【Hagoromo Sound System の紹介】
欠点を克服するスピーカーシステムの構想
【基本的動作原理 】
既存のスピーカーシステムの最大の欠点は、前記 低音域のスピーカーボックスの中に積み上げられる圧力だといえます。
振動板は背後から積み上げられている圧力によって力を受けているために、振動板の動きは制約され、低音域の再生に限界が生じ、
また圧力を受けた状態のままでそれ以外の音域を再生しようとするとその圧力に至らない微小な信号は再生しきれない状況となります。
ちょうど高い山から降りてきたとき、鼓膜の内外の気圧差が生じ音が普段の音と違う聞こえ方がするのと同じです。
これを解消する方法を考えていきます。
※1 音波を返す構造
まず音波を返す構造として［図①］の内容を設定し考えて検討してみます。
前提
構造：図①のような構造。
・細管束構造体は図の様に w1 の幅にプラスチックダンボール様の板をその管構造の向きに垂直に切り、w2の方向に積み重ね、その長さをℓとしてスピーカーボックス
に装備した構造とする。B端側は閉止する。
条件
・スピーカーの後方側の圧力を正とする。
・音波は図スピーカーの背後方向を正方向として放射される。
・放射される音波の周波数：25Hz、およびその2n(nは自然数)倍；2n×25Hz とする。
・スピーカー振動板から細管束構造体までの距離は便宜上無視する。
・スピーカー振動板の位置及びその発する音波は図②上では OW(orignal wave) とする。
・返還波は図②上では RW(return wave)とし紫で表示する。
効果
図②での1/4サイクルの音波を見ると、その時進む音波は図①で振動板→細管構造に入る→閉止端で反射→(rwとして)スピーカー背後に戻る。
その時その音波の進む距離は1/4サイクルで、 360m÷(25Hz×4)で3.6m (c=音速=360m/sec)
ここで、往復分の距離つまり細管の長さ 2×ℓ＝3.6m 依って ℓ=1.8m
のように設定すると、図②のグラフが成り立つ。
このときの音響効果は図②として下記のようになると考えることができます。
効果の評価：
・音波は細管内を進むため、ボックスで起こる音波の拡散、定常波、乱反射の影響を受けず振動板が発生させる音波の粗密状態を維持して
振動板付近に帰還させることができる。
・振動板が発生させる音波の圧力は、25Hz及び各25Hzの2n倍の周波数に関しては、
1/4サイクル=90°遅れでrwとして振動板に帰還しその圧力は振動板の動きに順方向に振動板を後押しする。
・rwは細管内の粘性抵抗による損耗により減衰分があると考えられる。仮に図では20％程度を見込んでいる。
・音波のエネルギーは、細管構造の管数に細分化され各々細管を通過し、2×ℓ分の細管長分の遅延しながら振動板に帰還するので、
前述のスピーカーボックス内に低音が閉じ込められる現象を回避できる。
・欠点：上記以外の周波数では十分な量の(rw)が形成できないので、あらゆる同時に他の周波数に対応するには
ℓ寸法が不整合であるので不向きである。図③
※2 あらゆる周波数に対応する構造
以上を鑑みあらゆる周波数に対応する構造として 図④ を検討してみましょう。
その構造は、図①の構造での細管束構造を図⑤の様に変化させたものとします。
・その際のℓ寸法は、ℓ～ℓ/2の間で漸減する寸法とする。
・図⑤の様に漸減する寸法を保ちながらw1寸法でn枚に分割しw2方向に積層したものとする。
・図④でも図②と同様に ℓ=1.8m 、またℓ/2=0.9mとして効果を検討する。
※3 低音域における構造の効果
効果
周波数が25Hzと同オクターブ内であれば、ℓ寸法を、ℓ～ℓ/2の間で漸減する事により周波数変化してもその1/4波長である長さの起点は必ずℓ～ℓ/2の
どこかに位置し、そこから、ℓ/2までは長さそのままで、そしてその続きはℓ寸法から始まる寸法列に於いて、2(n)倍周波数
(次のオクターブ)としてその分ℓは対応できる構造となります。更に25Hzのn倍数以上であれば、上記の細管内でその波長は1/n
となるので、上記と同様に同構造であらゆる周波数に対応できることになります。
例えば図⑤上で30Hzの1/4波長の対応点は、 2ℓ=360m÷(30Hz×4)で3m となり ℓ=1.5m で
その対応点は b点 となり b点より図中で右側ではそのままの波長の対応となり、左側では波長の二倍に対する効果の対応となります。
図⑥は図②と同様に図④の細管束構造において、振動板が発する音波ow(orignal wave)とrw(return wave)の状況をグラフ
化したものです。
・図⑥で振動板の発する音圧owの振動板位置への帰還は、(ℓ～ℓ/2)/cの間のタイミングを持っているので、最初ℓ/2で反射された帰還波は図①よりも
45°早く振動板に到達し、ℓ長で反射された帰還波は図②と同じタイミングで振動板に到達する。
これを表したのが緑線となります。
この緑線の圧力の時間的推移は緑線が正負でオーバーラップしている領域は実効的にその差分として働くので帰還波の実効値としては
赤斜線部分の圧力推移となります。
そして、その振動板に働く圧力のベクトルの推移は図上の赤矢印として表すことができます。
効果の評価：
・以上の図⑥のow(orignal wave)に働くrw(return wave)の最終的なベクトルを見ればほぼ全体として振動板が発した音波のエネルギーは常に
90°遅れた振動板の振動板の動きに対し順方向に加勢していることがわかります。
すなわち前記の低音域における欠点が克服されたことを示す結果と言えます。
※4 中域以上の音域における構造の効果
前提・検討する周波数は Fle(frequency low end)×8倍 =25Hz×8=200Hz つまり前記のFleの2オクターブ上の周波数です。
