スピーカーのしくみ：音響再生の仕組みについて [Infographic]

Takeshi Ideyama · 2 May 2024 · 1 minute read

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ORAのエンジニアに協力していただき、スタジオの定番といわれる存在を説明していただきました。

スタジオを見渡してみてください。

おそらく、他のすべてのスタジオにもあるものです。ノートパソコンと考える方もいるかもしれませんし、あるいはMIDIコントローラーやDAWを思い浮かべる方もいるかもしれません。

しかし、答えはもっと簡単です。音楽の録音が始まった初期からずーっとスタジオにあった存在です。そう、オーディオクリップをすぐに開き、数秒で何でも録音できるようになるずっと前から存在していました。実際、しばしばそれらを当然のことと考えています。

そうです、それは信頼できるラウドスピーカー（スピーカーの正式名称）です。

スピーカーはスタジオの最も重要な要素であり、あらゆる場所において「ご近所さん」の敵です。

ヘッドフォンであろうとモニタースピーカーであろうと、音楽を作る過程において、そして音楽制作を楽しむためにはスピーカーは必需品です。しかし、この広く使われ、有用的な存在の裏腹に、スピーカーの仕組みは広く知られているテーマではありません。

そのため、スピーカーの仕組み説明していただきために、ORA Soundに話しを聞きました。ORA Soundはモントリオールを拠点とするチームで（LANDRと同じように！）最先端の音響再生技術を備えています（スピーカーについて心底詳しい方達です）。
音響再生とスピーカーテクノロジーに対するORA Soundの革新的なアプローチは、スピーカーについてあなたが知っている、またはこれから学ぼうとしている概念すべてのものを再定義することになります。しかし、スピーカーの未来についてはこの記事の後編で説明します。

まずは、スピーカーとヘッドフォンがどのような仕組みになっているか学んでいきましょう。仕組みがわかれば、次にあなたの最新のマスターがあなたの耳の内部で響いたとき、その音がどうやって到達したかを知ることができるでしょう。

スピーカーと音の関連性はどうなっていますか？

音は圧力波の中で動きます空気粒子が十分に速く圧縮されて希薄化されると、私たちはそれを「音」として聞こえます。

空気圧の変化が速ければ速いほど、聞こえる音の「周波数」が高くなります。

音は圧力波の中で動きます。空気粒子が十分に速く圧縮されて希薄化されると、私たちはそれを「音」として聞こえます。

話し手が前後に動くと、空気粒子を押して空気圧を変化させ、音波を作り出します。

スピーカーはどんな部品でできてますか？

スピーカーの部品は次のとおりです。

コーンとダストキャップ（空気を動かして音を出す部分）
ダンバー（英：スパイダー）とサラウンドリング（サスペンションとも呼ばれ、コーンを所定の位置に保持すると同時に動かせる部分です）
マグネットとボイスコイル（相互作用して電気エネルギーを運動エネルギーに変換する部分）
フレーム（英：バスケット）
ヨークポールとトッププレート
そして最後に、すべてを一緒に取り付けるフレーム

スピーカーの仕組みはどうなってますか？

スピーカーは、電気エネルギーを力学的エネルギー（運動エネルギー）に変換する仕組みになっています。力学的エネルギーは空気を圧縮し、動きを音エネルギーまたは音圧レベル（SPL）に変換します。

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ワイヤのコイルに電流が流れると、磁場が発生します。

スピーカーでいうと、電流がボイスコイルを介して送信され、スピーカーに取り付けられた永久磁石の磁場と相互作用する電界が生成されます。

同様の電荷が互いに反発し、異なる電荷が引き付けるようにです。オーディオ信号がボイスコイルを介して送信され、音楽波形が上下に移動すると、ボイスコイルが永久磁石に引き寄せられて反発されます。

これにより、ボイスコイルが取り付けられたコーンが前後に移動します。前後の動きは、音として知覚される空気中に圧力波を作り出します。

普通のスピーカーと最高のスピーカーを分けるものは何ですか？

スピーカーの忠実度の最終的なテストは、空気中の波形（圧力波）がアンプに送信された電子信号（録音された音）にどれだけ似ているかです。

新たな情報を追加または削除せずに、すべての周波数がリスナーに正確に再現される場合、おそらくそれが素晴らしいスピーカーということです。

新たな情報を追加または削除せずに、すべての周波数がリスナーに正確に再現される場合、おそらくそれが素晴らしいスピーカーということです。

周波数特性、歪みの量、スピーカーの方向性（音の分散）など、視聴体験の精度を決定する要因がいくつかあります。

周波数特性とは何ですか、なぜそれが重要なのですか？

周波数特性は、スピーカーの出力が異なる周波数でどれだけ大きいかを示します。

周波数特性の一般的なテストでは、低音域から中音域、高音域までの周波数を送信して、スピーカーからの音がこれらすべての領域で同じかどうかを確認します。

スピーカーの理想的な周波数特性は非常にフラット（平ら）です。

スピーカーの理想的な周波数特性は非常にフラット（平ら）です。これは、スピーカーが中周波数または高周波数と同じように低周波数で同じレベル（ラウドネス）になることを意味します。

