スピーカーまとめ!2005.11.          更新2016.10.07.

 趣味の低音の出るHiFiスピーカー作りを独断と偏見で書いています。

教科書には無い記事がありますが間違いは指摘下さい。  メール→すんちゃん

 聴く音は空気が振幅して発生して伝わるので、周波数フラット音圧の時は、

波形軌跡の粒子速度と音圧が同じで、周波数で振幅(変位)が変わります。

空中では低音の振幅が大きいけど、音圧型マイクや耳で聴くと音圧フラットに感知します。

例えば高音10000Hzは(1/f)周波数で低音100Hzより振幅が100倍小さい

小さい波が10回来るのと、2倍大きくて5回来る波の力が同じになる計算です。(^^)

振幅のことを学校で教えないので知らない人が多いが、音の基本です。

楽器や声では低音で振幅が大きいのを感じるはずです。

会話、聴力テスト、騒音計などで標準的なSPL60dB位が、

長時間聴き慣れている音量であって人間に快適みたいです。

電気⇔音の変換機器の振動部関係

イヤホン、無指向性マイク、圧電型やコンデンサー型は振幅位置で動作する音圧型、

振幅、速度、音圧の大きさが同じで動作する。

スピーカー、指向性マイク、動電型は振幅する速度で動作するので速度型、

低音ほど振幅が大きくなり、音圧、速度の大きさが同じで動作する。


 楽器や声やスピーカーで作る音は空中で発音する球面波となるので、

低音ほど音が周囲に逃げる音響インピーダンスのために、

振動板の振幅を平面波以上の12dB(4倍)/octで大きくしなければなりません。

共振利用なのでスピーカーや一部楽器は過渡特性が悪い傾向。

平面波の音に変化するまでは、直近で低音の振幅が非常に大きくなっています。

上図のような振幅の明確な記事は他に無いと思います。

イヤホンやヘッドホンは耳部を囲うことで容易に低音が出ますが、

スピーカーは低音を出すのが困難なので、良く出るものほど高級品です。


4π空間(空中に置く)は2π空間(床置き)より低音が小さい。

 スピーカーユニットが低音共振周波数Fs40Hz以下なら低音が出るが、

特に5〜12cm位の小口径では低音共振周波数Fsが70Hz以上など高過ぎるものが多い。

それで低音が出ないので空洞(バスレフ)形で設計するのが主流となっている。

 7cmスピーカーの2.5リットル空洞箱で設計すると50Hz共鳴には

NHK理論では半径2.8cm,長さ112cmのダクトが必要ですが、

ダクトが長くなりすぎるし開放管共鳴が大きくなり音質が悪化します。

  それでユニットの面積25%位の半径1.4cm長さ27cmで普通は設計しますが、

空洞共鳴音が小さくなり低音改善効果が小さくて重低音も出なくなります。

 5リットル以上の大きな空洞箱にして空洞共鳴を大きくするしかない。

それで密閉形にしてFsが60Hz位以下のユニットにすると小形で低音が出ます。

  空洞(バスレフ)形は、低音共鳴している時にスピーカーユニットが

ほとんど振動しないので、共鳴音が出るダクトは前面にあるものが理想です。

 空洞(バスレフ)形にせずに2.5リットル小形密閉形として7cmユニットの

振動板を重くし、ダンパーを半分ほどカッットの改造をして、

感度は低いがFsを60Hz位で重低音を実現しました。

Fsが40Hz以上では低音が出ないので是非市販して欲しい。

究極の0.3リットル箱に入れた8cm改造ユニットで、低音が出て、

音圧が小さくても良い場合に満足できるスピーカーが出来ました。

小さな太鼓(ドラム)でもが小音量の低音が調整で可能になるのと同じ。

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/555/参照下さい


 以下で振動板を重くする方法、スピーカー等価回路、ニヤスピーカー、

2連空洞形、イヤホンの動作など参考にして頂けると思います。

目次 

スピーカーとは 

種類(イヤホン、ヘッドホン、ニヤスピーカー,スピーカー)

スピーカーの性能 

聴いている場所での音圧SPL 

ピンクノイズと周波数

イヤホン端子で直接スピーカーを鳴らす 

音の伝播

スピーカー形式の種類 

スピーカー内部はどうなっているのか?

音の放射方式 

スピーカーケーブルとインピーダンス

スピーカー定格とアンプ出力の関係 

スピーカー等価回路 

定格許容入力 

定格感度レベル(出力音圧レベル)SPL 

音質の違い、吸音材 

周波数特性 

スピーカーユニットの低音共振周波数(Fs,Fo) 

音響インピーダンス

ラウドネス曲線(等価音圧特性) 

スピーカーの測定 

歪率 (高調波歪特性)

ダンピングファクター 

振動板(コーン紙)の分割振動

スピーカー(フルレンジ、ウーハー)の口径大きさ 

スピーカーマトリックスサラウンド

スピーカーボックス(エンクロージャー)の色々 

参考:dB換算とスピーカー能率

参考:倍率とデジベルの換算表  

参考:スピーカーからの距離による音圧変化計算


スピーカーとは

低音再生困難で歪みが大きく音響に最重要機器です。

アクティブスピーカー(アンプ内蔵)形が増えている。

保護回路の無いものが主流なので過入力で破損に注意。

 ダイナミック形スピーカーユニットを箱に入れたものが主流で,ボイスコイルに

交流電流を流し、磁力を受ける力で振動板を振幅させて音を発生させる機器。

1m離れた空中で聴く仕様なのでヘッドホンより感度が小さいと錯覚しますが、

92dB/1w表示のものは、3cm位近くで聴くと大体1mWでも92Bと大音量になります。

振動板を重くして低音ほど箱などとさせて共振して低音を大きくするので、

ヘッドホンなどに較べて感度が低く、過渡特性も悪くなります。

数cm近くで聴くと箱のバッフル効果で低音が6dB大きく聴こえます。

 スピーカーユニット単体でも、箱に内蔵でも、低音方向の振動板振幅(変位)はフラットで、

低音共振周波数Fs以上は高音ほど-12dB(1/4倍)/octで振幅する慣性制御で、

振動板を動かして球面波を発生させますが、空中に出す球面波となります。

機械音響工学2010森北出版鰍ノは1.12波長や1.59波長分離れると

球面波から平面波に変化し、波長の2倍で十分に平面波と見なせるとあります。

1000Hz波長は34cmなのでこれ以下距離では球面波になる。

100Hzでは3.4m離れないと球面波になるだろう。

低音ほど6dB(2倍)/octの振幅(変位)分が周囲に逃げる結果、

1mほど離れた所で聴くと残った振幅が低音ほど6dB(2倍)/octで振幅(変位)

周波数特性がフラットな平面波に近い音になります。

慣性制御は過渡特性が悪くなるが、軽い振動板でコンデンサー形みたいにすると、

低音を巨大な電力で駆動する必要があり、実用化困難です。

振動板前の音を聴くが、後ろの音は180度逆相なので中音以下が打ち消し合って、

低音が出なくなるので密閉箱などに入れて対策しますが、

前に出る音も後ろで箱に閉じ込める音も、同じ音量なのを理解すべきです。

JEITA規格では周波数特性(-10dB)定格感度レベル(出力音圧レベル)SPL:dB

定格入力(ピンクノイズ電力=ほぼ無歪)を説明書などに表示、

本体には定格インピーダンス(4,6,8Ω)、最大入力電力(聴けない位に歪む)、

極性、製造番号、製造業者、レベルコントローラあるものは使用位置目印

表示が義務付けされている。   でランクが決まる。

 上図は7cmスピーカーの周波数特性で、オリジナルでは低音が出ないことが分かります。

空洞(バスレフ)型で大きな箱にすると低音を少し増強できます。

ダブルバスレフ型、ホーン型等があるが巨大になります。

密閉型closeが一番HiFiで高級品になります。

密閉形で振動板を重くした改造品では振幅が1W入力で約2mm位に大きくなります。

 ボイスコイル部に鉛重りを付けましたが、高音が下がらりきらず相対的に上昇します。

結果、振動板が重いとFs付近だけ過渡特性が悪くなるが高音が良く出るようになる。

 重低音が出るが振動板の底突きで1W以上入力不可で最大音圧、能率は低下する。

アンプで低音をイコライズする方法もPC用スピーカーなどでありますが、

振動板の低音共振周波数Fsの方が効率が良いみたいです。

理想のイコライズカーブが無いので特殊アンプになり汎用性がありません。

振動板を重くするブランコのような慣性利用は能率が良いようです。

空洞形は低音を空洞共鳴に頼り、ユニットは高いFsで振幅を減らしてSPLを大きく。

密閉形も空洞形も低音は同様になるが、空洞形のほうが低音以外を大音量にできる。

でもほとんどの人は1W以下、(SPL80dB/wのSPでは60dB位0.01W位)で聴いているので、

空洞形で感度を大きくした部分が無駄仕様になります。

又、低音が出ないのでバスブースト対策が必要になるので同じことです。

これが圧倒的主流の空洞(バスレフ)形と少数密閉形との典型的説明になります。

 電球などと同様ボイスコイルに抵抗があり、8Ω、定格10w などと表示される。

仕様が30〜20kHzなら音圧が30Hzと20kHzが-10dB(1/3)に低下する表示であり、

仕様が30Hz以上なら40Hz以下重低音が足りないのでサブウーハーが欲しくなる。

普通の60dB位の音量で聴く場合は30Hz以下が聴こえないらしいので

30〜16kHzまでフラット再生できれば満足するらしい。

それで30〜16kHz(-3dB)以上の高級品なら満足出来る音になるみたいです。

参考:測定

 周波数測定図を見れば40〜20kHz(-10dB)などの仕様が確認できるのですが、

メーカーが周波数測定図を秘密にしている現在でスピーカーを選ぶには、

周波数帯域仕様が30〜20kHzなど広いもので、口径に対して箱が大きめが良い。

購入する際は周波数特性図を要求すべきです。

又、低音が良く出るFsが低いものは振幅が大きくなるので定格入力が小さくなります。

振動板を押して軽い力で大きく動くほど低音が良く出るスピーカーです。

それでほぼ歪み無く再生できる”定格許容入力”が小さいものほど良く、

大きいものは低音が出ない傾向になります。

2014.11.27

スピーカーは、高音ほど-3dB(0.7)で音圧が低下していてもエネルギーがフラットの

ピンクノイズに似てるが低音と高音は低下する音楽を再生する目的。

定格入力電力試験は音楽に似た波高値CF2に加工したのピンクノイズで測定する。

参考:パソコンの音楽を鳴らしながら周波数特性を見るにはイヤホン端子とマイク端子を

直結するミニプラグケーブルに分岐ソケットを付ければヘッドホンで聴きながら

フリーソフトのウエーブスペクトラなどで見ることが出来て音楽成分が分かります。

 音楽も屋外の自然騒音もピンクノイズもスペクトルで見ると高音ほど3dB/octで

音圧が小さくなりますが、高音ほど無数にオクターブ毎2倍で発音しています。

自然界ではどの周波数でも同エレルギーで発音していると仮定して良いようです。

それで音圧が低下していてもエネルギーではフラットになっています。

コンポや音楽用スペクトルアナライザーでは人の音量感覚に近いように表示するのに

高音ほど3〜4.5dB/octで増強するのでフラットに見えますのでフラットに

波形編集作成するとピークで波形がクリップしない最大音量に編集出来ますが、

実際は高音ほど音圧が低下するピンクノイズカーブに近似します。

測定すると耳で聴いた音と測定図が合致します。測定器は良いアドバイサーです。

周波数特性ではサインスイープ音圧特性もエネルギーもフラット)で測定して

フラットでないと正確にHiFiに再生出来ませんがツイーターが壊れるかも

 高音用ツイーターは感度が高いものが多いのでその分を抵抗などで

分圧して大きな定格入力電力のものと等価に計算して使えるが、

ツイーターは受持ち帯域のエネルギーが少ないのでウーハーより

小さな定格入力電力で良い事になっているが、

市販品の表示は”ネットワーク使用での入力電力”がほとんどなので注意!

