スピーカーの仕組み図付きのスーパー スピーカー ガイド
音楽を聴いていて、ラウドスピーカーがどのように音を出すのか疑問に思ったことはありませんか?この詳細な記事では、clear を使用しています 説明と図、それらがどのように機能するかを説明します.
次のことも学びます:
- スピーカー内部の部品
- シングル コーン vs 同軸スピーカー
- 2 ウェイおよび 3 ウェイ スピーカーの説明
- スピーカーのクロスオーバー
- スピーカーのインピーダンス、感度、周波数応答の意味
まず最初に:スピーカーの中身は?
拡声器 動電型スピーカーと呼ばれることもあります 音楽の電気信号から作られた磁場を介して電気を運動に変えるからです。 スピーカー ドライバー スピーカー システムを組み立てるために使用される単一のスピーカー アセンブリです。
スピーカーの中身は?
ほとんどのスピーカーは、サウンドを作成するために連携して機能する次のパーツで構成されています。
- 永久磁石 :磁石を使用して、ボイス コイルの周囲に一定の磁場を形成し、動きを可能にします。
- ボイス コイルとボビン: ボビンは、コーンの底に取り付けられた丸いチューブです。ボイス コイルと呼ばれる非常に長くしっかりと巻かれたワイヤー コイルは、アンプからの音楽信号から電気が流れると磁場を生成します。
- スパイダーまたはサスペンション: スパイダーは、ボイス コイル ボビン アセンブリを支え、コーンが移動するときにコーンを所定の位置に押し戻すのに役立つ、波状の薄い織物素材です。
- コーン (ダイヤフラム) &ダスト キャップ :これは円錐形の硬い素材で、磁石とボイスコイルによって一緒に動かされ、空気を動かして音を出します。ダスト キャップは、中央の開口部を覆う薄い素材 (「キャップ」のようなもの) で、ほこりや汚れを防ぎます。
- スピーカー バスケット: バスケットは、スピーカー部品が取り付けられ、すべてが整列された状態に保たれる、鋳造金属または打ち抜かれた金属フレームです。また、スピーカー アセンブリをボックスに取り付ける方法も提供します。
- スピーカー端子と編組線: スピーカー端子は、スピーカー ワイヤをスピーカーに接続する金属製のタブまたはコネクタです。これらは、コーンと一緒に動く柔軟な編組線を使用してボイス コイルに接続します。
- サラウンド: これは、コーンの上端をバスケットに取り付ける柔軟で耐久性のある円形の素材 (通常はゴムまたはフォームの一種) です。
スピーカー コーンは何をしますか?
スピーカー コーン (ダイアフラムとも呼ばれます) は、空気が急速に前後に移動するたびに音波を発生させる主要なスピーカー コンポーネントです。 これらは通常、プレス紙、プラスチック、炭素繊維、さらには薄い金属など、軽量ですが硬い素材でできています。
スピーカーの「コーン」という名前は、その形状を指します。ボビンとボイスコイルアセンブリが取り付けられる中央の開口部を持つ逆円錐形です。汚染物質が内部に入るのを防ぐために、底部のこの開口部を覆うようにダスト キャップがコーンに取り付けられています。これらはどちらも、「スパイダー」と呼ばれることもある硬いが柔軟な素材によって下部が支えられています。
種類やデザインはスピーカーによって異なります。たとえば、サブウーファーは非常に大きな低音の音波と実質的な空気の動きを生成するため、より厚く、より剛性の高い設計が必要です。
対照的に、ツイーターは、この音域が使用する音波が小さいため、高周波性能のために非常に小さく、ドーム型で軽量な設計を使用します。
スピーカー マグネットの役割は?
ラウドスピーカーの磁石は通常、永久磁石 (通常はセラミックまたはネオジム タイプの磁性材料) で、ボイス コイルが吊り下げられている薄い円形のギャップがあります。 マグネットは、ボイスコイルを引き付けたり反発したりする安定した磁場領域を提供します。
コイルは磁場を発生させるため、ある意味では電磁石に少し似ています。ネオジム磁石はそのサイズの割に強力ですが (磁場が高密度)、セラミック磁石はより大きく、より費用対効果が高くなります。これが、セラミック マグネットがスピーカーでの使用に人気がある理由の 1 つです。
すべてではありませんが、一部のスピーカー マグネットには中央に穴が開いており、ボイス コイルの通気と冷却に役立ちます。
デュアル ボイスコイル スピーカーとは?
