| このページの改訂履歴 2009/3/23（月）： 新規作成 2009/3/28（土）： ・誤字脱字訂正 ・「【測定（A)ドライバーユニット単体の応答】：測定結果の説明と俺解釈」および 「俺学習その２」＞「その２-（３）コーン状の振動板の放射インピーダンス」で間違いがある旨追記。 ・同上で、320Hz付近の乱れについて、ヘルムホルツ共鳴ではないかもしれぬ旨追記。 ・「俺学習その３：分割振動ってどのくらいの周波数から起きているのでせうか？」追加 2009/3/29（日）： ・「【測定（A)ドライバーユニット単体の応答】：測定結果の説明と俺解釈」で、320Hz付近の乱れがヘルムホルツ共鳴では ないかもしれぬ旨追記。 ・「俺学習その３：分割振動ってどのくらいの周波数から起きているのでせうか？」に動画追加。 |
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| 【測定（A)ドライバーユニット単体の応答】：概要 ドライバ単体の周波数特性（自由空間での直接放射）を測ってみる。 この際、Bass plug(音導管。直径約5mm)と、ドライバ背面の穴（2個は開放、10個は音響抵抗の紙付き。直径約4mm。）の効果を確認してみる。  |
| 【測定（A)ドライバーユニット単体の応答】：測定結果（周波数特性とインピーダンス） いずれもドライバから10mmの距離で測定。 ①ドライバ単体の応答。何もいじってない通常の状態。 ②Bass plugの詰め物を取り除いた状態。 ③ドライバ背面の12個の穴を全てテープで塞いだ状態。ただしBass plugは通常状態。 【グラフ（A)－1】  【グラフ（A)－2】  |
| 【測定（A)ドライバーユニット単体の応答】：測定結果の説明と俺解釈 Bass plugの効果：①vs.② Bass plug＝ポールピースに開いている穴で「音導管」とも呼ばれる、らしい。振動板の背圧調整用と思われ。「pole piece-vent」などとも呼ばれちゃうニクイヤツ。 廃熱の目的で設けられていることもあるらしい。良く知らないけど。 音響抵抗（スポンジ状のもの）をこの中に入れて調整することで、低音（900STでは概ね2kHz以下）の量とf0（100Hzあたりの共振）のダンピングをコントロールしている様子。 オープン時②のインピーダンス特性からすると、音響抵抗で適度にコントロールしないと、振動板フリーダムすぎでとんでもなく制動が甘くなっています。 音響抵抗を入れることで、適度なダンピングと低音の量となるよう調整しているよう見えますね。あと4～5kHzの繋がり（ここは音導管の共鳴か？）も微妙に良くなっている様子あり。 ドライバ背面の穴の効果：①vs.③ これも振動板の制動と低音の量をコントロールしている様子。インピーダンス特性を見ると、ドライバ背面の穴を完全に塞いでしまうと共振峰がペッタンコ（インピーダンス特性の③）。 どう見てもオーバーダンピングで低域不足です。本当にry) 一方、ドライバがノーマル（ってなんだ）の状態では、12個の穴の内10個が音響抵抗（使われているのは多孔質の薄い物体。要するに「紙」です）で覆われており、 適度に漏れがコントロールされている。 もしもこの音響抵抗の紙を取っ払ってしまい12個全ての穴を開放してしまうと、Bass plugの例のように制動が甘くなって低音増量となることが容易に想像されます。 ちなみに①②の320Hzあたりにある音圧とインピーダンスの乱れは、この穴によるヘルムホルツ共鳴とお見受けいたします。（③で穴を塞ぐとほぼ消え去っている） 【3/28追加：320Hzの乱れはヘルムホルツ共鳴などではなく分割振動のためかもしれませぬ・・・ここ参照。】 その他、ドライバのフリーフィールドの周波数特性をみると、 ・150Hz～1kHz：ほぼフラット（320Hzあたりにグリッチはありますが・・） ・1kHz～5kHz：10～12dB/octの音圧上昇 ・5kHz～11kHz：ほぼフラット ・11kHz～12ｋHz：一旦ストンと13dB程度音圧が下がって音圧に段差が出来ている。