さらに、定格入力電力テスト用のフイルターSN-2などで約8KHz以上の高音は低下して

その分も入れて小さくても良いとされる。(最近は高音が大きい音が多いので要検討)

又、ホワイトノイズを入れると高音ほどエネルギーが巨大なので破損事故が多い。

ツイーター電力記事も参照下さい。

 アンプなど他の音響機器は多くがデジタル動作機器ですが、

スピーカーとマイクの振動板は音に比例するアナログ動作で進歩が無い。

音圧のSPL:dB表示は騒音計Aカーブで聴こえにくい低音を低減した表示で

フラットに近いCカーブでは10dB以上大きくなることが多い。

人のSPL:60dBの感度特性に近い騒音計や聴音テストカーブにしてあるのは

会話レベル音量で慣れ親しんでいる音量に近いためと思われる。


ピンクノイズと周波数  2014.11.19追加

20Hz以下が低周波、20kHz以上が超音波と呼ばれて音としては聴こえないが出ています。

ハイレゾでは40kHzが必要だが、140dB位破壊的巨大音量でないと成人には感じないらしい。

ピンクノイズのことを電力が1/fになるゆらぎとも言い20Hzと20kHzでは音圧が20Hz/20kHz=1/1000になり、

電力比では1/1000000=100万分の1になるが,高音ほど周波数の本数が100万倍に増える。

このように正弦波sineスイープで測定すると、音圧もエネルギーもフラットですが、

ピンクノイズ、音楽などは、高音ほどオクターブ毎2倍の音が発生して、

音圧は3dB(0.7)で低下してもオクターブバンド毎エネルギーではフラットになる。

個々周波数の音圧を集計したものが全体の音圧レベルです。

正弦波sineは音圧と音量は同じですが、雑音などは無数個々の合計音圧です。

全体の音圧を音量と表示するほうが便利と提唱したいと思います。

音楽の場合は正弦波と違って波高値が12dB(4倍)位が多いので、

1W出るアンプで1W出すと歪むので、実効値RMSは1/8位しか出せません。

大きな歪でも定格出力の1/3以上で聴くことは無いので、電源容量もそれ位が多いはず。

但し、アンプを歪ませると出力が2倍になるので、絶対に電源が落ちないようにするには、

業務用設備やPAなど用途によるが、定格出力時の消費電力の2倍の電源容量が要るはず。


音源から650Hz以上2波長分の1mなので、1m以上離れて聴いたり測定する音は

球面波から完全に平面波に変化している所なのであり、周波数特性音圧がフラットなら、

低音ほど2倍6dB/octで振幅(変位)が大きくなっている。

これがスピーカー測定で距離1mマイクで30cmなどにする理由の一因。

参考:ピンクノイズ、ホワイトノイズ

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   種類(イヤホン、ヘッドホン、ニヤスピーカー,スピーカー)   


★★★★★HiFi(高忠実)音の伝達ではイヤホンが鼓膜までの空間が微小で最良機器です。

能率(入力0.1mW以下)が最大で、数kHzFs周波数まで振動板振幅がフラット(平坦)な弾性制御です。

中耳内が弾性のため無指向性(音圧形)マイクと同じであって、

低音ほど振幅が大きいフラットな平面波が来ても、低音で振動板が振幅しにくいために、

鼓膜と振動板の振幅がほぼ同じにあるので低音でも振幅が非常に小さい。

振動板が小さく出来るので分割振動が少なくて理想的な音響機器です。

欠点は振動板の低音共振周波数が高いので体に感じる重低音感が少ない。

最近は低音用振動ユニットを追加したものがあるみたい。

将来は耳道の外と鼓膜中間に超小型振動板を付けるものが出来ると思う。

★★★★☆次のヘッドホンは耳を覆う形であり、伝達空間が広く空気漏れもあり、

振幅を大きくする必要があるのでイヤホンより性能が劣る。

スピーカーを近くに置くのに近似。能率も少し落ちる。(入力1mW以下)

密閉形はイヤホンの弾性制御に近似し、開放形はスピーカーに近くなる。

慣性制御に近似した複雑な動作をするようですが、理論書を見かけない。

振動板と鼓膜間を囲って密閉することで低音の低下を防止する構造。

振動板の低音共振周波数が低いので体に感じる重低音感を若干感じるのは利点。

スタックスのコンデンサー形ヘッドホンはイヤースピーカーと呼称しているとのこと。

JEITA規格にイヤースピーカーの呼称がある。


★★★☆☆3番は開放形の速度形ヘッドホンの部類で、耳の前5cmほどに

裸ユニットを置いたものでニヤスピーカーです。

頭にかけるのをヘッドスピーカーと仮称したい。

イヤホンより感度が30dB(1000倍)位低く(入力100mW位)なるが、音が広がる前に聴くので

5cmほど離すと前方定位で、有限バッフル形スピーカーみたいな素直な音質が特徴。

振動板の低音共振周波数が低いので体に感じる重低音感を若干感じるのが利点。

周波数で振動板振幅が変化する慣性制御で普通のスピーカーと同じ動作。

振動板面積を1m2以上に大きくすると1m離れても低音が出ると推測する。

   ニヤスピーカーを参照下さい。


★★☆☆☆最後は音を部屋中に撒き散らすので能率が最低で、

部屋の残響と定在波の影響を受けて音質が劣化し、

音圧も30dBほど低い(入力1000mW位)普通のスピーカーです。

低音ほど振幅を4倍/octで大きくしないとフラットに出来ない球面波なので

高音圧100dBほどの低音が必要な場合には38cmなど大口径が必要です。

60dBほど低音圧低音では空気排除容積が小さいので7cm小口径で十分です。

多くの人に聴かせる映画館、演奏会などの

業務用(入力1〜1000W位)と同じように聴きたがる人が多数なのは

直接機器を体につけなくても良いし、鼓膜で音を、

体で風圧の音圧を感じられるのが好まれると思いますが、

部屋全体の建具を振動させるので、無響室や屋外で聴かない限り

部屋の影響に悩まされ、出る音の一部しか耳で聴かないので

大音圧が必要で近所迷惑な方法です。

スピーカーでは個人により感じる音質が違うので錯覚します。

聴く場所での違いも大きいので測定での比較が必要です。

ホールや浴場などの場所では過大残響で音楽に悪い環境。

野外や映画館で聴く音楽は残響が少なくて良質の音が聴ける。

写真などでも見たいものだけはっきり見えるが周囲はぼやけている。

音も聴きたい音だけを選別して聴く。

スピーカーの直前〜25cmで聴けばHiFiな本当の音が聴ける。

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  スピーカーの性能

 聴こえる20〜20000Hzを再生できるものは超極少で、

一般のコンポなどは100Hz以下が低下しているものが多い。

アンプでも同様であり、特に業務用ではスピーカーの大振幅による

破損防止のためにアンプでも100Hz以下を低下させるものが多い。

スピーカー入力電力測定で80Hzや100Hz以下を6dB/octでカットしてするのは

この辺の事情と思うけど、最近は20Hzまでフラットの音楽が多いので疑問です。

音楽を楽しむだけであれば、160中音〜5kHzもあれば結構楽しめるのですが、

実用上40〜10kHzがフラットに出てからイコライズ加工などして好みの音に

すれば良く、不完全なスピーカーから良い音が出るはずがありません。

 低音が40Hz以下がフラットに出るものは超超高級品と言える。

オーケストラのバスドラムは50Hz位ですがたまに40Hz位のがある、

現代音楽でキックドラムでは60〜80Hz位ですがたまに50Hz位がある。

映画の振動音は40Hzが大きいのが多い、などから大音量では低音は

40Hzがフラットが要るが、小音量では100Hz位でも満足できるみたいです。

ジャズはキックドラム音が少なくて80Hz以上を使うウッドベースが低音を

担当しているので80Hz位までフラットに出る普通のスピーカーで満足できる。

正弦波(sine)テスト音100-80-63-50-40-31.5-25-20-Hz-test2014.mp3

音楽で必要な最低音50Hz位や、ホームシアターで必要な40Hz位以下が

聴こえないものが多いので、低音が出るものほど高級品です。

 ユニットの振動板口径が同じなら箱が大きいほど振動板を動かす力が

小さくて済むので低音が良く出ますし、堅固で重いほど振動で動く部分が

小さくて済むので高級品になります。

 それで箱が同じならユニットの振動板口径が小さいほど低音が出て高級品。

 10cm以下の小口径スピーカーユニットではFsの低い50Hz以下のものが無いので

約16cm以上のFsの低い大口径スピーカーユニットなら低音が出ると誤解している。

振動板質量が小さくてもFsを低く出来ますが、箱に入れる場合はVasの2倍以上が基本

なので箱を大きくしないと駄目ですがSPLは大きくできます。

 振動板質量を大きくすると箱を小さく出来ますが、SPLが低下します。

中音〜高音まではスピーカーの音質の違いは少ないのです。

10kHz以上の高音は、約30歳以上で聴こえにくくなり約60歳以上で聴こえなくなる。

20Hz〜20kHz以上は音として聴こえるが、20Hz以下と20kHz以上や

ハイレゾ40kHzは超大音量でも音でなくて振動で感知するしかない。

スピーカーのランクは車の1300ccとか冷蔵庫の400ccと同様に

箱の容量の大きさで最大音圧が決まるので非常に重要です。

(振動板裏側に同量逆相の音量を閉じ込める役目であり大きいほど音圧大)

