前回の記事で「次はオーディオについては書かない」そう言った気がするのですが、気のせいでしょうか？
さて今回は古くからコンシューマーではLINNが、そして業務用ではVUE Acoustics、最近ではTOHO CINEMASのサブウーファーが採用している「Isobaric方式」について書きます。
低域厨の私が一番感銘を受けたGOLDMUND社のFull Epilogueもこの方式を採用しています。
何故この記事を書いたのかは、最後に書きますので、お付き合い願えればと思います。
今回はそのメリットとデメリットについて書いていきます。
1.そもそもIsobaric方式とは？
Isobaric方式とは頭の画像の様にウーファーユニットをそろばん状に配置し、片側を逆相駆動することにより、小さいエンクロージャーでもエンクロージャーによるFs上昇を影響が受け辛く、低い周波数から再生する事が可能となる方式です。
名前の由来はIso(同一)Baric(圧力)を組み合わせた造語です。
「アイソバリック」ってかっこ良い響きなので、口ずさみたくなりますよね。
ただ後述しますが、許容電力はユニットが増えるので大きくなるのですが、出力音圧が大きくなるわけではありません。
TOHO CINEMASの公式ホームページのIsobaricの説明として
「アイソバリック方式はスピーカーユニットを向かい合わせで駆動させることで、通常のサブウーハーの1.5倍～2倍のパワーを発揮します。他の劇場では体験できない、空気を震わせる体感型サウンド・シアターを実現します。」
と記載してありますが、このパワーの定義が音圧と仮定したら「3.5dB~6dB大きくなる」と言うことになるので、立派な虚偽になります。
2.Isobaricはどの様な挙動をするのか？
Isobaricとかいう難しい名前がついてますが、挙動は至ってシンプルで簡単です。
まず
・共振周波数：Fs (Hz)
・コンプライアンス：Cms (mm/N)
・振動系質量：Mms (g)
・振動板の実行面積：Sd (m^2)有効投影面積投影面積
・等価コンプライアンス空気体積：Vas (m^3)
のユニットがあるとします。
まずコンプライアンスから、コンプライアンスは「1Nの負荷をかけた時に振動板がどのくらい動くか？」というサスペンションの柔らかさの指標です。
Isobaric方式では2つのサスペンションが一つの系をなして動くので、コンプライアンスは(1/2)Cmsとなります。
上記のユニットの最低共振周波数Fsの方程式は(1)の方程式で表現できます。
Fs = 1/2π*(Cms*Mms)^(1/2)・・・・・(1)
またCmsは1/2になりますが、2つ振動板が系をなすので2Mmsになります。
このユニットをIsobaric方式にした時の最低共振周波数Fs2は(1)より
Fs2 = 1/2π*{(1/2)Cms*2Mms)^(1/2) = Fs
となるため、最低共振周波数は一台の時と変化しません。
Vasは以下の方程式(2)で表現できます
Vas = ρ*c^2*Sd^2*Cms・・・・(2)
そしてIsobaricの実効振動面積は、一台の時の変わらないのでSd = 一定となり、そしてコンプライアンスは半分になるため(2)より
ρ*c^2*Sd^2* (1/2)Cms = (1/2)Vas
となり、Vasは半分になります。
そもそもVas（等価コンプライアンス空気体積）は何かといえば、超ざっくり言うと「エンクロージャーに取り付けた際、どれだけエンクロージャーの影響をうけるか？」と思っていただければ早いです。
これは値が小さければ小さいほど、エンクロージャーの影響を受け難いです。
以上より、上記のユニットをIsobaric方式として使用した場合の挙動は
・共振周波数：Fs (Hz)
・コンプライアンス：(1/2)Cms (mm/N)
・振動系質量：2Mms (g)
・振動板の実行面積：Sd (m^2)有効投影面積投影面積
・等価コンプライアンス空気体積：(1/2)Vas (m^3)
結果として同じユニットで同一の周波数特性を得ようとした場合、Isobaric方式を採用した方が小型化出来ます。
これこそがIsobaricを採用する最たる理由になります。
Isobaricは色々機構に種類があります。
Cone to magnet方式は日本ではタンデム方式なんて言われてますね。
ただここで誤解してはいけないのが、「Isobaricの由来の通りCone to MagnetとMagnet to Magnet方式のウーファー間のチャンバーの気圧が定圧で、フロントウーファーはフリーエアーのような挙動」を振舞う事はありません。
そして一番効率的なIsobaricはCone To Coneらしいです (by VUE Acoustic)
あくまで上記で求めたTSパラメータで求めた様に、2つのウーファーを1つのウーファーとして仮定して考えなければなりません。
次は音圧についてです。
まず能率についてですがパラレル接続にした場合、能率は10log(10)(1/2)=-3dBとなります。
