スピーカユニット自作(その7)

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 スピーカユニット自作第2弾目を作りました。今回は前作の経験を踏まえていくつか改良しています。

 一つ目は巻き線を太くしてパワーが入るようにしました。ボイスコイル線径を0.1mmダブルから0.18mmとして80Tで約5Ωです。

 二つ目は磁気回路の磁束密度アップで磁石間を9mmに詰め、ボイスコイル径も28mmから約25mm径と縮め1.4倍ぐらいにアップしました。

 三つ目は能率アップのためコーン紙を半分の重さのものと薄い厚紙にしました(10cm平方で37gを19g)
。振動系質量は7.7g(エッジ込み)

 形状も開き角を変えた2段コーンとして中域の共振を抑えています。中心を絞りの強い6cm径、外側をゆるい15cm径(エンクロージャの関係でサイズを小さくした)としました。
 前回はエッジストロークを大きく取ったので低域でかなり振幅が大きく、パワーが入るとリニアリティが心配だったのでエッジも少し固めにしました。その分foは100Hzちょっとと高めです。

 結果
 1.能率はAlpair10と比べてもそれほど遜色は無く、83~5dBぐらいにはなってそうです。そのため普通のアンプでもかなり音量は出せそうです。

 2.高域限界は期待ほどあまりのびませんでしたが、中域の極端なピークは無く全体に中域が持ち上がるという感じで補正なしでもいけそうです。
 高域は定電流アンプ駆動とすることでかなり補償できそうです。のでツィータ無しでもいけるかな。

 3.一応エンクロージャに入れる予定なので中低域もしっかり出そう。ただし低域はfoが上がった分望めないと思います。

UcD180ST(その5)

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 UcDアンプはやはり電源の安定化が必要そうだったのでトランス電源を止め、ケースはそのままでSW電源に置き換えました。
 使用した電源はCOSELのLEA100F-24を2個で、電圧は30Vにアップしています。それぞれの電源容量は一つ100Wなのでステレオでもまあ何とかなるでしょう。

 電源のコンデンサには以前の整流用の10000μFでは流石に大きいので、手持ちの古いBGの4700μF35Vを2個パラっています。

 ついでに確認したところ左右のゲインバランスが(アンバラで)2dBも違っていたので、調整し直しておきました。アンバラのトータルゲインは28.5dBとちょっと高めですね。

 SW電源にしたお陰でトータル重量はほぼ2kgとこのクラスにしては軽量なアンプが出来ました。


 今後の改良点としてはプリドライバ段が片側アースのアンバラ入力では出力が完全にバランスしていないので、この辺を作り変えると良さそうです。
 この部分だけでゲインは14dBぐらいですから、プリドライバはほとんどゲインなしでも良いくらいですね。まだ空きスペースがあるので何か突っ込めるかもしれません。


 

スピーカユニット自作(その6)

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 前回の1次試作では性能はまあまあでしたが、能率が低くて広い場所でのデモには適していませんでした。そこで次は効率を上げる改良がメインに成ります。

 一つは巻き線を太くしてボイスコイル抵抗を下げ、同じ電圧で電流を増やしてパワーを入れられるようにする方法です。これは駆動電圧の最大限界が使えるアンプで決まっているためです。

 もう一つはボイスコイルの磁束密度を上げる方法で、ギャップを狭くすれば良いのですが、磁束の均一化が悪くなります。そこで有効ストロークは減りますが、磁石間隔を狭めればパターンが変わってくるのでそれで調整できるのではないかと試してみました。

 ボイスコイル直径の下限は磁石が19mmですから24mmぐらいまででしょう。この時磁束が均一に鳴るのは磁石間距離を9mmにした時でした。

 この時磁束は約2000mTでほぼ前回の1.4倍ぐらいになります。

 巻き線の方は0.2mm径として1巻きで約半分の抵抗になれば、磁束アップと組み合わせて3倍のパワーが出そうに思われます。これで何とかなるかな。

電源フィルター増殖中

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 電源のコモンモードフィルターを導入し始めた経緯は前回書きましたが、中高域DACだけではあまり効かなかったのに低域は効いたのはDACの方式の違いかと思います。