箱容積とユニット口径(Fsが重要)はメーカー仕様には必ず表示すべきです。

 サブウーハーは本来40Hz以下の重低音を出すものだが、

出せないものが多くて音源が分かりにくい約80Hz以下を出してモノラルで

置き場所の利便性やコストダウンが目的になっているが、

最大音圧を出す必要な箱容量は同じで箱材料費だけが軽減できる。

 HiFiスピーカーで周波数、インピーダンス、高調波歪特性図

 メーカーが発表しなくなっていているので虚偽が多いと思う。

スピーカーユニットで重要な低音共振周波数(Fs,F0)が低音特性を決定します。

7cmSPでFsが50Hz位の物を作ると歪が少なくて音質が良く、

2.5リットル密閉箱で重低音がなんとか感じられるレベルになったことを報告します。

ダンパーを70%ほど切断し、2gのコーンに2〜4gの重りを付けると

Fsが50Hzほどに低くなり好結果を得ている。

重りはボイスコイル近くに付けないと高音が凸凹になるので注意必要。

この方法は数年前から実行しているがどのスピーカーユニットでも

心配していたボイスコイルがすれる不良は発生していないが、

温度、湿度、耐久性の品質保証問題で市販は困難だろう。

改造はメーカー保証が得られないが実験する価値はある。

音圧が低下する欠点があり、Qtsが大きくなって過渡特性が悪くなり

低音が6dBほど盛り上がる傾向になるが普通に聴ける。


フルレンジで大口径を使うと音響インピーダンスで高音が出にくくなるので

サブコーン、コアキシャル形などの工夫するが高価で不思議に人気がない。

大口径スピーカーは高音が出にくいのでウーハーとして利用して、

コーンの分割振動対策で高音用ツイーターを付けた安価な2wayが主流。

又、不足する40Hz以下重低音を補うためにサブウーハーを使うのが主流になったが

使わないでも重低音が出せるスピーカーが理想なのは言うまでも無い。


 ユニットには低音共振周波数Fsの違いにより

低音(ウーハー40Hz位、高音が出ない)、主役で音質が決まる。

高音(ツイーター2000Hz位、低音も中音も出ない)、脇役2wayなど

フルレンジは全周波数を出せる物だが、出せない物が多い。

Fs以上はフラットになり、大口径では音響インピーダンスで高音が低下する。


 スピーカーのように質量を持った振動板が動くときはQが1.0以下程度の

慣性のものではゼロ〜低音共振周波数Fsまでは振幅が一定フラットになり、

Fs以上は-12dB/oct(オクターブごと1/4倍)で小さくなります。

イヤホンのように狭い空間に放射するとFsまで振幅一定でフラットになるので

Fsを数kHzに高くしますが、空間に放射するスピーカーの場合はFs以上

の高音ほど振幅低下する部分を使うとフラットで、高級品ほどFsが低い。

このような記事が少ないので理解されていない人が多いと思います。


 Q値は0.6〜1.0でないと低音不足に悩む。FsとQ値が低音を決定します。

大音圧120dB位のSR用(映画館、大演奏会)では大きな低音を出すに

38cm以上の大口径スピーカーユニットで200リットル以上の大きな箱が要ります。

60dB位の小音圧で十分な家庭用ミニコンポなどは10cm以下で

5リットル以下の小形箱化が進んでいます。

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  聴いている場所での音圧SPL

 和室8帖で70dB位(1mSPL)の非常に感度が低いスピーカーでテレビを見ていますが

音のほとんどはステレオ音が少なくて中央モノラル音源が主なのです。

それで左+右スピーカーで6dB増大し76dBになります。

2mほど離れて聴いていると-6dBで70dBになると説明がされるが、

和室といえども残響があり無響室のように音圧は落ちないで75dB程度になる。

それで1Wx2入力すると大声くらいの非常にうるさい音であり数十分くらいしか聴けない。

(音楽を集中して聴くモニターレベルは80dB≒ソプラノリコーダー”Aラ880Hz”1m位)

 大きな音でスピーカー端子の電圧をデジタルテスターで

測ると最大1Vくらいでしたので1V^2/8Ω≒0.125Wx2で聴いていました。

1Wx2の時よりも約10dB低下するので最大約65dB位で聴いていることになりますが

0.125Wx2ではうるさくてすぐに音を小さく戻してしまいます。(静かに聴いている時は60dB位)

 なお6cm以下のユニットではTVやパソコン用には80Hz以下の低音を60dB位には

出来なかったので、低音が豊かなユニットで70dBほどの音圧がを得て実用にするには

7cm以上のユニットが必要であることが分かった。

市販品で7cm以下ユニットを使ったスピーカーは満足な低音は得られないので

中低音(160〜80Hz)を大きくして、80Hz以下低音が出ているように見せかけている。

 この例のようにほとんどの家庭ではスピーカーとアンプは1W以下で良いのですが

市販品はオーバースペックなのに100Hz以下の低音が出ないものがほとんどです。

空中に音を出すには空気体積の増減が必要であり、ユニット(口径)が同じなら

箱容量が大きいほど箱内の空気を押し引きする力が少なくて済むので高級品。


sinpuku2015.xls ←上図の参考ファイルです。

周波数、半径、Pa入力で必要な振幅が簡易計算できます。

Pa用に30cm,モニター用に12cm,家庭用に5cm口径位が多いのが理解できる。

聴いている音の振幅は上表のように低音ほど2倍/octで大きくなる。

でもスピーカーの振動板は低音ほど4倍/octで振幅を大きくしないと

フラットの音になりません。

上図例ではモニター用中音量SPL80dB40Hzを得るには

16cmスピーカーなら1.4mmの振幅で良いので、

モニタースピーカーに人気があるのが分かります。

映画館なみの大音量100dBなら38cmスピーカーで、

2.7mmの振幅が必要です。

普通の60dB小音量では8cmスピーカーで振幅が0.6mmになる

ので十分な低音が出せます。

人には低音ほど聴こえにくいラウドネス曲線の特性があり、

1m80dBの時100Hzは92dB,40Hzは105dB、20Hzは120dB

位の大音圧が無いと1kHz音と同じ音圧に聴こえない。

又、31.5Hzは60dB,、20Hzは73dB位で聴こえる。

約100Hz以下低音は,耳で倍音を聴いて、身体で振動を感じると思う。

多くはスピーカーの歪成分を聴いて出ていると錯誤する。

 ただし、スピーカー10cm前に近くで聴くと20dB音圧が上がるので、

下表のように聴ける音量が小さくなるので聴けることがあるかも。

(スピーカー近くで聴くと低音が良く聴こえる理由)

1m80dBの時100Hzは72dB,40Hzは85dB、20Hzは100dB

それで高級スピーカーでも40Hzがフラットまでのようであり、

低音は倍音で感じていると思う。

音圧SPLdBは普通の会話レベル60dB位で聴く音圧に等ラウドネス補正した

聴音テスト用オージオメーターや騒音計Aカーブで測定できますが、

人が感じる特性での値なので、騒音計Cなどのフラット測定では、

低音分も加算されるので普通は10dB以上大きな値になります。

普通音は正弦波が多数の複合音なので、低音ほど音圧が大きいが周波数が少なく、

高音は音圧が低いが周波数が莫大なので合計音圧は結構あります。

 振動板が低音ほど4倍/octで大きく振幅してもすぐに空中に広がるので、

音響インピーダンス虚部と実部で構成される6dB/octフィルターで、

振幅は6dB/octで低音ほど大きくなる普通の音に変化する。


 70dBの低音音圧の7cmSPで箱容量3リットルスピーカーを

家庭用テレビ、ラジオ用で満足すると仮定すると

同じ低音音圧特性は20dB=10倍なのでホームシアターなどで

大きな音で楽しむには10倍のユニットと箱が要るはずです。

音圧90dB出すには16cmユニットで30リットルの箱が要る。

映画館、コンサートでは音圧110dBは46cmユニットで300リットル

の箱が要ると思う。

小さい音圧で良い時は小さなユニットと箱で良いのです。

参考:38cm 140リットル空洞(バスレフ)形はSPL99dBで

7cm2.5リットル密閉形より箱容積が56倍で能率が約600倍です。

0.1W入れてもびっくりする位の大音量ですが低音が出ないのでつまらない音であり、

家庭用では高音圧が必要ないので大きすぎて不経済です。

空洞形で重低音が出ないこと,ユニットのQtsが0.326と非常に小さい,

箱容積がVas162リットルの約2倍の260リットル必要なのに小さいからです。

市販品の主流は空洞(バスレフ)形ですが空中に球面波で音波を出すには

空気を増減させねばならないがダクトから空気が漏れて重低音が出ません。

タイヤがパンクするイメージで分かると思います。

せっかくの空気増減の損失になり重低音が出なくて

臨場感の薄いポンポンといった軽い音になります。

又、ダクトの空気質量が小さく振動が少ないのを耳が感じて軽い低音に感じるようだ。

数十年追い続けた重低音再生には密閉形が理論的にも最高との結論に達しました。

密閉形が高級品に多く採用されるのが理解できます。

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  イヤホン端子で直接スピーカーを鳴らす

スピーカーはアンプで0.1W程度で鳴らすのが普通で、

イヤホン端子からでも歪ませないで使う限り、鳴らすことができます。

イヤホン(ヘッドホン)端子から直接では非常に小さな音しか出ないのが普通だったが、

イヤホン端子の出力インピーダンスが0から500Ω位、0.1w位の出力のが増えている。

まるで小出力アンプみたいに周波数特性もLINE-OUTのようにフラットのものが多い。

(テレビTH-L32C5では100Hz以下が低下している。)

携帯ラジオのイヤホン端子は昔からインピーダンスが0Ωで0.1w位で普通に鳴ります。


 市販アクティブPCスピーカーには内蔵アンプを通さず直接接続に切替できるものもある。

イヤホン出力端子のインピーダンスが約16Ω位以下なら普通にスピーカーを鳴らせる。

70FB02BC(7cm)スピーカーの振動板2gに重りをつけてさらに4g重くした改造品の

2.5リットル密閉形までは実用上十分な音圧が得られている。

出力インピーダンスが大きいと低音が少し大きくなるが不自然さは感じない。

メーカーのイヤホン出力仕様が不明だが、出力が小さいし保護回路が働くので

何をつないでも良いけど音が小さいと世間では認識しているように思う。

イヤホン出力は高インピーダンスが多いが小出力のアンプと思える。

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音の伝播

音の伝播には3種類あり、一つ目のイヤホンは弾性制御で耳に届ける

一番HiFiな伝播装置ですが、次の空中に伝播する音2種類が自然であり好まれる。

空中の伝わる音は2種類でスピーカーや楽器で作る慣性制御の球面波が多いが、

遠くから来る騒音などは抵抗制御の平面波に変化して伝播してくる。

音波のことを勉強するのに

(基本が分かり易い:スピーカー&エンクロージャー百科2004誠文堂新光社)

(詳しいが本質が無い音入門2007海文堂)と

(機械音響工学2010森北出版)と(電気音響振動学2006コロナ社)と

(具体的で分かり易い:騒音・振動環境入門2010オーム社)を参考にしました。

これらの本でも音波の基本を具体的に書いていないし、

周波数の振幅で説明する記事が学校でも無いので殆ど人は知りません。



普通聴いている平面波の、集音マイクの種類

ダイナミック型は磁界の中でコイルを早く動かすと起電力が大きくなるので、

指向性(速度型)マイクでフラットに感じるには振動板振幅を低音ほど大きくする。

無指向性(圧力型)では振幅(速度)も圧力もフラットなので低音振幅をさらに振幅を大きくする。

コンデンサー型は振幅変位で感じるので、

指向性(速度型)マイクでフラットに感じるには振動板振幅を低音ほど大きくする。

無指向性(圧力型)では振幅(速度)も圧力もフラットなので振動板振幅はフラット。

振動板の振幅を変えるには低音共振周波数とQ値で変える。

音源近くは球面波で低音ほど振幅が大きいものが多いが、

高音は前に行くが低音は周囲に逃げて低音圧力が大きくならない。

それで音源近くでは低音が大振幅でも圧力は異なる音場になります。

単一指向性(速度)形マイクでは低音が盛り上がる近接効果になる、

ブログ近接効果参照下さい。http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/04/post-a81f.html

無指向性(圧力形)マイクでは音圧を感知するので近接効果が無い。

フラットな平面波は低音ほど振幅が6dB/octで大きいが速度はフラット。

無指向性マイク内は空間の弾性のために、圧力で振動板がフラット振幅。

指向性マイクも振幅速度を感じて振幅がフラットになるが、

音源近くが球面波で速度が大きいが圧力は小さいのを感じるので、

指向性マイクだけに低音ほど大きくなる近接効果が出る。

この近接効果は分かりやすい説明がされていないようです。

音源から距離が波長と同程度以下になるような近距離では、

低音で感度が増大する球面波効果とか近接効果と呼ばれるとあります。

単一指向性速度形マイクでは低音100Hz(波長3.4m)は3.4mに近づけると

感度が増大することになります?正解は波長の逆数に近い所のはず。

式では1/K=波長/2πに比例ですから3.4/6.28≒0.54m=54cm位から近接効果、

100Hzは54cm,1kHzは5.4cmから近接効果が出始める.

