無共振シリーズ
話題のハイレゾにもバッチリ!
7角柱
コンクリートスピーカー

2014年 月刊STEREO8月号
付録:2ウエイスピーカー・ユニット

真空管アンプも自作です
自作スピーカーコンテスト・ テクニカルマスター賞
 

 2014年夏のStereo誌付録はfostex製2cmツイーター、8cmウーファーの2wayスピーカー4個と言う随分思い切った豪華なセットです! 最近話題のハイレゾ対応と大々的に広告しない所が自信の表れでしょう。 何気なく2wayと言ってますが、実力は高く32khz迄対応した立派なハイレゾ対応スピーカーシステムです。 此れに合わせ小型スピーカーを製作しました。 スピーカーの幅に合わせるとバッフルの幅は10cmは必要です。 肝心な形ですが製作例が多い一般的では無い物が候補です。 そこで3、5、7角柱を図面化してみると7角柱がサイズが丁度合いました。 奇数で割り切れない7角柱の製作は職人でも嫌がる様な気がしますが、一寸変わった物を求める私にとっては其の気にさせてくれる物です。
 基本設計はStereo8月号記事のダブルバスレフ型です。 FOSTEXの技術者の設計した「ユニットの限界に挑戦したシステム」と紹介されています。 しかも商品化される程なので素晴らしい物に違いありませんが、記事には肝心な詳細が無いので、何故そのポート周波数にしたか等が知りたいところで、勉強が必要です。 従来の空気室は第1が小さく第2が大きいのが普通で、今回は第一空気室を大きくとり、第二空気を約3分の2に設定してありました。 製作にあたり勉強しながら自分成りの物を創りたいと思いました。 インターネットでみつけたエンクロージャ設計支援ソフトspedで検証する事から始め、空気室容量とダクト径を変更してオリジナルに挑みます。 下側に周波数特性が有りますが、参考にしていた記事の60〜150hz位の低域特性を3db程上回わり全体的にフラットな性能に成ったのは快挙です。 其の音は小さなスピーカーとは思えない程です。
 3Dプリンターで自由な形が作れる時代に成りましたが、私の自作3Dプリンターではサイズが小さ過ぎて分割で作る方法も考えましたが面倒なので今回はコンクリートで自由な形を作る事を考えてみます。 合板との比重は6倍以上あります。24mmで作れば150mm合板と同等でしょうか? 但し、この24mmは小さなスピーカーの場合マグネット迄コンクリートで埋まるので、ユニット背面の空気の流れを考慮した設計が必要となります。 コンクリートは硬く丈夫ですが、反面、角が欠け易く加工が難しい面倒な材料でもあります。 大掛かりな工事に使う材料のイメージもあるのでコンクリート製の小型スピーカーの製作例はインターネットで検索しても2件程しかありませんでした。 分割方法や木材で挟む方法で何れも結果は良い様です。 私は1回の打設でダブル・バスレフを完成させたいので一発勝負の流し込みとし、完成後は部品を付けて終了となる様に全てを前準備しました。 黄色のコンパネで外側の型枠を作り、発砲スチロールで空気室内部を2個加工し、スピーカーやダクトの取付け孔や端子の孔もアクリル板等で逆型を作ります。 