スピーカー

スピーカー、より正式にはラウドスピーカーとは、電気信号を音に変える装置である。 電気的振動を物理的振動に変える電気音響変換器。音響装置の一種。語尾を伸ばさずに「スピーカ」とも、漢字表現では「拡声器」とも。

なお「スピーカー」と言っても、厳密には「スピーカーシステム」全体を指している場合と、「スピーカーユニット」だけを指している場合とがある。どちらを指しているのかはっきりさせなければならない場合には「スピーカーシステム」「スピーカーユニット」と呼び分ける。

1. 概説
-----

スピーカーは、音響を表現した電気信号を、物理的な音、つまり空気の振動に変える装置である。たとえば、声や楽器音などの音をマイクロホンなどで変換して得た電気信号を再び音波にして空間に放ったり、シンセサイザーなどで電気的に作り出した電気信号を人間が耳で聞ける物理的な音にして放ったりする装置である。

スピーカーは、ラジオ受信機、ステレオ装置、テレビ受像機、メガホン、携帯電話 等々、さまざまな音響装置に組み込まれている。

一般に、入力された電気信号をできるだけ忠実に音へと変換するスピーカーが「良いスピーカー」や「高性能のスピーカー」などとされている。つまり元の電気信号の波形と、スピーカーから放たれた音の波形を比較した場合に、それら波形の間に相違が生じたり雑音が入ったりするのは「性能が低い」とされている。 なお性能が良いと価格も高めになる傾向がある。また、あまりにスピーカーのサイズが小さいと、低音が音にほとんど変換されなくなる傾向がある。

用途ごとに、コストや、最終的に実現すべき製品サイズも考慮しつつ、スピーカーというのは選ばれている。たとえば、家庭やオーディオルームなどに据え置いて使うコンポーネントステレオ、特に高級オーディオのスピーカーでは、性能の良い高価なユニットを複数組み合わせて、低音用には直径が数十cmもあるユニットを選び、高さが数十cm～1m以上になるような箱状のエンクロージャーに組み込んで「スピーカーシステム」が組み上げられていることが一般的で、そのおかげで電気信号をかなり忠実に音に変換するものが多い。そのかわり、とても大きくて重く、部屋のスペースを奪い、簡単には移動させることもできないようなものになる。 一方、災害時などに持ち運ぶことなどを想定した携帯ラジオなどでは、持ち運こびやすいことが至上命題であり、製品を絶対に小さくそして軽く仕上げなければならないので、設計者は小さくて軽いスピーカーを選ぶことになり、結果として、低音がほとんど聞こえないようなスピーカーが選ばれる。特に安物の携帯ラジオは、それが顕著になる。とはいえ、そういった災害時用の携帯ラジオでは、アナウンサーの音声が聞こえて言葉の意味が分かれば十分なので、それで良いわけである。携帯ラジオ用のスピーカーは絶対に大きくて重いものであってはならない。

というわけで、スピーカーの諸性質には、しばしばいわゆる「トレードオフ」の関係、つまり「あちら立てればこちら立たず」の関係があり、設計者はコスト・大きさ・重さ・性能のバランスに配慮しつつスピーカーを選ぶことになる。

2. 歴史
-----

ダイナミックスピーカーは、1925年にエドワードW.ケロッグとチェスターW.ライスが発明し、1929年4月に米国特許を取得した。

音声から電気信号を生むダイナミックマイクとは逆に、ダイナミックスピーカーは電気信号から音を生成する。

永久磁石の極の間の円形の隙間にボイスコイルと呼ばれるコイル状のワイヤーを吊るし、そこに交流電気のオーディオ信号を流すと、ファラデーの法則により、コイルは急速に前後に震える。このコイルにダイアフラムを固定することでダイヤフラムが前後に移動し、空気を押して音波を生成する。この最も一般的な方法に加えて、電気信号を音に変換するために使用できるいくつかの代替技術がある。

3. スピーカーの種類・分類
--------------

3.1. ユニットの変換方式による分類
-------------------

ダイナミック型
コンデンサ型
リボン型
イオン型
マグネティック型
圧電型

3.2. 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

3.3. 振動板の配置による分類
----------------

フルレンジ 1種類のスピーカーユニットで低音から高音まで全て再生する。
マルチウェイ 複数種類のスピーカーユニットで、再生する音域を分担する。

3.4. 特定の振動板がない振動スピーカー
---------------------

コーン紙など特定の振動板ではなく、直接に振動体を設置し家の壁、床、その他自動車の天井や花など共鳴するものを振動板とするスピーカーである。振動スピーカー、共鳴スピーカー、伝導スピーカーと呼ばれる。

また、放電型スピーカーやサーモホンのように振動板を使うことなく音を発生させるスピーカーもある。放電型スピーカーは高周波放電で発生する空気の振動を利用するもので、過渡応答が優れているという特徴がある。サーモホンは熱音響効果を利用し、周期的な熱の変動による圧力の変化を利用し音を発生させる。十分な音圧が得られなかったため長く忘れられていたが、カーボンナノチューブなどの新しい素材の発明に伴いシート状スピーカーなどへの応用が研究されている。