5.4cmでは100Hzが√54/5.4≒3.2で10dBほど感度が大きくなる。


スピーカー形式の種類(私の認識です)

SR、PA用は失敗が許されない業務用スピーカーで性能が最高峰ですが、

それを家庭用に小型にHiFi用にしたいと趣味にしている人が多いと思います。

会場などの音では歪が1%ほどあるはずですが感じる人は少ないと思います。

大型業務用をそのまま使って楽しめる環境にある人は幸せです。


★★★SR用(シアター用)SRは音の増強の意味)映画館、劇場、ホールなど

PA用(大衆伝達の意味)はグランド放送などホーン利用など音声帯で狭帯域

高音圧うるさい100dB位を出せる業務用であり、大型で高価(高耐久性、高信頼性、広帯域)


★★HiFi(ホームシアター)用(コンポ、カーステレオなど趣味用)は中音圧大きな音80dB位であり、

家庭用に小型で安価にした普及品(低歪率、広帯域)部屋防音設備が必要。


ホーム用、その他携帯電話、ラジオ、テレビ、おもちゃなどは低音圧会話レベル60dB位で狭帯域、

音の情報が分かれば良いとされる実用品が多い。


スピーカー内部はどうなっているのか?

内部にマイクを入れて測定しました。2014.02.08

正面から出て広がる音と同量の音が箱内部に閉じ込められている。

小人になって箱内で聴くとします。中は容積2.5リットルの狭い部屋です。

Fs以下の低音はイヤホンと同じ原理で振幅に比例した音圧に揺さぶられ、

中音以上は狭い部屋(箱)で音圧が広がらず高い音圧になっています。

中音部は箱内壁による定在波の大きなあばれがあります。

高音では正面と逆位相の音圧が現れていると思います。

スピーカー背面の音を閉じ込めるので小さな部屋で聴くことと同じになり、

音圧はユニットの振動板振幅の値mmに近似するので計算することが出来る。

特に中音部では箱の定在波で周波数特性が凸凹になっていると考えられる。

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音の放射方式

楽器、スピーカーなどの慣性制御方式

スピーカーや、声、楽器では球面波で音が出るので低音ほど振幅を大きくする。

音にならない虚部(コンデンサー)を補正するのに共鳴や共振(慣性制御)を利用します。

虚部のことは、うちわをあおぐと空気抵抗が少なくて空振りになるなどで言われます。

音響インピーダンス(交流抵抗)は球面波の場合には振動板面積が小さいほど

空気を振動させても音にならない虚部(コンデンサー)が高音側にずれます。

高音部は指向性が狭くなり平面波に近似して放射されるので平面スピーカーと同じ。

球面波では音響インピーダンスが低音ほどオクターブ毎-6dB(1/2倍)で

低下するCR低音カット回路と等価です。

RL低音カット回路でも等価に出来ますが、一般的なCR回路が便利です。

実部では平面波と同じで低音ほど振幅を6dB(2倍)/octにするとフラットになり、

虚部では低音ほど12dB(4倍)/octにしないとフラットになりません。

共振共振周波数Fs以上の周波数は12dB(4倍)/octで低音ほど振動板が

大きくなるので波数特性がフラットになりますが、Fs以下は振幅が一定に

なるので12dB(4倍)/octで低音ほど音圧が低下します。

   2014.10.12訂正

Fsまでは振幅が一定なのでユニットに1.2V電池2本の電圧を加えると2.4Vで 

約8Ωで0.35W加えた時に振動板が動く振幅(変位)になるはず。

又9V電池では約5Wの時の変位。DC40Vで約100W。お試しあれ。(^^)

振動板半径で決まる音響インピーダンスが実部に変わる周波数以上では

低音ほど振幅を6dB(2倍)/octにしないと周波数特性がフラットにならない

ので低音ほど12dB(4倍)/octになる慣性制御を利用したスピーカーでは

そのまま振幅させると下図のように低音になるほどオクターブ毎6dB(2倍)になる

ので高音になるほど6dB(2倍)/octで低下する。

しかし、高音になるほど正面では指向性が鋭くなって音圧が上がり、

小口径では周波数特性がほぼフラットになると言われる。

指向性の影響では低音より高音がおよそ10倍(20dB)音圧大になるが、

振動板面積よりも指向性は鋭くならないので限度があるはず。

このことを音響工学に書いてありませんが、大口径でも指向性により、

高音までフラットに出来ると言うのは間違いのはず、

約16cm口径以上で高音が低下する事実で明らかと思います。

振動板の大きさで音響インピーダンスが変化して例えば

10cmスピーカーで振動板半径が4cmなら約1500Hz以上が実部となり、

38cmスピーカーで振動板半径が15cmなら約600Hz以上が実部となる。

振動板半径が大きいほど音響インピーダンスが一定で駆動できるので、

平面波に近似するようになり、正面のエネルギーが高まり低音感が増す。


  音響インピーダンス

感度(SPL)を求めるための音響インピーダンスを計算で、

音響工学には球面波の実部と虚部の計算式があります。

実部Rr={π*(密度)*(音速)*(振動半径)^4*(2πf)^2}/(2*(音速)^2)

a=振動板半径m f=周波数 空気密度=1.2kg/m3  音速=344m   

計算式Rr=SUM(3.14*400*a^4*(2*3.14*f)^2/(2*340^2))

空気をそのまんま動かせる実部(抵抗)です。

虚部Xr={2πf*8*(密度)*(音速)*(振動半径)^3}/(3*音速)

計算式Xr=SUM(2*3.14*f*8*400*a^3/(3*340))

空気を押しても音圧が出にくい虚部は空振りの弾性(コンデンサー)分です。

これは電気回路のCR低音フイルターと同じになることが分かりました。

これは教科書に無い考案と思いますので参考にして下さい。

振動板AとBを記入すると音響インピーダンスのカーブと

CR回路を合致させることができました。

下図のエクセルファイルはこれです→onkyouimpkeisan.xls

仮説ですが、実部は抵抗と考えて良いので固体を伝わる音と言えるかも?

固体なら縦波だけでなく横波で音が伝播すると言う波動説が

考えなくもないが横波が出来ても超超超微小だろう。

音の伝播については、他にも骨伝導が知られていて

水袋とも言える人体に伝わって鼓膜を動かす音だが、

爆風などのように直接空気圧力(粒子)が音速以上で

やって来て楽器近くや衝撃音などのパルス性の音では

身体の皮膚触感が振動音を感じるはずですがほとんど話題になっていない。

音の伝播について、耳鼓膜、体風圧、体骨伝導について研究すべきと思う。


接放射型は慣性制御で直接空中に音を放射する方式。

音源近くでは低音ほど12dB(4倍)/octしないとフラットにならない球面波になる。

但し振動板円周と波長がほぼ等しくなる周波数以上の高音は指向性が狭くて

平面波(低音ほど6dB(2倍)/octしてフラット)に近似で放射されるが

伝声管と違って空中広がる場合は距離に応じて音圧は落ちていく。

高音は振動板正面に集中しますが低音はすぐ後ろに回りこみます。

球面波で作られる音は振動板から2波長分(1000Hzなら340mmx2=68cm)も

離れれば十分な精度で平面波とみなせるとのことです。

10000Hzなら6.8cm,1000Hzなら68cm,100Hzなら

6.8m以上離れると平面波とみなせることになる。

それで振動板近くは低音ほど振幅が大きい。


下図の付加質量(音響工学:放射リアクタンス)は

低音の時だけに振動板と一緒に空気が動く質量とのことです。

バスレフダクト長さ計算にも適応されて実質長さ計算がされる。

実際のかかる空気質量は下記のように小さいです。

kuukifuka.xls上記空気負荷計算ファイルです。


高音ほど振動板近くでは平面波となって広がっていくので

音圧低下が少なくて1m前で測定では低音よりも高音音圧が上昇する

7cmスピーカーで測定すると5cm前測定に比較して、

1m前測定では1000Hz位から

盛り上がり始めて20000Hzで約6dB(2倍)音圧が上昇した。

しかし25cm前ではあまり変化が見られないのはまだ球面波なのだろうか。

振動板面積÷(測定位置1mで2π空間では6.28u)で出来た

音波(空気体積)が広がりエネルギー(音圧)が減少する。

地上に発生するほとんどの音が球面波だが、

遠くの音は音圧が落ちにくい平面波に近似して伝わって来る。

Fs、Fo(低音共振周波数)に向かって4倍(12dB)/octオクターブで振幅が大きくなる

ダイナミック型が音圧をフラットに出来るので重宝されて主流です。

     参考:測定マイク、ピンクノイズ他の検討


ホーン形、伝声管などの抵抗制御方式.

