オーディオ用語

書き始め

オーディオへの関心はあまりなかったので、老眼のひどく進んだ今となっては、オーディオそのものをいじり倒すよりも、動物の音声情報処理から波動力学までを関心対象としているが、とはいえ、何か実験をしたい訳ではなく、オーディオ越しに音楽を聴きながら、自分が作ったスピーカーについて不思議に感じたことを誰かと語ってみたいだけなので、まずは、オーディオのごく基本的なところ、じゃなくて、自分が気になったところから用語を収集することにする。

機器性能、特性

分解能、解像度

ダイナミックレンジ、情報量

出力レベル(dB)

スピーカー(or ユニット)の能率を表す。単位はデシベル(dB)

定義　

出力レベル = 20 log_10( P/P0 ) (dB)　　← log_10() を常用対数を返す関数とします。

基準音圧　P0=　2.0 x 10^(-6) (Pa)　　←　人の耳が認識可能な最小の音圧レベル

測定方法

スピーカーから 1 (m)の距離で 1 (W) (8オームのユニットの場合、実効電圧にして 2.83 (V)(ピークツーピークだと4V)に相当)で測定するケースが多い。この場合、(dB@2.83V/1m)などと表記される。

参考となる出力レベル値

120 (dB):　ジェット機の騒音レベル

110 (dB):　車のクラクションを2mくらいで聴いた時の音

90 (dB):　カラオケ屋、ブルドーザー＠5m

80 (dB): 電車の車内レベル

なので、オーディオを聴く音圧レベルは 40～70 (dB)くらいかと。

出力レベル差と音圧比、音響パワー比、距離の関係

デシベル表記は、ユニットの能率以外に、出力レベル差や音圧比を示すのに使われる

参考値

出力レベル差 6(dB), -6(dB) は、それぞれ音圧比として 2, 1/2倍に相当(音響パワー(単位時間あたりの音響エネルギー)では、4, 1/4倍相当)

20, -20dB は、同10, 1/10倍相当(100, 1/100倍相当)

3, -3dB は、同1.4, 0.7倍相当(2, 1/2倍相当)

10, -10dBは、同3, 1/3倍相当(10, 1/10倍相当)

距離は、音圧レベル差と同様の効果

距離が2倍になると、-6dBに音圧低下

音質表現

帯域バランス

ピラミッド型、重心が低い<->痩せた音、低音不足(腰高)、高音不足(音が伸びない)、中音不足

人は、好みの周波数特性に合致しない場合に、特定の周波数域が不足していると感じる。

ドンシャリ(低音・高音が強調されている)、かまぼこ型(低音・高音が大人しい)などの表現がある

歪み感: 透明感、艶のある音、華やかな音 <-> 濁った音、ベールをかぶった音、ざらざらした音

ダイナミックレンジ(リニアリティを保持する強度範囲)：　朗々と鳴る、大音量でもうるさくない<->クリップ(飽和)、うるさい

立体感・空間解像度：明確な定位、音場の広さ(左右、奥行き)、分離感<->解像度が低い、音場が狭い、分離が悪い、だんご

ノイズ、共鳴音、付帯音: 耳障りな音

応答速度: 躍動感、押し出しが強い、抜けが良い　<->　アタックが弱い、しまりがない、ぼわぼわした音

その他:

活き活きとした音、自然、表情・色気を感じる <-> つまらない音、硬い音

楽器の音色は、応答速度や歪みなどの複合的なもの？ピアノや弦楽器の音がきれいに出ないスピーカーが多いので気になる。ピアノは平均律に起因する濁りも関係する？

音程

オクターブ、純正律、平均律

スピーカー

エンクロージャ: 　スピーカー・ユニットのダイアフラム(振動板)から生成された音波(多くの場合、ユニット背面側に生成される音波)を制御する音響装置。キャビネットとも呼ばれる。

主な種類

密閉型:  背面に生成された音波が外部に漏れないように抑制するために密閉されたエンクロージャ。

バスレフ型: キャビネット内の音波を利用して低音を増強する音響装置を備えたエンクロージャ。この音響装置の実体は、外部に貫通した筒(ダクト、バスレフポート)で、筒の内部に気柱共鳴により低音を生成する。この共鳴音は、ユニット背面で生成された低音とは振動の向きが反転(父は確かめてないが位相が180度ズレる)するために、ユニット前面から出された低音を増強する。

