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01/31/2016

スピーカーの音質特性を PCとフリーソフトを使い調べて見た

購入してから凡そ 36年になろうとしているスピーカーの音質特性が気になる。音質と言うよ高次元の問題ではなく、そもそも音が濁って聞こえる。長年使ってきて愛着もあるので、手放すとすれば、どれくらい悪いのか、その程度を定量的に、といっても概算値で良いので知りたい。

ネット上を調べて見ると、PCとフリーソフトを使ってスピーカの音質特性を計測しているブログを幾つか見つけた。ここから、PC以外に必要なハードウェアは、コンデンサマイクとマイクをスピーカの前に設置する為の三脚等があれば良いことが分かった。幸いにして、小型のタイピン型コンデンサマイク(オーディオテクニカ製)があった。マイクの仕様・特性を調べるために、型式の記載がないかと探したが、マイクの何処にも記載されて居ない・・・。もう一つコンデンサマイクが有った。これには型式が記載して有ったので、周波数特性を調べると10kHzまでと分かった。これは、今回の計測には向いていないだろう。
それで、マイクの特性は 明確には分からないが、ネットで調べた類似品の周波数特性から、オーディオテクニカ製のマイクの方が良さそうと判断し、これを使う事にした。

スピーカーの周波数を測定するために、オーディオクラフト工房に記載のあった、マイクとLineOut端子用USB変換アダプタ(pci製 PL-US35AP)を使おうと考えていた。
しかし、その部品の到着が遅いため、PCのオーディオ端子に直接マイクとラインアウト端子を繋ぎ作業した。
しかしこの方法は、計測するたびにデータが変化し再現性のある結果をなかなか示してくれなかった。私はそのことが当たり前なのだろうと思い、何度か計測したデータの中から、これかなと思うグラフを持って、これが安定したデータだと勝手に判断していた。

Dsc_0334 しかし、pci製 PL-US35AP (左図)が自宅に届いたので、これを用いて再度スピーカ計測をしたところ、何度計測しても、毎回ほぼ同じ特性データが表示された。その事から、拙宅のPCに使われているオーディオ用回路は、この計測には向かないものだと言うことが良く分かった。(但し、マイクの設定についても、前回と変えているので、その設定方法が効果的だった可能性もある。)

下記のフリーソフトをダウンロードし、PCにインストールした。
WaveSpectra  : 高速リアルタイム スペクトラムアナライザー
            ( スピーカーユニットの周波数特性を計測する 。)
  ・ WaveSpectraの画面左下にある ピーク値の結果を残し表示させる、〔Peak〕のボタンを押し忘れないように。

WaveGene : 多機能な高精度 テスト信号発生ソフト
  ・ ここでは、16Hz~25kHzまでのSin波の信号を発生させ低域から高域まで周波数スイープさせた。 周波数スイープさせた信号をファイルに書込み使う事も出来るが、僕はファイル書込は使わず、ダイレクトに信号を発生させながら、WaveSpectraで周波数特性を確認した。

計測手順
1)コンデンサマイクの準備
Dsc_0324  マイクの筒部分を柔らかいスポンジで包み、三脚等を利用して、暗騒音などの影響を受けにくいように、スピーカーユニットの直前 1~3cmに設置した。
この左の写真は、PCのオーディオ端子を使った最初の計測の際のもの。しかし、pci製 PL-US35AP を入手したので、下記のようにして再度計測を行った。



Dsc_0341 Dsc_0343 Dsc_0346
左の3枚の写真は、pci製 PL-US35AP で再度周波数測定を行った際のマイクのセッティングを示す。

マイクはラバーで巻いて、鉛筆の先端に取り付けた。鉛筆の手前側もソフトラバーで巻いて、三脚に固定してある。

2)マイクのピンジャックは、PCのオーディオ・マイクジャックへ接続
3)ステレオアンプのAUX端子と、PCのオーディオ・LineOut端子を接続する。

4)WaveGene を起動し、下記のように設定した。
フォーマットに関しては、高い周波数の時と低い周波数では変えた方がいいので、下記のようにした。
①高い周波数の時(ツイーターとスコーカーユニットを測定する際)
 サンプリング周波数枠は 96000   ビット長は 24 bit とし、

