スピーカーの取り付けに関するガイドラインとベストプラクティス

スピーカーがプロジェクトにどのように組み込まれるかは、スピーカー自体の品質に関わらず、出力音質に大きな違いをもたらす可能性があります。優れたスピーカーでも、実際の使用状況では性能を発揮しきれないことがあり得ます。一方で、低品質なスピーカーであっても、効果的に最適化されれば、少なくとも期待通りの性能を発揮し、場合によってはそれを上回ることさえあります。使用可能な容量から適切な共鳴に至るまで、スピーカーの取り付けは極めて重要なのにもかかわらず、その重要性が軽視されることが多いスキルです。このスピーカーを小型のポータブル電子機器、あるいは大型のミッションクリティカルなプラットフォームに統合する場合、最適なサウンドを実現するには慎重に検討する必要があります。

スピーカー選択の前に、最終製品が使用される環境を完全に理解することが最も重要です。騒がしい環境で使われる予定なら、最も大切なのは「とにかく聞こえること」でしょうか？それとも、静かな環境で音源の完璧な再現を達成することが目標でしょうか？ポータブルである必要がありますか？エンドユーザーは、このデバイスにどのような形で関わるのか把握していますか？このような質問を投げかけることで、必要な周波数応答、予想される音量レベル、消費電力、重量、使用する材料の種類などの制限について、よりよく理解できるようになります。この質問とその回答は、使用するスピーカーの種類の選択を絞り込むだけでなく、どのように設置するかについてかなり掘り下げた情報を与えてくれます。特定のスピーカーを選択したら、データシートの上でのベストプラクティスとアドバイスは、ほとんどのメーカーから入手できます。Same Skyの幅広いスピーカーセレクションはこちらでご覧ください。

当社のブログ記事、オーディオ設計でスピーカーについて知っておくべきことでは、主要なスピーカー仕様、コーン材料、磁石タイプなど、デバイスの選択に役立つ多くの概要を提供します。

スピーカーの取り付けと終端スタイル

スピーカーには終端オプションが用意されていることがよくあります。リード線、はんだパッド、スプリング接点、表面実装端子、スルーホール端子などがその例です。終端の種類に関係なく、スピーカーの外側フレームは、通常、エンクロージャーの壁に直接取り付けられています。通常、エンクロージャーに直接ねじ込む穴を取り付けるか、エンクロージャーにフレームを接着します。いずれの場合も、空気漏れを防ぐために、スピーカーとエンクロージャーの壁を適切に密閉することが必要です。

リード線が付いた部品では、リード線は必要な電気接続に応じて配線されます。はんだパッド付きスピーカーは、リード線をパッドにはんだ付けし、リード線バージョンと同様に必要に応じて配線する必要があります。はんだパッド付きスピーカーに関する一般的な誤解のひとつは、はんだパッドが直接PCBにはんだ付けされるというものです。これらは基板に直接はんだ付けする表面実装型部品ではなく、リード線をパッドにはんだ付けする必要があります。

スプリングコンタクトバージョンでは、組み立てたエンクロージャーからの圧力を使用してスピーカーを所定の位置に保持し、端子と接触させます。スプリングコンタクトでは、はんだ付けが不要なので、交換が簡単です。リフローはんだ付けに特別に設計された表面実装型端子を持つバージョンは、PCBに直接はんだ付けできます。これらのスピーカーは、多くの場合、一体型のエンクロージャーに収められているため、外部のエンクロージャーに直接取り付ける必要がないケースもよくあります。表面実装バージョンと同様に、スルーホールピン付きのスピーカーはPCBに直接はんだ付けできます。アプリケーションに最適な取り付けおよび終端オプションを決定するにあたっては、全体的な設計要件を確認することをお勧めします。

スピーカーエンクロージャーに関する設計上の考慮事項

スピーカーの前と後ろ両方にあるキャビティスペースは、スピーカーの共振と駆動に影響を与える可能性があります。前面キャビティは、音の導管として、また必要に応じてスピーカーを環境から遮蔽する保護バリアとしても機能します。前面キャビティは薄いメッシュやスクリーンで保護できますが、スピーカー自体に接触する可能性があるものがその環境にあることが懸念される場合、穴やスロットのある保護剛性プレートを使用できます。プレートにいくつかの切り込みを入れることで、音の減衰を最小限に抑えながら、スピーカーの表面を最大限に覆う（最大で80％まで）ことが可能になります。前面プレートまたはメッシュを配置するときは、作動時にダイアフラムが入ったり出たりするスペースが確保できるように注意してください。これはスピーカーのサイズによって大きく異なります。マイクロスピーカーの場合、これは一般的に1～2mm間隔です。このマイクロスピーカーを最適に取り付ける方法の詳細については、別ブログ、マイクロスピーカーエンクロージャーの設計方法をご覧ください。