勿論精度も重要なので初期工程は慎重に作ります。 後の事を考え発砲スチロールは中空加工を施し、7角柱ですが角を落とし更に上下を膨らませて球形に近い形を意識して平行面を無くします。 スピーカーを止める爪付ナットも埋め込んで有り、高音用スピーカーの落し込み加工も済ませます。 目指すはバッフル面も全てコンクリート製で強度はバッチリです。 コンクリートは導通性が有るとの事。 この際なので、鉄筋の固定を兼ね銅線を使いグルグルと巻き付けシールド効果や帯電防止も考え1本の導線を出してコンクリートを注入しました。 ダクトは塩ビパイプで自作して内部に銅板を巻いて貼りました。 2本の線をウーファーのグランドに繋げてあるので、スピーカーボックス全体がグランド・ラインとなります。 此処で一つアイディアが閃いたのが、梱包に使う「プチプチ」です。 空気室の内面に張り、コンクリートが固まってから取り去ると、空気室内部に凸凹が描写されます。 完成後は第2空気室には手が入らないので吸音材を入れる事ができません。 凸凹は全て形が異なるのが面白いところで吸音や定在波防止に効果が期待できます。
 製作において特に注意した点は、コンクリートを流し込んでからゴムハンマーで叩いたり、振動を与えたり、とにかく内部の空気を抜く事を繰り返します。 買ってきたコンクリートはモルタル用では無く「砂利入りのインスタント生コン」10kgを3袋。 網を使い大きな石を取り除いての使用です。 注入後は設計基準強度に達する迄1週間待ちました。 型枠を外す時は緊張が高まります。 しかし板が外れず水をかけても駄目でした。 仕方なくハンマーで一発殴ってやりました。 1枚が外れると後は全て順調に取れました。 ここで、失敗しているとショックが大きく再度作る元気は出ません。 と、言うのも、製作時間の90%以上が前準備なのです。 ラッキーです。 致命的な問題がなく上手く出来上がったようです。 中の発砲はバールやマイナスドライバーを使い壊していきます。 「プチプチ」もチャント剥がれました。 すると、なんと言う事でしょう! 予定通りの一発流し込み勝負のスピーカーボックスが完成したではありませんか? 角の欠け易いコンクリートなので最初から危ない所は削って整えました。 後は部品を付けて終わりです。 仕上げにウレタン・クリアーを塗りました。 ガーン・・ 案の定失敗です。 恒例の様に塗装で失敗します。 まー塗膜が厚いので丈夫に成ったのは間違い有りませんが・・・。 見た目は汚い焼き物みたいに成っています。 いや芸術品と言って欲しいですが・・・。 突板や着色をすれば済むことですが、コンクリート製を強調したかったので此のままで妥協します。 キャンセルマグネットは使ってありませんが、ユニットのフレームを補強して44φ5cm程のコンクリート柱(約150g))をマグネット後方に取付け、ここに唯一吸音材を巻き付けました。 スピーカーが完成して思ったことは、コンクリートを流し固まった後は、苦労して作った物を壊さなくてはなりません。 全部ゴミに成ってしまいます。 一寸不思議な感じですが本当の意味でまったく違う新しい物が誕生しています。 想像していた物が形に成ります。 これも又愛着が湧くって物です。

