オーディオフッターのデザインに関する調査

オーディオフッターのデザインに関する調査

スピーカーの迷走振動は、床との接触により部屋の表面に直接伝わります。 このため、部屋の表面はこの振動を可聴ノイズとして共鳴放射し、音楽の聴感に影響を与えることになる。 さらに、部屋の表面積が大きく、高い効率で音を放射するため、問題はさらに深刻になります。 低周波の振動は、インピーダンスが小さく部屋の構造全体に伝わるため、最も悪い影響を与える。

 

基本的な防振対策でも、このような構造物の振動による劣化を軽減することは可能です。 ラウドスピーカーの下に防振フッターを設置すると、残響時間、振動減衰のアーチファクト、一部の周波数での歪みが低減されます[1]。 オーディオ機器の振動を遮断することで、同様の効果を得ることができます。 これらのメリットの程度は、オーディオフッターのデザインによって大きく異なることがあります。

防振性能の測定

オーディオ用フッターとして人気のあるいくつかのデザインについて、防振性能の測定を試みました。 そして、同じ基準でフッターを測定し Carbide Baseフッターを同じ基準で測定し、比較しました。 各オーディオフッターについて、水平方向と垂直方向の防振性能を測定した。 振動の発生源として、電磁振動台、サブウーファー、2ウェイスピーカーの3種類の振動源を利用しました。 各実験では、振動源の上に4つのオーディオフッターを置き、さらにオーディオフッターの上にアルミニウム板を置きました。 アルミニウム板に重りをボルトで固定し、総質量約32kgのスピーカーやオーディオ機器の質量を模擬した。 その後、圧電型加速度センサーACH-01をプレートに両面テープで貼り付け、水平方向と垂直方向の加速度を測定した。 加速度センサーは、それぞれのセンサー用にキャリブレーションされたアンプに供給される。

電磁波振動台

最初の測定には、電磁振動テーブルを使用した。 テーブルをデジタル制御し、テーブル面の振動振幅と振動数を精密に変調させた。 テーブルの振動振幅を測定するために、テーブルに加速度センサーを取り付け、マルチメーターでセンサーアンプの出力を測定した。 アルミプレートに取り付けた2つ目の加速度センサーでも同様に行いました。 測定は、プレートセンサーから10Hzから200Hzまで5Hz間隔で行った。 振動台が2.5m/s2の加速度で振動するように、各インターバルで調整した。 まず、水平方向の振動を測定するために、テーブル面とプレートの前方向きの縁にセンサーを取り付けた状態で測定を行いました。 その後、テーブルとプレートの上部にセンサーを取り付け、垂直方向の振動を測定することを繰り返した。 この測定は、各オーディオフッターの共振周波数付近の防振性能を調べるために、低音域に重点を置いて行われました。

 

この実験の利点は、測定中にテーブルが一定の振動を与えてくれることです。 これにより、オーディオフッターの共振が明確に識別できるようになりました。 この実験の欠点は、間隔をあけて測定するため分解能に限界があることだ。 この実験でも、振動減衰の挙動を知ることはできなかった。

 

サブウーファー

サブウーファーを振動源として使用し、低音域のスイープ測定を行いました。 PCで15Hzから200Hzの対数掃引サイン信号を生成し、サブウーファーで再生した。 加速度センサーはプレートの前縁と上部に取り付け、水平方向と垂直方向の振動を同時に計測した。 PCはプレートマウント型センサーの出力を記録するために使用された。 そして、測定結果は、振動の減衰を示すウォーターフォールグラフに変換された。 ウォーターフォールグラフのY軸はノイズフロアのアーチファクトを無視するように設定し、0dBFSがクリッピング前の限界に対応するようにした。 工場内の残響床で1mの距離から測定したスイープ時の最大SPLは93dBAであった。 掃引時に発生したキャビネットの水平加速度の最大値は2.4m/s2であった。

 

