オーディオスピーカーの高校物理学的考察

質問

• オーディオスピーカーの高校物理学的考察について、波の回折現象を活用したスピーカーの可能性やウーファーのドライブ性能の向上について質問しています。
• いくつか質問があります。まず、スピーカーの技術革新が進むと、大音量高音質で1cm以下のワイドレンジスピーカーが実現可能になるのでしょうか。次に、ウーファーのサイズが小型化している理由は、素材の進化だけではなく、総合的なドライブ性能の向上によるものなのかもしれません。最後に、同じ音量で試聴した場合、大口径スピーカーと小口径スピーカーの音波的な性質に違いはあるのでしょうか。大口径の方が広い音場を生み出すのか、それとも同じ現象なのか気になります。
• 1つの質問に限らず、新たな視点での回答をお待ちしています。

回答No.2

Yorkminster

1
文字通りタラレバなので、どの局面に限定するかでYESともNOとも言えます。単純に「音波が広がるかどうか」という観点であれば、YESといって良いです。回折現象そのものの問題だからです。周波数特性や歪み率、能率など「スピーカーとして実用に堪えるか」という観点では、現実的に無理でしょう。

2
主に3つの理由があります。1つは、振動系質量を増やして最低共振周波数を下げることで、実質的に低域限界を伸ばすことができます。また、振幅を増やすことで同等の体積の空気を扱っているとみなせます。もう1つは、高い周波数に対する能率を下げることで周波数特性を平坦化し、見かけ上の低域限界を伸ばせます。

いずれも、半導体アンプが普及し、スピーカー自体の機械的特性だけに頼らず、電磁制動によって挙動をコントロールできるようになったことと、パワーが必要なら出力を上げれば良くなったことに由来します。

3
気のせいではありませんが、大口径の方が良いという訳ではありません（妄信している人も少なくありませんが）。口径が大きくなると、スピーカー自身が発した音同士が干渉して指向性が生じやすくなります。従って、帯域を分割してより多くのドライバーを使う（3ウェイや4ウェイといった形に）必要が出てきます。そうすると、ドライバー同士の干渉が問題になるので、スピーカーとの距離が近いと視聴位置が限定されやすくなります。

すなわち、たとえば6畳や8畳程度の部屋であれば、一般論として比較的小型の2ウェイの方が適切といえます。他方、20畳や30畳といった広い部屋の場合、大型化のデメリットは少なく、むしろ小口径で振幅を増やすことによる歪みの増加の方が問題になり得るので、ある程度大きなスピーカーの方が適切といえます。

まあ、物理現象として不適切であっても、聞いている本人が心地好ければそれで良いとは言えますが（なので、やたらと大型スピーカーを置きたがる人がいても、趣味としてはアリです）。

お礼

ご回答有難うございます。
勉強中の素人には内容がすこし難解ではありますが、いくつかの疑問にお答えを頂いた気がします。
　皆様のご回答のキーワードを検索しているうちに「音波とは」とのテーマになりつつあります。大気中をどのように伝播しているのだろうみたいな感じです。