 気に成る音質ですが、秋の雲が何もない晴れきった青空の草原に清々しい風が吹き抜ける感じの爽やかさがあります。 意外と低域が良く鳴るのですが、さすが無共振の箱。 驚異的制動力は無駄な共振を抑えるだけでなく必要な重低音を損なわないようスピーカーの性能を引き出してくれます。 共振で振動が起きてしまう木材のスピーカーは響きの良い材料を選びますが、本来は箱が鳴ってしまうのは駄目ですよね、楽器ではないですから。 次に吸音材が不可欠ですが良い音を消してしまう大敵でもあります。 此処ではスピーカーの裏に少しだけ使い対処しました。 癖の少ない音はどんなジャンルでもそつなく熟(こな)してくれます。

方式 
 2way ダブルバスレフ
20mmトウーイーター  Fostex PT20  8Ω 84db 3k〜32khz 194g
8cmウーファー  Fostex PW80 8Ω 83db 130〜23khz 224g
クロスオーバー 
 5200hz 18db/oct(共に正位相接続)
空気室 
 第一:3.3リットル 第二:2.1リットル
共鳴周波数  第一:40φ12mm/285hz 第二:43φ100mm/73hz
サイズ 
 φ226mm(7角注)x325mm(高さ)
総重量 
  17kg
2014年ステレオ誌8月号の付録はなんと2wayスピーカー1組。 世界に誇る日本のFostex製なので最高と言いたい所ですが、ウレタンエッジは寿命が短いので一寸ガッカリ。 でもウレタンエッジは何故か音が良いので良しとしよう。 ただし能率83dbと低いのでアンプのパワーが必要となります。
空気室になる部分の製作。 材料が厚いので直角に切るためにスライド・ノコを使い発泡スチロール(スタイロフォーム)で7角形を作りました。 この材料は余り硬くないので、ネジが手で押し込むと入って行く位です。
厚みは約3cm。 白い発泡スチロールは後の粉が舞い上がり静電気でくっ付いて面倒なので、若干硬い壁や床に使う断熱用の材料です。 セメダインXという名の接着剤で合わせていきます。
空気室は後で壊す部分なので、中は中空にしました。 カッターの刃を何回か折りましたが、全て下準備です。 見えない部分でも後の事を考えて丁寧に作っていきました。
サイズを合わせる為に厚み調整を行います。 写真の様な熱線のカッターが有ります。 実は普通のカッターの方がサクサク切れて、綺麗で早かったですが・・・・。 100番位の紙ヤスリで均一に仕上げることが出来ます。
一寸見え難いですが、ツイーターの落とし込みや爪付きナット。 ウーファーのマグネット付近の空間を大きくする為の初期準備をこの時点で全て済ませておきます。 コンクリート注入後は加工は一切しないで終わるように完成を想像しながら色々な事を考慮し作っていきます。
発砲スチロールと合体です。5mmのアクリルを5枚使って細かな逆型を作ります。 今回の製作の中で一番気を使って作る、見えない大事な部分です。 後方のスピーカー端子の孔を利用して発泡の固定に使います。 

突然ですが、チョットひらめいたのでモルタル材で実験しました。 梱包に使う「プチプチ」です。 セメントを流すと凸凹が上手く描写されます。 吸音や定在波防止に良いのではないかと思います。

プチプチを貼り、6φの寸切ボルトの棒で鉄筋構造にしました。 チョット凝り過ぎで必要以上の強度が有ると思います。 鉄筋を銅線で固定しシールドを兼ねて外周にも巻きます。 ネジ部分や各孔周り等にも全て銅線を通しました。
銅線の交差している部分は全てハンダ付けをしました。 コンクリートを流す前に再確認です。 コンクリートが固まってしまうと何も出来ません。 つまり、問題が発生すると失敗を意味します。

水を入れるだけでコンクリートが作れるというインスタントのドライ生コン10kgを3袋ホームセンターで購入して使いました。 国産ポルトランドセメント+砂+砂利が入って@790円とお手軽価格です。 理想は石の硬さなので砂利入りがお勧めです。一般的な圧縮強度は耐火レンガ8N/mu、モルタル18N/mu、コンクリート24N/muだそうです。

6φで細いとは言え一応鉄筋構造にしてみました。 石が詰まると面倒なので適当なカゴを見つけ大きな石を取り除きました。 後で思った事ですが、このサイズで鉄筋は不要で、大きな石を省かず水の入れる量も正確に計りながら長めの時間混ぜたほうが良さそうです。

一発流し込み勝負で完成させる繋ぎ目の無い一体成形のスピーカーです。 ゴムハンマーで叩きながら空気を抜いていきます。 振動を与えるとドンドン入っていきます。 但し、この様な形状では上部(写真の)にコンクリートが行きわたる事は無理で若干隙間が出来る位沈みます。 外枠はコンクリート注入後、中央が膨らむので隙間が空かない様にすると良いと思います。
コンクリートの事は詳しくないですが、収縮で割れる事も考慮して一応、急激に乾燥しないようにビニール袋で保湿しながら、ゆっくり時間をかけてみました。 袋の中は常に水滴が付いた状態でした。 念のために注入口は蓋をして約20kgの重りを載せ圧を掛けておきました。(此れは意味が無い様ですが)

コンクリート注入後7日目です。 ネットで調べると3〜8日間は枠を外さない方が良いみたいです。 外気温が関係しますが乾燥度合いでは無く水との化学反応で固まるんだとか、硬さは7日で30%程度で4ヶ月かけて100%に近付いていきます。