 中高域のマルチビットタイプは基本的にマスタークロックは使いません。Soekrisはそれでもマイコン入りなので影響がありそうですが、低域のPCMtoDSD変換DACでは結構いろいろな処理が行われているのでノイズも多いと思われます。

 そこで他の機器にも電源フィルタを入れてみました。

 効きそうだと思ったのはデジタルチャンデバとDDC,、ルビクロックなどです。自宅ではPCからパワーアンプ間の電源系統が同じなのでその間の機器の相互作用が音を濁らせている原因かと思います。

 それぞれ試してみたところチャンデバとDDCはやはり結構効く様です。この辺はやはりデジタル処理がかなり行われて入るので電源にも出ているのでしょうか。ルビクロックも効いてはいますが前者と比べるとそれほどでもないような。

 ということで一応中高域DAC以外は各電源毎にフィルターを入れることにしました。ほとんど自作モノなので最近はノイズフィルターは内蔵させていないかったですから。

 結果、全体の音がスッキリするだけでなく、躍動感が出て音楽の乗りが良くなる感じですね。まあこういうのはとかくやり過ぎになりやすいので、その内全部外して効果を再確認してみましょう。

UcD180ST(その4)

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 UcDアンプは音色は良いものの、どうも少しパンチが足りないように思えたのですが、やはりここは簡易電源にしたのがちょっと気になりました。

 デジタルアンプは電源そのものをスイッチングして出力するので、電源の質そのものが出易いタイプです。UcDは帰還がかかっているのでそれほど影響はないかと思いましたが、ここは確認の意味でも定電圧出力になるスイッチング電源に交換して見ました。

 SW電源は本家の専用電源もあるのですが、ここでは普通のSW電源2台を使って、UcDの使用下限ながらプラマイ30V電源を供給します。(上の黒いケース)

 前のトランス電源と比較するとこのSW電源でも切り替えると音の切れとメリハリが違い、ぐっと馬力が出てくるようになりました。SW電源の心配した高域の荒さもそれほど感じられず、全体にUcDらしいデジタルアンプらしくない滑らかな音色にパンチのある力が加わって、特徴あるアンプらしい感じが出てきました。

 やはりデジタルアンプの電源は安定化する必要がありそうですね。

 こうなるとこのままこのSW電源に交換するか、本家のSW電源を購入して入れ替えるか、またはトランス電源をアナログ的に安定化して供給するか、方策は色々ありそうで悩ましいところですが、本来のUcDの本領が発揮できそうな見通しが見えてきたので安心しました。
 

ディスクリートマルチビットDAC追製作(その1)

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 もう一台マルチビットディスクリートDACを作る部品が残っていたのでボチボチ作り始めていましたが、ようやくモジュール基板4枚が組みあがりました。

 ディスクリートDACは復活編で以前に作ったセットを活用していますが、部品セットの状態でまだもう1台分あったので低音用にもう一台作ってみようと始めていました。

 抵抗選別は終わっていたので、まあ楽かなとは思っていたのですが、流石に288本の抵抗と64個のIC付けとなると結構大変です。

 ようやくモジュール基板が4セット組みあがり、動作テストとMSBの調整も終了、何とか完成の目処が立ってきました。

 あとはケースと電源、DCオフセットキャンセラーに保護リレーなどですが、まだまだですね。

電源フィルター

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 以前も電源のコモンモードフィルターを使っていた時がありますが、それほど効果がはっきりせず音が丸くなるので止めていました。

 最近フィルター系を見直しているので、電源フィルターも再度トライしてみます。

 前回はコモンモードでもインダクターだけだったので、コンデンサも入れついでにファイメットビーズも入れてみます。
 コアはFT-82-43に10Tづつ、コンデンサは0.1μFをその両側にそれとビーズを各2個入れています。

 効きそうな所はデジタル系ですから、まずはDACと思い、2個作ったので中・高域それぞれに入れてみました。

 確かに全体静かになり良さそうですが、それほど様変わりというほどでもありません。少し音も切れが悪くなる感じです。どうも中域のSoekrisにはどうも合わないようで、自作R-2Rマルチビットの高域DACのみにしました。

