スピーカーコーンの材質

質問

スピーカーコーンには最近は色々な材料がつかわれています。音速（ヤング率）と内部損失が
大切であるとの記事があります。例えば、金属を金属でたたかないと出ない音＝トライアングル
の音が、紙のコーンから出るのは何故でしょうか。音速も遅いし、内部損失も大きい紙から
金属の音が出る理由です。耳がごまかされているということでしょうか。コーン振動から空気
振動に至る過程で何かあるのでしょうか。お願いします。

回答No.5

iBook 2001（@iBook-2001） · ベストアンサー

再び iBook-2001 です♪

補足をくださり、ありがとうございます。

現実的なスピーカー動作として、振動板全体が正確に動いている物ではありません。
どうしても振動板の「たわみ」が発生して周波数が高く成ると駆動元のボイスコイル付近だけが動くように成りがちです。

簡単に言えば、２０センチのフルレンジ、シングルコーンスピーカーでトライアングルの音が出ているのは、主にボイスコイル本体とその付近。他の部分はたわんだ結果位相差を伴っていますが、それら全てが空間合成された結果を私たち人間が「トライアングルの音」として聞こえています。

アナライザーで調べれば、本物の楽器とほぼ同じような結果を得られるでしょう。

タワミの部分ですが、紙でも金属でもタワミ加減が違うだけで、根本的な部分は同じと言えます。
むしろ、金属振動板はそれ自体が音を発し易く、固有音をいかに抑えるかというのが使いこなしと成ります。
ソフトドームの場合は、逆に固有音を出しにくいのが特徴ですし、高い周波数の場合には想像以上に剛性も有るものです。

さて、タワミによる部分は「分割振動」、素材固有音は「高域共振」と言えます。
トライアングルの音は、まさに固有振動、つまり高域共振そのものを利用していると言えます。
シンバルは単純な共振だけではなく、全体のタワミ、加工により各部の分割振動を組み合わせて独特の音色を持っていて、高価な物は職人のハンマー打ち感性次第と言う分野も有るそうです。

スピーカーの挙動を捉える場合、大半はマイクで音を捉えますが、周波数が高く成るとマイク位置がミリ単位で動いただけで測定結果が変わってしまいます。
また、反射板を付けてレーザー光で測定と言う実験を行った人の記事を読んだ事が有るのですが、振幅が大きい低域では良好な測定ができても、周波数が高く成るにつれて振幅が小さく成るため計測が難しく実用的では無かったと言う結果だったようです。

繰り返しますが、振動板自体が音を出すのでは無く、電気信号によって動いているだけです。
考えてみれば、紙より柔らかいと思える空気が伝えてくれる振動ですからね。

お礼

皆様、ありがとうございました。振動の起源と音源の場所が
必ずしも一致せず、それなりの音が出る理由が分りました。
難しいですが、紙パルプの良さが理解できました。

回答No.4

nijjin

スピーカーは振動しているように見えていますが実は振動で音を出しているわけではありません。
前後の動きで空気を動かす事によって出しています。
http://www.phileweb.com/magazine/audio-course/archives/2007/06/14.html
振動があるとすれは前後の動きの副作用です。
そのため、振動そのものを音にする装置が存在します。
http://nebigtaiken.at.webry.info/201102/article_2.html

紙でも金属でも音の波形を正しく振動で作り出せればその音は出せます。
ただ、材質などによる音（音色や周波数など）がより金属っぽいとかそういうことですね。
そのため、ツイターではなくミッドレンジが（も）金属というものもありました。
http://audio-heritage.jp/CORAL/speaker/dx-7.html
http://audio-heritage.jp/DIATONE/diatoneds/ds-1000z.html
金属での究極はオールメタルスピーカーでしょうか・・・
http://www.niji.or.jp/home/k-nisi/hs-530.html

ある意味、前後運動による究極のスピーカーが平面スピーカーかもしれません・・・
http://audio-heritage.jp/TECHNICS/speaker/sb-m1.html
http://audio-heritage.jp/TECHNICS/speaker/sb-afp1000.html