1週間が過ぎ、木ネジを全部抜きました。 表面がツルツルの黄色のコンパネを使いましたが外れません。 上部に水を入れましたが浸透する気配が無かったので仕方なくゴムハンマーで一発殴ったら外れ始めました。 小さな気泡が残った跡があります。  一寸見た感じではイイ感じです。
スピーカー端子の孔の中から大量の水が出てきました。 私は大量の冷や汗! チョット心配です。 実は最初コンクリートが硬めだったので途中から少し水を足して緩くしたのです。 外側には水が漏れ無かったので安心してましたが内側に浸透した様です。
♪〜なんということでしょう。 思い描いていたスピーカーの形に成っているではありませんか。 匠の技によって見違える姿に生まれ変わりました・・・。 何処かで聴いたセルフですね! って事は匠って俺か?
中の発泡スチロールをどんどんと壊していきます。 最後に僅か残って取れない部分はガスバーナーで少し燃やしました。 匂いが気にならない方はアセトンやガソリンで溶かす方法も有る様です。 発砲スチロールの表面にセメダインXを塗ってあったので膜となり剥がすのは比較的楽でした。
空気室にはプチプチの跡も綺麗に描写されています。 シールド線の銅線も1本出ています。 スピーカー後方の空気の流れを考慮し、更に爪付きナットも入っているので後加工は不要です。 スピーカーが直ぐに取り付けられる状態です。
コンクリートは水分を含むので絶縁物ではないそうです。 従ってスピーカー端子は絶縁させる事にします。 逆に言うと、今までの対策で静電気やシールド効果に期待ができます。 スピーカーの材料として考えると素晴らしいですね!
コンクリート注入側の面が若干収縮し気泡の跡もありました。 いずれにしても大きな凸凹が有り均一にいってないので、グラインダーで整形しました。 余ったコンパネで簡単な台を作り高さを合わせています。
スピーカーのフレームに5mmのアクリルで強化し、44φ5cmのコンクリート柱約5cmの重り(約150g)を付けました。キャンセルマグネットは購入しましたが使いません。 ウーファーのフレームは型抜きされていますが一寸大きな音を出すとビリビリ鳴いたのでコーキングで固定させました。 空気室内部は無加工で何もしてありません。
今回唯一の吸音材はこれ! 先端は球状に仕上げてみました。 構造上第二空気室には手が入りませので吸音材は入れられません。 従って第一空気室で不要な音は吸音する必要が有ります。ツイーターも低域の振動や背圧を受けない対策が必要です。 
スピーカーの取り付けです。 OFC銀メッキ線を銀入りハンダでしっかりととめてあります。 線材をスピーカーに固定。 パッキンは画用紙で作り直し3枚ほど入れてスピーカー面とバッフル面が同じ高さになるように調整しました。
ツイーターは3箇所留め、付属のスポンジ・パッキンが上手く貼れず延びてしまいました。 画用紙で作り直しましたが空気漏れが心配でした。 心配事は体に悪いので念の為シリコンを充填します。
市販のダクトは型抜きの関係で若干テーパがついているので平均値で計算すれば良いと聞きましたが、私は塩ビ管で自作。 作れるものは自分で作るのが拘りです。 32φでは低域が50hzまで延び特性も良かったのですが、68hzしか伸びない44φの方が気持ちの良い音だったので大きい方にしました。

塩ビ管に上記加工した3mmのアクリルリングに接着剤で付けます。 角になる部分は丸く削ります。 黒色塗装で市販品の様に変身します。 固定方法はシリコン・コーキングで1晩固まるのを待ちます。

パイプに画用紙を丸めダクト径を調整していると画用紙が飛出してきました。 これだけ空気の移動があると静電気が発生すると思いダクト内に銅板を入れて線をスピーカーのグランドラインに接続しました。 ダクト正面から中が白く見えたので黒の墨汁を数滴たらして筆で塗ってあります。ダクト内径は43mmに成りました。

2wayのスピーカーは其々単独で端子を出し、ネットワークは外付けにして背中に背負わせます。 4個の端子で固定するので簡単に外す事が出来ます。 ステレオ誌から発売されたチャンネルデバーダーを試す為です。 マルチ・アンプのスピーカーは30年ぶりかな?