 高域だけでも中々全体が静かになり、すっきりとした音になってきてこちらは良さそうです。
 

 そこで折角なので余った1個をだめもとで低域DAC(エレアトさんのP2DDAC)にもつないでみました。

 ところがこれが結構効きました。甘くなるかと思った低域が弾んでしまってくると共に、低域の奥行きと深みが出て大化けです。オーディオはやってみないと解らないですね。

 それぞれのDACの形式が違うのでノイズの出方や、効き方が違うのでしょう。色々試してみるほかはありません。

スピーカユニット自作(その5)

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 初作の問題点を色々つぶしてみました。

 最初は中域のピークですが、丁度合わせてLCRの共振回路で10dBほどのディップを作り、抑えることが出来ました。

 次の高域不足はお手軽にツィータを追加しました。

 安価なものですが、電流ネットワークで4.5kHzクロスで繋ぎます。下の手作りユニットの方はそのままスルーでいきます。
 上は3次ぐらいで大体狙いのスロープになりましたが、どうも5kHz前後のディップはうまくつながりません。リバースヌルは出ているのですが、逆相にしてもうまくフラットにはならないのです。それぞれのスロープは大体狙い通りにいっているのですが、合成が合わないは変な位相回転が起きているのでしょうかね。

 まあ高域の場合は測定位置でもコロコロ変わるのであまり神経質になってもしょうがありません。

 ツィータを付けたお陰で、そこそこまともな特性になってきたのでこの辺で何とかどの様な曲でも聞けるようになって来ました。モノなので左右の合成で聞いていますが、まずどの様な曲でも破綻するようなところは無くなり、極めてマトモに鳴っています。初作にしては出来すぎかな。(まあツィータは市販品ですが)

 考えようによっては基本、電流アンプで上下を補正しないで鳴るスピーカというは珍しいかも。

スピーカユニット自作(その4)

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 一応組み立てあがり、音だしまで出来ました。

 特性(正面50cm)は左のグラフですが、やはりストレートコーンなので1.6kHzあたりに10dBほどピークが出来てしまいます。高域は思ったほど延びず3kHzぐらいまでなのでウーファのような特性ですね。

 磁気回路は余裕があり、ダンパーレスなのでリニアリティもそれほど悪くは無いのでしょう、歪みはそれほど高くはありません。

 低域はバッフルボードが共鳴しているのかこのサイズのオープンバッフルうとしてはかなり伸びていますね。面白いことにインピーダンス特性をとってもまったく低域共振が見えません。もともとDATSが微小レベルの測定なのでこの領域ではロスが大きくてリニアリティが無いのかも。ちょっとこの件はまだ良く解りません。

 予想通り能率はかなり低いです。通常音量ならともかくそのままガンガン鳴らすとボイスコイルがかなり高温になるのですが、ファンを付けるとまったく問題なくなります。


 音楽試聴ではやはり中高域のピークが若干気になります。ここはやはりキャンセラーでつぶしたほうが良いでしょうね。高域は物足りませんが、結構無しでも音声帯域はカバーしているので聞ける感じです。
 サブコーンを付けるか、簡単にはこのままツィータを足してしまえばよい感じです。

 それより低域インピーダンスがフラットなので、電流アンプで駆動してみるとこれが結構いけてます。周波数特性上はほとんど変わらないのですが、全体にすっきりとして音離れが良く、ピークもそれほど気にならなくなります。
 トーンの低いダイアナ・クラールとか古いエラとかのボーカルはこのままでも結構良いです。

 様子が見えてきたので少しチューンしてみましょう。

スピーカユニット自作(その3)

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 巻き上げたボイスコイルと組み合わせて振動系第1弾を作ってみました。

 コーン紙はあまり剛性を高めないよう、少しやわらかめの白ボール紙を使用。頂角も140度と広めにとっています。振動板の口径は15.5cmと6半あたりがバランスが良さそうなのでそのサイズにしています。