デュアル ボイス コイル スピーカーは、同じスピーカーと同じボイス コイル ボビン アセンブリで 2 番目のボイス コイル巻線を提供します。これらのタイプのスピーカーでは、シングル コイル スピーカーにはないいくつかの追加オプションを使用できます。
- アンプやステレオ レシーバーとの互換性を高めるための配線方法の柔軟性 (2 オーム、4 オーム、8 オームなど)。
- サブウーファーやその他の大型スピーカーの場合、シングル ボイス コイル モデルでは実現できない、より多くの配線構成やそれぞれ 2 つのアンプで給電できます。
- これらは、より多くの電力を得るためにブリッジできないアンプからの 2 チャンネルで駆動できます。
ほとんどの場合、デュアル ボイス コイル バージョンのサブウーファーをもう少しお金をかけて見つけることができます。
より多くの配線構成オプションを提供しますが、デュアル ボイス コイル (DVC) スピーカーは、シングル ボイス コイル (SVC) スピーカーよりも優れたパフォーマンスを提供しません。
さらに、高音用のツイーターや楽器とボーカル用のミッドレンジ スピーカーなどのスピーカーは、通常、デュアル ボイスコイル バージョンでは製造されません。
デュアル ボイス コイルを備えた 2 つのスピーカー ボビンの例。左:2 つのコイルは一緒ではありませんが、(右) この例では上下に重ねられています。
スピーカーはどのように機能しますか?段階的な説明 + アニメーション図
このアニメーションの図では、ラウドスピーカーがどのように機能するかを確認できます。ステレオまたはアンプは、音楽信号の形で正から負に変化する電気信号でスピーカーを駆動します。
そうすると、スピーカーのボイス コイルに電流が流れ、正から負に変化するときに磁石に近づいたり遠ざかったりする磁場が発生します。これにより、空気が急速に移動するにつれて音波を生成するコーン アセンブリが移動します。スピーカーは、実際の音波のように方向 (極性) を変える交流 (AC) を使用します。
スピーカーの仕組みの全図
スピーカー (ラウドスピーカーとも呼ばれる、昔からの名前) は、交流 (AC) 電力信号を使用し、ステレオまたはアンプによって駆動されます。
スピーカーへの電気信号は、オーディオ ソースからの元の音楽信号の複製である増幅された電圧ですが、スピーカーを適切な音量で駆動するのに十分な電力を備えています。
スピーカーの仕組みの詳細は次のとおりです。
<オール>いわば、スピーカーは一種の電気モーターにすぎません。スピーカーは電気信号によって駆動され、それを機械的な出力に変換します。つまり、空気を動かして音楽的な音を作り出します。
スピーカーはトランスデューサーと呼ばれることがあります .
スピーカーのインピーダンスとは? (スピーカーのオーム定格の説明)
オームで測定されるスピーカー インピーダンスは、スピーカー ボイス コイルを流れる電流に対する総抵抗です。
標準の導体とは異なり、ボイスコイルはコイルにしっかりと巻かれているため、インダクタンスが追加されるため、これは複雑になります.インダクタンスは周波数が変化すると変化するため、抵抗とは異なり、これは誘導性リアクタンスと呼ばれます。
言い換えれば、ボイスコイルの磁場が作られるとき、それらは電流の流れに少し反対します.
物理学の特性とインダクタンスの働きにより、スピーカーの「インピーダンス」(総抵抗) は抵抗と誘導リアクタンスの合計ではありません。それよりも少し複雑です。
代わりに、それぞれの代数和 (二乗和の平方根) です。誘導性リアクタンスは一般に「Xl」と書かれ、標準抵抗と同様にオームで測定されます。
スピーカーインピーダンス式
手の込んだ数学が好きなら、スピーカーのインピーダンスがどのように計算されるかをここで見ることができます。これは、音声用銅線の巻線の抵抗と、特定の周波数でのインダクタンスによって生じる抵抗の幾何学的合計です。
スピーカーのインピーダンスについて理解しておくべき最も重要なことは次のとおりです。
- スピーカーのインピーダンスは、常にボイス コイルのワイヤ抵抗以上です。 これは抵抗計で測定できます。
- スピーカーのインピーダンス値は、互換性に関する一般的なガイドラインであり、スピーカーが正確に測定するものではありません。
- 再生される周波数が高くなるにつれて、インピーダンスがわずかに変化 (上昇) します。
実際、テスト メーターを使用してスピーカーのボイス コイルのオーム (インピーダンス) を測定する場合、4 オームのスピーカーで約 3.2 ～ 3.6 オーム、6 オーム以上の測定値が得られます。 8オームのスピーカー用。
オーム計でスピーカーのインピーダンスを測定する方法を示す画像。これは、ボイスコイル内のワイヤの直流 (DC) 抵抗のみを測定し、インダクタンスによる音楽再生時の総インピーダンスではありません。ただし、ほとんどの場合非常に近く、スピーカーのオーム カテゴリ (4 オーム、8 オームなど) を伝えることができます。
4 オームと 8 オームのスピーカーはどこから来たのですか?