少しずつ大きくなるホーンでは空中に出るとホーン口径と

同等振動板の球面波に成り空中に出るので効率が大きくなる。

全周波数の音圧を増大できる魔法のような機器ではありません。

ホーンの一種のメガホンで声の中音を大きく出来るが高音域は効果が少ない。

ホーンの正確な理論記事がほとんどありません。

ホーンは球面波で広がる中低音を集めて増大する共鳴器みたいです。

盛り上がり部を抑えるのに低Qにして抵抗制御にするので過渡特性は良いが、

フラットに出来なくてHiFi用には無理だがSR、PA用では高音用に、

感度、音圧を大きく出来るので主流になっている。

周波数帯毎にホーンスピーカーを多数設けないとカバーできない。

下図も参照下さい。

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/04/ltspice-5175.html ホーンスピーカー

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/15/ ホーンスピーカー


イヤホンは耳穴の空気圧を増減させる弾性制御方式

音響インピーダンスはスピーカーとは逆に高音CUT回路になる。

耳の鼓膜内部が風船のような弾性であり、コンデンサーと等価です。

耳の構造は圧力形無指向性マイクと同じと思って良い。

Fs以下の振幅がフラットで駆動すると弾性のために、

高音ほど6dB/octで鼓膜の振幅が低下します。

それで高音ほど6dB/octで振幅低下するフラットな音になります。

でもFs以上は12dB(4倍)/octで高音が低下するので

振動板が小さくて、軽くて、Fsが高い方が良いし高感度になる。

低音は耳道とイヤホンの空気漏れがあると低音が低下する。

振動板と鼓膜の空間が小さくて効率が良くて一番HiFiのはず。 

下図のいい加減な測定でも特性が優秀なことがわかります。

HiFiで聴きたいならイヤホンが最適な方法だが体での低音振動は感じにくい。

低音共振周波数Fsが高くても耳道内が小さいので弾性制御で

直接鼓膜が駆動されているように感じる。



ヘッドホンは弱慣性制御+抵抗制御+弾性制御の混合方式と推察します。

耳部を覆う形で空間が小さい密閉形のものは

音圧型、圧力型、振幅型、と呼ばれてイヤホンと同じ弾性制御に近似。

空間が大きいものは慣性制御スピーカーに近似するようで複雑な伝達

をしていると思います。

耳部を覆うのが少ないものは速度形、オープン形と呼ばれて

スピーカーと同じ慣性制御に近似。

スピーカーより良いがイヤホンより劣り、凸凹が大きくて音圧が低い。

凸凹が多い高音部はスピーカー同様の振動板の分割振動と思う。

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/4/ イヤホンの等価回路

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/12/ ヘッドホン等価回路

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スピーカーケーブル、インピーダンス 

電源コードと同じで細いと損失が増えるのでSR、PAでは注意する。

 良く使われる1.25sq3mにして使うと0.0147Ωx3mx2=0.0882Ωと抵抗が小さく、

3mでは6/(6+0.0882)=0.986で音量低下は小さいがダンピングファクターは6/0.0882=68となり、

アンプのダンピングファクターが良くてもケーブルの抵抗分で悪くなる。

 20mにして使うと0.0147Ωx20mx2=0.588Ωになり6/(0.588+6)=0.91(1dB)低下して

これによるダンピングファクターDFは6/0.588=10.2となる。

100mにして使うと0.0147Ωx100mx2=2.94Ωと抵抗が大きくなり、

電力損失が27%でDFが8/2.94≒2.7と悪くなる。

 振動板からフレキシブルワイヤー(錦糸線)→端子→スピーカーケーブル→アンプ端子→

AMP素子に行って戻ってくる間の抵抗分、分布容量が音質に悪影響すると言いますが、

実証されていないし、高級ケーブルより針金の方が音が良いなどの変な記事がある。

昔風にネジやプッシュ式がスピーカー端子に使われることがあるが、

2極では面倒なのでRCA、ホーン、スピコンなどのソケット式が多い。

 プロはキャノンXLR,スピコンなどで接続する。


スピーカーのインピーダンス(交流での抵抗Ω)

インピーダンスは電球などに40W型など種類があるのと同じことで

ボイスコイルの抵抗値に近い2、4、6、8Ωなど表示が統一されている。

ボイスコイルの直流抵抗分で電流制限して適性にしている。

周波数で抵抗が変化するのでインピーダンスと言う。

普通は下図のように交流で鳴らすと振動板振幅で発電された

逆起電力の影響で低音共振周波数Fsで直流抵抗より大きくなる。

振動板は、Fsまで振幅(変位)がフラットでFs以上は-12dB(1/4)で

振幅(変位)が小さくなり、ボイスコイルにL分があればさらに低下する。

実際の値は公表値の80%以内と思って良いようだ。

他に凸凹があれば箱の定在波や振動板の分割振動です。

真空管時代の昔は16Ωだったが今は8Ωが主流。

アンプのパワーが大きく取れるホームシアター用6Ωもある

カーオーディオ用は12V電源で大出力に出来るが主流

OPTトランスで変換したり用途に合わせてアンプの都合で選ばれる。

カーオーディオデッキで50Wx4表示が多いが完璧に歪んだ時の表示です。

極端な表示であり、許容出力(歪み10%)表示では普通25Wx4程度です

なお最大歪の音がどうなるか?下リンクで図と音を参考にして下さい。

歪検討:http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2014/10/post-295b.html

インピーダンス大小は特性に大きな影響は無い。

(参考:並列、直列多数接続例)

スピーカーコードが数Ω以上だとスピーカーは定電流特性に近くなりますが、

少し(3dBほど)ドンシャリになるだけで影響は少ない。

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スピーカー定格とアンプ出力の関係

パワーアンプ(電力増幅器)は信号を大きくしてスピーカーなどを鳴らす発電所みたいなものです。

出せる最大電圧があり、低いインピーダンスに電流を流すと能力を超えるので、

過大電流が流れて壊れないように4〜16Ωまでなど仕様が規定してあります。

これは家庭の配電盤ブレーカーで過大電流が流れると電気を切断するのと同じことです。

アンプ出力がスピーカー定格よりも大きいほうが良い?と一部で言われますが。

アンプが歪むと高音成分が過大となりツイーターが壊れやすい?

と言われているようです。(ツイーターに保護回路があるものは関係ない。)

ツイーター定格以下のアンプを使ったり、過大な入力をしなければ良い。

アンプ定格出力が8Wで8Ωの例なら、出力電圧が8Vで1Aまで流せる。

スピーカーインピーダンス4Ωをつなぐと、出力電圧が4Vで1A越えるので

4Wで歪む16Ωスピーカーでも4Wで歪むことになる。

もちろん1Wのアンプで1W以上出せばアンプの保護回路が働くだろうし、

1Wのスピーカーに1W以上加えれば保護回路が無いスピーカーは壊れる。

注意して使う条件なら1Wアンプで400Wのスピーカーを鳴らしたり、逆でも良い。

スピーカーのインピーダンスは定格内で使わないとメーカー保障が得られないが、

歪ませないで使う限りは問題無い。電気機器一般と同じ。

スピーカーの定格入力電力までは歪まないのでアンプは同等の出力か以下であれば

メーカー保証が得られるし理想の組み合わせで、他は自己責任の覚悟が要る。

スピーカーを複数使う時に並列にするのは仕様が違うスピーカーでも

個々にかかる電圧が変わらないので問題無いがインピーダンスが半分になる。

同じ仕様のスピーカーなら直列にしても個々にかかる電圧は半分で同じなので

問題無いがインピーダンスは2倍になる。

違う仕様のスピーカーをつなぐと個々にかかる電圧が変化するので避けるほうが良い。

ユニット複数使いは音が干渉して特性が悪くなるのでHiFiになりません。

音圧が要る時、指向性を求める等に仕方なく採用される悪い方法です。

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スピーカー等価回路

機械的な動きを電気回路にみなして研究するスピーカー等価回路があります。

従来は力=電圧法が使われていて力(電圧)を加えると振動板質量(Mms)と

支持弾性(Vas)で低音共振しFs(Fo)になり、ダンパーや

エッジの機械抵抗分Rmにより機械Qmになる。

それにプラスして逆起電力によるQeが加わってQtsになる。

Qtsは1.0〜0.3位が主流であり、Fs以上の高音が12dB(4倍)/octで振幅し、

Fs以下低音がフラットで振幅する特性が得られます。

これがユニットの姿だが密閉箱に入れることでVasを硬くする方向に働くので

Fsが高くなり小さい箱では低音が出にくくなる。


 力=電圧法では低音共振で電流(振幅)が大になり電圧が低くなります。

電流(振幅)では電気回路で表しにくいので共振部の

電流を電圧に変換するのに力=電流法が使われます

電流を電圧に変換するのにMmsをコンデンサーに、Vasをインダクタンスに置き換えて

抵抗を逆数(1/R)に置き換える必要があり、これが分かりにくい原因です。

そして具体的なスピーカー等価回路が少なくて

感度(SPL)を表せるものは探すことが出来ませんでした。

力(F)=電流(I)法では振動部のみを変換しますが他は普通の電気回路です。

等価回路を載せますので利用改良して頂きますようお願いします。

参考:空洞(バスレフ、位相反転)形スピーカー

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/15/ ホーンスピーカー

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/04/ltspice-5175.htmlホーンツイーター

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/12/ ヘッドホン

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/4/ イヤホンの等価回路

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定格許容入力

RMS(実効値)表示は連続して鳴らせる定格許容電力(W)であり、家電品と同じ。

アイロンやトースターなど電熱器具と同じように殆どが熱になるので1000Wも

入れたらボイスコイルが焼損するのが容易に想像できると思います。

家庭用では騒音苦情になるので実用上はあまり1W以上の入力がされません。

15畳(44dB防音)ホームシアターでは最大SPL90dB(騒音計Aカーブ)位で聴いていますが、

中央スピーカーの電圧をテスターで測ると静かな台詞部で60dB位で1V位で1x1/6Ωで0.17W

最大音圧90dBで12V位で12x12/6Ωで24W位で聴いていることになります。

普通の木造なら防音が20dBほどなので音漏れで最大で70dBで1W位までしか入力できない

映画館では最大100dB弱位ですので-10dB(音圧1/3電力約1/10)で聴いているのですが、

防音室でもこれより音量を上げると音漏れで近所迷惑になるのです。

防音がゆるい部屋では最大でも1W80dB位で聴いていると思います。

TV,ラジオ、CD等では強弱レベル差を抑えて小さくしているので一定音量で60dB位で聴くのですが、

DVDや映画では台詞が60dB位で最大音量が90dB位になるので、音圧で30dB(約30倍)で電力で1000倍入力

するので台詞60dBの時に0.01W入力していたら、最大音量時90dBでは1000倍の10W入力していることになる。


規格は統一されてなくてJISや国際規格IECなどあるらしい。JEITA規格を参考にすると

定格許容入力電力(RMS)は100時間加えて1日放置後異常ないこと。

とあるので連続入力の普通の電気機器と同じような仕様と思うが歪の規定は無い

一番正確な表示説明書などに表示義務があり高級品には必ず表示があるはず。

低音以外は歪が3%以下で連続入力できる電力と思って良いようです。

アンプの定格出力以上にしないと壊れるので保証されない。


最大入力電力(musicミユージックやprogramプログラム)は

歪むのでとても使えない表示であり、HiFiには無関係な表示。

定格許容入力の2倍表示なので無視するのが良い。

1分加えて2分空けるを60回繰り返して異常なきことだが

定格入力電力より2倍長い休止時間なので?2倍に表示するようだ.

平均入力が定格入力と同じくらいの電力になっていると思うのは邪推だろうか?

最大音量時に定格許容入力電力を時々超えて歪むが壊れないだけの表示。.

連続して平均入力が定格を越えると壊れるだろう。

アクシデントで巨大入力された時にメーカー責任を回避する数値だろう。


瞬時最大入力電力(peakピーク)

能力誇示するだけであって実用性が全くない表示です。

完全に無視するのが良い表示です。

1秒加えて1分空けるを60回繰り返して異常なきこと。

なので定格入力電力よりも4〜10倍位大きい表示になり、能力を誇示するだけの特にカー用

PA用などの安物だけに見かける


それで20W最大入力(MAX、プログラム、MUSIC)で、

40〜100W瞬時最大入力(PEAK、瞬間)の表示の物は

定格(rms,連続)は約10Wだから連続で10W以上連続入力すると焼損するだろう。

 測定信号は音楽に似て高音ほど低下しているピンクノイズをフィルターに通して入力する。

リッピング回路で波高値3〜4のものを圧縮してCFを2(6dB)にした特殊なピンクノイズにしている。

フィルターにはおよそ60〜2.5KHzまでのSN-1と60〜5kHzまでのSN-2があり。

最近は高音が大きい音が多くなっているのでSN-2が多く使われているとの記事があった。

(周波数範囲外の音圧はほぼ-6dB(1/2)/octで低下)測定信号種類を明記する。

と書いてあったがメーカーに都合の良い独自仕様で表示するのでは?

