スピーカーの仕組み【その1】動作原理から理解するアンプと音質の関係

スピーカーについて知っておこう！

オーディオアンプは、スピーカーを駆動して音を出すための機器です。

しかし、アンプを設計・製作する技術者は、スピーカーの動作や特性をどこまで理解しているのでしょうか。

本記事では

スピーカーの基本的な動作原理
アンプの駆動方式の違い
トランジスタアンプと真空管アンプで音が違って聴こえる理由

を、初心者にも分かるように、しかし重要なポイントは省略せずに解説します。

スピーカーの動作原理

スピーカーの基本原理はフレミングの左手の法則です。

磁界の中に置かれた導体に電流を流すと、電流と磁界に対して90度の方向に力が発生します。

この力によって振動板が前後に動き、空気を揺らすことで音が生まれます。

つまり、スピーカーは電動機（モーター）と同じ原理で動いている装置です。

オーディオアンプは、音の信号を電流としてスピーカーに送り、その電流の変化によって空気を振動させ、私たちは音として聴いています。

スピーカーの音は「どう駆動するか」で変わる

スピーカーの周波数特性（音の出方）は、アンプがどのような方式でスピーカーを駆動しているかによって変わります。

ここで重要になるのが

定電圧ドライブ
定電流ドライブ

という2つの考え方です。

定電圧ドライブとは？

定電圧ドライブとは、スピーカーのインピーダンスが変わっても、電圧を一定に保とうとする方式です。

たとえば

8Ωのスピーカーが
4Ωに下がったとしても

アンプは同じ電圧を出そうとするため、流れる電流は約2倍になります。

現在、一般的なトランジスタアンプは、この定電圧ドライブに非常に近い動作をしています。

スピーカーの周波数特性を測定する方法も、この定電圧ドライブを前提としたものが使われています。

この測定方法は、80年以上前にデンマークのB&K（ブリュエル＆ケアー）社が定めた方式が、現在も踏襲されています。

トランジスタアンプは「ほぼ定電圧アンプ」

トランジスタアンプは、多量の負帰還（NFB）をかけることで、内部抵抗を非常に低く作ることができます。

一般的に、ダンピングファクター（DF）が50以上あれば、定電圧アンプと考えて差し支えないでしょう。

特に、多数のパワートランジスタを並列に使い、低内部抵抗を徹底して追求したアンプ（例：アキュフェーズなど）は、非常に定電圧的な特性を持っています。

そのため、私たちはスピーカーカタログに記載された周波数特性に近い音を、実際にトランジスタアンプで聴いていることになります。

定電流ドライブとは

一方、定電流ドライブは、負荷インピーダンスが変わっても一定の電流を流そうとする駆動方式です。

これは、アンプの内部インピーダンスをスピーカーよりも十分大きくすることで実現されます。

具体的には、スピーカーと直列に100Ω程度の抵抗を入れて駆動すれば、定電流ドライブとみなすことができます。

この状態でスピーカー端子電圧を測定すると、いわゆるスピーカーのインピーダンスカーブを知ることができます。

半導体アンプと真空管アンプの音の違い

では、半導体アンプと真空管アンプでは、どのような音の違いが生まれるのでしょうか。

半導体アンプは定電圧アンプと考えると、スピーカーのインピーダンス変動に関係なく一定電圧を供給できます。

そのため、スピーカー設計者は比較的自由にネットワーク（クロスオーバー）を設計できます。

しかし、教科書通りの定インピーダンス型ネットワークをそのまま使うと、多くのスピーカーではクロスオーバー付近の周波数特性が持ち上がり、耳障りな音になりがちです。

さらに、スピーカーを理論通り大型化すると、設置性が悪くなり、ユーザーに敬遠されてしまいます。

そのため、実際の製品ではネットワーク定数を意図的にずらす手法が用いられます。

たとえば、500Hzでクロスさせる場合でも

ウーファー側は300Hz程度
ツイーター側は1kHz程度

といった具合に設定されることがあります。

この結果、規定インピーダンスよりもクロスオーバー帯域でインピーダンスが上昇します。

インピーダンスが上がった帯域では供給電圧が下がるため、周波数特性の盛り上がりが抑えられます。

このように、スピーカーエンジニアは測定と試聴を繰り返しながら、最適なネットワーク定数を決定しています。

定電流アンプで駆動するとどうなるか

このようなスピーカーを、定電流アンプで駆動するとどうなるでしょうか。

代表例として、EL34シングルアンプで駆動した場合を考えます。

定電流ドライブでは、クロスオーバー付近でも一定の電流が流れ続けます。

インピーダンスが高い帯域ではアンプ負荷が軽くなるため、スピーカー端子にかかる電圧は上昇し、その帯域の音圧がやや持ち上がります。

この現象が、**「真空管アンプは暖かく、ゆったりした音がする」**と表現される理由のひとつです。

真空管アンプにも例外はある

ただし、すべての真空管アンプが定電流的というわけではありません。

たとえば

マッキントッシュ MC275 のようなユニティ・カップルアンプ
OTLアンプ

これらは20dB以上の負帰還をかけることができ、定電圧と定電流の中間的な特性を持っています。

そのため、同じ真空管アンプでも音の傾向が異なり、そこにオーディオの奥深さと楽しさがあると言えるでしょう。

まとめ

スピーカーはモーターと同じ原理で動いている
トランジスタアンプは基本的に定電圧ドライブ
真空管アンプは定電流的な特性を持つものが多い
アンプの駆動方式によって、スピーカーの音は変わる

この仕組みを知ることで、「アンプで音が変わる理由」が、感覚ではなく理屈で理解できるようになります。