小型スピーカーでは多くの場合、コンパクトであることと高品質な性能を提供することのバランスが必要になります。背面キャビティの深さをスピーカーの直径とほぼ等しくなるように構成すること、これが小型スピーカーと超小型スピーカーのアプリケーションに良い目安となります。大型スピーカーの場合、背面キャビティの設計はさらに重要な決定となります。スピーカーの振動板の動きが背面キャビティ内で圧力差を生じ、音質やスピーカーの性能に大きな影響を与えるからです。もし背面キャビティが小さすぎると、圧力変動が大きくなり、スピーカーの振動板の動きを妨げることになります。この現象は、特に低音域の再生において問題となります。前面と背面のキャビティは、しっかりとした接合部で分離される必要があります。背面キャビティに適切なスペースがあれば、接合部から逃げようとする空気の量が減少します。この接合部は、前面キャビティと背面キャビティを密封するだけでなく、スピーカー自体に物理的なマウントを提供します。スピーカーは物理的に非常にアクティブなコンポーネントであるため、使用時にスピーカーが振動またはガタつきを起こさないようにするために、密閉部分に高密度フォームを使用したしっかりとしたマウントが最も一般的です。

スピーカー取り付けの材料

スピーカーを適切に取り付ければ、ブザーや不要な動きは存在しないはずです。しかし、これは取り付けの材料にもよります。多くの新製品では薄いプラスチックが使用されています。しかしこれは、屈曲したり振動する可能性があります。頑丈で、スピーカーと動かしたり共鳴したりしない素材と厚さを選ぶのが最善です。予想されるスピーカー音量とエンクロージャーの剛性によっては、製品の内部にブレーシング（上の図を参照）が必要になる場合があります。

最終的な設計上の考慮事項とテスト

多くのエンジニアにとって、プロジェクトの美的側面はせいぜい後回しにされることが一般的です。しかし、視覚的および機能的なインターフェースを考慮すること、またはその分野に特化したデザイナーと協力することは非常に重要です。スピーカーの配置、取り付け方法、または保護カバーを決定する際は、それがどのように見えるかを考え、エンドユーザーとやり取りすることが重要です。高機能化に加えて視覚的にも魅力がないと、顧客は最終製品を購入しない傾向があります。音響的に最適化されているのと同じくらい、外見的にも目を引く必要があります。

最後に、様々な検討、計画、設計を行った後には、実用的なテストをいくつか行うことが重要です。設計プロセス内でできるだけ早く、いくつかの概念をテストし、計画通りに機能することを保証するプロトタイプを作成する必要があります。音質を評価し、必要な調整を行うため、リスニングテストと測定を実施します。マイクや周波数アナライザーなどの測定ツールを使用して、スピーカーのパフォーマンスを微調整し、必要に応じて期待されるパフォーマンスを特徴付けることが重要です。この時点で構造、取り付け、配置の変更はすべて大幅に変更される可能性があるため、改良を行う前に大きな変更を行うのが最善です。ただし、これらの項目に変更を施すことは、パフォーマンスの向上には必ずしも必要ありません。例えば、エンクロージャー内に共振が多すぎる場合、ダンピング財を装置自体の内部で使用して、この問題を低減または排除することができます。

結論

スピーカーをデバイスまたは専用エンクロージャーにどのように取り付けるかは、その性能に大きく影響します。ニーズの特定、ベストプラクティスの実施、プロセス全体を通じて望ましいパフォーマンスを検証するという過程を慎重に進めることで、選択されたスピーカーはその設計仕様に沿った性能を発揮し、最良の結果を得ることができます。オーディオソリューションの選択に関しては、Same Skyは幅広いミニチュアスピーカーと標準スピーカーの製品を取り揃えており、オーディオデザインサービスにもお気軽にご相談いただけます。