測定ピンクノイズ周波数特性はこの動画を参照下さい。

測定にはオクターブバンドエネルギーが等しいピンクノイズ(高音ほど低下)で測定するが、

ランダムに全周波数音が発生し、高音ほど周波数は多いが音圧低下する音楽に近いのだろう。

JEITAなどの規格名が併記されてPEAK、瞬間などの表示があれば信用できると思う。

定格許容入力電力が大きいほど高い音圧を出せて家庭用は10w位、業務用では400w以上も多い。

1mSPL80dBのスピーカーに10w加えると音圧90dBが得られる。

100w加えると音圧100dBになり、1000w加えると音圧110dBが得られる。

低音で振幅が増えて音が歪むので定格許容入力電力までしか入力できない。

2016.5.30 アンプは歪10%定格出力の実効値RMSで実用最大出力と表示されている。

上図は1Wアンプで正弦波では1Wが出せて、最大歪では2W出ることの表示です。

所が、音楽は波高値4の-12dB位が多いのでピークが歪まない定格出力の時には、

出力実効値RMSはおよそ1/8Wで、これ以上音量を上げると歪みます。

それで、アンプの消費電力表示は実用的平均の定格出力の1/8時表示が多くて、

普通のアンプは定格出力の連続出力が出来ずに数分で保護回路が働く。

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定格感度レベル(出力音圧レベル)SPL      

感度測定は1mで測定しSPLdBで表示される。出た音波(球面波)は

1m位置で球面の表面積(4πr^2=4*3.14*1^2=12.56u)に広がることになる。

低音はすぐに背面に回りこむが中音は半分回り込み、高音は回りこみがない。

無響室測定はこのような空中に置いた4π空間測定になる。

スピーカーシミュレーションは半球表面積(2πr^2=6.28u)に広がる計算が主流。

スピーカーに1Wの入力を入れて、正面軸上1mの点における音圧を

定格感度レベル(SPL)と定義してスピーカーの特性表示をする。 

音の放射が半球状{無限大バッフル(壁)にスピーカーを取り付け}と仮定すると、

音圧レベル92dB(0dB=20μPa)で電気→音響変換効率1%、

即ちスピーカーの能率は1%となりますがホーン型スピーカーのように

音を絞って指向性の狭いものではこの換算は成立しませんとの事。

1uに120dBの音があると1Wの音だから、半球に広がる分8dBを

加味してSPL112dBの音が出るなら効率100%となる。

JEITA規格では定格周波数内で1オクターブ以上の平均を取り算出し、

1m以外で測定した場合は1mでの値に換算する規定がある。

50cmでは6dB(2倍)大きくなり、3cmでは30dB(33倍=電力1000倍)大きくなる。

それが、耳近くで聴くヘッドホンは入力電力は小さくても良い理由。

SPL値は分かっているスピーカーと比較するか騒音計のCカーブでも測定できる。

同じ音圧の騒音の場合は周波数も位相もランダムなので合計すると

エネルギーが2倍となり3dB増加(1.4倍)するとされる。

しかしステレオのスピーカーの場合は特に低音は

同じ位相で同じ周波数を出すのが普通であり音圧が6dB増加(2倍)する。


コーンスピーカーでは102dB(10%)位が最高で、82dB(0.1%)位も多い。

82dBは能率0.1%で、1W入れると0.001W=1mWの音が出ることになる。

116dB(250%)のホーンスピーカーがカタログに載っていました。

測定マイクの場所にだけ2.5W相当(入力の2.5倍)の音圧があると理解出来ます。

82dBのスピーカーを使った場合に1W入れると1mのところに82dBで

大声による独唱、騒々しい工場の中位の大きな音で長時間聴けません。t

一般にテレビを見るときは60dB会話レベル位が普通で

これに必要なアンプはアンプは約0.01W位で良くて、

相当大きな82dBでも1Wで聴いていることになります。


PA(拡声)や楽器演奏は普通110dB(ピーク)(電車が通るガード下の騒音レベル)

以上でやりますから90dBのスピーカーでは100W以上要ります。

スピーカー感度が97dB(PA用、楽器に多い)でしたら、20W以上必要です。

現在生音で聴けるのはオーケストラ、吹奏楽、コーラス、和太鼓ぐらいです。

屋外では小さい音ですが、ホールでは残響で大きく汚い音になります。

舞台ではマイクで拾ってSRスピーカーから出る音が主流です。

しかも音を加工(圧縮、残響、イコライザー)することがあります。

照明器具(白熱ランプ効率8%位)やスピーカー(101dB=8%)は

100W入れても92Wが熱などで消え、8W位の光や音しか出てこない。

蛍光灯は効率20%位で、LEDでもまだ効率が悪くて、電熱器と言っても良い。

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音質の違い、吸音材

目は生れてから感じますが、音は生れる前から感じる超鋭敏な機能です。

音も光も100万倍位感じるとされて、見る方が4倍位認識度が高い。

光は赤から青まで3倍で、音は20Hzから20kHzまで千聴こえる

音質の比較にはデーター(周波数特性図、高調波歪特性図、

WAVE波形データー、過渡特性図など)が必要。

客観的な診断結果がないと何が悪いのかが分かりません。

騒音の中で聴きたい声を聴けるカクテルパーティー効果があり、

又、強い音を聴いていると慣れて直後に弱い音を聴くには数分しないと

非常に小さく感じる(逆もある)ALC自動感度調整機能もある。

音源が多数でも最初に来た音だけを感じる脳機能もある。

目も耳も動画トリックなどに目がだまされるのと性能がある。

耳が左右にあるので先に音が来た方向を感知するが、

耳たぶのおかげで前から来た音が高音で大きくなるので前からと感じるらしい。

周波数特性、高調波歪み特性などが完璧に良いものは無いが、

性能が良いものは音質が良い。


吸音材

密閉型や空洞型では箱内部の吸音目的で吸音材を使うこともあります。

大型箱では効果が少しありますが、小型箱では効果が期待出来ない。

吸音材をこすれさせて熱に換えることで吸音作用があるとされる。

特に低音は厚くしても数十%しか吸音効果がなく無響室では

1m厚みのくさび状吸音材が使われるほどです。超高音では効果があり、音が沈静化傾向。

振動板に影響しないで吸音するのは困難であり、入れすぎると

振動板の追加質量になるので低音共振は下がるが実質箱容積が小さくなる。

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周波数特性

スピーカーのモデルは普通は2空間(無限大壁バッフル)で計算されるので

振動板面積が半球での面積6.28uに広がる計算とされていると思います。

それで2π空間モデル計算では無響室4π空間に比べて約200Hz以下の

低音が2倍(6dB)盛り上がる。(壁付けは2π空間だが部屋の定在波が大きい)

また、100Hz以下の低音はスムーズに低下するはずがメーカーの周波数測定図で

凸凹しているのは無響室の低音吸音が非常に難しくて不完全だからです。

途中での凸凹は±3dB以内なら超高級品ですが、±6dBでも感じにくい。

幅の狭いものでは10dB以上あっても分からないと思います。

でも全体での低音不足や高音不足は±10dB以上で分かるはず。

又正面でも数cm違いで特性が変化するし、部屋の影響で変化するので

聴取位置で測定しない事にはどんな音で聴いているのかが分からない。


メーカーは周波数特性図を発表しませんが、さすがは業務用音響機器メーカーJBLです。

HPで発表しています。技術力の優秀さが下の特性図を見るだけで分かります。

JBL HPより抜粋  

箱内容積が15リットル位で空洞共鳴効果はこの程度だ。

トップクラス特性と思いますが、46Hzが-10dBでは重低音は出ません。


20kHz以上の超音波は聴取限界120dBより大きい140dB程度の

超超巨大高音圧があると音でなく脳に突き刺さる感じがするらしいのです。

普通の80dB程度の音圧では科学的に感じないはずですが、

感じるとは証明されていないのに20kHz以上の超音波が出せる機器があります。

人は20kHz以上が聴こえないので凸凹の波形で聴いて判断しているのですが、

最近はハイレゾと言って音として聴こえない超音波40kHzまで出して

波形がきれいになると説明していますがそのようなきれいな波形は聴こえません。

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/07/2khzwave-df27.html参考

ソフトやハードをメーカーが売り出していますが、高音は音圧が低下しており、

ソフトの作り方の違いだけでも音が変わるらしくて音の違いが分からない人が多い。

20Hz以下の低周波は振動として周囲の建具などが共振するのを感じるようです。

低音は臨場感に大きな影響があり、大音量では皮膚感覚や骨伝導が大きくなる。

舞台上の演奏者はドラムなどの振動を床から感じますが、

客席の床は固いので振動の骨伝導については考慮不要と思うので

鼓膜に届く音と、音圧で体を震わせる大音量音圧の2通りが大事と思う。

体を震わすにはサブウーハーで、鼓膜にはイヤホンでも良いのでは?


映画館ではサブウーハーで30Hz位sine 30Hz.mp3の重低音が出て、

ホールなどは普通サブウーハーが無いので50Hz位sine 50Hz.mp3までしか

出ていないと思います。

ホールの再現目的のHiFiでは50Hzまでは低音をフラットに出せるスピーカーが必要です。

40〜20000Hz(-10dB)仕様のスピーカーなら80〜10000Hzが

フラットに聴こえて満足できる音が出ると思う。

考:音階、バスドラム、ベース周波数

ホームシアターでは30Hz位まではフラットが必要のはず。

仕様書で50-20000Hzと書いてあれば50Hzと20000Hzは

音圧が-10dB=1/3 に、エネルギーは1/10に低下していると言うことです。

50Hzと20000Hzを10dB(音圧3倍、電力は10倍)ブーストしない平均にならない。

要するに平均1Wにするには低音と高音は10W要る。

高級品では-3dB(音圧0.7、電力0.5)などと表示されて

低下が少ないので2Wブーストすれば良い。

HiFiで必要な50Hzまでフラット表示のスピーカーがあるでしょうか?

置き方などで中低音がブーミーになるから出ないようにしていると弁明?

JBLのSR用スピーカーでは舞台に置く2π空間表示のようです。

PA、SR用は低音が良く出る舞台置き仕様が多いのでしょうか?