つまり、その波形を正しく前後運動で空気を動かし作り出すことが出来れば紙や金属にこだわる必要は無いという事です。
もちろん、材質などによる音色の好みはあります。

回答No.3

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

私も子供の頃にスピーカー等に興味を持って、同じ疑問を持った事を思い出しましたぁ。

結論から言えば、トライアングルは素材の振動で音を出す。
スピーカーは素材の振動では無く、トライアングルの振動をなぞって空気を動かしているだけ。

電気信号から空気振動へ。より効率よく、正確な振動と言う理想の振動板として、ヤング率とか様々な「振動板の素性」と言う部分なんですね。

振動板自体が音を出すのでは無く、あくまで電気信号によって動く事で音に成るって事ですね♪

補足

ありがとうございます。ボイスコイルが電気信号の通りに振動するであろう
事は理解できるのですが、紙のように内部損失が大きいものが、ボイスコイルの
振動通りに（質量もありますし）動くものだろうかと云う事です。突き詰めると
トライアングルの音は、質量の非常に小さな金属箔を振動板とし、ホーンのような構造であれば
出せるのかなと云う疑問になります。紙のコーンツイーターあるいはソフトドーム
から出ているトライアングルの音は、一体何の音なのだろうかと云う事です。
オシログラフをとれば比較はできるのでしょうか。

回答No.2

HAL2（@HALTWO）

金属と金属を叩いて振動させても、音はその振動で空気が叩かれて伝わり、空気が鼓膜や耳骨を叩くことで認識されるものですので、金属同士でなければ伝わらない振動は元々耳には届いていません。

自然界には 20Hz 以下や20kHz 以上の音が幾らでもあるのですが、人間はそれらを聴き取れませんので Speaker Unit の再生領域も人間の聴覚領域内で充分なわけです。

Speaker Unit Diaphragm に於ける Young 率 (縦弾性係数) と内部損失の課題は御質問者さんが例に挙げたような問題に対処するものではなく、分割共振のような不要共振を如何に Control するかといった問題に対処する技術用語です。

補足

ありがとうございます。理解を奨めるために、
＜金属同士でなければ伝わらない振動は元々耳には届いていません。
とすれば、聞いている音はもともとの音とは違うものと云う事ですか？
ボイスコイルがコーンを叩いているイメージではないということでしょうか。

回答No.1

nokata

金属には金属特有の固有振動があります。
金属だけでは無く陶器でも木片でも
同じように固有の振動を持っています。
もちろん紙にもあります。

金属をたたくとカンカンとかキンキン
とか金属音がしますね。
陶器はチンチン、
木片はコンコン、
紙片はボッボッ、
トライアングルの音はチ～ンでしょうか？

これらの音は固有の振動で起きる振動音です。
単にたたくだけならそれぞれの周波数しか聞こえません。

しかしスピーカーからは５０Hｚくらいから
２万Hzくらいまでの音が聴けます。
これは前述の材料からはみ出した周波数の音が
聞けていることになります。

理由は簡単です。
コーン紙に直結されたコイルが
低い周波数から高い周波数まで一手に引き受け
電気信号が入れば嫌でも振動してしまいます。
コーン紙が付いていなくてもわずかながら
音は確認できます。
そのコイルは筒状のボビンに巻かれており
ボビンはコーンに接着されています。

コーンの材質は何でも構いません。
一般的なのは紙ですが、コイルと一緒に
５０～２万Hzまで一緒に動きますので
低い音から金属音などの高音まで再生できるわけです。

ですので、紙の固有振動数はとても低いのですが、
コイルのおかげでトライアングルの音が聴けるという
仕組みです。

余談ですが、現在の紙質では高音の振動にはついていけず、
コイルの振動とは無関係に動き、ひずみとなって聞こえてしまうわけです。
これが耳に入るととても嫌な気分になり、
音楽に飽きてしまう原因を作り出しています。

補足

ありがとうございます。ボイスコイルが電気信号の通りに振動するであろう
事は理解できるのですが、紙のように内部損失が大きいものが、ボイスコイルの
振動通りに（質量もありますし）動くものだろうかと云う事です。突き詰めると
トライアングルの音は、質量の非常に小さな金属箔をホーンのような構造であれば
出せるのかなと云う疑問になります。紙のコーンツイーターあるいはソフトドーム
から出ているトライアングルの音は、一体何の音なのだろうかと云う事です。
オシログラフをとれば比較はできるのでしょうか。