4 オームのスピーカー (場合によっては 2 オーム) は、カー ステレオ システムに最も一般的に使用されます。この習慣は、ラジオとスピーカーが自動車の製造時に工場から最初に取り付けられたずっと前に始まりました.
車内ではより低い電圧 (12V) しか使用できないため、十分な電圧が利用できるホーム ステレオよりも、スピーカー用の電力を生成するのが難しくなります。
8 オームは、ホーム ステレオ システムのスピーカーに最も一般的に使用されます。ホーム ステレオは、より高い電圧源 (米国のように 110V) から電力を供給されるため、設計が容易で、より高いインピーダンス (8 オーム) のスピーカーに簡単に電力を供給することができます。どちらの場合も、これらのオーム定格は家庭用および車載用スピーカーで一般的になりました.
スピーカー エンクロージャが必要な理由
ラウドスピーカーの筐体 (「ボックス」) は、いくつかの理由で非常に重要です:
- 前方の音波が後方の音波に干渉してキャンセルするのを防ぎます。
- 低音域の低音を適切に生成、調整、または強化できるようにする
- 動作中のスピーカーからの振動を減衰します。
- 音の分散を演出する
スピーカー ボックス (または「スピーカー キャビネット」) は通常、木材や中質繊維板 (MDF) などの厚い素材で作られています。サブウーファーやミッドレンジ スピーカーは密閉構造で使用する必要がありますが、ツイーターはそうではありません。
これは、ツイーターが音を前方にのみ向け、後方には音波を発生させないためです。場合によっては (サラウンド スピーカーなど)、フロント (メイン) スピーカー キャビネット ペアよりも小さい場合があります。
スピーカーの周波数応答とスピーカーの感度とは?
スピーカーの周波数応答とは?
典型的なスピーカーの周波数応答グラフの例をここに示します。スピーカーは完璧ではなく、私たちが聞くことができる音の範囲で完全に均一な音量を出すことはできません。そのため、彼らがうまく機能する周波数範囲を知っておくと役に立ちます。
スピーカーの周波数応答は、スピーカーの測定されたパフォーマンスであり、音量のデシベル (dB) で、音の周波数の範囲にわたっています。 これは通常、オーディオ スピーカーの標準として使用される 20 ヘルツ (Hz) から 20 キロヘルツ (KHz) の範囲です。
20-20kHz の範囲が使用されるのは、それが聴覚の良い人間が知覚できる音の範囲であり、音楽がしばしばこの範囲内で録音されるからです。
スピーカーの周波数応答は、いくつかの理由で重要です:
- スピーカーを組み合わせて 2 ウェイまたは 3 ウェイ システムにする
- オーディオ設計に最適なスピーカーの選択
- スピーカー システムとスピーカー クロスオーバーの設計
- イコライザーやデジタル シグナル プロセッサ (DSP) などのオーディオ機器を使用して、スピーカーの出力が多すぎる (ピーク) または不十分 (ディップ) の領域を修正する
一部のスピーカーには、パフォーマンスを理解するのに役立つグラフやその他の仕様が含まれていますが、すべてのスピーカーがそうであるわけではありません.これは通常、より高度なスピーカー設計のために裸のスピーカーを在庫している小売業者から見つけられるものです.
ほとんどの既製の車や家庭用スピーカーには、実際の応答グラフは含まれていませんが、代わりにおおよその範囲が含まれています。ただし、より高価なスピーカーはそうするかもしれません。
適切な機器があれば、リアルタイム アナライザー (RTA) プログラムと高品質のマイクを使用して自宅で測定することもできます。
話者感度とは?