スタンドなどで空中に置くと低音が約6dB(1/2)低くなる。

JBL HPより抜粋

普通は壁や床の影響を避けた4π空間の空中に置くので低音増強効果がありません。

低音カットは簡単に出来るので逆に重低音が盛り上がるスピーカーのほうが良いのですが、

それが出来ないのは重低音再生が非常に難しいからです。

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スピーカーユニットの低音共振周波数(Fs,Fo)。

低音を出すには低音共振周波数Fsが低いことが一番大事で

高音特性が悪くならずにFsが低いものほど高級品です。

中音、高音は慣性制御で普通はスムーズに問題なく振動する。

単に振動板を重くするのは簡単ですが中〜高音特性が悪化しますので

コーン紙の内部損失利用などでの対策しますが難しいようです。

理論上もボイスコイ部だけを重くするのが良い。

50Hzをフラットに出すには空洞型でも70Hz以下か巨大箱、

30Hzを密閉型でフラットに再生したいなら20Hz以下のものが必要です。

それ以上ならサブウーハー設置を条件にしないと貧弱な低音に泣かされるのです。

アンプでバスブーストするにも20dB(10倍)くらいが限度のようです。

市販品では40Hz以下重低音を出せるものは僅少であり、

中低音80Hz以上をわざと大きく出すのが精一杯でバスブーストしてカバーしている。

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ラウドネス曲線(等価音圧特性)(1kHzと同じ音圧に感じる曲線)

年齢で高音が聴こえにくくなる曲線を追加して考えました。

この等ラウドネス曲線を逆にすると、20〜16kHzまでフラット音圧を

人がどのように感じるかが分かります。

聴力テストや、騒音計のA特性は60dB位の似た特性で計測します。

2〜5kHzの感度が上昇するのは耳介と耳道の影響です。

100dB音楽中でフラット音圧が鳴っている時には20〜16kHzが聴けるが、

60dBの通常音量時には63Hz以下が聴こえないし、

60歳以上は6300Hz以上も聴こえないはず。

上記エクセルファイルLoudness2016.xls

http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/07/1khz80db-b45c.html参考

 参考sp 低音

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スピーカーの測定

スピーカー作りでは聴感だけでなく測定が重要です。

ノートパソコンを使って千円くらいのマイクとフリーソフトで測定できます。

是非測定して、大勢の人に見せて欲しいと思います。

音質を客観的に証明できる武器になります。

スピーカー前5〜25cm位で精度の良い測定ができます。

それ以上では凸凹の多いカーブになりますが、部屋の定在波と残響によるものです。

このような酷い音を聴いて音の良し悪しを批評する人は神業かな?

測定するのがじゃまくさい人は20〜20000Hz仕様のイヤホンや

ヘッドホンと比較すれば誰でも分かります。

良いスピーカーも周波数特性を計ると酷い特性だったりします。

逆に周波数特性が良いと聴感上も良い物が多いのです。

周波数特性図は感度SPLや周波数仕様を出すのに必要ですが、

性能が明らかに分かるので発表しないメーカーが多いのです。

特性図を表示しているメーカーのものだけは購入する価値があります。

フリーソフトWS(ウエーブスペクトラ)で鳴っている音の周波数が

簡単に測定できる方法があります。→参考⇒測定マイクの検討

音質に影響が大きい周波数特性を確認すべきです。

テレビの内蔵スピーカーを測定しました。

多数の人は下図のような音で満足しているようです。

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歪率 (高調波歪特性)

HiFiの重要事項が低歪みでしたが今はほとんど話題になっていません。

コストダウンに追われるメーカーが重要視しない?

あまりメーカーが発表しませんが、測定するとコーンスピーカーで

中音は1%位(HiFi用では0.1%位のもある)ですが低音では10%以上あります。

ラジオ用5cm位のは5%位、ホーンスピーカーはHiFi用でも1%以上あるみたいです。

拡声用の5Wアルミホーンの安物は10%近く在りました。

アンプの定格が10%なのは誰でも歪が分かるので許容出力電力

と決められたようですが、3%以下の歪みが分かる人はいないとか。

実はUSB電源アンプでUSBハブを使ったためにコードからノイズで、

ほぼ全域3%位歪があった時は、すっきりしない音?と思ったけど、

普通に聴こえていました。

低音は鈍感なので100%ほどの歪みでも音楽では感じません。

SR用スピーカーは業務用であり、万人に不快な歪みを絶対に出せないので

中音以上では3%以下に抑えるようにしているみたいです。

歪んでいても耳は選別して聴くので問題無いだろう。

JBLなどの高級SR用スピーカーは高調波歪特性図を出しているものがある。

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ダンピングファクター

(スピーカーのインピーダンスΩ)÷(アンプのインピーダンスΩ)

=ダンピングファクター

低音共振周波数では共振が大きいので過渡特性(すぐ動く、止まる)が悪くなるが

Qは普通1.0以下に設計されて支障ないのですが、性能誇示です。

低音共振周波数以外の周波数はQが低いので関係ない数値です。

スピーカーに直列に8Ω抵抗を入れると、定電流特性に近づくので低音と高音で

高インピーダンス部の音圧上昇で分からない位3dBほどのドンシャリに成ります。

簡単ですから是非実験して下さい。

ボーズ社の802はなんと4Aヒューズが入っています。

101MMにも直列にコイルや電球が入っているそうです。

過大入力時に電球が発熱し抵抗が大きくなる事で音を小さくする。

それでダンピングファクターが悪くなっているのが分かりますか?。

0.4Ωあるとしたら8Ωスピーカーならこれだけで20に成ります。

真空管AMPは一桁のダンピングファクターもあり、

それで歯切れが悪いと言う人がいますか?

スピーカーコードは抵抗が在っても音質に問題ないはずです。

損失が大きい(抵抗が大きい)長いスピーカーケーブルを使うこともあります。

又、ツイーターなどレベル調整用や店舗、事務所など業務用スピーカーの

調整などに抵抗式が使われてダンピングファクターが悪化しています。

定電流駆動でもちゃんと動作しますし耳には感じにくいのです。

定電圧駆動では信号が終わったあとで振動板が止まる動作の時に発生する電圧が、

アンプの方に逃げるので早く止まるので過渡特性ダンピングが良いし、

定電流駆動ではアンプの方に逃げないので悪くなるといわれます。

でも、音楽では瞬時に音が止まる音は皆無であり、

過渡特性が悪いと残響の一種と言えるはず。

過渡特性は慣性制御のスピーカーだけに生じるもので、

イヤホン、ヘッドホン、ホーンスピーカーにはほとんどありません。

逆にホールや風呂場などで残響の過大な中で聴く音楽の方が良い音に聴こえます。

過渡特性ダンピングファクターの悪いほうが良い音に聴こえる?

10F1 100imp.hikaku.gif

以上の実験結果で高調波歪の変化もありませんでした。

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振動板(コーン紙)の分割振動

高音になると分割振動して歪むからツイーターや、

スコーカーに分けて改善すると言うのが主流です。

振動板はボイスコイルの振動を全体に伝えて同じ振幅をすれば良いのですが、

周波数が高いと中央と、周囲が逆の運動をしたりするのを分割振動といいます。

又、たたくキンキンといやな音がでるので異音が出にくい紙のコーンを使います。

紙の繊維同士がこすれあい、機械抵抗(内部損失)になるので異音が小さくなる。

ドーム形振動板にすれば分割振動しにくいはずだが?

太鼓の皮のような多彩な振動の吸収に紙の振動板が適しているらしい。

ところが歪率を計っても分割振動を見分けるのは出来ないでしょう。

なぜなら普通のスピーカーは分割振動していても歪率1%位になっています。

高音ほど分割振動しにくい振動板中央から発音して広がっていくならば、

スピーカー正面で聴く人には振動板周辺の分割振動音は聴こえない?

聴取位置での分割振動理論が知りたいです。

特別にHiFiを目指したい人は別として、フルレンジスピーカーで十分であり、

高音が足りなければコンデンサーとツイーターを追加すればOKです。

(有名なモニタースピーカー2S-305は30cmウーハー+5cmコーンツイーター)

ちなみに38cmPA用スピーカーPEAVEY SP15825を測定すると

4KHzまで1%以下の歪率であり、分割振動は感じません。。

ボイスコイルが63mm径だからだけでも無いようです。

SES-F101でも500Hzから分割振動しているように見えますが全域1%程度です。


音楽でも女声基音(男声はオクターブ低い)はド、レ、ミ、ファ、ソ、

ラ、シ、ド、レ、ミ、ファのファの音704Hz位までです。

それ以上は倍音領域のため分割振動していても歪みが分かりにくいと思います。

高音は倍音成分が多いので周波数特性に凸凹があっても分かりにくい。

それでスピーカーの比較が難しいと思います。

ステレオではLRから出た音が干渉します。

1KHzの波長は340m/1000=0.34m=34cmでありその半分17cmの所は

位相が反対(180度)になっています。

真ん中から外れて聴く場合は高音特性が干渉で凸凹になる。

それでモノラルでスピーカー1本で聴くほうがHiFiで正しいと言える。

モノラル音はテレビなどで生活の主流であり、すっきりした音が楽しめます。

音楽はステレオで残響音が多く、音声はモノラルが主流であり、店内放送や

PAなど業務用でもモノラルが主流です。

但しホールのように中央天井に配置できない舞台では

左右に2本置いて客席音圧を均等にしたい苦肉の策です。

スピーカーが2個以上の物は干渉で高音特性が悪くなる。

スコーカー、ツイーターなども音圧、指向性目的で

高級品でも複数個使うことがあるが歪みには悪い方法。

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スピーカー(フルレンジ、ウーハー)の口径大きさ

家庭用で1w位で聴くには重低音を出しても

10cmスピーカーで底突きせず十分です。

瞬間的に10W位入れても大丈夫でした。

大きな口径のスピーカーは高い音圧が出せますが、大型で重くなりますし

防音設備の無い部屋では近所迷惑になるので能力が発揮出来ません。

7cmスピーカーでも音圧は60dBほどで低いのですが

重低音を感じるように設計出来ます。

普段聴く音量で振動板がどれほど振れているでしょうか?

PA、SR、楽器用には30cm以上必要で特に38cmが

コスト、感度に優れていて、標準みたいです。

30cmがギター用の標準、25cm以下は練習用には良いが、

演奏会に使うと音圧が出ずにがっかりします。

スピーカー口径が大きくなるとエンクロージャーが大きく重くなり、

家庭用では10cm以下で10リットル以下の小型が多くなっている。

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スピーカーマトリックスサラウンド(昔流行した擬似サラウンド)

サラウンドスピーカーはL、R使うのが高音質で理想的で良いのですが、配線がやっかいです。

L又はRサラウンドスピーカーを1つだけ使う方法も良いものです。

ただし注意して聴くと定位に不満が出ますが簡単で良いと思いました。

それでL、Rスピーカーの中央に置くと中央から残響成分のみが

広がっていくのでホールで聴いているような感じがします。

サラウンドスピーカーからは中央の音が無くなるので中央で

モノラル再生されることが多い歌の声が消えます。

LRのスピーカー結線を外してサラウンドスピーカーだけで

聴くとボーカルキャンセルの音になり、

カラオケテープが作れますが、音楽は残響が多いので

完全に消すことは困難です。

又伴奏のモノラル成分であるバスドラム、ベースも消えて

音が小さくなり薄すっぺらい音になります。

L-R、R-Lの音は位相が0度と180度成分が消去されて、

90°、270°成分が多くなり位相変化が複雑になるので、

定位が定まらずに残響成分が主体となる。

ボーカルキャンセルはステレオ音源のみに有効な方法であり、

モノラル音源では無音です。

他にボーカル帯の周波数特性を変えたり、キャンセル周波数帯を変えるなど

工夫してコンポやパソコンソフトでボーカルキャンセラーとしているようです。

 本方法はホームシアター擬似サラウンドアンプよりも音質が良好です。

長岡鉄男氏のマトリックスピーカーは中央上下にLRスピーカーを置き、

すぐ左右にサラウンドスピーカーを配置してコンパクトにしているが、

LCRを一体にしているのでステレオ感やサラウンド感は少ない。

ぜひ試して下さい。

又、BTLアンプで中央スピーカーを追加した方法http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2015/03/3-bff8.html

