ヘッドホンはイヤホンより振動板が分割振動している？

質問

大口径スピーカーでは振動板が分割振動すると音質が悪くなるのでウーハーとツイーターに分けて周波数特性をフラットに出来るとされています。
ヘッドホンは耳元にスピーカーを近づけたのに近似するとされている説明があります。

　図は簡略測定ですがヘッドホンはイヤホンよりも振動板の分割振動が多いように思います。
耳で視聴しても音量の凸凹が分かりますので測定が間違ってはいないようです。

　視聴では分かりにくいのですが、特性図からはイヤホンよりもヘッドホンは音質が悪いと思いますが、このような記事がありませんのでご意見をお願いします。

回答No.5

Yorkminster

測定の状況や条件が分からないので憶測を含みますが、ちょっと結論を急ぎ過ぎという気がします。

確かに、分割共振は周波数特性とインピーダンス特性から「ある程度」推察することは可能です。ただ、周波数特性やインピーダンス特性に現れるのは「振動板の挙動を含む様々な現象の総体」なので、ピークやディップが全て分割共振のせいとは言えません。

より具体的には、エンクロージャーに取り付けた状態ではエンクロージャーの影響を受けます。密閉型や半開放型の場合、バスレフ的な動作をさせているヘッドフォンも少なくないので、位相反転の影響が出ている可能性があります。

また、特にヘッドフォンの場合、振動板の保護（やおそらく音質の調整も含めて）かなり凝った形状のグリルが取り付けられているので、その影響も無視できません。

もう1つややこしいのは、スピーカーは自由空間での挙動が基本とされるのに対して、ヘッドフォンやイヤフォンは耳に押し当てて使う以外の用途がありません。公的な測定基準があるのか知りませんが、スピーカーのように単に正面に測定用マイクを据えるだけでは、設計時に意図された周波数特性を得られない可能性が高いでしょう。

当然ながらヘッドフォンでも分割共振は発生し得るので、振動板の形状や構造、ボイスコイルの位置や直径などを試行錯誤して開発されているはずです。理想的には同軸ヘッドフォンだと思いますが、稀に見かけても長続きしないので未だ試作品レベルの域を出ないのでしょう。

もう1点、誤解があるような気がします。分割共振は意図しない振動板の挙動なので、忠実な再生という観点からは、少ないに越したことはありません。しかし、大口径フルレンジの愛好家が少なくないように、分割共振があるからダメとも言い切れません。

ウーファーとツイーターを使い分ける、より実質的なメリットは、指向性の改善です。仮に分割共振がないとしても、波長の短い高音にとっては、大口径の振動板は途方もない大きさです。このため、振動板のある点と、別の点から発生した高音が、ある位置では逆相になって打ち消し合い、周波数特性が乱れたり、軸上からズレると急激に減衰したりします。要するに、スイートスポットが極端に狭くなって実用性がなくなります。従って、高音の再生には可能な限り小さな発音体が良く、現代では19～35mm程度のドーム型ツイーターが主流になっています。

ちなみに、いわゆるフェイズプラグは、このような干渉をコントロールするための工夫の1つです。また、複数のドライバを相互干渉させることで意図的に指向性をコントロールしたスピーカーをラインアレイ型（トーンゾイレ型）と呼び、PA分野では一般的に使われています。

お礼

理想的には2wayや同軸ヘッドフォンだと思いますが、高価になるし、ユーザーもそこまで性能が分からないから求めないと思います。
スピーカーでも周波数特性図を発表するメーカーが僅少なのは、基準の測定方法で凸凹のない理想的なものが作れないから隠すのであって、自信があるなら正面に特性図を出すでしょう。
購入するとき凸凹具合が明確に分かるのはユーザーに有利ですが、メーカーには不利です。

　大口径フルレンジの愛好家が少なくないように、分割共振があるからダメとも言い切れません。凸凹があっても音楽では分かりにくいのです。
私も30cmギターアンプスピーカーや、8cmフルレンジスピーカーでも良い音が出ていると思いますし、フラットな2wayスピーカーよりも味があって好きです。
でも、凸凹があるのはHiFiではないと思います。

　波長の短い高音にとっては、大口径の振動板は途方もない大きさで、振動板のある点と、別の点から発生した高音が、ある位置では逆相になって打ち消し合い、周波数特性が乱れたり、軸上からズレると急激に減衰したりするのを分割振動と思っています。
19～35mm程度のドーム型ツイーターが主流でエッジは狭くして分割振動が出にくくしてありますが、ヘッドホンユニットはコーンツイーターに近い構造で、エッジ部が大きい。

　ラインアレイ形などは巨大空間に音を出すスピーカーでは該当しますが、耳との空間が小さいヘッドホンでどこまで指向性をコントロールできるのでしょうか？
10kHzで波長が34mmです。逆相で打ち消しあう波長が17mmなので高音ではコントロール可能でも1kHz波長34cm付近は出来ないと思います。