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アンプの出力とスピーカーの能率

低級アンプ? 投稿者:ZN 投稿日:2006年 9月 4日(月)21時58分55秒

「アンプ(ただし、中級程度以上の半導体アンプ)によって大した差がない」という主張は、私には経験的に十分首肯できるものです。ただ、()内の但し書きについて興味があります。低級と中級以上で何が違うのか?ということです。

国産メーカーでもピュアオーディオ用プリメインアンプで20倍以上の価格差がありますが、スピーカーから出る音圧が常識レベルまでなら、聴感上差がでないのではないかと思われるからです。というのも、ダイナミックレンジや高調波歪率などは高級機程よい値になっていますが、実売4万円のプリメインアンプでも聴感上認識できるほど悪くはないと思われるからです、現在では。いっそのこと、出力の大小と付加機能(入出力端子、低音調整、DACの装備など)の差以外に半導体アンプには大した差がない、と言い切るのはいかがでしょうか?

どうも、オーディオ専門誌のアンプの評論における、「音楽性」、「駆動力」、「分解能」、「スピード」などという修飾語は迷妄の極みのように思えてなりません。


Re 低級アンプ? 投稿者:志賀 投稿日: 9月 4日(月)22時42分7秒
ZN さん

実は内心そう思わないでもないんです。

もっとも中級というのは曖昧な表現で取る人によって様々で4万円台も含むと考える人もいるかもしれません。

逆に、大きな部屋で大きなスピーカーを大きな音で鳴らす人にとってはもう少しパワーのあるアンプが必要かもしれないし、どれくらいのパワーが必要かをもう少し定量的に解析する必要があると思っています。なかなか難しいですが。

それに、あまり極端なことを書くとかえって信用されなくなるという懸念もあります。


<どうも、オーディオ専門誌のアンプの評論における、「音楽性」、「駆動力」、「分解能」、「スピード」などという修飾語は迷妄の極みのように思えてなりません。>

私にもさっぱり分かりません。

Re: 低級アンプ? 投稿者:HD 投稿日: 9月 5日(火)14時12分54秒
ZN さん:

<いっそのこと、出力の大小と付加機能(入出力端子、低音調整、DACの装備など)> の差以外に半導体アンプには大した差がない、と言い切るのはいかがでしょうか?>

これは、使用するスピーカによって、(お値段にあまり関係なく)アンプに要求されるスペックがあるのでないかと思います。 スピーカの能率、(全帯域での)インピーダンス等。

我が家のかなり古い高級ではないアンプでは、取説にはインピーダンス4~16Ωのスピーカを使うようにと書いてあります。人気の「A」スピーカはインピーダンス公称8Ω(100Hz台で3..6Ωまで下がる)ですが「並み」のアンプでは低域が不足するとある感想に書かれてました。またやはり人気のある「B」スピーカとこの「A」スピーカを自宅で聴き比べる機会のあった方によれば、「B]は繋ぐアンプによる音の差はほとんど無いが「A」はアンプによって相当違うという事です。志賀さんの「どれくらいのパワーが必要かをもう少し定量的に解析する必要がある」というコメントはこの辺の事を意味されたと思います。

Re: 低級アンプ? 投稿者:ZN 投稿日: 9月 5日(火)22時45分54秒
HDさん、

ちょっと観点にずれがあるように思います。

「『出力の大小』と付加機能の差以外に半導体アンプには大した差がない」と書きましたので、「出力の大小」に差があることは認識しています。

スピーカー(あるいはインピーダンス)によって、同じ音圧の出すための出力は違います。だから、スピーカーによっては、アンプに要求する出力は違います、同じ音圧を出すためなら。そのため、スピーカーによっては
「一定出力以上の」アンプが必要かもしれません。

これに、部屋の広さ、防音性、人の聴感などに依存して、音圧の大小が変わるので、アンプに必要な出力は変わります。でも、それと「付加機能」以外に差はないのではないか?と。これがポイントです。