スピーカーの感度はメーカーによる測定値です。これは、固定された音の周波数で生成される音量の測定値であり、(通常) 1 ワットの電力で、テスト マイクから 1 メートル (3.28 フィート) 離れたスピーカーに供給されます。
スピーカー感度は、スピーカーの比較またはマッチングに役立つメーカー提供の仕様です。これは、テスト マイクから 1 メートル (3.28 フィート) 離れた場所にあるスピーカーから単一周波数で生成される音量をデシベル (dB) 単位で測定したものです。
感度パラメータは通常、たとえば「89dB @ 1W/1M」と表されます。
ほとんどの場合、標準的な測定値は、1 メートルの距離での 1 ワットの電力での dB ボリュームであり、多くの場合、1KHz のような音の周波数が使用されます (スピーカーの種類によって異なります)。
感度はスピーカーごとに異なり、ツイーターは他のツイーターよりも効率的です (同じ出力レベルでより多くの音を生成します)。 サブウーファーは、重いコーンを動かして音を出すためにより多くのパワーを必要とするため、効率が低くなります。サブウーファーの感度は約 87dB、ミッドレンジ スピーカーの感度は約 89dB、ツイーターの感度はタイプによって 93 ～ 102dB になる傾向があります。
感度測定の違い
感度は、わずかに異なる方法で測定されることがあります。これは、オーム単位の抵抗 (スピーカー インピーダンス) が異なるため、4 オームと 8 オームのスピーカーでは同じ量の電力を生成するために必要な電圧が異なるためです。
したがって、8 オームのスピーカーを流れる電流が少なくなり、4 オームのスピーカーと同じ電圧で受け取る電力が少なくなります。
その場合、2.83V/1M での dB の感度は、8 オームのスピーカーに使用できます。 2.83V で 8 オームのスピーカーは 1 ワットの電力を生成します。同様に、4 オームのスピーカーの場合、2V/1M の dB を使用できます。
これらの測定値は、スピーカー業界では実際には標準化されていないため、メーカーが提供する測定値は、たまたま提供するものに応じて、「1W/M」または「xV/M」である可能性があります。この測定値を使用してスピーカーを比較または照合する場合、これに注意を払うことが重要です。
同軸スピーカーとは?
同軸スピーカーは 2 ウェイ スピーカーの一種で、場所を取らず、シングル コーン スピーカーに取って代わるように設計されています。通常、独立したツイーターと 1 つ以上のクロスオーバーが組み込まれています。同軸スピーカーは、単一のコーン スピーカーよりも優れたサウンドを提供し、より多くの価格選択と設置オプションを可能にします。
同軸スピーカーは、同じ「軸」または同じスピーカー アセンブリに取り付けられた 2 ウェイ スピーカーです。ほとんどの同軸スピーカーはフルレンジのコーンを提供し、クロスオーバーを備えた別のツイーターを追加して、標準のシングル コーン スピーカーと比較して、サウンドの忠実度と周波数応答を向上させます。
同軸スピーカーは、シングル コーン スピーカー (最も基本的なスピーカーで、パフォーマンスが平凡または劣っている) とコンポーネント スピーカー (外部スピーカー クロスオーバーを備えた別のスピーカー) の中間点と考えてください。ほとんどの場合、手頃な価格で優れた忠実度を提供します。
同軸スピーカーにはいくつかの利点があります:
- 簡単なサウンド アップグレード:既存の音質の悪いシングル コーン スピーカーを簡単に交換できます。
- より多くのスピーカー製造オプションと購入者向けの価格帯 (さまざまなレベルのツイーターの品質、クロスオーバー デザイン、コーン素材など)。
- かさばる別個のクロスオーバー ボックスを必要とせずに、別個の 2 ウェイ コンポーネント スピーカーとほぼ同じパフォーマンス。
- 非常に一般的です。実際、車のスピーカーのアップグレードで最も人気があり、買い物の際に簡単に見つけることができます。
- 非常に手頃な価格:優れた同軸スピーカーは、サイズと品質にもよりますが、1 ペアあたり約 25 ドル以上で見つけることができます。
- 同軸スピーカーは、シングルコーン スピーカーで見られる周波数応答の低さ (音の周波数の欠落) を修正できます。
同軸スピーカーと標準/シングル コーン スピーカー
同軸スピーカーは、高音を改善するために「ウィザー」コーンが追加されたものであっても、標準のシングルコーンスピーカーよりも優れたサウンドパフォーマンスを提供します。 1 つまたは複数のコーン (通常はツイーター) を追加して、単一のコーンでは通常できない高音域 (高音または「高音」) を生成するため、周波数応答が向上します。
同軸スピーカーの音質が向上
一部の安価な標準スピーカーには「ウィザー」コーンが追加されている場合がありますが、これは高音域を改善するために大きなコーンに取り付けられた小さな2番目のコーンですが、それでも残念です.とてもいい音の曲はまだ聞いたことがありません。
一方、同軸スピーカーは、少なくとも 1 つの追加スピーカー (通常はツイーター) を使用して違いを補い、より鮮明で優れた高音域を生成します。
実際、長年のカー スピーカーの取り付け作業の中で、同軸モデルと交換するよりも維持するのに十分ではなかった標準スピーカーを 1 つも思い出すことができません。
多くの場合、工場で取り付けられたスピーカーは非常に低コストですが、同軸スピーカーは、たとえ素晴らしいサウンドのペアであっても、高価ではありません。最近では 25 ドルから 30 ドル以上で素晴らしいサウンドのペアを手に入れることができます。予算が限られている場合は約 20 ドルです。
2 ウェイ スピーカーとは? 3 ウェイ スピーカーとは?
