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スピーカー

スピーカーまたはラウドスピーカー (loudspeaker) は、音楽・音響等の低周波電気信号を、機械(物理)振動に変えて音(可聴音)として聞かせるように設計された変換器である。略称「SP」。エレクトロニクス系の業界用語では「ラッパ」と呼ばれることがある。



基本的な構造

内部構造:右端の振動板で空気を振動させ音を出す
スピーカーの振動板(コーン紙)広く使われている代表的なタイプのスピーカーである、ダイナミック型スピーカーの構造について述べる。

細い金属線を筒状の紙などの軽量の不導体に規則正しく巻いて作ったボイスコイルを、その内径よりわずかに小さい円筒状の永久磁石にかぶせ、お互いが接触しないように保持する。この状態で、ボイスコイルに電流を流すと、フレミング左手の法則により、ボイスコイルにモーメントが働く。このボイスコイルに、振動板を付けることにより、空気を振動させて、人間の耳に聞こえる音を発生させる。

振動板には、軽量かつ機械的な強度、ヤング率、適度な内部損失のある材質が求められる。具体的にはパルプ、パルプに種々の材料を混漉したもの、ポリプロピレンなどの高分子素材、アルミやチタンなどの金属、ポリエステルや絹、アラミドやカーボンなどの繊維を編んだもの、などが使用されている。

振動板の構造にはドーム型、コーン型、平面型等があり、機械インピーダンス整合による能率拡大のために前面にホーンを設けることもある。


実際に音を出すために
コーン(皿)型のスピーカーユニット単独では、放射された空気振動のうち低域はコーン紙の前後で逆位相になるため打ち消しあい、低域が十分に再生できない。このため、コーン紙の片側だけが直接外気と接するような箱(エンクロージャー)に収容して使用する。

スピーカーには、人間の可聴域(おおよそ20〜20000Hz)を一つのスピーカーユニットで可能な限りカバーできるように設計された「フルレンジスピーカー」(中音域を中心に低音域と高音域の特性を確保)と、可聴域をいくつかに分けて、その周波数域を専用に振動させる目的で設計された、「サブウーファー」(超低音用)、「ウーファー」(低音用)、「スコーカー」(中音用)、「ツイーター」(高音用)、「スーパーツイーター」(超高音用)などがある。(「ウーファー」(低音用)、「ミッドバス」(中低音用)と分ける場合もある)

各周波数域専用のスピーカーには、それぞれに独自の形状と材質がある。また、そのスピーカーに合った周波数帯域の信号のみを与えて、より効率よく動作させるために、デバイディング・ネットワークという、コンデンサーとコイルなどを用いた回路が必要になる。帯域分割の数が2個で鳴らすものを2ウェイ、3個を3ウェイ、4個を4ウェイと呼ぶ。

1種類のユニットでは再生可能周波数に制約があるため、高級なスピーカーでは帯域を2から4に分割して再生することが珍しくない。しかしフルレンジスピーカーも、ローコストな製品だけでなく、中音域主体の素直な再生特性を生かした中級クラスにも用いられることがある。

また、2ウェイ以上のnウェイタイプのスピーカーでは、周波数帯域ごとに発音体の位置が上下にずれるため、音像定位が乱れやすいという問題があり、このため同軸型と呼ばれる、周波数域の異なる磁気回路を2組同一軸線上に配した2ウェイ型スピーカーや、仮想同軸型と呼ばれる上下対称にウーファー等を配置したスピーカーが存在する。

一般的なコーンスピーカはグラム単位の質量を有するコーン紙を動かすために、%オーダーの極めて大きな歪を発生する。


特定の振動板がない方式
コーン紙など特定の振動板ではなく、直接に振動体(圧電振動子の耐熱樹脂ケース入など)を設置し家の壁、床、その他共鳴するものを振動板とする方式が開発された。トヨタの自動車、エスティマの天井や花スピーカーアンプなどがある。


分類

変換方式による分類
ダイナミック型
マグネティック型
コンデンサ型(静電型)
圧電型
リボン型
放電型
イオン型

振動板の形状による分類
コーン型
ドーム型
平面型
ベンディングウェーブ型
ウォルシュユニット
マンガーユニット
ハイルドライバー
リニアムドライバー

振動の放射方式による分類
密閉型
平面バッフル
バスレフ型
トランスミッションライン
アイソバリック型
ホーン型
フロントロードホーン型
バックロードホーン型
アクースティックマス型

再生帯域による分類
フルレンジスピーカー - 中音域主体で低音、高音の特性も極力確保
マルチウェイ - 帯域分割するもの
スーパートウィーター(スーパーツイーター) - 超高音域。100000Hz(100kHz)程度の人間が聞こえない周波数まで再生できるものもある。
トウィーター(ツイーター) - 高音域
スコーカー(ミッドレンジ) - 中音域
ウーファー - 低音域
サブウーファー - 超低音専門(約100Hz以下)。センタースピーカーとして使用。
1ウェイ - フルレンジ
2ウェイ - ウーファー(中音域までカバー) + ツイーター
3ウェイ - ウーファー + スコーカー + ツイーター
4ウェイ - ウーファー + スコーカー + ツイーター + スーパーツイーター
※以上の構成に、超低音再生のため、センタースピーカーとしてサブウーファーを追加することもある。

形状・サイズによる分類
ブックシェルフ型
フロア型
トールボーイ型
埋め込み型
可般型

用途による分類
家庭用(オーディオ用)
PA/SR/拡声用
楽器用
水中用
組み込み用(携帯電話など)
軍用(音響兵器他)
その他特殊用途




その他
アクティブスピーカー
無指向性(ダイポール)スピーカー
パラメトリックスピーカー
バイワイヤリング
     


スペックと特性
スピーカーユニットのスペックと特性
ティールスモールパラメーター
スピーカーシステムのスペックと特性
     


システムの構成
受動部品によるネットワーク
マルチアンプシステム
電気的な補正
保護回路
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