クロスオーバー周波数はメーカー推奨の5khを基準とします。 手持ちのパーツで6db/oct、18db/octを空中配線で聴いてみました。 12db/octは本の記事とかぶるので却下。 24db/octはコンデンサー容量が大きくなるのでオイルコンデンサーが必要になります。 部品が大きくなり大掛かりなので諦めました。 
結局はこうなっちゃいます。 馬鹿な俺です。 部品のグレードアップをしてしまいました。 可能な限り最良と思える物を使う悪い癖です。 本来はコンデンサー1個でも良かったのに、気がついてみると18db/octで部品はソコソコの豪華な物。 ま〜音が良かったので救われます。 
それにしても、なんというか・・・スピーカーは誕生したのは良いんですが、苦労して作った物が悲惨な姿に・・・全てゴミになっちゃいました。 再利用も無理でしょう。 後始末も大変です。 でも、完成を予想しながら作っていく面白い製作方法のスピーカーで癖になるかも!
エージング前から良い音でした。 2014年Streo誌主催の自作スピーカーコンテストに参加しました。 栄えあるテクニカルマスター賞をいただくことができました。 過去にグッドサウンド賞と特別賞を頂き今回で3回目の受賞。 今回は匠部門と言う事で格別です

自作スピーカーコンテストも終わり、落ち着いてきたのでインピーダンスを測ってみました。 ダクトの共振周波数は73hzと以外に高めでした。 8月号記事の例は68hzだったので、5hz程高目の設定が功を奏したのだと思います。 ダクト長は図面で120mmに成っていますが、正確には100mmです。なお、44φの場合は110mm。 低音がもっと欲しい時は129mmで68hzに成りますが、低音は欲張らない方が良い結果に成ります。

 

概略図です。 元々この図を見て完成をイメージして、内部外刑の逆型を作っていく製作方法なので、型枠の図面の詳細は有りません。 将来は3Dプリンターにコピペで作れるように成るとは思いますが! 小型スピーカーで全空気室容量は約5・4リットル。 此れ以上容量を減らせないのでスピーカーターミナルを其々別に付けてネットワークは外付けにしました。 12mm合板の図面はこちら

部屋の影響やマイクの性能を考えると随便良い感じです。 今更ですがクロスオーバーを4khzにしてたら、このピークを落とせたかな? 調整や視聴を全て自分で行っていると何がベストなのか判断出来なくなってきますが此れで一応の最終としました。 上記が周波数特性60hz〜150hz位のピークやディップが少なく、また十分な音圧があり中域とレベルがほぼ同等になりました。 この為低域が非常に豊かでバランスも良くなりました。

 

発表されている資料でツイーターが1db高いのが判っています。 音質低下が懸念されますが、レベル合わせは大事な調整の一つなので部品点数の少ないL型アッテネーターを抵抗2本でレベルを合わせてから調整に入りました。 ウーファーのレンジがフルレンジの様に広く、クロスオーバーは部品の関係で若干変則ですが、中心周波数はFostex推奨の約5khzに成ってます。 ウーファーの影響で8〜10khzに少しピークが出た為に18db/octにして落ち着きました。 コンデンサーは種類が豊富で選択に悩みますね。 電解コンデンサーは温度特性が悪いようなのでオイルフイルムのコンデンサーが良いです。  コイルの音の違いは私には判りませんでしたが、コアの無い空心のコイルで線径1φ以上が良いと思います。 上手くバランスが取れてくると、結構良い音で鳴り始めました。 ネットワーク部品は高価で予算オーバーしました。 インピーダンス補正迄はお金が回らないので特性も測ってませんが、現状でも市販品に無い超上等なネットワークである事は間違いありません。

