高能率スピーカーの選び方~生演奏の迫力を自宅で再現する

 ドラムやパーカッションの生音には迫力がある。しかしスピーカーの再生音にはそれがない。特性がいくら良くても生音と「かけはなれた」音しか出ない。これこそ現代のスピーカーに一番欠けているもの。この謎を考察し、生音に近い音の出るスピーカー選びのポイントをご紹介する。

 

スピーカーが生音にほど遠いのはなぜか

 ドラムやパーカッションから出る音圧の変化はとても鋭い。皮膚がビリビリ震え腹にズンズン響くのは、その音圧(気圧の変化)が体にぶつかってくるため。人間の体には身体共鳴があり、その周波数は体の部位によって違う。腹部の共鳴周波数は500Hz付近である[5]

 生演奏の感動を再現するにはこの身体共鳴の再現が不可欠であり、それには生演奏と同じ音圧を品質良く出せるダイナミックレンジの広いスピーカー[1]が必要になる。原理的に身体共鳴が得られないヘッドホンやイヤホンは、そこでどんなにいい音を出しても決して生演奏の感動は得られない。

 スピーカーのダイナミックレンジは、スピーカーの能率に比例する[1]。能率は振動板が軽く、口径が大きく、駆動力が強いほど(磁気回路が強力なほど)良い。方式も音を四方八方に散らす音場型より、音の塊を直接自分にぶつけて来るホーン型の方が有利である。

 ドラムをそれらしく再生するには50Hzあたりからキッチリ再生する必要がある。この音域はバスレフの共鳴や室内定在波によって応答が鈍りやすい。

 音の中でも女性ボーカルが比較的それらしく聴けるのは、再生側の欠点が目立ちにくい音域にあるためと考えられる。

 

能率の高いスピーカーの特徴

 能率の高いスピーカーはダイナミックレンジが広い[1]。大きな音を出しやすく、微小信号によく反応する。世間の表現を借りれば、

「クリアで鮮明」「打てば響く」「音離れがよい」「生々しい」

といった特徴になる。かつて隆盛したジャズ喫茶も、このような音でお客を魅了させていたに違いない。

 

長岡鉄夫 壮絶超音速スピーカーの製作記事(1985年 STEREO)

出典:STEREO 1985年6月号

 長岡鉄男氏の作品に能率102dBのスピーカーがある(PA-2 1985年)。

 試聴の結果についてこうある(一部抜粋)。 

「壮絶、圧倒的。メーカー製のシステムでは絶対に聞けないショッキングなサウンドだ。ものすごく音離れが良く、全域にわたってスピード感がある・・・このスピーカーの音は、超音速、というよりは超高速で飛んでくる感じがある・・・音圧の衝撃力はたいへんなものだ。直径1mのフライパンでガーンとひっぱたかれる。そんな感じである」

 

 但し、能率最優先で作った結果、周波数特性が犠牲になり音色にクセがある。「ソースによってはちょっと落ち着けない」とコメントされている。

 

口径の割に能率が高いスピーカーを見える形にする

 長岡鉄男氏の能率102dBは文句なしに高い。しかし口径の割に能率の高いスピーカーがある。例えばクリプシュのR-14Mは10cm口径で90dB。これは能率が高いといえるのだろうか。

 スピーカーの能率は、振動系の軽さと駆動力の他に、振動板の面積(口径)が関係している。そこで、面積(口径)の影響を除外して能率を比較できるグラフを作ってみた。

スピーカーの能率と口径の一覧

図1.スピーカーの能率と口径の一覧

 オレンジのプロットは、高域の再生にホーン型ユニットを使った、能率が高いとされるスピーカー。オレンジのボトムを繋いだ線を高能率のボーダーラインとし、そこから-3dBのところを中能率のボーダーラインとした。線の傾きは口径2倍で3dB。単純には面積4倍で6dBになりそうだが、駆動力(磁気回路)4倍の「4発相当」とはいかず、2発相当が適当のようである。

 このグラフから、10cm口径のクリプシュのR-14Mは高能率スピーカーの一員であることがわかる。生々しい音で多くの人を魅了した 2S-305 (ダイヤトーン 1958年発売)も、相当な高能率スピーカーだった。

 

 生演奏の再現はオレンジの線が目安になる。この線から上のスピーカーを選べば、一般的な半導体アンプでもそれらしい音圧を出せる。

 例えばTX1152の能率が最も高いが、距離を1/4(ニアフィールド)とすれば、オレンジの平行線上にある小型スピーカー(例えばR-15M)でほぼ同じ音圧が出せる(同じアンプ出力Wで)。部屋のサイズや試聴距離に応じて適切なスピーカーを選んでほしい。

 線の下方向に候補を求めると3dBごとにアンプの出力が2倍必要になり、スピーカーの歪も増えて良質な音を得にくい。生演奏の感動を求めるなら、少なくとも緑の線から上を候補としたい。

※:距離が半分ごとに6dB増えるのは自由空間で鳴らした場合の話。一般的な室内でこの通り減衰することはない。

 

高能率・低能率の利点と欠点

高能率スピーカー

(利点)
・応答に優れた駆動ができるおかげで生々しい音質を得やすい
・微小な信号によく反応する
・少ない振幅で済むため歪少なく、大音量でも音質が崩れない
・アンプの出力が小さくて済む(アンプにお金がかからない)

(欠点)
・低音が出にくい(振動板が軽い為)
・周波数特性にクセを生じやすい

 

