音響学入門：密閉型スピーカーのエンクロージャーと基準容積Vc

密閉型スピーカーのエンクロージャーと基準容積Vc

スピーカーのエンクロージャー設計において、密閉型（sealed enclosure） は、最もシンプルでありながら優れた音響特性を持つ方式の一つです。密閉型スピーカーでは、エンクロージャー内部の空気バネ（アコースティック・スプリング） が振動板の動作に影響を与え、低音域の挙動を決定します。

本記事では、密閉型スピーカーの動作原理、エンクロージャー内部の空気の影響、そして基準容積 $VcV_c$の計算方法について解説します。

---

1. 密閉型エンクロージャーの特性

(1) 密閉型の動作原理

密閉型スピーカーでは、振動板の背後の空間が完全に閉じられており、振動板の動作がエンクロージャー内の空気の圧縮・膨張に支配される 仕組みとなっています。

• 振動板が前後に動くと、エンクロージャー内部の空気が圧縮・膨張し、ばね（スティフネス）として機能 します。
• エンクロージャーの空気のスティフネスが、スピーカーユニットの低域共振周波数 $f0f_0$ を押し上げる 効果を持つ。
• 空気の容積が大きいほどスティフネスの影響が減り、$f0f_0$ の上昇が抑えられる。

---

(2) 基準容積 $VcV_c$ の定義

スピーカーの持つ本来の低域共振周波数 $f0f_0$ を維持できる限界のエンクロージャー容積を 基準容積 $VcV_c$ と定義します。これは、スピーカーの特性値から次の式で求めることができます。

$$Vc=(3.5×105)⋅a4f02m0×1(1/2Q03−1) V_c = \frac{(3.5 \times 10^5) \cdot a^4}{f_0^2 m_0} \times \frac{1}{(1 / 2Q_0^3 - 1)}$$

(3) 各パラメータの意味

記号	説明
$f0f_0$	スピーカーの共振周波数 [Hz]
$aa$	スピーカーの有効振動半径 [cm]
$m0m_0$	スピーカーの振動系の質量 [g]
$Q0Q_0$	スピーカーの振動系のQ

この式から、スピーカーの有効振動半径 $aa$ が大きくなると $VcV_c$ が大きくなり、エンクロージャーの容積を増やす必要がある ことがわかります。また、共振周波数 $f0f_0$ が高いほど $VcV_c$ は小さくなり、小型のエンクロージャーで適応可能 となります。

---

2. 密閉型エンクロージャーの設計と注意点

密閉型エンクロージャーを設計する際には、以下の点に注意する必要があります。

(1) 低域共振周波数の影響

• エンクロージャーの容積が小さすぎると、内部空気のスティフネスが大きくなり、共振周波数 $f0f_0$が過度に上昇してしまいます。
• 一方、容積を大きく取りすぎると、スピーカーの制御が効かなくなり、低音の応答がダラダラとしたものになりやすい。

(2) エンクロージャー内の吸音材

• 吸音材を適切に配置することで、内部定在波を抑制し、より自然な低音を実現可能 。
• ただし、吸音材の使用量が過剰になると、内部の空気ばねの効果を弱め、低音の応答が悪化する可能性がある 。

(3) エンクロージャーの剛性

• 密閉型エンクロージャーでは内圧の変化が大きいため、箱の剛性を高める必要がある。
• MDF（中密度繊維板）や合板を用いることで、不要な振動を抑え、スムーズな低音を実現できる。

---

3. まとめ

密閉型スピーカーのエンクロージャーは、シンプルでありながらも、内部の空気スティフネスが低域共振周波数を押し上げる特性 を持っています。そのため、適切な設計を行わないと、意図しない音響特性の変化が生じる可能性があります。

✅ 密閉型エンクロージャーの特徴

• 内部の空気のスティフネスが共振周波数 $f0f_0$ を押し上げる 。
• 基準容積 $VcV_c$ を超えないように設計することで、スピーカー本来の低域特性を維持できる。

✅ 基準容積 $VcV_c$ の計算式

$$Vc=(3.5×105)⋅a4f02m0×1(1/2Q02−1) V_c = \frac{(3.5 \times 10^5) \cdot a^4}{f_0^2 m_0} \times \frac{1}{(1 / 2Q_0^2 - 1)}$$

• 有効振動半径 $aa$ が大きいほど、エンクロージャー容積が大きく必要になる 。
• 共振周波数 $f0f_0$ が高いほど、小型エンクロージャーでも適応可能。

✅ 設計時の注意点

• エンクロージャーの容積を適切に設定し、低域特性のバランスを取る。
• 吸音材の使いすぎに注意し、自然な低音を保つ。
• 剛性の高い素材を使用し、不要な共鳴を防ぐ。