-40dB/oct位の傾きがありそう。 高域共振周波数（fh）は25kHz以上に見えるので、ここでストンと落ちるのはちょっと奇妙也。【※なかなか面白い特性だと思います。詳しい憶測は下の俺学習帳で。】 【2009/3/28追記：この憶測はおそらく間違っているものと思います。ごめんなさい。分割振動による音圧低下のほうが正しそうな予感。タマカさんどうもありがとうございます。】 ・・・・というそれなりに特徴的な特性です。 あたりまえのようでありますが、こいつが最終的にハウジングや、バッフル、イヤパッド込みでそれなりにフラットな特性となるのだから驚きです。 綿密にチューニングされているモンですね。さすが世界のSONYです（適当）。 |
| 【測定（B)ドライバーユニット＋バッフルの応答】：概要 ドライバにバッフルを取り付けて、周波数特性（自由空間での直接放射）を測ってみる。 低音が増強される「バッフル効果」が加わったことになるのだけれど、直接放射型ではない（と言われる）ヘッドホンのバッフル効果を測定したところでさほどの意味はないかも。  ←バッフルをつけるとこんな感じです。 |
| 【測定（B)ドライバーユニット＋バッフルの応答】：測定結果（周波数特性とインピーダンス） いずれもドライバから10mmの距離で測定。 ①ドライバ単体の応答。何もいじってない通常の状態。 ②バッフルを取り付けた状態。 【グラフ（B)－1】  【グラフ（B)－2】  |
| 【測定（B)ドライバーユニット＋バッフルの応答】：測定結果の説明と俺解釈 バッフルの効果：①→② あー・・・正直「バッフル」と呼んで良いのかよくわかりませんが、仮にこう呼んでみます。要はドライバユニットを固定している板です。 低音の出力を上げる（というか落とさない）効果あり。 理屈では直接放射型のスピーカーでは、バッフル無しと無限大の大きさのバッフル板にドライバを取り付けた場合で比較すると、 バッフル無しの場合2πa/λ=1以下（a=振動板の有効半径。CD900STで仮にa=18mmとした場合3.4kHz）で-6dB/oct減衰。（f0以下は-12dB/octで減衰）。嗚呼なんという教科書丸写しな恥知らずな俺。 ．．．となるはずだが、今回の例ではかなり面積が小さいため効果はそれなりだが、バッフル追加により低音が増している。 インピーダンス特性はほぼ同一。（細かく言えばバッフル付きだと、空気の負荷増加のためかf0がごく僅かに低域にシフトしているようです。） |
| 【測定（C)ドライバーユニット＋バッフル＋ハウジングの応答】：概要 ハウジングを追加した場合の応答の変化を調べます。 加えてハウジングの中の吸音材を取り除いて、この効果を調べてみるです。   ←ハウジングの中に詰めてある吸音材。積層された柔らかい繊維のような感じ。吸音材の出し入れにいちいちバラさないといけないのでちょっと面倒でした。（愚痴） |
| 【測定（C)ドライバーユニット＋バッフル＋ハウジングの応答】：測定結果（周波数特性とインピーダンス） いずれもドライバから10mmの距離で測定。 ①バッフルだけ付けた状態。 ②ハウジングを追加した状態。 ③ハウジングの中の吸音材を抜いた状態。 【グラフ（C)－1】  【グラフ（C)－2】  |
| 【測定（C)ドライバーユニット＋バッフル＋ハウジングの応答】：測定結果の説明と俺解釈 ハウジングの効果：①vs.③ ハウジングを設けることにより、ちょっと面白いことが起きている様子あり。 予想では、単純に密閉型スピーカーのエンクロージャと同様に、キャビティ内の空気バネが追加されてｆ0が高い周波数側にシフトするものと思っていましたが、 実際にはｆ0が低くなり低音の伸びがよくなっている。 これは何が起きているのか？と想像するに、アコースティック・エアサスペンション型のスピーカーと同じような効果が起きているのではないか？と思ったりします。 ドライバ背面の密閉された空気によって、 ・振動版の等価質量が増加することによる効果（ｆ0低下、Q増加） ・空気バネによる効果（ｆ0上昇、Q低下） の２つの効果の混ざり合ったものが現れている・・・・のかしらん？ ・・・真偽のほどはさておき、測定結果によれば、ハウジングによってダンピングが効いて低音が締まり、かつｆ0も低下して低い周波数への伸びも出る、 というなかなかグーな効果が出ている様子。 320Hzあたりの（ドライバ背面の12個の穴によるものと思われる）特性の乱れも小さくなっている。 加えて、ハウジングの追加による、高域の周波数特性の乱れが意外と少ない点も予想外ですた。 おおむね4kHz（8cm）あたりから上は、音の波長がキャビティのサイズより小さくなるので、共鳴が発生してもっと乱れてもよさそーなもんですが・・・。俺がダメ人間だからか？えっ！？ 吸音材の効果：③vs.② 吸音材を入れることによって（MDR-CD900STではキャビティ内にほぼ一杯に詰まっている格好になっています）、 さらに振動板の等価質量が増加し、空気バネを「やわらかく」する効果を高めている様子が伺える。吸音材追加によりf0は10Hz程度低下し、ダンピングもアップしている。 もひとつおまけに200Hz～500Hzあたりの繋がりもちょっぴり良くなっている感じあり。 なんだかとっても良い具合です。ブラボー。やっぱり世界のry なお、吸音材をエンクロージャ内一杯に詰め込むと、おおよそ等価質量で12％、キャビティの容積で15％ほども増えて 空気バネが柔らかくなったのと同等の効果あり、とのこと。（教科書ry） 吸音材詰め込みによる上の効果の仕組みは、吸音材を入れることでキャビティ内の音の伝播が、 「断熱変化（PV^γ=一定）※γは定圧比熱と定積比熱の比。空気でγ=約1.4」から → 「等温変化（PV=一定） ※γ=1」に移行し、 これに伴い空気バネ（体積弾性率）＝γPが低下していることによる・・・らしいっす。 理屈の上では、吸音材で最大1/1.402≒71%まで空気バネが柔らかくなることに！（教科ry） |
| 【測定（D)ドライバーユニット＋バッフル＋ハウジング＋イヤパッド（メッシュグリル付き）の応答】：概要 イヤパッドを付けて測定してみる。 これで最後まで組みあがったことになります。 |
| 【測定（D)ドライバーユニット＋バッフル＋ハウジング＋イヤパッド（メッシュグリル付き）の応答】：測定結果（周波数特性とインピーダンス） いずれもドライバから10mmの距離で測定。 ①イヤパッドなし。 ②イヤパッド付き。 【グラフ（D)－1】  【グラフ（D)－2】  |
| 【測定（D)ドライバーユニット＋バッフル＋ハウジング＋イヤパッド（メッシュグリル付き）の応答】：測定結果の説明と俺解釈 イヤパッドによって、100～300Hzと、4ｋHz以上の高音が僅かに減衰しているように見える。 それ以外はあんまり目ぼしい変化なしか？ちょっと損した気分。 |
| 【測定（E)MDR-CD900STの応答】：概要 いよいよ、装着／非装着での音圧比較をしてみることに。 耳～イヤパッド間にマイクを差し込んで割と適当に測定しています。 ただし通常の使用時に比べて密閉度が不足しないようマイクを差し込んだ部分の隙間からから空気ができるだけ漏れぬよう、パッドを手で押さえています。 同じ測定を、密閉度が確保できるバイノーラルマイク（BME-200。ただしフリーフィールドでECM8000と同等な音圧特性となるよう数値校正しています。）で行っても ほぼ同等の低音が出ていることからそれほど通常酷い状態ではないかと思ったりします。 |
| 【測定（E)MDR-CD900STの応答】：測定結果（周波数特性とインピーダンス） 【グラフ（E)－1】  【グラフ（E)－2】  【グラフ（E)－3】  |