低能率スピーカー

(利点)
・周波数特性をフラットにしやすい
・低い周波数の低音が出る(振動板が重い為)

(欠点)
・重鈍で暗い音質
・振幅が大きくなって歪が増える
・大出力アンプが必要(アンプにお金がかかる)
・大音量再生が苦手(歪が目立ち、うるさく感じる)

※:私は昔、10cmフルレンジ(FE-103)のコーンにJBL LE-8Tを真似てパテを塗ったことがある。パテを塗り重ねるほど能率と引き換えに低音が良く出るが、元気で明るい元の音色とは程遠い、暗くぼんやりした音だった。

 

 高能率スピーカーの欠点には次の改善手段がある。

・低音が出にくい →サブウーファーを追加する
・周波数特性にクセを生じやすい →周波数特性がフラットな機種を選ぶ

 高能率SPは能率を優先した設計で周波数特性が犠牲になっている製品が多い。そんな中にも特性に配慮した機種がある。こういう商品を選び、不足する低域をサブウーファーで補うことで音質的に満足いくシステムを作れる[1]。

 


 

遅れ率で応答を評価する(2020/7/14)

 腹にズンズン響く低音を再生するには、応答のいいスピーカーを選ぶ必要がある。バスレフは応答が悪く、群遅延にそれが表れる。

 ところが、群遅延が同じ数値でも周波数によってその影響が違う。1/30secの群遅延は30Hzにとって1波長の遅れに過ぎないが、90Hzの1/30secは3波長の遅れになるため同列に比較できない。周波数に関係なく同じ土俵で遅れを評価できる指標として、次を提案したい。

遅れ率(遅延率)=群遅延×周波数

 群遅延はインピーダンス特性のピークで最大になることから、その時定数を求めてこれを使うのが簡単である[6](ピークの時定数は同じポイントの群遅延に等しい)。

 下のグラフはウーファーの遅れを、遅れ率に換算して同列比較できる形にしたもの。ポートから出てくる音の遅れが目立つ。ポートを塞いで密閉にし、同じ密閉式のサブウーファーにつなげるのが品質の良い低音再生のポイントになる。

ウーファーの遅れを遅れ率にしてみたもの

図2.各種ウーファーの遅れ率

 

 周波数全域の群遅延は音を入力(スピーカー端子電圧)で割った伝達関数の位相から求められる。この測定値にはスピーカーから出た音がマイクに到達するまでの音速による遅れや、レイテンシ(測定系の遅れ)など、周波数に依存しない一定の遅れ時間が含まれるので、これを差し引く必要がある。

 

ツイーターの遅れ率の測定例(参考)

 下の図はJBL S3100のツイーター正面特性のインパルス応答(Lch=スピーカーの入力電圧、Rch=ツイーターの音圧)から群遅延(一番下左)と遅れ率(一番下右)を計算した結果。振動板とマイクの距離205㎜を補正してある。高域に関しては、10kHzまでほとんど遅れ無しで再生できてることがわかる。

S3100ツイーターの遅れ特性を分析した結果

 

理想的なホーンスピーカー(2019/1/16追記)

 コーン型やドーム型は振動板の質量を負荷として駆動するため質量が応答に影響するが、ホーン型は振動板の前にある空気を負荷として直接駆動するため、周波数特性に振動板の質量があまり関係しない。

 そのため軽い振動板を使い、強力な磁気回路と組み合わせて応答を極限まで高めることができる。

 応答に優れた音を出すという点では、強力な磁気回路と組み合わされたホーン型(コンプレッションドライバー+ホーン)が最も有利な方式の一つである。

<詳細>
 文献 1によるとホーンスピーカーの応答を示す時定数はf/fc>5でほぼゼロになる(fc:ホーンのカットオフ周波数)。実際はf/fc>5でもコイル時定数と振動板の質量が応答に影響するが、軽い振動板と強力な磁気回路を使うことで遅れを小さくできる。

 

生音の再現に適したスピーカーの候補

 ライブコンサートの音を自宅で出そうと思ったら、そこで使われているのと同じスピーカーを使うのが一番の近道になる。つまり、SR用スピーカーが候補になる。

 ただし、コンサート会場のように遠くまで音を飛ばす必要がないから、会場と同じ規模のものは必要ない。距離が近くなればその分、スピーカーの能率もしくはもしくはアンプのパワーが少なくて済む。

 一般家庭に適した具体的な候補は関連記事7を参考にしてほしい。

 


 

参考:過去の高能率スピーカー

  能率を高めるうえではホーン型が有利だが、民生用の高能率システムは過去を振り返ってもあまりない。

 一つは図1にプロットした三菱電機2S-305、テクニクスSB-E100、外部イコライザーを使う前提でONKYO グランドセプター GS-1(28cm×2,100dB)、パイオニア S-HE10(25cm×2 98dB)、パイオニアのS-HE100(25cm×2,96dB)などがある。

テクニクス ホーン型SPのラインナップ(1980年頃)

 テクニクスのホーン型SPラインナップ(1980年頃のカタログ)で、ちょうど平面SPがブームだった頃。

 左上のSB-10000は46cm,95dB。右のSB-E100の方は30cm,95dBである。

 

 

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ヤマハS112V  特性がフラットでお勧めの高能率スピーカー
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<参考文献>
1.特開平05-064283 ホーンスピーカー,パイオニア