ここでは、アンプの「味」は無視しています。聴感に訴える、突出した特性を持ったアンプというのはありえます。真空管アンプに特徴的なようにその「味」を愛するのは趣味性の問題でしょうし、半導体アンプでもそれはありえます。

現実的に製品を見ると、立派なメーカーに実売4万円以下のアンプで定格出力50W/8Ω(25W/4Ωかな?)のものが実際にあります。「味」を無視すれば、この出力が足らないスピーカーや環境というのは少ないのではないかと思うのです。特別に低能率のスピーカーや大きな部屋であれば、もちろん足らないでしょうが。これは上記ポイントの裏の本音です。

アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:HD 投稿日:10月29日(日)13時15分25秒

いずれもAB級アンプですが、カタログでは、
Aアンプは、実効出力: 90W@8Ω、110W@6Ω、ダイナミックパワー:180W@2Ω、140W@4Ω、110W@6Ω
Bアンプは、定格連続平均出力: 75W@8Ω、150W@4Ω、300W@2Ω、400W@1Ω(但し、音楽信号に限る)

使用スピーカの公称インピーダンスは6Ωですが、取説に載っているデータと

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_characteristics_of_a_dynamic_loudspeaker

によれば実際のインピーダンスは5Ωと読めます。この場合、AアンプとBアンプはどちらが余裕があると考えれば良いのでしょうか?

 #「実効出力」 と 「定格連続平均出力」の意味の違いもよく判りません。

Re アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:志賀 投稿日:10月29日(日)17時06分59秒
HD さん

実効出力、ダイナミックパワー、定格出力の定義はよく分からないですが、とりあえず一般論としては、当たり前のことですが、出力は VI=V^2/R なのでアンプの電流容量に制限がないなら出力は最大出力電圧の2乗に比例し、負荷インピーダンスに反比例しますね。

8Ω負荷だとAアンプの方が少し出力が大きいので最大出力電圧はAの方が大きいんだと思います。一方、負荷を下げていくとBアンプは2Ωまで反比例関係が成り立ち1Ωまで保証しています。また2Ωでの出力はBアンプがかなり大きく、従って電流容量はBアンプの方がかなり大きいと思います。Bアンプは出力段のトランジスターを並列にいくつも使っているんではないですか?

負荷が5~6Ωだと電圧出力の余裕はそれほど変わらず電流出力の余裕はBアンプの方がかなり大きいと思います。

ただし、素直なインピーダンス特性を示すスピーカーシステムで電流容量の余裕がどんな意味を持つかよく分かりません。


Re: Re アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:HD 投稿日:10月29日(日)20時50分38秒
志賀 さん:

<Bアンプは出力段のトランジスターを並列にいくつも使っているんではないですか?>

使われているパワートランジスタの仕様は判らないのですが、カタログにある写真とブロックダイヤグラムで見ますと、出力段は片チャンネルあたりAアンプはNPN-PNPコンプリメンタリ接続をpush-pullでそれぞれ2ペア(多分パラレル)づつ(計8個)、BアンプはそれぞれNPN 3個パラレル(計6個)となっています。 A,B共何らかのNFBがかかっており、DFは共に150となっています。

Re2 アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:志賀 投稿日:10月30日(月)19時58分47秒
HD さん

そうですね。素子の特性や回路が分からないと数だけ比較しても仕方ないですね。電流容量といえば電源容量、具体的にはトランスの容量が直に効いてくると思います。全体の重さはどうですか?

Re: Re2 アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:HD 投稿日:10月31日(火)09時28分40秒   引用
志賀さん:

AはプリメインでEIコアのトランス(容量不明)を使ってまして34Kg、Bはパワーアンプで700VAのトロイダルトランス使用で23Kgです。

Re3 アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:志賀 投稿日:10月31日(火)20時57分13秒
HD さん:

そうですか。今度も予想はずれでした。トロイダルコアだとEIコアより多少は軽くできるでしょうが、外観や重さだけでは何ともいえないということですね。Bアンプの電流容量が大きいことには変わりないとは思いますが。

ちなみに以前はアンプは重い方がいいとよく言われましたが最近はどうなんですかね?