2ウェイスピーカ

振動源として2ウェイスピーカを使用し、中高音域のスイープ測定を行いました。 中音域は200Hz~1kHz、高音域は1kHz~10kHzで掃引した以外は、サブウーファー実験と同じプロセスで実験を行った。 もう一つの違いは、加速度センサーのアンプがサブウーファーの測定値に対して+20dBのゲインを提供するように設定されていることです。 高周波数帯の振動振幅がもともと小さいため、追加ゲインを適用した。 ゲインを上げるとノイズフロアも上がるので、ノイズフロアのアーチファクトを避けるために、中高域のウォーターフォールグラフの可視部分を制限する必要がありました。 また、駆動電圧を一定にしたスイープ測定では、ラウドスピーカーの最大SPLは93dBAとなりました。 このスイープ中に発生したキャビネットの水平加速度の最大値は1.9m/s2であった。

 

サブウーファーとラウドスピーカーの実験の利点は、各オーディオフッターの振動減衰挙動を高解像度で見ることができることである。 デメリットは、振動台の実験ほどキャビネットの振動が周波数に比例しないことでした。 しかし、キャビネットの振動挙動は測定間で一貫しており、オーディオフッター間の相対的な比較に有用である。 各測定は2回連続で行い、平均化することでキャビネットの振動挙動のばらつきを平滑化した。

テスト中のオーディオフッター

オーディオフッターデザイン

7種類のオーディオフッターデザインをテストしました。 スパイクも相対的に比較するためにテストしました。 アルミ板の下に各オーディオフッターを4個ずつ配置した。 そして、その装置をプレートにボルトで固定した。

 

オーディオフッターの防振性能は、ボールベアリングと 粘弾性体の2種類に大別されます。

 

ボールベアリング

オーディオフッター1、3、6は、湾曲したベアリングレースで転がるボールベアリングを利用した一般的なコンセプト[2]に基づいています。 これらの軸受は、振動の伝達を分散させ、デバイスを通過する振動を低減させる設計になっています。 オーディオフッター5は、特許取得の積層型ベアリングにより、振動の伝達を分散させることができます。 Carbide Base、フラットなベアリングレースと粘弾性バッファーで構成されたベアリングにより、振動時にデバイスをセンタリングします。

 

粘弾性

オーディオフッター2は、粘弾性特性を持つガラス繊維の成型品を利用しています。 オーディオフッター4は、上下の粘弾性体を楕円柱で接合した特許構成を採用しています。 と呼ばれるチューブ状の粘弾性体を使用したCarbide Baseです。 ViscoRing™特許出願中の構造です。

各測定グループの上にある測定値テキストをクリックすると、測定値の表示・非表示が切り替わります。

水平方向と垂直方向の測定値は別のタブに表示されます。

スパイク

寸法

Ø 14 mm (0.55″)

高さ35mm(1.4インチ

建設

スチールスパイク

スパイクの測定値(クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

オーディオフッター1

寸法

Ø 45 mm(1.78インチ)(トップセクション)、Ø 70 mm(2.76インチ)(ボトムセクション)。

高さ51mm~61mm(2.4インチ

4の最大重量。

N/A

高さ調節が可能です。

はい

ボルトの規定。

はい

建設

ステンレスボディにセラミックボールベアリングを3個搭載し、球面ベアリングレースを採用。

オーディオフッター1 測定値 (クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

オーディオフッター2

寸法

幅50mm(2インチ)×奥行き50mm(2インチ

高さ25mm(1インチ

4の最大重量。

34.4kg(76ポンド)

その他、重量に応じたバージョンもあります。

高さ調節が可能です。

いいえ

ボルトの規定。

いいえ

建設

熱圧縮された高密度成形のガラス繊維を鋼板で挟んだ層。 テクスチャーラバーのトップとボトム。

オーディオフッター2の測定値(クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

オーディオフッター3

寸法

Ø 45 mm (1.75″)

高さ24mm(0.94インチ

4の最大重量。

N/A

高さ調節が可能です。

いいえ

(オプションでアップグレード)