平らな周波数特性の目標は、あなたの音楽を聴いている人があなたの意図した通りに音楽を体験することを保証することです。曲が十分にマスタリングされており、平らなレスポンスのスピーカーで良好に聴こえる場合、どの音響再生システムでも最高の音が得られることを高い確率で保証します。

フラットスピーカーvs他のすべてのスピーカー

多くのスピーカーは平らではありません。高音や低音が不足しているもの、特定の周波数範囲が過度に強調または隠されたりマスクされている周波数特性にピークまたはディップがあるスピーカーもあります。

これが発生してしまう場合、一部の楽器は意図したよりも音量が大きくなったり小さくなったりする可能性があり、情熱を込めて取り組んだミックスは適切に表現されません。

高周波の場合、スピーカーは非常に速く振動する必要があります。低周波数の場合、スピーカーは大量の空気を押し出す必要があります。これが、ツイーター（高周波ドライバー）が通常小さなドームであり、ウーファー（低周波ドライバー）が通常大きなコーンである理由です。

人は非常に広い範囲である10オクターブ（20hz-20,000Hz）が聞こえます（比較のため、人は1オクターブ未満の光しか見ることができません）。

人は非常に広い範囲である10オクターブ（20hz-20,000Hz）が聞こえます（比較のため、人は1オクターブ未満の光しか見ることができません）。

スピーカーにこのような広い範囲を正確に再現するよう仕向けること自体結構無茶が多いので、そのため多くの場合、この広い範囲の音を表現させるためドライバーを２つ（ウーファー+トゥイーター）、３つ（ウーファー+中域+ツイーター）、もしくは４つ（サブ+ウーファー+中域+ツイーター）必要とします。

スピーカーはどのように改善できますか？ほとんどのスピーカーはどんな部分が弱点ですか？

一般的に多く使用されているスピーカーの多くは、周波数特性が制限されています。例えば、ノートパソコンのスピーカーでベースキックを聴いてみてください！低音感ゼロですよね？

さらに、多くのスピーカーは低出力しかありません。スマホを使ってパーティーで音楽を流したことはありますか？ノリきれませんよね。

スマホを使ってパーティーで音楽を流したことはありますか？ノリきれませんよね。

歪みを生じるスピーカーも多く存在します。つまり、元の録音にはなかった周波数が音楽に追加されてしまいます。

歪みが良い音に聞こえる場合もありますが（チューブアンプやエドワード・ヴァン・ヘイレンを想像して下さい）、スピーカーの歪みは意図して歪みを加えない限り、多くの場合悪い音に聞こえます。

そして、長時間を録音とミキシングに時間を費やした後、自分が意図していない音響要素が何かの拍子でリスナーの耳に入ってしまうことは避けたいですよね。

平均して、大きなスピーカーは周波数特性と歪みの点ではるかに優れていますが、さらに重要な利点は大きなスピーカーは小さなスピーカーと比べると、より良くより正確なサウンドを作り出すことができます。

スピーカーの未来：グラフェンとは何か、そしてなぜグラフェンがスピーカーのパフォーマンスを改善するのか？

グラフェン（Graphene）は、2004年に初めて発見された画期的な新素材です。そしてラウドスピーカーのパフォーマンスを大幅に向上します。

グラフェンは、現存する最強で最軽量の材料です。軽量であるため、非常に素早く移動でき、高周波数に最適です。

ここORA Soundでは、オーディオ使用専用に構築されたGrapheneQと呼ばれる独自の酸化グラフェン材料を開発しました。

その強さは、前後に移動するときに変形したり歪んだりしないことを意味し、より小型で効率的なスピーカーからより忠実な音を提供できるようにしました。

従来のスピーカーは、実際には白熱電球よりも効率が低く、知っての通り白熱電球は現時点ではほぼ使用されてませんよね！

従来のスピーカーは、実際には今日でもまだ使用されている最も効率の悪いテクノロジーの1つです。なぜならスピーカーに入力される電力の1％未満しか音声に変換されていないからです。

そして、ほとんどのエネルギーが熱に変換されます。従来のスピーカーは、実際には白熱電球よりも効率が低く、知っての通り白熱電球は現時点ではほぼ使用されてませんよね！

グラフェンは非常に軽量であるため（1原子の厚さです！）、前後に移動するのに必要なエネルギーははるかに少なくなります。

そのため、今日市場に出ているワイヤレスヘッドフォンまたはスピーカーを取り、その膜をGrapheneQ材料で置き換えた場合、すぐにバッテリー寿命が70％向上します。

新しい素材とその応用は、スピーカー技術の未来です。 ORA Soundはスピーカーが何十年も耐えてきた効率と音の問題を解決します。

ORA Soundをサポートし、KickstarterページでORA GQヘッドフォンをチェックしてみてください。 GrapheneQとORA Soundストーリーの詳細については、ORAのWebサイトをご覧ください（英語のみで）。スピーカーの知識を共有いただいたAri Pinkas氏とRobert-Eric Gaskell氏、ありがとうございます。