりを持てるようにした方が良い音に近付くんじゃないか、という事で探求したようです。

このため支点と成るマグネット部が振動しにくいように過大な重りを装着（デッドマス方式と命名していましたねぇ。）とか、スピーカーユニットのフレームやボックス外周部から発する音も減らそうとして、エンクロージャーの外側を吸音材で全て覆う、フェルトエンクロージャーとか、かなりアレコレ踏み込んでいて、メーカー製品では実現不可能、しかしスピーカー工作ファンなら実検出来る、という状況でしたねぇ。

速度／加速度というのは、一定範囲内の一部の現象をターゲットとした考え方、論理です。
過悪解析には一つの事象に対して沢山の理論／論理などから検証しながら、現実の全体像をつかみ取って行く、という事と成るのでしょう。

スピーカーなんて、イロイロな理想型、理想論は有りますが、完全な物なんて、百年以上研究されてもまだ存在しない。というのが現実です。

リンク先に有りました、ヤマハのYST、アンプ回路側で制御しやすい方法として１９６０年代から実検が繰り返されている、モーショナル　フィードバック　MFBなど、一定範囲においては高い成果が得られますが、一般化する程メジャーに成っていないのも事実です。
こちらの分野もアマチュアオーディオ家の一部で、熱心に研究が行われています。スピーカーユニットを改造し専用制御回路を通して駆動するため、3ウエイ、４ウエイともなりますと驚く程大掛かりな構成になり、私の様な簡単なスピーカー工作ファンには、手が出しにくい範囲ですし、そのような方式が一般的に普及する可能性は最初から考えていないのでしょう。
このあたりが、メーカーでは手が出せない、アマチュアならでは。という分野でしょうかね♪

物理的な振動板を動かすのですから、群遅延は必ず存在しますが、この変化が滑らかに繋がっていない部分には、もしかしますと問題点が有るのかもしれない。とは言われています。

某オーディオ紙で、群遅延特性としてはとても優れたスピーカーユニットとして、LC-12Sが紹介され、記事を見た時には手が出せませんでしたが、１０年程前に入手。。。。
高価な割りにはとりたてて良い個性が有る音でもなく、少々ガッカリ。だけど少し大きめの音量で鳴らすと取り立てて特徴は無いのですが、素直で聴きやすい、メロディー楽器やボーカル帯域はとても正確な音のように思えて、これはコレで隠れた名機なのでは？と思っています。

サブウーファーの多くが、音が遅れて出てくる。これはバスレフレックスの特徴を使い過ぎているから、ボリューミーな共振音が出るのに、一呼吸遅れてしまう。という事からだろう。と予想しています。YSTはこの方式の弱点を前提とした駆動信号を作り出して、効果を上げている。という商業ベースでも生き残れた事例の一つでしょう。

いろいろ研究して、一番影響が大きい部分を効率よく対策した、と言う結果だと思いますが、私の記憶ではGF-1というスピーカーが最初の製品で、1991年発売、安い方の外観仕上げモデルで５００万とかでしたっけ？？それなりの数が売れたから後の製品へ繋がったのでしょう。（採算的に利益が出ないと、おそらく、、）

まぁ、おおよそこんな感じなので、速度／加速度という考え方や、イヤホンやヘッドホンやホーンドライバーのような狭い空間で空気抵抗に寄って振動板が動きにくい抵抗制御型とか、多様な考え方も有りますから、なにはともあれ、実検して自分で聴いて感じてみる。
その上で目指す理論で突き進みながらも、他の理論も調べながら、いろいろ工夫して行く。というのが、生き物とも言えるスピーカーに対するアプローチじゃないか、と思っているのは、もしかしますと私だけ？！　かも知れません（苦笑）

個人的意見をダラダラとカキコしちゃいましたが、参考に成る部分が有れば、幸いです♪

お礼

回答ありがとうございます！

方法としては位相を90度進めたタップ数80000のインパルス信号をrePhaseというソフトで作成し、foobar2000にて音源を畳み込んで保存するという方法を取っております。
位相だけ正確に回転というわけにはいきませんが、自分のアプローチは音質的に効果の大きいところから優先的に手を加えていこうという感じでして、そういった点で音の鳴るタイミングに関しては割と重きを置いている感じです。
最初に始めた頃のスピーカーへの不満がほとんどが位相に関わる問題だったのも大きいかもしれません。