や下図普通のアンプで中央スピーカーを追加した方法などを併用すると本格的5Dサラウンドになる。

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スピーカーボックス(エンクロージャー)の色々

コーン型スピーカーは前に出た音が後ろに回り低音が打ち消されます。

片方の音を閉じ込めたり、共鳴させたりして低音を出すようにしています。

壁バッフル形はスピーカー理論の2π空間基本ですが制約が多くて

有限壁の平面バッフル形や箱に入れない振動板形を低音改善した

密閉形空洞形が、小形で安価で圧倒的主流になっています。

他にドローンコーン形2重空洞(ダブルバスレフ)形後面開放形

ホーン形共鳴管形、などの形式が無数あるが、大形になったり、

特性が悪くなったり、高価になったりする欠点があるので

商品化困難ですが趣味の分野では人気がある。  

参考10cm sp box   8cmスピーカーで実験

スピーカーの改造検討

以下☆☆☆☆印は実用性、将来性の独断評価です。


★★★☆HiFi用では超小数  

スピーカー設計の基本形 設計理論は確立している。

大音量では部屋の壁、天井などが振動しないように対策が必要になる。

許せる良い設置場所があれば巨大スピーカーが採用できる長所。

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★★★★★HiFi用では最良だがSPL感度が低い。

ベースアンプや高級品に多い形 設計理論が確立している 

,重低音が出る密閉形は音質が良すぎて人気が無いようです。

箱はユニットVasの2倍容量が設計標準になります。

(ユニットVasが1.25リットルなら箱容積を2.5リットルで設計。)

設計参考:密閉、空洞(バスレフ、位相反転)形スピーカー

ブログリンク 簡単設計

ユニットの低音共振周波数Fsを40Hz以下位に低くして重低音を出すので

感度SPLが低くなり大形で高価になるが、低音圧で良い時には小形になる。

安物はFsが高くて低音が出ないものが多い。

ベースアンプでは振幅を抑えて重低音が出ないようにして中低音以上を重視する。

ベースギターの過大振幅による振幅破損防止だから100Hz以下は出にくい。

構造は無指向性(圧力形)マイクと同じなのでマイクにも使える。

ただしFs付近が盛り上がる。

仮称:ダブル共振密閉形として、ユニットの振動板裏側にクッションと

鉛板重りを付けてFsが二つできるものを作りました。

世界初の考案と思います。

参照下さい。http://sirasaka.blog.bbiq.jp/blog/2014/06/post-6e71.html

水中スピーカーは密閉箱をゴムなど弾性にして水圧に応じてユニット裏側の圧力を

水圧と同じになるように応用している。

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★★★★★HiFi用では圧倒的主流 

中低音が豊かだが重低音が出ない欠点。 共鳴Qはダクト抵抗と

ダクトから感じにくい低音の歪が大きい。

空洞(バスレフ)形vent

低音共振周波数Fsが60Hz以上などのユニットを使って50〜100Hz位の

中低音を空洞箱の容量弾性とダクトの空気質量とで空洞共鳴させて

重低音をあきらめて中低音の豊かさを強調する一般的な形。

空洞共鳴部の抵抗理論が無くて経験で設計されているようだ。

設計参考:空洞(バスレフ、位相反転)形スピーカー

ブログにリンク簡単設計

ダクトはユニットと同じ前面にあるのが理想です。

空気質量は1.2kg/m3なので1リットルでも1.2gであり、軽いのです。

ダクト内空気質量は振動板質量より小さいのが普通であり、

その振動は空洞共鳴音が大きくても耳には軽い低音に感じると思う。

背面、底面などに設けられたものは設置に制約されるし特性が悪い。

箱の共鳴が感じられ、楽器のように思えて音楽には好まれる。

構造は単一指向性(速度形)マイクと同じなのでマイクにも使える。

ただしFs付近が盛り上がる。

参考;10L球空洞型 モルタル製   38cmPA38l140

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★★★☆☆HiFi用では少数 低音効果が小さい

 駆動力の無い振動板を付けたもので若干高価。ドローンコーンの

動きを柔らかくすると内外音圧差で変位する。その対策で硬くするので

共鳴効果効果が減り密閉型と空洞型の中間位の特性になる。

 最近はBoxが非常に小さくて空洞共鳴効果が無いものがある。

ドローンコーンがユニット振動板と同じ方向に振動するので

ユニット振動板が重くなる効果があり後面開放形と同じように

低音の音圧は小さいが全体の振動が机などに伝わって

低音が出ているように錯覚する。


☆☆☆超少数 箱が巨大になる欠点

50Hz位に空洞共鳴を設定し、100Hz位にも空洞共鳴を直列に設けたもの。

重低音をめざすと中低音が低下するので工夫して補う。

@の空洞共振周波数はユニットと逆相で中低音が低下する.

空洞形の1.5倍以上の容量の箱になり大型になる。


☆☆☆超少数 箱が巨大になる欠点

50Hz位に空洞共鳴を設定し、100Hz位にも空洞共鳴を並列に設けたもの。

重低音をめざすと中低音が低下するのを補う。

空洞形の1.5倍以上の容量の箱になり大型になる。

 


下記はLRで作った擬似方式で実証済み

この方式は独自考案ですが効果あるので応用下さい。

参考:LRで2連空洞形にしたもの33L球空洞型 モルタル製


☆☆HiFi用では超少数 音響機器で圧倒的主流 実用品

ギターアンプ、テレビなどで主流の低音が出にくい(箱の穴が小さいと空洞型に近似)。

ギターアンプは低音が不要であり、出す必要が無いので採用される。

HiFi用では箱の定在波対策が必要。

構造は両指向性(速度形)マイクと同じなのでマイクにも使える。

ただしFs付近が盛り上がる。

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☆☆☆ツイーターはPA、SR用で主流。HiFi用では超少数 低音用は超巨大

ホーンは空気とのインピーダンスマッチング(真空管AMPのOPTも同じ働き)をする

ので、効率の良いシステムですが高音が低下して凸形特性になる。

振動板の面積がホーンを通すことで徐々に面積が大きくなるようにするので

特に外に逃げる低音はホーン中では低音の音圧低下が少なく、

出口の面積が振動板の面積と見なせて低音が低下する。

大口径スピーカーのように音響インピーダンスのカットオフ周波数が

低くなるために高音が出にくくなるが全体の音圧は増大する。

低音用は大きすぎるが効率が高くコーンの振幅が少ないので歪が少ない。

しかし、50Hzを再生しようとすれば、3m長さで直径1.8m位のラッパが要るようで、

昔は劇場などでよく使われていたそうですが超巨大になるので

低音共振周波数Fsを高くしたスコーカー、ツイーターは高音圧で

ラッパが小さいので比較的フラット特性にできるので活用される。

特にSR用ではSPLが大きくて指向性が少し鋭くなる利点を利用して主流。

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☆☆☆超少数 長さ2m位で超巨大

ラッパを小さくして低音増強に利用したのがバックロードホーン式です。

空洞(バスレフ)形のダクトを有限ホーンにした形です。

ホーン効果とホーン内空気質量大の空洞(バスレフ)利用効果と思う。

ユニットと有限ホーンの低音が干渉して低音特性の一部が凹む欠点があります。

空洞形よりも極端に大きくなり中低音は出ますが重低音は出ません。

共鳴管スピーカーと同じように大きく倍音共鳴し面白い。

バックロードホーン形用に磁石を強力にしてQが0.3以下低Qを使って

バック空気室を設けて低Qの抵抗制御にするようですが、低音音圧が低くなる。

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☆☆☆HiFi用では超少数 直径1m以上で巨大。

平面バッフルは壁バッフル形を切り取って有限大バッフルに

したものでホーンを完全に180度開いたものとも考えられる。

ホーンや音響管の共鳴からは開放される方式であり、

大き過ぎますが音質が一番自然で良い音が楽しめます。

重低音が出ないし、バッフルが巨大で、振動対策が必要になる。

構造は両指向性(速度形)マイクと同じなのでマイクにも使える。

ただしFs付近が盛り上がる。

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★★★☆☆HiFi用では超超超少数 1m位以上で巨大

スピーカーの初期形でした。遠くで聴くと低音が出にくい。

振動板形(仮名)振動板口径と同等距離以内で聴くと低音が出る。

このような振動板だけの記事も見かけません。

大口径ほど空気を動かす実部が大きいので、振動板直径30cmでも

下図(100,200Hzは部屋定在波で10dB大きい)の特性になる。

2m前で聴くには口径2mスピーカーが要るが、

耳の近く5cm位で聴く場合はスピーカー口径が5cm位に小さく出来るので

ニヤスピーカー(near speaker)と仮称して検討しています。

耳に直接当てない方式なので開放形ヘッドホンにしたり、

背もたれに付けて後ろから聴くのも良い。

7cmSPで25cmm前以内距離では実用出来そう。

フルオープンエア形ヘッドホンは耳を囲うことで低音をカバーするタイプです。

方法は近似しますが、完全に耳から離すこの振動板形とは違う。

振動板の後ろから出る音をそのまんまにして前から出る音だけをそばで聴く。

振動板口径と同じくらい前以内で聴くと重低音も聴ける。

振動板が1m口径なら1m前で重低音が聴けるはず。

箱が不要でHiFiで聴けるが聴く位置が限定されるので、

ヘッドスピーカーで聴くのも便利 

構造は両指向性(速度形)マイクと同じなのでマイクにも使える。

ただしFs付近が盛り上がる。

参考ニヤスピーカー  スピーカーボックス(エンクロージャー)の色々に戻る


☆☆HiFi用では超少数 2m位で巨大


金管楽器と同じ開放管共鳴を利用して効率の良い低音を得る目的、

欲しい低音以外の倍音が沢山出て、取り除くのは不可能です。

倍音を吸音材で減らすと密閉型とそっくりになり、特徴がなくなります。

堅固で直径30cm以上にすれば倍音共鳴が減ります。

管が極端に長くなり容量も巨大になる。

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☆☆☆HiFi用では超少数 2mくらいで巨大


閉管の基本共鳴周波数だけに的を絞って低音を出す。

クラリネット閉管楽器をまねる方式ですが重低音を出すのは難しい。

基本共鳴が片方は壁であり、開管共鳴よりレベルが実測でも低いみたいです。

そのため感度が低く密閉型みたいなシステムになるのでは?

管が長くなり容量も巨大になる。


参考;D580xL1800閉管型直径58cm、長さ180cm閉管型共鳴管スピーカー

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参考:dB換算とスピーカー能率

dB,SPL kannzannhyou.gif

計算エクセルファイルはこれです⇒db spl kanzan.xls


2015.06,01追加

電圧、電力、倍率の換算

上図のエクセルファイルはこれですdb-kanzan2015.xls


参考:倍率とデジベルの換算表

sp kenntou.gif

計算エクセルファイルはこれです⇒db,spl kentou.xls


参考:スピーカーからの距離による音圧変化計算

SP kyorito dB.gif

 エクセル計算式はこれです⇒sp kyori db.xls

音圧が1/2になればエネルギーが1/4になるとのこと。

スピーカーまでの距離が1/2になれば音圧は6dB(2倍)大きくなるのでエネルギーが4倍になる。


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