ボルトの規定。

いいえ

建設

アルマイト加工を施した本体に、球面ベアリングレースに乗った6個のボールベアリングを3層に分離して搭載しています。

オーディオフッター3測定値(クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

オーディオフッター4

寸法

Ø 51 mm(2インチ)

高さ43mm(1.7インチ

4の最大重量。

55kg (121 ポンド)

重量別に他のバージョンも用意

高さ調節が可能です。

ボルト締め時のみ

ボルトの規定。

はい

建設

上下の粘弾性アイソレータを楕円形のシリンダーで連結したハウジングの構成で、特許を取得しています。 ディレクショナルデザイン。 すべての寸法は、メーカー推奨のロゴを正面に向けた状態で測定しています。

オーディオフッター4 測定値(クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

オーディオフッター5

寸法

Ø 76 mm(3インチ)

高さ57mm(2.25インチ

4の最大重量。

N/A

高さ調節が可能です。

ボルト締め時のみ

ボルトの規定。

はい

建設

ステンレス製の本体に、5つのセラミックベアリングを非対称に配置した特許取得済みの構造です。

オーディオフッター5 測定値 (クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

オーディオフッター6

寸法

Ø 45 mm (1.75″)

高さ72mm~89mm

4の最大重量。

N/A

高さ調節が可能です。

はい

ボルトの規定。

あり(要ボルト止め)

建設

アルミボディにセラミックボールベアリングを3個、球面ベアリングレースに搭載。

オーディオフッター6 測定値 (クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

Carbide Base

寸法

Ø 125 mm(4.9インチ)

高さ56mm~74mm(2.2インチ

4の最大重量。

32kg(70ポンド)

ViscoRing™高重量用に交換可能です。

高さ調節が可能です。

はい

ボルトの規定。

はい

建設

粘弾性部材ViscoRing™収納するアルミニウム製の上部。 特許出願中のセラミックベアリングと粘弾性緩衝材を収納したステンレス製の下部構造。 LightViscoRings™装着しての測定値。

Carbide Base寸法 (クリックで切り替え)

水平振動台
10 Hz – 200 Hz 低音
横型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
横型拡声器
200 Hz – 1 kHz 中音域
横型拡声器
1 kHz – 10 kHz 高音部
縦型加振台
10 Hz – 200 Hz 低音
縦型サブウーファー
15 Hz – 200 Hz 低音
縦型スピーカー
200 Hz – 1 kHz 中音域
縦型スピーカー
1 kHz – 10 kHz 高音部

免責事項

この実験では、中~大音量で再生するラウドスピーカーやサブウーファーのキャビネットで直接体験する振動振幅をシミュレートしています。 オーディオフッターによっては、低振幅の振動を分離する際に測定値が異なる場合があります。 さらに、サポートされている質量は、一部のオーディオフッターの性能に影響を与えるため、質量を変更すると測定値が変化することがあります。 最後に、これらの測定はすべて音楽の動的状態とは異なる、ほぼ定常状態の正弦波振動刺激で行われたものである。

結論

テストしたオーディオフッターの防振性能には大きなばらつきがあった。 多くの場合、低音域と中低音域でフッターを介して不要な浮遊振動が増加しました。 また、減衰が不十分で、最初の刺激から長い時間共振が続いているケースもあり、これはウォーターフォールのグラフに見られる長い減衰時間に表れている。

 

Carbide Base、低音と中低音を分離して減衰させる優れた能力を持ち、これらの周波数帯域の透明度を最大限に高めることができるユニークなものでした。

リファレンス

[1] カッツ、B. (2020).スピーカーのキャビネットからの音響放射についてAES:ジャーナル・オブ・ザ・オーディオ・エンジニアリング・ソサエティコンベンション・ペーパー10405

 

[2] Kemeny, Zoltan A. “Mechanical signal filter”. US 6520283 B2, United States Patent and Trademark Office, 18 February 2003. グーグル特許、https://patents.google.com/patent/US6520283B2