せっかくなので、試しに変換した波形を貼って見ます。
多分見れると思うのですが・・・

補正前
http://www.dotup.org/uploda/www.dotup.org512425.png

補正後（処理の関係上音圧を少し下げてあります）
http://www.dotup.org/uploda/www.dotup.org512423.png

聴感でも音色に変化を感じるのですが、評価が難しいです（汗

＞ユニウエーブスピーカー

なんとなく見たことあるかな？程度ですが、かなり気になりました。
最近はちょうど音の放射特性に関する情報をいろいろ漁っている所でして。
バッフルによる放射特性の悪化を排他するために、現在のスピーカーをマイクで測定する時のような最小限のバッフルで作り直すプランを練っている所でした。
紹介していただいてありがとうございます。調べてみます！

回答No.1

sirasak

電流駆動の記事を紹介して頂いてありがとうございます。
前質問では振幅大きさでなくて、音響工学で言う振幅速度で質問されていたのですね。
勘違いですみません。

速度とは振幅に周波数を掛けた物ですので、イヤホンの動作では、振動板の低音共振周波数Fsを2kHz以上にして速度がフラットで振幅が高音ほど6dB（２倍）/oct低下の音圧で鼓膜を動かすのでフラットな音になるのですが、

スピーカーの場合は低音ほど空中に逃げるので速度を低音ほど6dB（２倍）/octで大きくしないとフラットに出来ないので、さらに6dB（２倍）/octで大きくする必要があります。
結局スピーカーは低音ほど振幅を12dB（4倍）/octで大きくしないとフラットに出来ないので、楽器などで応用している振動板慣性の共鳴を利用しています。
低音共振周波数Fs以上は振幅が12dB（4倍）/octで低下して動作にするのに振動板質量とダンパーの弾性などで低音共振周波数を50Hzなどに低くして、エッジの機械抵抗や磁石を強くして電磁制動したりして最終Qを0.7以下にすると過渡特性が何とか気にならないレベルになるらしい。
スピーカーは原理上過渡特性が悪くて低音でぽんぽん言う安物もあるのです。
スピーカーで再生された波形を見ると過渡特性が非常に悪いのが分かります。
最初は追従が悪くて小さくて、数波後に大きな波形になり、最後も直ぐに止まらないので音が小さくなって止まるのが見えます。
定電流駆動すると電磁制動が悪くなるのでQがあがり、ポンポン言う過渡特性が悪い音になるのですが、低音は耳が鈍感なので気にならないレベルにできます。
実験では低音と高音が3dBほど少しドンシャリになる効果だけで、問題なく定電流駆動できました。
100Hzの波長は3.4ｍなので、90度位相は85ｃｍで2.5ｍ秒、50Hzで1,7mで5ｍ秒早く音を出すのでしょう、サブウーハーだけの速度を早くするのは効果があると思います。
音楽では立ち上がりが遅いベースは他の楽器より早く演奏するテクニックがあります。
加速度は速度に周波数を掛けたもののはずですので、
要するに速度を早くすると加速度も早くなるので意味がない言葉に感じます。
振動板を早く動かすには軽い振動板か？強い磁石？でしょうがバランスが悪いとかえって低音が出にくくなりますので、慣性制御駆動する限り、HiFi音が出せないはず。
軽くて超大面積振動板でないと過渡特性の良い音に出来ないのでは？と思っています。
独学ですので参考まで。

お礼

回答ありがとうございます！
こちらこそ不勉強なもので、以前の質問ではご迷惑をおかけしました。
HPの方勉強になります。
補正には一応の効果は見込めそうという事でしょうか。

＞軽くて超大面積振動板でないと過渡特性の良い音に出来ないのでは？と思っています。

位相を変えても初動には慣性が無い分、一つ目の波の高さだけはどうしても振動板質量が影響してしまいそうですね。
剛性の事も考えると小さいユニットでマルチを組みたいなとは思っているのですが、どうしても予算が厳しくて躊躇しています。