同じ能率にする為には倍の電力を要します。
そして最大SPL=(Isobaric能率)＋10log(10)2台のボイスコイルの耐入力
となるので±0dBとなり、変化はありません。
直感的に言えば音圧は気圧の変化であり、分割振動を加味しなければ”振動板の面積”と”振幅幅”に比例します。
上記のT/Sパラメータで定義されたようにIsobaricを採用したからと言って、実効振動板面積（Sd）は増加せず、かつXlim（ユニットの最大振幅幅）も増加しないので、最大音圧レベルはIsobaric採用したからと言って変わるわけでは無いです。
なのでTOHO CINEMASの広告がおかしいと言った意図は、こういう事です。
3.実際にやってみよう！
数式だけ出ても面白くも何とも無いですよね？
幸いにもTaxsis Worldにはユニットも場所もありますので、検証もかねて実験をして見ましょう。
3.1 適当なユニットを見つけよう！
そしてAudio Technology - 5H52を発掘しました。
実は見た目が超かっこいい強力版の5I52もあるのですが、リコーンしてあるので個体間誤差がありそうなので、今回は5H52に出てきてもらいました。
にしてもAudio Technogyの無骨なフレーム、超イカしてます。
そしてIsobaric化
良い加減すぎますね（笑）
（結局この真ん中の発泡剤は、機密性がなかったので排除しました）
3.2 インピーダンス測定（緑：1台 / 黄土：Isobaric）
まあパラレル接続なので、値が半分になるのは必然ですね。
ここでまず解るのが、Fsの変動がないという点です。
3.2 T/Sパラメータによる比較
これは昨日知った話したのですがRoom EQ Wizard、実は質量付加法でT/Sパラメータを計算してくれるんですよね。
これはMac派には非常に嬉しいですし、前々から思ってるんでけど、良い加減寄付させてください。（価値あるものにはお金払うのが敬意だと考えてるので）
・一台（Audio Technology - 5H52単体）
・Isobaric
圧倒的付加質量不足！！！
(暫くTSパラメータ必要なかったので、重り無くしちゃったんで、小銭の組み合わせでなんとか代替しました)
気を取りなおりて、2の項で算出したデータと実測データを比較してみましょう。
1台 Isobaric 差異
・Fs：35.3Hz → 35.4Hz ・・・・・・・・0.100g（理論値：35.4Hz）
・Mms：14.17g → 28.00g・・・・・・・197%（理論値：200%）
・Cms：1.437mm/N → 0.722mm/N・・・50.2%（理論値：50%）
・Sd：126.7cm^2 →126.7cm^2 ・・・・100%（理論値：100%）
・Vas：32.72m^3 → 16.44m^3・・・・・50.2%（理論値：50%）
・Lp：88.12(W/m) → 84.49(W/m)・・・・-3.63dB（理論値：-3dB）
となりました。
概ね期待に応えてくれる結果となりました。
4.まとめ
まとめとしてメリット/デメリットをざっとおさらいしましょう。
・メリット
・エンクロージャーを小さくできる
・非線形歪みを小さくできる
・デメリット
・コストが高くなる
・アンプに低インピーダンス・ハイパワーを要求する
・各チャンバー容量の差異により、非線形歪みが生じる(※)
・コスト（経済的/電力的）パフォーマンス（出力音圧）が悪い
省スペースかつハイパフォーマンスなニーズに対して、そして安価でハイパワーなディジタルアンプが登場した昨今では、非常に相性がいいのではないでしょうか？
また昔のVasが非常に大きいユニットでIsobaricが使われていたのは、非常に納得がいきます。
（※）ユニット間のチャンバーに吸音材を入れて緩和された報告の特許有
VUE Acousticの「Cone to Coneが効率が良い」と言っていた所以はここかもしれません。
そして何故今日このブログを書いたのか？
その回答はこれ↓
以前このM&K - MPS-5410を紹介し、この独特な機構について
”この底面のウーファーは正面のウーファーを逆相に接続されており（ウーファーも反転しているので正相になる）、機能としては2次歪の低減に貢献しているそうです。”
と書きました。
ただこれよく考えたら、Isobaric方式だったのでは？
なので「M&Kの貧弱なユニット&小さい筐体から、何故こんな低音が出るのかという答えは、今回書いたIsobaric所以だと理にかなってる！」
と思ったのが書く動機だったんですど、書いてる途中に気付いちゃったんです。
M&Kは底面ウーファーとフロントウーファーが外面に面してるので、同位相駆動。
なのでIsobaricでは無いと。（涙）
単純に下はEQで持ち上げてるだけだと思います（呆れ）
前回に引き続き今回も4000字を超えるなど、内容がてんこ盛りでした（普段の密度がなさすぎるだけ）
というより、ここまでお付き合いくださいまして、ありがとうございました。
次回はもうちょっとマイルドというか、書き手に優しい内容にします（笑）