2 ウェイ スピーカーとは?
2 ウェイ スピーカーは、ツイーターと別個のウーファーを使用して連携し、音楽再生の全範囲を作成します。このタイプのスピーカー システムでは、ツイーターにはハイパス クロスオーバーから高周波音のみが供給され、メイン ドライバーにはローパス クロスオーバーからミッドレンジとベースが供給されます。その結果、非常にクリアで楽しいサウンドになります。
2 ウェイ スピーカーは、ホーム ステレオとカー ステレオの両方で現在使用されている、最も一般的な低コストのスピーカー デザインです。 ハイパス クロスオーバーから高い周波数のみを受信するツイーターと、ローパス クロスオーバーから低音域と中音域のみを受信するウーファーを使用して、フル レンジのサウンドを生成します。
つまり、2 つのスピーカー間で聞こえるサウンドを分離し、1 つのスピーカーだけよりも優れた結果をもたらします。これは、ウーファーがより高い周波数の音をうまく生成できず、高音域を生成しないようにする必要があるためです。
同様に、低音または低周波音を生成しようとすると、ツイーターが歪んでしまいます。 2 ウェイ スピーカー クロスオーバー システムの使用により、それぞれが受信するサウンドの範囲が制限され、歪みが少なくなり、大音量でも音質が向上します。
2 ウェイ スピーカー クロスオーバーはどのように機能しますか?
2 ウェイ クロスオーバーは、電気コンポーネントを使用して、アンプまたはステレオからの電気音楽信号をフィルタリングおよび分割し、ツイーターとウーファーの間で分割することで、より良いサウンドを実現します。
ハイパスクロスオーバーは、ツイーターが処理できない歪みの原因となる低音域と中音域をブロックします。同様に、ローパス フィルターは、低音スピーカーがうまく再生できず、使用するとパフォーマンスが低下する高周波数をブロックします。
スピーカーが再生されると、分割されたクロスオーバー出力により、単一のスピーカーが生成できるものよりもはるかに優れた完全なフルレンジ オーディオ出力が得られます。
3 ウェイ スピーカーとは
3 ウェイ スピーカーは、バンドパス クロスオーバーを使用する 3 番目のスピーカーを追加した 2 ウェイ スピーカーの拡張です。 3 番目のスピーカーは、ミッドレンジ サウンドを専用のミッドレンジ スピーカーにオフロードすることで、ミッドレンジを改善し、さらに優れたサウンド生成、歪みの低減、明瞭さを可能にします。
ただし、クロスオーバーの設計 (クロスオーバーの順序またはカットオフの勾配に応じて) は、不要な周波数をブロックするためにカットオフがよりシャープな場合により複雑になります。
3 ウェイ スピーカーは、コストと複雑さが増すためあまり一般的ではありませんが、より高度なパフォーマンスを求めるスピーカー ビルダーやオーディオファンにとっては良い選択です。また、ミッドバス モデルよりも適した高性能ミッドレンジ スピーカーを使用して、サウンドを改善するオプションも提供します。
Bluetooth スピーカーとは?
Bluetooth スピーカーの仕組みを示す図 このようなワイヤレス スピーカーは、オーディオ信号をデジタル形式で受信し、それをアナログに変換し、増幅して内部のラウドスピーカーを駆動します。
Bluetooth スピーカーは、基本的に、バッテリー、統合されたワイヤレス レシーバーとアンプ、およびスピーカーで構成されるポータブル サウンド システムです。 BT ワイヤレス プロトコルに接続して、スマートフォン、テレビなどに接続します。音楽はデジタル形式で受信機にストリーミングされ、元の信号に変換された後、内部のスピーカー ドライバーまたはドライバーに電力を供給するために増幅されます。
電源にはバッテリーが使用されるため、携帯性が高く、大きなステレオ レシーバーやアンプが必要ない場合に最適です。
より優れた講演者情報、記事、図
学ぶべきことは他にもたくさんあります！私のサイトでもこれらの素晴らしい記事をチェックしてください:
- スピーカーを接続していますか?優れたスピーカーの配線図が記載されたこの記事をこちらでチェックしてください。
- ツイーターとは何か、またその機能 (およびその他の機能) については、こちらをご覧ください。
- スピーカー ワイヤーは音質に影響しますか?詳細を読んで調べてください。
- スピーカー クロスオーバーの機能とその仕組みについて詳しくは、こちらをご覧ください。