ダブルバスレフ型：バスレフ型のエンクロージャ内部に、1枚の内壁で隔てられた2個の空気室を設けて、空気室間をダクトでつないだエンクロージャ。特徴として、バスレフ型よりも全体の容積を大きくして、低音域を拡大し、より低い音まで再生できるように設計することが可能。ただし、100〜500Hz程度の周波数帯に内部共鳴による歪みが生じる点が欠点とされる。ユニットを設置する空気室を第一空気室、外部に開口したダクトを持つ空気室を第二空気室と呼ぶ。また、第一空気室と第二空気室の間を接続するダクトを第一ダクト、第二気室の開口ダクトを第二ダクトと呼ぶ。

パッシブラジエータ方式:  バスレフ型のダクトの代わりに、受動的に振動する振動板を取り付けて、特定波長の音波を増強する方式である。バスレフ型と異なり、エンクロージャ内部が外部に向けて開口していないので、小型の防水型・防じん型のBluetoothスピーカーなどで採用される。

その他:  共鳴管型やトランスミッションライン型、バックロードホーン型、背面開放型(オープンバッフル)など、多数の形式があるが、市販されているオーディオ観賞用のスピーカーで最も多く採用されているのは、最小限のコストで低音を増強可能なバスレフ型である。

構成部品名

バッフル: エンクロージャを構成する板は、ユニット背面の音波を制御することから、バッフル(制御板)と呼ばれる。特にユニットを取り付けるスピーカー前面の前面バッフルを指してバッフルと呼ぶことが多い。

吸音材：エンクロージャ内に発生する定常波やその他の望ましくない音を、エンクロージャ外部に漏れ出ないよう抑制するためにエンクロージャ内部に貼付・充填される綿状の素材。

主な種類

フルレンジ

ウーファー

ツィーター

調整

ブレークイン、エージング

ユニット: 新品導入時から振動板の動作を安定させるまでの音慣らし工程を指す。

新品導入時は、ダンパーやエッジの動きが硬く低音が出ないとされ、スピーカーのインピーダンスの周波数特性の変化としてモニタ可能とされる。

筆者の個人的な経験と憶測からすれば、小音量でも比較的短時間で低音の音量は安定するが、フルレンジ・ユニットの場合、高音が安定し解像度を評価できるようになるまでに、時間を要する、小音量で慣らしていると100時間くらいかかる印象で、ブレークインし終えるまでに音質が悪化したりする。そのような高音や解像度の変化に言及している人が少ないのは、原理が分からないからと思われるが、ダンパーやエッジの動きに加えて、ダイアフラムの特性も変化しているのかも知れない。(筆者はインピーダンスその他特性を計測していないので、単なる憶測で述べていることに注意。)

スピーカーの設計に有用な構成部品の仕様・特性

T/S(Thile-Small)パラメータ

スピーカーの電磁気・力学的な特性を表わすために単純化された等価回路モデル(Thile-Small回路モデル)を構成する素子パラメータ。

ユニット単体のT/Sパラメータは、比較的容易に計測できることから、多くのユニットの仕様書（スペックシート）に記載される。

等価モデルの主な利用目的は、スピーカーの低音域端の臨界周波数と減衰特性を、LCR回路を用いた各種フィルタの特性カーブにアライメント（低音特性アライメント）すること。

バスレフ型などのエンクロージャ内の空気による音響効果を等価回路モデル化し、ユニットのT/Sパラメータを組み込むことにより、エンクロージャの特性を予測できる。

スピーカーの周波数特性は、力学モデルを用いて解析可能だが、これと等価な電気回路モデル（電流モデル、電圧モデル）に置き換えて解析することもできる。

ユニットの特徴を表わすパラメータ

T/Sパラメータは、単純化された等価モデル構築のためのパラメータで、スピーカーの大ざっぱな特徴を掴むのに向く。

Fs, Mms, Qms, Qes, Sd, Re(Rdc): 低音特性アライメントに最低限必要となるパラメータ。他のT/Sパラメータを算出することも可能、T/Sパラメータの多くが依存しあっているため。

Leは、ボイスコイルのインダクタンスで、周波数の上限や応答速度を抑制する因子となる。高音域のインピーダンスの傾きから求めることができる。

低音特性アライメントでは、無視できるために、エンクロージャの設計においては無視されることが多い。

ツィーターはもちろんのこと、フルレンジ・ユニットも帯域が高音域まで伸びており、過渡応答性能は総じて高いと言える。

Xmax*Sd: 音圧（強度）のダイナミックレンジ

Fs、あるいは1/(Cms x Mms)：　

Fsはユニットの共振周波数。ユニットのインピーダンス特性計測により求めることができる。低音域がどの程度伸びるかを把握可。エンクロージャ設計においては、ユニットでは再生できない低音域の電気信号をエンクロージャで効率よく増幅し、低音域をどこまで伸長するかを設計する指針となる。

