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Back-loaded-horn speaker design for FE103En-S [トールボーイスワンⅡ]

2010-10-01
Enclosure design for FE103En-S

Tall boy swan 2
TBSⅡEnglish.png

Outline
1. The form of enclosure was assumed to be a back loaded horn speaker/BLH of the Swan type. However, an open mouth of the horn was made the front side.
The reason assumed to be a Swan type is to have the presence and the power of expression of the space to which the speaker of the Swan type is peculiar.
The reason for this power of expression is that it is thought that not only including surroundings of the sound from the air chamber of the speaker but the air chamber panel vibration extends up and down and before and behind and right and left.

2. Tall boy Swan2 designed the entire enclosure from the aspect of the panel vibration by thinking.
The board around the speaker is sure to vibrate even if it is said that Swan is a point sound source. I want to challenge enclosure that artificially uses the panel vibration this time.
The part that vibrates easily most becomes a front board.
It is thought that a front board is a part of vibration board, and after it produces it, I want to test the bass region by changing the difference about a front board.

3. The material and board thickness were selected.
I want to select board thickness from study from Tall Boy Swan according to the speaker unit diameter and the area of the room.
Concretely, it was assumed 12mm(Cedar plywood) and 18mm(Plyawood).
Moreover, the part where it wanted to vibrate the board was assumed to be 12mm thickness, and the part that fixed as much as possible was assumed to be 18mm thickness. Two kinds of boards were used properly and the design was advanced.

4. It wants to aim at the speaker of the small volume type with a good response and to earn a bass region.
It became 2.5m from the restriction of constructional though the length of the back loaded horn wanted to take about 2.6m.
The horn was approximated to the exponential curve as much as possible.
In the simulation, because the error margin in the vicinity of S0 (Throat area) went out easily, the vicinity was assumed to be a design that did a detailed correction.

Specifications
Unit FE103En-S (10cm full range), so close to the swan and root parameters.

*FE103En-S Unit
*Va (air chamber volume) = 1.9 ℓ
*S0 (Throat area) = 42c m
*Fx (Cut-off frequency)
fx = 10 × So / Va 221 ≒ (Hz)
*Horn aperture ratio of the expression
S = S0 × 1.103 ^ (0.1 × distance (cm))···(1)
*Horn length ≒ 2.5m (front opened)
*Plate thickness is 12mm (Cedar plywood) & 18mm (Plywood)
*Hight 1.0m Width: 32.0 cm Depth - 30.3 cm

More information on how to design, “FE88ES-R design Tallboy Swan” please look.

Design
First of all, adjusting the parameters of the horn in a 42 sq cm as S0, approximately 490 sq cm, with an opening (1) the aperture angle of the expression parameters was 1.103.
Exponential curves made in Excel, it was approximated cross section.
To improve the accuracy of this horn as possible, took the technique to make a plate angle.
If the board diagonally, overlapping plates raised more accurate. However, when making the effort it takes.
Moreover, folding of the 5 and 7, the error out easily.
To reduce the load resistance, designed around the throat as much as possible as close to square.

Please refer to the following graph numeric data.

Exponential.png


Exponential curve & Fitting(numeric data)
numeric.png


Others
Naturally, when a certain signal is input to the speaker, energy from the vibration board of the speaker is discharged in air.
Besides, the enclosure is transmitted to the transmitting floor and the wall. Moreover, the vibration of the enclosure is discharged in the air again. Additionally, it changes into heat as an internal loss of the board.

Such a convenient material is not in the world though the ideal of the speaker is written that only the vibration board of the unit only has to vibrate well, and enclosure vibrates without fail.
The board of enclosure is made to resonate, and it is very a point whether the sound from enclosure and the speaker harmonizes.


This design was ended but "Go ahead!" not applied yet.


