2017年07月の記事 (1/1)

ダイナミックスピーカーの構造

戦後ハイファイというキーワードと共に登場したのがダイナミックスピーカーで、基本構造は現在までほとんど変化がありません。


動作原理はマグネチックスピーカーとは異なり、ボビンに巻き付けられたコイルに流れる電流全てが、放射状に出ている磁力線をフレミングの左手の法則の人差し指の方向に横切るので、コイルに振動が発生する構造になっています。ダイナミックスピーカーの動作原理、フレミングの左手の法則

マグネチックスピーカーより性能は良いのですが、ボックスに設置して弱い低音を増強させる必要があり、その他解決すべき問題点があります。

画像引用→


詳しくは
オーディオシステムの問題点→
スピーカー動作原理の詳細→

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このスピーカーの振動板からどのように空気に音が拡散するのか?はこちらでどうぞ 。

さてこのスピーカーの最大の弱点はこのままでは低音が弱いのでボックスに設置する必要があることです。
では、なぜボックスに設置すると低音が出るようになるのか?の説明理由がイマイチはっきりいたしません。

前と後ろから出る低音が打ち消しあっている、という説があるようですが、実際は打ち消しあってなどはいません。打ち消しあうのはプラストプラスが互いにぶつかり合う時だけです。スピーカーの場合は逆に+とーで引き合っているのでシッカリ振動板は振動できるので、打ち消しあってなどは居ません。現に平面バッフルに設置してもそれほど十分な低音が出るようになはりません。

背面解放にしても平面バッフルのみとほとんど変化は有りませんが、しかし密閉箱に入れると確かに低音は急に出るようになります。

密閉箱に入れて空気のバネで低音が大きくなる、という理由も、どうも感覚的な表現でイマイチです。第一空気がバネで振動板がより大きく振動するようになるでしょうか?アリ得ません。逆に空気の反発の圧力が大きくなって動きは悪くなるでしょう。

ボックスの共鳴で振動板が大きく振動する?というのもあり得ないでしょう。ボックスに入れなくてもすでに低い音で振動板は大きく振動しているのは見れば分かります。

なぜボックスに設置してわざと振動板を動きずらくしているのに音は大きくなるの?は、なんだかオカルト的な説明ばかりです。

では、本当の理由は?
実際には確かに拡散波の音が出ているのは直感的に分かります。
そう、実は全く違う理由で、ある自然現象を利用していると思われるのですが、すでにこの事を誰かが公開しているのかを探してみましたが、ネット上では見つかりませんでした。が、おそらく物理界では知る人ぞ知る事なのでしょう。

取り敢えず、ダイナミックスピーカーは他社製品ですのでこれ以上の詳細は省略しますが、しかし、カンの良い方は気付く方もいるかもしれませんね。

結論はダイナミックスピーカーは素晴らしい音を出します。しかし、もともと低いレベルしか出ていない低音をボックスで大きくしているので低音の不要な歪がどうしても大きくなります。これが今後の解決するべき課題でしょうか?


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マグネチックスピーカーの構造

エジソンの振動板実はエジソンの蓄音機のピックアップとサウンドボックスの関係を調べようと思ったのですが、最後までは出来ずに断念しました。もちろんハッキリ振動板の中央の点駆動で動いているのは確かなのですが、ピックアップ部分はパーツを見ても中身までよく見えません。それに、分解する気力がなくなる程とてつもなく精巧に作られています。とても、人間が作ったとは思えない、宇宙人の作品のようです。

それと同じくらいわからないのが前出のACME K-1Aです。これも古典音響ギャラリーでマスターと共に分解してみたのですが、結局わからずで泣く泣く元に戻しました。

それに劣らず分からなかったのがこのマグネチックスピーカーです。
どこを探してもどのように働いているのかの説明が無かったので、ヤフーオークションで買って分解してみましたら、いやア、凄い仕組みです。

レプロデューサーの出力が小さいのを改善するのが、マグネチックスピーカーです。まだ蓄音機のサウンドボックスの方が音は良かったのですが、電気でサウンドボックスは動作しません。
マグネチックスピーカー

マグネチックスピーカーの動作原理
U字磁石、ヨーク、電磁コイル、支板は一体化となるように固定されていて、アーマチュアの中心の支点は支板の中央に半田で固定されています。もし電磁コイルに入力された信号で片方がNに磁化されると上下ヨークの隙間に平板形態のアーマチュアは挿入されているので、NとNで反発され、NとSで引き合い、アーマチュアの反対側も同様に動作するのでシーソーの原理でアーマチュアは支点で支えられて傾きます。

しかし、アーマチュアの中心部分は半田で固定されているのである程度の距離以上は動けないようになっているので、この結果上下ヨークの隙間でアーマチュアが入力信号に従って振動する事になります。
マグネチックスピーカーの構造
アーマチュアで発生した振動は振動伝達棒で点で接続された振動板へ伝わり音声が出る構造になっています。

基本的にはサウンドボックスを電化した構造と理解する事が出来、サウンドボックスと同じく点駆動スピーカーとなっています。

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電話の発明

電気的に音を出す機構の初めは電話の受話器でした。
ベルの電話とグレイの電話の比較受話器の構造

電話の原理はベルとグレイによって争われながら最終的にベルの発明となりました。この本人たちが描いた図ですが、何やら色々と読めそうです。

そもそもグレイの図は丁寧にシッカリ書いてあり、特に受話器の構造は電磁コイルの前に振動板があり、それを拡大するホーンの図が書いてあり、いかにも動作しそうな図ですし、こちらの方が正統的な感じです。

これに反してベルの受話器はどうも振動板自体に電磁コイルを巻いてある風で、すなわち、振動板を二つの方向から動かそうとしている風です。とすると、後の時代の棒磁石受話器と、マグネチックスピーカーの両方の働きを想定している風です。これを動作させるのはかなり難しそうです。

この様に、これらの特許を申請した時点ではまだ通信の実用化までは出来ていなかったのですが、理論的なシステムとしての考え方は出来ているのでこれが特許になったのでしょう。それに、振動板の振動で針の深さが変わり抵抗値が変わる事でデータ化するマイクの構造も、実用になったのは全く異なる構造のものとなっているので、やはり、これは電話としてのシステムの特許なのでしょう。

又、ベルとグレイの間ではかなり政治的なものも絡んだ様ですが、そしてその後、実用になるには受話器に棒磁石を使う構造にしたものでした。

棒磁石の受話器も各メーカーで色々と工夫があり特に磁石と振動板の間隔の調整する必要があり、各社様々な構造があるようです。

特に電話の受話器やラジオや通信のヘッドフォンとして使われていましたが、音が小さいので様々なホーンを組み合わせて実用化されています。

そして、この受話器型の最終形で、鉄の振動板に直接直径30センチほどのエッジがフリーの振動板がネジ止めされている、スピーカー風な、レプロデューサーACME K-1Aというのがあります。
reproducer
このスピーカーは後ろ側にも同じ振動板があり、それぞれのエッジは枠には接触していないで完全にフリーの形です。すなわち、振動板の中央でネジ止めされていて、当然、他の受話器と同じように骨電動=タワミ振動で音を出す構造であり、少し見ただけでは、エジソンのピックアップの構造が理解不可能なのと同じように、不思議な構造です。おそらく磁石が二本有るのでマグネチックスピーカーの橋渡し的な位置のスピーカーなのかも知れませんが、ここまで来るにはさぞ様々な試行錯誤があったことが伺えます。

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