 エッジは別に作るのも大変なので、フィックスエッジを真似て折り曲げで作ってみましたが、まだ硬いような感じですね。磁気回路のリニア領域は±4mmはあるのでかなりパワーは入れられると思います。

 ボイスコイルは0.1mmφ80Tx2のパラ接続で約8.2Ωとちょっと抵抗値は大きめかもしれません。3パラでも良かったかも。この振動系を簡易バッフルに取り付ける予定です。

 振動系の総重量を測るのは忘れてしまいました。あとでDATSで割り出します。

 後は磁石を簡易バッフルに保持する構造を載せ、振動系、磁石、バッフル板の3体組み立て方式にする予定です。

 まあ音は出るでしょうが、適当に作ったのでどんな特性になるか?まあ本来はここからノウハウの構築なのですが、今回の目的は又別にあって。。。。

トリマー購入

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 以前から欲しいと思っていたトリマーを入手しました。バッフル板などの円形穴あけや落し込み加工などに便利で、バッフル板などは外注加工も出来るのですが、さっと出来るところが便利です。(写真中央の青い機械)

 問題点は加工屑が舞い散る点で、集塵アダプタの付けられるものを条件にRYOBIのMTR-42にしました。集塵アダプタは別売りで、品数が少ないようなので先に調達した方が良いかも。ホースは専用のは高いので、洗濯機の排水ホース(3m)が流用でき、1/4の値段で安く済みました。

 集塵機はそんなに頻繁にする予定も無いので、自宅のサブの掃除機を流用しています。性能的にも充分です。まあ後で掃除はきちんとしておかないといけませんが。

 仕様的には円カットは添付の冶具では半径10~20cmですが、冶具を工夫すれば5.5~30cmぐらいはいけそうです。

 試しで円カットをしてみましたが、刃先も新しいので仕上がりも綺麗でした。戸外(ガレージ)での作業ですが、集塵機を働かせていれば、外に出るのも僅かで、ジグソーなどと比べても音も割りと静かです。

 これでスピーカ製作も楽に楽しくなる?かな。

スピーカユニット自作(その2)

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 いよいよユニットの製作開始ですが、その前にちょっとした工作ものには準備に、まず冶工具を作らねばなりません。

 ボイスコイル巻き線は専用のボビンと巻き線機があった方が良いので準備します。巻き線機はトランス巻き線の時に作ったのを引っ張り出してきました。大分使っていませんでしたがボイスコイル巻きでも使えそうなので思わぬところで役に立ちますね。

 ボイスコイルに使えそうな細い線材は手元に0.1mmしかないので、これで何とかしたいところです。LC-OFC線でどういうわけか大量(^^;にありますので有効活用しましょう。細い分はパラってやればよいかと。
 それより巻き線時、ワイヤーが絡まったりキンクが出来ないよう、繰り出しがスムーズなワイヤーホルダー?を作りました。自重でテンションもかかるので丁度良い感じです。

 ボビンはこれ又寸法が違うので適当なものを探して作りました。外形は約27mmφです。斜め割を入れて、後で取り出しやすくします。


 最初は整列巻きを目指しましたが、2列重ねは私にはとっても無理です。0.1mmφではほとんど線が見えません。今回は反発磁気回路ですから、ギャップも広くあまりその辺は大雑把で良いので無理せずガラ巻きにしました。

 ボビンに2mmの間隔を空けて土手を作り、その間に巻きとります。巻き数は80Tx2のパラ接続で(ハイインピー用はシリアルで)約8Ωになるはずです。ガラ巻きだと結構厚みもあってコイル外形は29mmφほどになりました。まあ中心が狙いの28mmφ近辺になったのでよしとしましょう。

 組み上がりのボイスコイルの重量は約2.3gでした。ちょっと重いかな。

UcD180ST(その3)

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 UcD180STアンプの音を確認する上で以前のTIのTAS5613アンプを足を付けて基板単体でも比較試聴できるようにしてみました。電源は本体側から取れるようにしています。

 しかしTIのアンプは単電源のためかリップルがあるとハムがのってしまうので、メイン電源にはレギュレータを入れています。その分Vccは30Vに下がったので、以前よりはパワーは少し減っています。