耳との結合による効果：①vs.② ここから、いよいよヘッドホンを頭に装着します。 装着することで「自由空間への直接放射」から、「概ね密閉された空間内での音の伝達」へ以降します。 ドライバ～耳間がもしも完全に密閉された小さな空間であれば、空間内の空気はバネとして働き、 あたかも注射器のピストンのように振動板の変位がそのまま鼓膜へ伝わるはずです。 このような理想的な密閉状況では、「f0以上で-12dB/octで音圧が低下してしまう」というとってもイヤンな現象が発生します。（そのへんのリクツは下の俺学習帳で。） ・・・しかしながら、です。 そんなに酷い特性のヘッドホンってあんましないですよね？ 仮にf0以上で-12dB/octも低下してしまったら、例えばMDR-CD900STのf0は概ね80Hzなので、160Hzで-12dB低下、320Hzで-24dB低下、以下同様で 12,480Hz（十分可聴範囲）ではなんと-96dBもの音圧低下が起きることになってしまいます。 では実際どうか？というのがこの結果です。 ①と②を比較すると、f0以上では相対的には-5dB/octの低下であり、-12dB/octといった大きなものではない様子が見えます。（グラフ（E)－3参照） 400Hz～700Hzというごく狭い範囲では-12dB/octに近い傾きの部分はありますけれど、700Hz以上の高音では-5dB/oct程度。 さらに10kHz以上にもなるとさらに低下の程度が緩やかになっています。 これは結局のところ、密閉型とはいえ「ドライバ～耳の間は完全に密閉された小さな空間となっていない。」ことが原因と思われます。 その理由として憶測するに、以下ではないかと憶測したり・・・ ・ハウジングのバックキャビティ（おおよそ容量20cc）と前面の空間（6～10cc程度）は完全に隔離されていない点。（振動板前面の空気は後ろに回り込むことが出来る。） ・イヤパッドの密閉性が完全にはならず、正しいプレッシャーチャンバーの状態にはならない。 これらの理由から、密閉型とはいえ放射インピーダンスの影響が無視できない状況なのではないかと憶測したりします。 ・・・間違ってるかもしんないですが。 |
| おまけ測定 開放型ヘッドホンでの装着時と非装着時の音圧の差 ・開放型のヘッドホンのサンプルGRADO GS1000（開放型/背面開放。f0は91.7Hz）について同様の測定をした結果  これを見ると、密閉型って高音の音圧が低下っていうより、低音が出るようになってるんだねっていう印象。 ・・・んであれば、低音増加はドライバ背圧調整などでかなーりコントローラブルなのではないかなーと。 （逆に開放型は低音増強が少ないって傾向かしらん。高域はしっかり密閉型と同程度に下がってます） 総合的に見ると、イヤパッドによる密閉度ってそれなりに重要なのだけれども、バックキャビティとの連結や容量、ドライバ背圧の逃がし方なんかを総合的に見ないと 「密閉/開放型」だけで議論しても意味なさげです。 |
| 【まとめ：俺感想と反省】 ・最終的に期待する応答となるべく、各部のチューニングは相当綿密に行われている様子が見て取れますた。 特に低音（80Hz近辺）のMDR-CD900STのハウジング＋吸音材の効果はグレートで思わず膝を叩いてしまうほどです。他のヘッドホンでも同じなのかしらん？ ・フツーのヘッドホンにも多くの調整パラメータがあり、しかも相互に関連しあっているシステムを成している。 なので単純に何か１つのパラメータが良くなるように弄っても、システム全体での応答は必ずしも良くはならない可能性があることが伺える。魔改造は慎重に。 でもBass plugと吸音材。弄ってみたいすねい。でも自己責任だＹＯ。 ・MDR-CD900STについては、イヤパッドで密閉した際の高域全体の品質は、ドライバーのフリーフィールドでの音圧特性と比べてもそんなに酷く劣化してはいないように見える。 要するに密閉型の高音ってそんなに酷いもんでもないのでは？と思ったり。 ・あまりドライバーの謎には迫れなかった。アセンブリだから非破壊で調べるのが難しいしなぁ・・・。 振動板前面のイコライザーとか取っ払って効果を測りたいところ。 |
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| （A)外力（アンプ）の周波数に応じた振動板（ドライバの振動板）の変位 | （B)外力（アンプ）の周波数に応じた振動板（ドライバの振動板）の速度 | （C)外力（アンプ）の周波数に応じた振動板（ドライバの振動板）の加速度 |
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