Re: Re3 アンプの出力 vs 負荷インピーダンス 投稿者:HD 投稿日:11月 1日(水)12時20分8秒
志賀 さん:

外国製でアンプメーカでは有名なK社の最新型プリメインのスペックを探して見ました。

「FREQUENCY RESPONSE: 20Hz–20kHz +0 dB, -0.07 dB
SIGNAL-TO-NOISE RATIO “A” weighted: 99 dB
TOTAL HARMONIC DISTORTION (THD), 20Hz–20kHz: 1 kHz <0.04%, 20 kHz <0.25%
GAIN: 35.8 dB
INPUT IMPEDANCE: 47 kOhms
OUTPUT IMPEDANCE: 0.17 Ohms
POWER CONSUMPTION: Idle 20 W, Max. 1,800 W
TRANSFORMER: 750 VA
OUTPUT VOLTAGE: Peak to peak 138 V
OUTPUT POWER: 8 Ohms 200 W, 4 Ohms 400 W
DIMENSIONS: 17.3w x 3.5h x 17d in.
50w x 8.9h x 43.2d cm
WEIGHT: Shipped 36.0 lb., 16.4 kg
Unit only 31.0 lb., 14.1 kg」

出力が大きい割には軽いですね。

「アンプ出力」と「出力トランジスタの消費電力」 投稿者:HD 投稿日:11月 3日(金)13時34分21秒

使用スピーカの能率(感度)とも関連すると思いますが、
http://sound.westhost.com/soa.htm
という記事があります。出力の小さいアンプであまり能率の高くないスピーカを鳴らしてピークで保護回路が働くと聞こえる「音」は「歪む?」、「頼りない音になる?」、「ダイナミックレンジが狭くなる様に感じる?」。どうなんでしょうね。

出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:ZN 投稿日:11月 1日(水)16時38分29秒

同じ出力(1W?)で、同じ距離(1m?)で計測して、何dBになるかというのが、スピーカーの出力音圧レベルだと思いますが、平均すると、小さいスピーカーが低くて、大きいスピーカーが大きいようです。また、昔のスピーカーは大きくて(昔のアンプは出力が小さくて)、最近のスピーカーは小さいようです。

単純に大きいスピーカーのほうが大きい音が出そうだというのは感じるのですが、同じ音を出すのに小さい出力でいいというのはどのような理屈なのでしょうか?逆に考えると、大きなスピーカーを物理的に動かすには大きな出力が要るようにも思うのですが。

同じ大きさの音を出すのに、小さい太鼓では大きな力が必要で、大きな太鼓では小さい力でいい、のかな?とも感じますが。

Re 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:NS 投稿日:11月 2日(木)23時48分31秒

ZNさま

たしか口径が2倍になると3dBほど能率が上がるという記述がありましたが、どこに書いているのかわすれました。長岡鉄男の本だったと思います。

アンプの出力とスピーカーの能率については以下のホームページが直感的にお分かりなるでしょう。

http://www.procable.jp/setting/03.html

ついでにJBLの口径についてのこだわりは、
http://www.harman-japan.co.jp/enjoy/tech/jbl_04.html
http://web.archive.org/web/20080306045106/http://www.harman-japan.co.jp/enjoy/tech/jbl_04.html

です。私はアルテック派ですが。

Re: 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:RS 投稿日:11月 3日(金)00時01分48秒
ZN様

横から失礼致します。以下は、力学的な推測なので実際とは違うかもしれませんが、私は以下のように考えます。どなたかご批判をお願いします。

スピーカの電気─音響変換効率に影響があると考えられる要素は、

1.電流→コーンの運動  1.1 コイル 1.2 磁界の強さ
2.コーンの運動→空気 2.1 コーンの動きやすさ  2.1.1 エッジの硬さ  2.1.2 コーンの重さ 2.2 コーンと空気のインピーダンスマッチング
などだと考えられます。