 TIの入力コネクタの関係から、両者をアンバラ入力で比較試聴してみました。

 TIはしっかりした音質で、リアリティの良さを感じますが、少し表現が単調のように感じられます。

 それに対してUcDはエッジが立たない滑らかさで、球アンプのような音色ですね。そのためかUcDの再生には演奏の思いが伝わるような貯めが感んじられます。
 TIのアンプには音の正確さを感じるのですが、UcDは表現の面白さが伝わるという具合ですね。

 ほぼ同じところから電源は取っていますので、デジアンの個性なのでしょうが、面白いです。


5/5追:電源構成から気がつかれたかもしれないが、両者は駆動方法が少し違ってます。UcDはハーフブリッジ、TIはフルブリッジになっているのでその辺の音の違いがあるかも。
 贅沢にUcDを4台使ってフルブリッジができるかなと思ったのですが、SPマイナス側には保護回路か何かつながっているようでそれは難しいかも。
 TIもマイナス側入力が浮いていたのを忘れていて、ショートさせると更に切れが良くなって大分改善して来ました。こっちも良いな~。

スピーカユニット自作(その1)

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 夏のお寺大会の課題がスピーカユニットの自作なので完成まで行き着けるかわかりませんが、設計データを取り始めています。
 まずは磁気回路ですが、いつもの反発磁石の予定です。作りやすいのと均一な磁界が作れるためですが、実際はどうなのかどのくらいの寸法にしたら良いか皆目解らないので手元の磁石でデータを取ってみました

 磁石は19φx10mmのネオジ2個を対向で10mmの間隔を空けて止めたものです。これにボイスコイル径に相当する位置の磁束変化を確認してボイスコイル径を決めたいと思います。

 測定はホールセンサー(THS126東芝)を使用しました。規定の5V印加でセンサー出力から磁束を推定します。校正はしていないので絶対値は大体というところですが、相対値で充分でしょう。それ以前に手動測定なので精度はかなり怪しいです。移動方向は0mmが対向磁石のギャップが始まるエッジで、10mmまでがギャップですね。

 結果は28mm径ぐらいが良さそうです。ギャップ間隔も4mmぐらい取れるので作りやすいでしょう。対向磁石の距離が広いかもしれませんがこのくらいのリニアリティのストロークは欲しいところですね。まあこの辺も適正値が解らないので作りながら確認するしかありません。

 じつはこれMFBセンサーの設計にも必要なので2重に重要です。まあじっくりと行きます。

UcD180ST(その2)

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 UcDアンプをTIのデジアンと入れ替えて早速聞いてみました。TIのデジアンの電源は160VAのU字トランスでショトキーダイオードのコンデンサ(10000μF)インプット整流です。

 電源電圧は規定の±45Vは取れなかったのでパワーは定格の半分ほどです。

 電源電圧  ±37V(フルパワー時±32.5V)
 出力     約56W(8Ω負荷両ch同時)
 周波数特性 ~40kHz(-3dB)

 キャリア周波数 387kHz(無負荷)
            424kHz(8Ω)
            437kHz(4Ω)
 ゲイン       約24dB

 キャリア漏れは0.2V程度なのでハイパワーデジアンとしては小さいほうだと思いますが、周波数特性はそれほど伸びていません。歪みはフローティグなのでまだ測れていません。

 早速サブシステム(SDTrans+ES9018、Alpair10)で聞いた感じでは非常にスムーズで滑らかな音色です。エッジを効かせるという感じではありませんが、そうかといって丸くなるほどでもない、ちょっと不思議な音です。
 最初はアンバラで聞いていましたが、滑らかなエコー感が良く聞こえる感じですが、バランス接続にするとちょっとマッシブになり、厚みが出てきますが雰囲気は少し後退しますね。まあこの辺はDACの音色かもしれません。

 回路的にはまだノーマルそのままで、定電圧回路も入れていませんから素の音が聞けているはずですが、デジタルらしくない高域の滑らかさがこのアンプの特徴かもしれません。