スピーカーとアンプとのインピーダンスの整合について

質問

自分は今年の正月頃にスピーカーユニットを買い自作に挑戦してみようと思っています。
アンプもキットを買い作る予定です。
ここで質問があるのですが、ユニットとアンプの対応インピーダンスが２Ω分ユニットが小さく抵抗を入れ合せようと考えているのですが抵抗を入れない時とで、音の感じに変化はあるのでしょうか？またどのような変化になるのか実践した諸先輩方ご教授よろしくお願いします。
よろしければ、他に整合方法で良い手段があればこちらもご教授よろしくお願いします。
スピーカーユニットはPARCAudio製DCU-F101W2　インピーダンス6Ω
アンプキットはNFJ製YDA138デジタルアンプキット　対応インピーダンス8Ω
です。

回答No.2

John_Papa · ベストアンサー

YDA138にDCU-F101W2
特に気にする必要は無いと思います。
YDA138自体は4Ω負荷でも大丈夫です。

YDA138の仕様
http://www.alldatasheet.jp/datasheet-pdf/pdf/205149/YAMAHA/YDA138.html
（広告などではなく、YDA138のところをクリックしてくださいね）

スピーカーインピーダンスが低くなれば、YDA138からの最大出力が大きくなりますので、それに応えられるように電源容量の大きなAC-DCアダプターを使ってください。

ところで、デジタルアンプに共通の課題に、添付画像のように高域でのピークがあります。これをフィルターで抑えるのですが、スピーカーのインピーダンスを含めての設計になります。YDA138の仕様書でも９ページに各インピーダンスに合わせたＬＣフィルターが提案されています。（17ページに8Ω時の特性図があります。高域特性の良いアンプのようです）
キットは８Ωで設計されていますので、6Ωや4Ωでは10KHz以上の高域が伸びずに低くなっていると推測できます。（この高域特性の変化がデジタルアンプの推奨インピーダンスと深い関係になる訳です。ピークがスピーカーのインピーダンスに影響されないもっと高域になるようにICを設計する努力で進化はしています。）
しかし、抵抗器と違ってスピーカーのインピーダンスは以下のごとく周波数によってかなり変化します。

DCU-F101W2の仕様
http://dream-creation.jp/image/DCU-F101W2.pdf
DCU-F101W2の高域インピーダンスは10KHz以上で16Ωを超えていますね。
YDA138の仕様書を見ると18ページの32Ω特性で可聴帯域上限の20KHzまでは発振がないことが調べられているようです。安心してDCU-F101W2を接続できますね。

なお、アンプとスピーカーの間に抵抗を入れるとどうなるか？という件ですが、一般的に低音域が良く出る感じになります。ビシッと締まった折り目正しい感じが無くなって緩い感じになります。ゆるキャラがお好きなら抵抗器に無駄飯を食わせて熱くなるのを楽しんでも良いでしょう。
理由は「ダンピングファクター」で説明されてますので、暇なら検索で流し読みしてください。でもあまり信じすぎないように、ダンピングファクター２０以上になると聞いて判る程の違いは無くなります（これはスピーカーケーブルを数十メートル以上使ってダンピングファクターを低くする実験などで確認できます。というよりは高音質でPAする業務において問題になる）ので「DF何百だから」というのは眉唾です。ちなみに6Ωのスピーカーに2Ωを直列に繋ぐと、アンプの内部抵抗と合算してダンピングファクター３以下という事になります。充分に聞いて判る違いになると思いますよ。

添付画像はこちらからお借りしました。
http://www.analog.com/en/design-center/reference-designs/hardware-reference-design/circuits-from-the-lab/cn0303.html#rd-description

お礼

回答ありがとうございます。
この構成で駆動に問題ないとのことで安心しています。
ダンピングファクターについて調べてみました。
自分は締まりのある低音が好みなので抵抗入ないことにしようと思います。
ICの仕様データ、ユニットの仕様データ、周波数特性のグラフのリンクやインピーダンスの変動解説など知識も教えていただき本当にありがとうございました。
頑張って自分の理想のオーディオシステムを構築していきます！

回答No.8

denwaha4126

このアンプのモノラ動作モードは簡単
同じ電源、同じPWM信号でスイッチングしてるから、FETブリッジを並列にしただけだし。
アナログアンプに例えるなら、パラレル・プッシュプルの数を増やすようなもの。
結局、ステレオモードの推奨負荷の最小値を 7.5Ω にしてるのは、主にパッケージの熱抵抗によるものだろうね。
8Ω で 10W の連続出力を補償しているから、6Ω なら 6W くらいかな～（電流1Aでのスイッチング損失的な意味で）
音楽再生なら余裕があるから、6Ωでも問題ないでしょ。

ちなみに
アナログアンプも同じ電源でアンプの特性が揃っていれば並列に出来る。
中華アンプで LM3886 とか TDA7293 を凄い数パラってるのがあるけど、これにはちょっと引く～（笑）