Mmsは、ユニットの振動部位（振動版とボイスコイル、およびその付随物）の重量。ユニットの機械的な制振特性を表し、振動板におもりを載せた時にユニットのインピーダンスカーブから求めた共振周波数がFsに対してどの程度変化するか測定することで求めることができる。

Cmsは振動版を支えるばね（スパイダーやエッジ）のコンプライアンス(緩さ。ばね係数の逆数)で、1Nの力で振動板を押した時に生じる移動量 (mm/N)。

FsとMmsが求まれば、Cmsは以下の式で算出でき、一定の力で押す装置がなくても求めることができる。

Cms = 1/(4 * PI()^2 * Fs^2 * Mms) (ここで PI() はπを返す関数。sqrt(ｘ)はxの平方根を返す関数。)

共振周波数Fs=1/{ 2*PI()*sqrt(Cms*Mms) }であるから、低音域を伸ばす、つまりFsを下げるにはコンプライアンスを大きくするか、Mmsを大きくする必要がある。一方で高音域を伸ばすためにはMmsの大きさに制約が生じる。したがって、フルレンジ・スピーカーでは、再生周波数域を広げるためには、コンプライアンスを小さく抑えることができない。したがって、CmsやMmsなどの機械的な制動機構を表すパラメータは、目標再生周波数域による制約を受けることから、制動機構として電気的な磁気回路を併用する必要がある。

Bl: ボイスコイルにかかる磁束=B x L (L:コイル長, B:磁束密度(L方向))で、能率に関係。Blと音質とは直接は関係しない。

B l＝ sqrt(2*PI()*Fs*Mms*RDC/Qes) 　　(ここで PI() はπを返す関数。sqrt(ｘ)はxの平方根を返す関数。)

SPL: 能率は、BlやMms, Rdc, Sdに関与。

Blの、ボイスコイルの変位時の変動(ΔBl(x))が再生音の歪みに関与

Le：応答速度あるいは高音域の上限を表わす

Qts = Qes * Qms/(Qes + Qms)：応答変化の収束特性。

パラメータの非線形性・非対称性(歪み)のスピーカーへの寄与の大きさ

1. Bl（磁気回路の磁界の歪み、他）, Cmsの歪み(スパイダー、サラウンド(エッジ)の歪み)

2. Le (ウーファーの場合)

3. Rms

4. 音波の伝播(ホーン形状)

5. 振動板の振動の歪み

その他、調べ終えたら、別ページにまとめてリンクを張る予定、当分先ですが。以下、参考リンク。

ノート001〜006まで目を通しても、実はあまり分かった気にならない。しかし、実用上は、値の分かっているパラメータを使って、依存関係にあるパラメータを計算で求める時に便利な計算式がたくさん掲載されている。

読むと、分かった気になる。

アライメントの呼称(QB3とかSC4とか)と利用条件の説明がシミュレーションに重要で、以下の引用先リンクも目を通したいが、さぼっている(大学で物理学を学んだのだが、ほぼすべて忘れて、自分が理系の人間じゃないことを自覚させられる。)

Qes, Qmsをインピーダンスカーブから概算するための式。Fh, Flの読取り精度が低くなるので、FsやQtsの算出値と公表値を比較しながら調整。Excelシートなどで計算値を表示できるようにしておくと良い。(私は、横軸がlogスケールだとメモリの振られていない箇所から値を正しく読み取ることができないので、全然、精度出ないです。OM-OF101について、ONTOMO MOOKの記事からQes/Qms求めてみたけど、かなりズレます。)

Xmaxは、ボイスコイルの可動幅(片側、半分)で、ボイスコイル高とギャップの高さの差を2で割った値で、Max Linear excursionなどと記されることもある。Scan-Speakは、Linear excursion。

シミュレータで使用するパラメータ

WinISDで最低限必要なパラメータ

Qts, Vas, Fs, Sd, Mmsくらい？多くは、ユニットのスペック表に記載されている

Hornresp

Re: DC抵抗: テスタで実測可能

その他、気づいたものから加えていきます。

いろいろあるコネクタ類

スピコン(speakON)端子

RCA

XLR

伝送形式

バランス、アンバランス