3.5. 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
ウェアラブルスピーカー
ヘッドフォン
ネックスピーカー
平面バッフル／後面開口型
密閉型
バスレフ型
ダンプドバスレフ型
ドローンコーン型
ASW型
ダブルバスレフ型
共鳴管方式
TQWT
トランスミッションライン
IR方式
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※これらは組み合わせて使用されることも多い。

3.6. 用途による分類
------------

ピュアオーディオ用
モニタースピーカー用
PA/SR/拡声用
楽器用 - 構造上はアクティブスピーカーと同一であるが、対象の楽器の一部として考えられている。
水中用
組み込み用
軍用
その他 特殊用途

3.7. 内蔵アンプの 有 / 無 による分類
-----------------------

スピーカーシステム側にアンプを内蔵しているタイプと、そうでないタイプがある。

アンプを内蔵するスピーカーシステムを慣習的に「アクティブスピーカー」と呼び、アンプを内蔵しないものは慣習的に「パッシブスピーカー」と呼んでいる。あくまで慣習である。深い意味は無い。

4. ドライバー
--------

音を出す核心的な部分を「スピーカーユニット」と呼ぶ。英語では「driver ドライバ」と呼んだりもする。これこそが音を出す核心的な部分であり、これだけでも音は出るが、通常は「むき出し」状態で使われることは少なく、ラジオやテレビなどの筐体に内蔵され、コンポーネントステレオのスピーカーの場合はその箱や容器に取り付けられた状態などで使用される。スーパートゥイーターの中にはスピーカーの箱や容器に入れず、単体で上部に置いた状態で使うものもある。

ひとつのユニットで人の可聴域全てを再生できれば理想的ではあるが、現実には製作が難しい。それはコーン紙を大きくすると低音を出しやすくなるが、コーン紙が重くなること、分割振動や異なる部分からの音の干渉により高音が出しにくくなる。基本的に超低音域から超高音域まで一つのスピーカーで再生することは困難である。

そこで、特定の周波数帯を得意とするスピーカーユニットが作られており、異なった周波数帯を得意とする、タイプの異なったユニットを複数組み合わせることで、全体として広い周波数域をカバーするということが行われている。スピーカーユニットは、その得意とする周波数帯域によって、以下のように分類されている。

フルレンジ - 全帯域用であるが、中音域に比べ低音や高音の再生を両立することが難しい。これを改善するためにダブルコーンやイコライザーなどが使われることがある。
サブウーファー - 超低音用
ウーファー - 低音用
ミッドバス - 中低音用
スコーカーあるいはミッドレンジ - 中音用
ツイーター - 高音用
スーパーツイーター - 超高音用なお、どの範囲の周波数が超低音・低音・中低音・中音・高音・超高音なのか、厳密な定義は存在しない。

5. スピーカーシステム
------------

上述のドライバーやエンクロージャーなどを組み合わせることで、スピーカーシステムが作られている。

スピーカーシステムの種類・分類以下はスピーカーシステムの種類をリストにしたもの

1ウェイスピーカー - スピーカーユニットがひとつだけのものであり、ひとつで済ませるために「フルレンジユニット」と呼ばれる、中音域に優れ全音域をほどほどにカバーするユニットを選ぶのが常套手段である。
2ウェイスピーカー - 音域を2分割し、2種のスピーカーユニットで再生する。主に「ウーファー+トゥイーター」で構成される。
3ウェイスピーカー - 音域を3分割し、3種のスピーカーユニットで再生する。主に「ウーファー+スコーカー+トゥイーター」で構成される。
4ウェイスピーカー - 音域を4分割し、4種のスピーカーユニットで再生する。2ウェイ・3ウェイと異なり、構成はまちまちである。 2ウェイ以上のスピーカーをマルチウェイスピーカーと呼ぶ。マルチウェイスピーカーにおいては、各ユニットの音域が重複しないように音域を制限する電気回路や電子機器を用いるのが通常である。パワーアンプの前で分割し音域毎に別のパワーアンプで駆動することもあるが、多くの場合パワーアンプで電力増幅後に分割される。各ユニットの音域の境界にあたる周波数をクロスオーバー周波数という。2ウェイであれば1つの、3ウェイであれば2つのクロスオーバー周波数が存在する。

マルチウェイスピーカーでは必然的に各ユニットの取付位置が異なるため、フルレンジと比較して楽器や声の位置がぼやけるという意見がある。これを解決するため、トゥイーターの上下を挟むように2つのウーファーを配置し、取付位置を見かけ上一致させたスピーカーシステムも販売されている。特殊な例として、ウーファーの中心部にトゥイーターを組み込むことで1つのユニットとした2ウェイユニットがあり同軸型2ウェイユニットと呼ばれる。

なお、上記のスピーカーシステムに、サブウーファーを別筐体として付加する場合もある。これは低音のみを出すための専用スピーカーシステムである。ホームシアター製品のほとんどに付属しており、AV機器として広く普及しているといってよい。なお、サブウーファーについては、ドルビーデジタルなどのシステムにおいてLFEチャンネル(0.1ch）