で、本題
デジタルアンプはキャリアを阻止するローパスフィルタ（以下 LPF）が出力にある。
これは 2次LPF だから、負荷インピーダンスでフィルターの Ｑ が変わる。
このアンプが8Ω負荷を標準としているのは、8Ωの純抵抗負荷で Q が 0.7 近くなるよう LPF を設計しているから。

デジタルアンプとフルレンジ・スピーカーは相性が悪い。
フルレンジはボイスコイルのインダクタンスが大きいから、高域でインピーダンスが上昇する。
だから、4Ωだろうが8Ωだろうが、フルレンジを使うと LPF の Q は１以上となり、カットオフ周波数で共振する。

というわけで
「フルレンジ・スピーカーのインピーダンスが6Ωだから、2Ωの抵抗を直列に入れる。」
これが如何に馬鹿げているか分かるだろう。
分っかるかな～、分っかんねぇーだろーな～、イェ～ィ！（by　松鶴家千とせ）
百害有って一利無し

マルチウェイ・スピーカーの場合は、高域のインピーダンスはツイーターのインピーダンスになる。
ツイーターのインダクタンスは小さいからインピーダンスはあまり上昇しない。
だから、マルチウェイの方がデジタルアンプには向いている。

で、スピーカーの自作が出来る人は気がつく。
フルレンジに LPF 入れるならインピーダンス補正回路入れたほうが良いんじゃね？
特にカットオフ周辺でインピーダンスが上昇してたら入れるのが常套手段。

具体的には
DCU-F101W2 のインピーダンス特性グラフから、直流抵抗約は6Ω、等価インダクタンスを約0.18mH と予測する。
YDA138の2次LPFはBTL出力で、44uH、0.22uF とみられる。
これでシミュレーションすると
インピーダンス補正回路は、8Ω、3uF　でOK・・・・・？

誰か検証してみて～

お礼

回答ありがとうございます。
自分にはまだ回路の細かい部分の知識がないためすぐには実践はできないですが、その後の細かな改良をしていく時に施していきたいと思います。

回答No.7

John_Papa

No.4です。 お礼ありがとうございます。
何を知りたいのか判らないんですが、No.4のお礼での質問への回答です。

YDA138は基本的にステレオ入力・ステレオ出力です。
12Vで動作する低電源電圧アンプでは当たり前の各チャンネルBTLアンプ構成に成っています。
BTLアンプは、普通のアンプを乾電池に例えれば、乾電池を直列にした状態になります。これが右用と左用の２系列ある訳です。

モノラルで使う時が、ちょっと強引なのです。
入力は左側だけで、出力が左+と右+を合わせて＋極、左-と右-を合わせて－極となります。（普通のアナログステレオアンプでこれをやると高確率で壊れます。
右入力は配線を換えてＩＣの動作をモノラルMODEに切り替えます。
乾電池に例えると、直列にした乾電池を更に並列にした状態という事になります。
アンプが扱う信号は交流なので、４本の電池（アンプ）が同じ信号で動いてないとアンプ間に電圧電流の差ができて充電作用(逆流)が発生しアンプが壊れます。デジタルアンプだからできた離れ業でもっぱらカーオーディオで利用されてる技術です。

お礼

追加の質問に回答していただきありがとございます。
モノラルにする時だけ、ステレオ入力を無理やりモノラル出力に変換し、デフォルトではステレオ入出力駆動で動くというごとですか。2つ用意しなくてはいけないという回答が他の回答者様から出ていたので、安心しました。

回答No.6

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

低能率スピーカーは、見掛け上の能率を稼ぐため、低インピーダンスに設計したがりますねぇ。
しかし、世の中、全てのアンプが低インピーダンス負荷に対応出来るとは限らないので、４Ωスピーカーは少々扱いにくいため、通常利用では問題が出ないだろう、と言う事で６Ωスピーカーという設計も在るのです。

気にしなくて良いと思いますし、詳しい事は既に回答下さっている方々にオマカセしますネ。

さて、本来の回答とは少々ズレますが、抵抗を追加する事でダンピングの問題、という部分について、個人的意見を書き込ませて頂きます。

抵抗での電力消費分、音量が減る、その上ダンピングが悪く成って低域が、、、、
と言うのが一般論として、正しい。
しかし、個人的感じとして、特にフルレンジユニットの場合は、低域だけじゃなく、中高域も含めて全体が、「気の抜けた」「ふにゃふにゃの」「寝ぼけたような」音、という感じに鳴る事が多いように感じています。

元のサウンドキャラクターが元気過ぎて聴き辛い場合は、良い方向に感じられる事も有り得ますが、現代的な一般ユニットでは、好ましく無いと感じてしまう事の方が多いと思います。

一部のヴィンテージスピーカーなどで、個性が強いユニットですと、現代アンプでは一部の良い面は判るが、音がキツイ！、かなり聴き疲れする、なんて言う場合が在ります。
そういうユニットは、そもそも時代的にも真空管アンプで負帰還が少ない、あるいは無帰還で、ダンピングファクター値が非常に小さい状況でサウンドチューニングされた物だったりするので、あえて抵抗やトランス等でダンピング状況を大きく変える事で、本来の柔らかい音が得られる場合も在るのです。