自作スピーカーコンテストに参加

 一次審査は書類選考なので音質の前にアイディアやオリジナル性が問われます。 これも仕方ないな〜と思いながら色々気になってインターネットを検索すると既に沢山の作品が紹介されていてビビりました。 8cmスピーカーで重低音を出す工夫が皆さん楽しそうで、中にはウーファー2個で30hzを目指した物もありました。 あ〜負けそう。 材料も木材は勿論ですが竹や石、塩ビ管に焼き物。 やはり、3Dプリンターでの作品も出てきました。

自作スピーカーコンテスト授賞式

 一次審査通過で招待状が届きました。 11月15日(土)自作スピーカーコンテスト授賞式に参加する為に音楽之友社へ家内と2人で出かけました。片道4時間のドライブで中央自動車道は紅葉が綺麗な季節です。 富士山も雪化粧で見事な景色でした。 さて、今回の応募総数は267件中ノミネート作品が26件。 その中で8作品が受賞されました。 この狭き門は音の甲子園だとか! 若い方が増えてきたのは嬉しいですね。 全体の6割の方がダブル・バスレフだそうです。 私は此の塗装だった為に展示作品の中では目立ったことも無く期待もできませんでしたが、なんと最後に自分が呼ばれました。 テクニカルマスター賞です。 しかし、審査員の方々の苦労と実力が今回は良く判りました。 受賞順に作品の視聴が始まると段々と音質が上がるのが判るのです。 確かに、その必要が求められます。 大勢のリスナーと一緒に聴く事になるので慎重に吟味したに違いありません。 視聴曲は4種類で普段私は聴かない種の音楽で派手な曲は有りません。 全てのバランスでの採点なんでしょう! お蔭様で審査員の先生方は絶賛でした! 重量級無共振7角柱箱は余分な響きが無く見通しも良い。オケのダイナミックレンジも申し分なく、隙のない音づくりは減点のしようがありませんでしたと小澤隆久先生のコメントでした。 小澤先生は技術誌のMJでも連載が有るので是非一読してみて下さい。 今回、判ったことは、外見や仕上げは重要では無い事。 審査員が聴いてみたいと思うような内容と工夫が必要と言う事です。 

新しい刺激
 正直、コンテストに出そう!と言う目標が無いと、まず作らなかったスピーカーです。 こういった機会が有ればこそ考え情熱を燃やし出来上がるスピーカーですが、多少は参考になる部分が有りましたか? 新しい刺激が欲しかった方は作りたくてムズムズしてきたのではないでしょうか? 実際、特殊な工具等は不要で面倒なだけです。 是非、改善して寄り良い物を作ってみて下さい。
一寸コツが必要!
 その後、仲間が惚れ込んで挑戦し2個共失敗したと泣きが入りました。 コンクリートが廻り込まなかったり、スピーカーの止めネジが上手く出来ないようです。 なにかコツは無いか? と聞かれてますが、製作時は頭の中でイメージした事をドンドン進めて行った為に詳細のメモもありません。 此処では写真を手掛りに工程順に紹介したので、此れが今回のレシピとなります。 大事な事は外見では無く内部です。 外側はパテや塗装で綺麗に仕上げられます。 その後、サムテックで商品化され、沢山作った結果、内部に空気層を作らない方が良いとの事で、水分が逃げない様にすれば成功率が上がるするそうです。

サムテックから8cmと10cmフルレンジ・スピーカー用の一体成型コンクリートスピーカーが発売されました。 受注後一台づつ手造りされます。 一体成型のコンクリート打放しの生地完成品! 塗装等オリジナルに仕上げると良いでしょう。 (此処に紹介した物に近い作り方です)

7角柱無共振コンクリート・スピーカー(生地完成)が発売

バスレフポート(ダクト) スピーカーユニット スピーカーターミナル

(※販売されている商品は私は直接関与してないので問合せはサムテックへ)

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