スピーカー

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スピーカー

スピーカー（Speaker）は電気信号を物理振動に変えて、音楽や音声などの音を生み出す機械である。ラウドスピーカー（Loudspeaker）とも呼ばれる。

概説

電気によって音を出す仕組みとしては電子楽器以外ではチャイムやブザーやベルがあるが、これらは特定の音色の音を出すことだけを目的としている。それに対してスピーカは、音波の波形を何らかの方法で電気信号に変換したものから、その元となる音を再現することを目的とするものである。したがって、発音する構造に特有の音色に左右されない、あらゆる音を出すことを目的に作られる。元の音が存在しない任意の電気信号を流した場合にもそれなりの音を出す。

スピーカは、そこで発音される音を増幅するためにも、記録された波形を再現するためにも用いられる。また音声等のメッセージを遠くに伝える、あるいは音楽を再生するなど様々な用途があり、それぞれの目的に適応した多くの型がある。

ダイナミック型スピーカーの基本構造

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）

ダイナミック型スピーカーはステレオなどに使われている一般的なスピーカーである。

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ラッパ型のホーンを設けることもある。

高音質への工夫

コーン型のスピーカー・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、コーン紙の前後の空間を仕切ってやる必要がある。そのために大きな板に穴を開けてスピ－カユニットを取り付けた平面バッフル式もあるが、片側だけが直接外気と接するようにこれを箱であるエンクロージャーに収容して使用する。

スピーカーは、人間の可聴域（およそ20～20kHz）全体をカバーしてまんべんなく再生するのが望ましい。これ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ものを「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）という。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、あるいはそれ以上に分割して再生することが珍しくない。しかしその場合、異なる帯域を再生するスピーカユニットの音質の一致、音源が複数位置に分かれることによる問題などが生じる。逆にフルレンジスピーカーには中音域主体の素直な再生特性があるため、廉価な製品だけでなくその良さを生かした中級クラスにも用いられることがある。

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ユニットは、その帯域に応じて、「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）。帯域分割の数が2個で鳴らすものを2ウェイ（ウーハーとツイーター）、3個を3ウェイ（ウーハー、スコーカー、ツイーター）、4個を4ウェイと呼ぶ。商品としては2ウェイと3ウェイがもっとも普通に見られる。

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。

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（コアキシャル）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。

技術

指向性

音波を含めて波の物理的な性質として、波源である振動板の大きさと発生する波の波長との比で指向性が決まる。波長の数十倍程度の長さを持つ大きな振動板であれば低い周波数でも指向性が鋭くなるが、仮に少し高めの周波数である1,000ヘルツの音に指向性を持たせる場合でも、波長は34cmであるため、差し渡し数m以上の直径の振動板が必要となり、これだけの大きさを1,000ヘルツで歪み無く駆動することも含めれば非現実なものとなる。

音のエネルギーを特定の方向に絞るために、円錐形のホーンと呼ばれる先が広がった管を使ったホーン・スピーカーが学校教育現場の手持ち式のトランペット・マイクや交通機関の案内放送、街頭宣伝車に使われている。

周波数が高ければ指向性が増すため、超音波を小さな振動部から指向性の強いビーム状で送り出し、音の歪みを利用して可聴音として人間が聞き取れるようにしたパラメトリック・スピーカーというものもある。^[1]

その他

構成部品

システムの構成は駆動部、振動版、筐体、ネットワークと呼ばれるローパス/ミドルパス/ハイパス・フィルター、入力接続部、（防振材、電気的な補正保護回路、固定具又は脚部）よりなる。

トリビア

スピーカーはエレクトロニクス関係の業界用語では「ラッパ」と呼ばれることがある。
実用レベルではないもののスピーカーをマイクロフォンとすることもできる。

出典

^ ブルーバックス「音のなんでも小事典」日本音響学会編 ISBN4-06-257150-1

スピーカー

目次

概説

ダイナミック型スピーカーの基本構造

高音質への工夫

技術

指向性

分類

変換方式による分類

振動板の形状による分類

振動の放射方式による分類

再生帯域による分類

スピーカーユニット

形状・サイズによる分類

用途による分類

その他

構成部品

トリビア

出典

関連項目