６Ωユニットに２Ωの抵抗器を通しますと、アンプ出力の1/4が抵抗器で消費されます。アンプが１０W出しても、抵抗器が2.5W消費し、スピーカーは7.5Wしか、、、（あくまで、単純計算です、スピーカーは周波数によって、大きくインピーダンス値が変わります、しかし抵抗器は周波数に関わらずほぼ一定の抵抗値（インピーダンス値）を持ちますからね。

私自身ですと、６Ω、気にせずそのまま使う。あるいは片ch２発として、直列１２Ωで鳴らす。という方向で考えますかねぇ。

あくまで、個人的感想ばかりで、回答とは言えないのですが、おジャマさせて頂きました。
どうか、ご容赦下さい。

お礼

回答ありがとうございます。
ダンピングファクターをいじらない事がすべて良い事ではないという事についての解説でとても勉強になりました。
また質問した時、お世話になる時もあるのでその時はよろしくお願いします！

回答No.5

sirasak

心配されているようなので再々回答です。
ＹＤＡ138は１台８Ω10Ｗｘ2で6Ω駆動は仕様外れなので、
仕様通りにするならステレオでは2台で４Ω20Ｗｘ2で鳴らさないといけないのですが、
音楽には強弱があり、強の時に歪まないように注意して聴けば問題無いはずです。
でもアクシデントで巨大入力した時などにメーカー仕様と違った使い方が原因で壊れると後悔するでしょうし特性も悪いはずで、仕様を守るに越したことはないはずです。

私の居間ではテレビをSPL約70dBの8cmスピーカーで最大1Ｗ位の入力で満足です。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-09873/このようなＵＳＢ電源から取れる安いＤ級アンプも沢山あるので試されると良いです。
私がアナログAB級IC(HT82V739ｘ2+電解コンデンサーｘ4+ＵＳＢ電源）8Ω1Ｗｘ2で聴いているのは、８Ω10Ｗｘ2デジタル中華アンプでは音量が大きすぎるからです。
DCU-F101W2　は83dBもあるので、
私の装置と比較すると、スピーカーが約10dB差なので約2倍（2ソーン）も大きく感じて聴こえますので1Ｗｘ2もあればやかましい音量になり満足できるはずです。
アンプ出力を測定する人が少ないようですが、デジタルテスターで測れます。

お礼

再々回答ありがとうございます。
回答者様の解説から入れるケースとボリュームのノブに何かで引っかかりを作り、それ以上回転させないようにさせて、音量上げすぎ防止にしようと考えています。

回答No.4

John_Papa

ありがとうNo.3
大事な事ですね。仕様書を読み飛ばしてました。

YDA138って、あの有名なチップでしたね。
モノラル入力を２チャンネル分のアンプ出力でより合わせて１ｃｈ出力にできるってやつ。（だけどデジタル波形が完全同相でないステレオ入力を出力側で合わせてモノラルにすると故障する。というスリリングな方式）

YDA138を使った鎌ベイ2000とかでも6Ωスピーカーのステレオで使っている人が居るので、通常音量程度なら大丈夫なようです。
でも、自作するなら低インピーダンス負荷による電流増加で発熱が増える分を見越してヒートシンクくらいは付けたいですね。
DCU-F101W2は能率が低い方なので、通常音量でも普通のコンポスピーカーに比べて数倍のパワーが必要な筈ですので。

お礼

再回答ありがとうございます。
またまた追加で質問があるのですが、YDA138はステレオの信号を使う分には通常通りステレオで再生されるという事ですか？
それとも、モノラルを２chに分けて出力すると言う方式ですか？
自分が無知で聞きづらいのですが良ければ回答よろしくお願いします。

回答No.3

sirasak

YDA138の仕様をみて気づきました。
４Ω以上で使うには並列接続して１チャンネルになるので、
ステレオで聴く場合には２台必要になると思います。
中華アンプと言われるデジタルアンプにもそのようものがあるみたいです。

補足

本当ですか？
自分は１つでステレオ駆動させる予定でいたので気になります。
詳しいことが聞きたいのでおヒマがあれば再回答よろしくお願いします。

回答No.1

sirasak

定格許容入力10Ｗユニットですが1Ｗ以下で聴く人が殆どで、
定格よりはるかに少ない電力で聴くのには、少々インピーダンスが違ったり、
アンプ定格出力とスピーカー定格入力が違っても注意すれば良いのは事実です。
でも電気製品ですから違う使い方ではメーカーの保証が関係しますので、
2Ω1Ｗ抵抗を付けて8Ω定格10Ｗスピーカーにすれば安心して使用出来ます。

但し、スピーカー直列に抵抗が入りますから、これだけでダンピングファクターが6÷2＝3になり過渡特性が悪くなるので耳の良い人には感じるかも知れませんが、実験してみると面白いと思います。
8Ω以下保証してないアンプは今後の実験などに使いにくいと思います。
4Ω保証アンプの検討をお勧めしたいです。

お礼

回答ありがとうございます。
自分は低音が締まる方が好みなので回答者様の回答を参考に抵抗は入れないこととしました。
またお世話になる事があるのでその時はよろしくお願いします。