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FE103En-S用バックロードの設計 [トールボーイスワンⅡ]

2010-09-23
FE103En-S用バックロードの設計(トールボーイスワンⅡ)

TBSポンチ絵Ⅺ.png


概 要
① エンクロージャの形式は、スワン型のバックロードとした。
但しホーンの開口は前面とした。

スワン型とした理由として、スワン型のスピーカが独特な臨場感・空間表現力を作っているのは、スピーカの空気室の音の周り込みだけでなく、空気室の板振動が上下左右前後に広がる根源と考えたからである。


② トールボーイスワンⅡは、板振動の視点からエンクロージャ全体を考えて設計してみた。
スワンが、点音源と言ってもスピーカ周辺の板は振動するはずである。今回は人為的に板振動を活用するエンクロージャに挑戦したい。
一番振動しやすい部分は前面板(音道⑧番脇の板)となる予定である。前面板も振動板の一部と考え、製作後は前面板の差換えで低域のテストを行いたい。

③ 素材と板厚の選択であるが、トールボーイスワンからの学習より、ユニット径と部屋の広さに合わせて板厚の選択をしたい。
具体的には、12mm(杉合板)・18mm(スパーシナアピトン)とした。
又、板振動させたい部分を12mm厚とし、極力固定したい部分を18mm厚とした。2種類の板を使い分け設計を進めた。

④ レスポンスの良い小音量型のスピーカを目指し、且つ低域も欲張りたい。
バックロードのホーン長は2.6mぐらいを取りたかったが、構造上の制約から2.5mで我慢せざるを得ない。
ホーンは、なるべく滑らかにしてエクスポネンシャル曲線に近似させた。シュミレーションでは、So付近の誤差が出やすいから、その付近は細かい補正をした設計とした。


仕 様
ユニットがFE103En-S(10cmフルレンジ)なので、スーパースワンに近いパラメータとした。

・ユニット FE103En-S
・Va(空気室容量) = 1.9 ℓ
・So(スロート面積) = 42c㎡
・fx(カットオフ周波数) fx = 10 × So / Va ≒ 221(Hz)
・ホーンの開口率式  S=So×1.103^(0.1×距離(cm))・・・(1)
・ホーン長 ≒ 2.5m バックロードデットホーン(開口は前面)
・板厚は12mm(杉合板)&18mm(スーパーシナアピトン)
・全高 1.0m 全幅 32.0cm 奥行き 30.3cm

パラメータの詳細な検討方法は、(FE88ES-R トールボーイ スワンの設計)を参照して戴きたい。

設 計
先ずは、ホーンのパラメータの調整でSoを42c㎡で開口部を約490c㎡とした場合、(1)式の開き角のパラメータは1.103となった。
先ずは、エクセルでExponential曲線を作り、それに近似する音道にフィッティングさせた。
今回はなるべくホーンの精度を上げるため、板を斜めに取る手法をとった。
板を斜めにした方が、板を重ねるより精度を上げられる。 然しながら製作時には手間もかかる。
又、⑤&⑦の180°の折り返し部は、どうしても誤差がでやすい。

その他、スロート付近のホーンの断面をなるべく四角形に近づくようにして、ロード抵抗を減らすよう心がけた。

下記グラフ・数値データを参照してください。

TBSグラフⅪ.png


開口断面積計算
 
数値データⅪ.png


雑 感
ある信号がスピーカに入力された場合、当然そのスピーカの振動板からのエネルギーは、空気中に放出される。
それ以外にエンクロージャを伝わり床・壁に伝達される。又、エンクロージャの振動は再度空中に放出される。その他に、板の内部損失として熱にも変わる。
よくスピーカの理想は、ユニットの振動板のみが振動すればよいと書かれているが、世の中にそんなに都合の良い素材は無く、必ずエンクロージャは振動する。
エンクロージャ造りは、如何にエンクロージャを鳴らし、エンクロージャとスピーカからの音が調和(共生)するかである。

ごちゃごちゃ書いてしまったが・・・

  設計は出来たが、 "Go ahead ! " は まだかからない。


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