条件
・図⑦でに於いて実際の返還波での ow の返還 rw-ℓ/2(緑) と及び rw-ℓ(紫)の音圧は細管束構造体の細管本数分の1となる。 (表記上困難なので値の細管本数倍として仮にわかりやすく表記している)
・200Hzでの1サイクルの波長=360m/200Hz=1.8m(360°分進行) でℓ/2～ℓを往復するので
図⑤に於ける一番右側の細管を通るrw-ℓ/2(緑)の音波が、振動板の発する音圧owの振動板位置への帰還する移動距離は、 短手側 ℓ/2寸法では (ℓ/2)×2=1.8m で 1.8m/1.8m=1 つまり360°
すなわち ow より360°遅れで始まり、720°遅れで振動板位置に帰還が完了する。
図⑤に於ける一番右側の細管を通るrw-ℓ(紫)の音波が、振動板の発する音圧owの振動板位置への帰還する移動距離は、 長手側 ℓ寸法では ℓ=3.6m で 3.6m/1.8m=2 つまり360°×2=720° すなわちowより720°遅れで始まり、1080°遅れで振動板位置に帰還が完了する。
・ℓ/2～ℓ間でも当然 細管本数分の返還波は存在するが見栄え上煩雑なためグラフの表記上省略して表現している。
効果
・rw-ℓ/2～rw-ℓ間の Σrw はおおよそ図⑦の太赤線で描いた台形状であると考えられる。
・Σrw は音圧の正負で重複した部分は相殺されるので、その後残るオレンジ斜線部分が、最終的に残る 実質rw であると言える。
効果の評価：
・実質rw はowの面積(量)と比較すると約25％である。またグラフ上細管内の損耗は見込むと25％×0.8=20％ 程度と考えることが出来るが、
その音圧エネルギーは(振動板面積)/(スピーカーボックス内面積)として作用するため振動板面積に与える影響は更に少ないと考えることが出来ます。
すなわち振動板のスピーカーボックス内部に放射するエネルギーは細管束構造体により大幅に削減されると言え、振動板に与える影響も、振動板を
通過して外に出てくる反射波も大幅に減少するという効果があるといえます。
※4 定在波発生の抑止
定在波は主にスピーカーボックスの対面した並行の側板内側を共振の節とした共振周波数について、振動板の同音程をトリガーとして発生します。図⑧は上記で述べてきた［Hagoromo Sound System］の動作を実現する1例です。
ここでは図⑧の構造で定在波が発生する余地が非常に少ない理由を見ていきます。その理由は主に2つです。
・対面した並行の側板内側の面積が他形式のスピーカーボックスに比べ非常に少ない。
・振動板が起こした音圧は基本的に随時 細管束構造体に入って、分散された細管束構造体の rw として返還されているため、そもそも定在波を形成し
保持する音程での圧力プロセスが保持できない構造である。
以上に依って一般に定常波と呼ばれる現象は原理的にほとんど防止されています。 またこの構造に拠る試作機も完成していて、その効果も上記の通り確認が完了しています。
※4 試作機の周波数特性・インピーダンス特性
・試験機は ONKYO D-S7GX をベースとした［Hagoromo Sound System］構造を内蔵した試作機です。・ウーファー：公称13cm コーン型 ですがエッジ外端での直径は10.8cmです。ツィーター：2.5cm ドーム型 クロスオーバー 6.5KHｚです.
■at 1m 正面の周波数特性
条件：
・実際の試作機の ℓ寸法は 1264mm で制作している。これを図⑥で同様の効果を期待するならば、ℓ寸法＝360m/(4×XHZ)＝1.26m×2が成り立ち
X=360/(4×1.264×2)＝35.7Hz となりここで図⑥の効果が完全に実現することになる。
推察できる現象：
・条件の効果は周波数特性図では28Hzのピーク辺で実現していると考えられるが、その差は細管内の音速CK
（音速：360m/sec,K:空気の粘性抵抗に拠る減速係数）でK= 28Hz/35.7Hz=0.78 つまり360×0.78=281m/sec だとすれば整合性があるように考えられる。
・又33Hz辺りに見られる谷は 9db 程度あるが、これは図⑥の狙った効果がその辺りで効能が少ない事がわかる。グラフを作成すれば判ることである。
これがこのシステムの唯一の欠点であると言えるが、密閉型や、バスレフのような致命的な欠点ではないので、トーンコントロールで調整すればよい。
後は大まかにはこの口径では信じ難いような量の低音を再生していると言える。
■インピーダンス特性
・Topページでも少し触れているが、細管束構造で処理される音波は細分化され、その細分化された音は粗密の状態を減衰するとは言え保存されるので、
密閉型や、バスレフのように低音がボックスの中の往復運動中に粗密の崩壊を起こす事は無い。
従って低音波形は保存され、設計意図通りの原音に忠実な波形として再生される割合が大きいと言える。
その結果インピーダンス特性の最低音域（図中赤指示）でも振動板は仕事ができておりインピーダンスが上昇する事は上記の証左となると考えられる
また振動板の信号に従った運動はボックス内からの反力が大幅に減じ自由に動くことができるので原音の微細な部分が再現できるようになると言える。
以上に述べた［Hagoromo Sound System］の動作原理を順を追って丁寧にご理解して頂ければ、その可能性の高さが想像されると考えます。
然しながら、実際に聞いていただいて体験されるまでは「ほんまかいな？？」となるのは当然です。
ですので、無条件と言うわけにはいきませんが、ご希望の方にご視聴頂く準備は整っていますので,目次Hagoromo Sound System
試聴希望の方の内容を御覧いただいた上、申し出をお願い致します。
「Hagoromo Sound System」は商標として登録されています。