 Wave1 の周波数枠は 20 Hz にし、 Wave2 の周波数枠は 25000 Hz とした。
②低い周波数の時は(ウーファーユニットを測定する際)
 
サンプリング周波数枠は 48000   ビット長は 24 bit とし、
 Wave1 の周波数枠は 16 Hz にし、 Wave2 の周波数枠は 20000 Hz とした

Wavegene Wavegene_2左図において、
左側は、高い周波数を計測する際の設定を
右側は、低い周波数を計測する際の設定を示す。





5)WaveSpectra Ver 1.51 を起動し、次のように設定
 ①Wave
Wavespectrawave_2













②Spectrum
Wavespectraspectrum












③FFT
Wavespectrafft












④再生/録音
Wavespectraplayrec
フォーマットは、WaveGene の設定に合わせる必要がある。
そのため、低い周波数の場合には、
 フォーマット : 48000 s/s

高い周波数の場合には、
 フォーマット : 96000 s/s

とすること。




⑤その他
Wavespectra












以上の設定を終えたら、

6)次の手順で計測する。
 ①WaveSpectra の窓の左下のMainボタンを On または Off、Peakボタンを On
 ②WaveSpectra の録音ボタン「
をクリック
 ③WaveGene の再生ボタン「
」をクリック
 ④WaveGene の再生が終了したら、WaveSpectra の録音をストップ「■」させる

《参考資料》
①多機能 高精度 テスト信号発生ソフト WaveGene 
  
http://efu.jp.net/soft/wg/wg.html
②高速リアルタイム スペクトラムアナライザー 
WaveSpectra
  
http://efu.jp.net/soft/ws/ws.html
③WaveSpectraを用いた歪率測定のしかた
  http://homepage3.nifty.com/softone/ws/wstop.htm
④おんにょの真空管オーディオ「スピーカーの周波数特性を測定する

  
http://65124258.at.webry.info/201408/article_9.html
⑤オーディオクラフト工房(159)
  http://nonchansoft.my.coocan.jp/audio/spsokutei2.htm

⑥私のPC仕様(自作機)
 ・マザーボード: ASUS Z87-PRO
 ・CPU : Intel Core i7-4770K @3.50GHz
 ・実装メモリ : 32.0GB
 ・OS : Windows10 (64bit)

《私のスピーカーシステムでの測定結果》

①右側のスピーカーユニットの測定結果(左から、ウーファー/スコーカー/ツイーターの順)
20160131_rh_uf_check2 20160131_rh_sc_check2 20160131_rh_tw_check2






②左側のスピーカーユニットの測定結果(左から、ウーファー/スコーカー/ツイーターの順)

20160131_lh_uf_check2 20160131_lh_sc_check2 20160131_lh_tw_check2






PL-US35APを入手する前の計測では、左右の音質の違いの原因と思われるような特徴的なグラフが描けていたが、今回の計測では、そのような著しい左右の音の違いが私には見いだせなかった。テスト中に、スピーカーからびびり音等の発生も無かった。

これらを計測してみて、 びびり音の原因は何か? どうすれば、スピーカーユニットに関する びびり音評価ができるのか? スピーカーユニットの中のボイスコイルの動きにどのような問題が発生しているのだろうか? ネットワークシステムのコンデンサーの劣化は無いのだろうか?等が気になってきた。

《追記:計測装置の周波数特性》

pci製 PL-US35APをPCのUSBに刺し、PL-US35AP のマイク端子とLineout端子をオーディオ用ケーブルで繋いで、ループバックを行い WaveSpectraを通した周波数特性を確認してみた。
ここで、WaveGeneの設定において、チェックを入れたスイープのところで、マウスを右クリックし、周波数リニア、振幅リニア、位相Offとし測定した。ここで、周波数、振幅などの設定を間違えていると、フィルターを有効とする結果になって、図では右下がり(周波数が高くなるにつれて減衰する)グラフになる。ここで測定に入る前に確認しておくのが良い。
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