スピーカの大きさは、直接的に「コーンの重さ」と「コーンと空気のインピーダンスマッチング」に関係すると考えられます。

コイルが同じ運動エネルギーを発生して、コーンにそのエネルギーが全部伝われば、コーンの運動エネルギーはコーンの重さには関係しないのですが、その後の「インピーダンスマッチング」との兼ね合いがあり、コーンの運動エネルギーは全部が音響エネルギーになる訳ではありません。

コーンと空気の音響インピーダンスマッチングが取り易い高音域では、小さいスピーカでもかなり高効率にコーンの運動エネルギーが音圧に変換され、高い音圧が得られます。これは、小さくても高音圧のトゥイータがあることからも理解されます。

中低音域では、コーンが重くてコイルの発生するエネルギーが振幅にあまり反映されなくても、空気とのインピーダンスマッチングの点で有利になり、高い音圧が得られることになります。

実際には、大きいスピーカは、高音域ではコーンの分割振動により、実効的なコーンの直径は小さくなると考えられ、実効的なコーンの重さは小さくなるので、高音になっても効率が落ちない上、中低音域では、インピーダンスマッチングが良く、音圧への変換効率が高い、ということで、多くの場合総合的に見て音圧が高くなる、ということではないかと思います。

さらに、振幅とエッジによる損失の問題も絡んでくると考えられます。

Re 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:志賀 投稿日:11月 3日(金)09時12分58秒
ZN さん:

<同じ出力(1W?)で、同じ距離(1m?)で計測して、何dBになるかとい>うのが、スピーカーの出力音圧レベルだと思いますが、平均すると、小さいスピーカーが低くて、大きいスピーカーが大きいようです。また、昔のスピーカーは大きくて(昔のアンプは出力が小さくて)、最近のスピーカーは小さいようです。単純に大きいスピーカーのほうが大きい音が出そうだというのは感じるのですが、同じ音を出すのに小さい出力でいいというのはどのような理屈なのでしょうか?>

大きいスピーカーほど能率がいいのは、RSさんも書いておられますが、主として放射インピーダンスが大きいからです。放射インピーダンスは少し難しい概念ですがBBSの過去ログ

http://shigaarch.web.fc2.com/OldBBS/lowfrequencySP.html

に書いてあるように、振動板が小さいと、その前後運動が空気の圧縮・膨張に使われず横方向への流れを作るだけになり音圧として放射されなくなります。この傾向は波長の長い低音ほど強くなり、低音を出すには大口径のスピーカーが有利な理由の一つです。

口径の小さいスピーカーで同じ大きさの低音を出そうとすると振動板に大きな振幅が要求され非直線歪みが増えることになります。これについてはNSさんが引用されたリンク先に書いてあります。

<逆に考えると、大きなスピーカーを物理的に動かすには大きな出力が>要るようにも思うのですが。>

大きいということは振動系の重さが大きいということだと思いますが、確かに重いほど能率は低下します。しかし、f0より高い中低音域の能率は直径の4乗に比例し、重さの2乗に反比例します。重さが口径の3乗に比例するとしてもやはり口径が大きいほど能率は高くなるはずです。その他磁場の強さなどにもよります。

<同じ大きさの音を出すのに、小さい太鼓では大きな力が必要で、大きな太鼓では小さい力でいい、のかな?とも感じますが。>

これは聴覚の感度も関係しており一概にいえません。いわゆるラウドネス曲線で低音ほど耳の感度が低くなることも関係していると思います。聴いた感じでの音の大小と音圧エネルギーが必ずしも比例しないと思います。

Re 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:KI 投稿日:11月 4日(土)00時27分2秒

<昔のスピーカーは大きくて(昔のアンプは出力が小さくて)、最近のスピーカーは小さいようです。>

今までのレスで大体のことはリストアップされているようで、改めて書くことはあまりないもののひとつだけ。最近の小型スピーカーは小さいのに能率が低いのはなぜ?という疑問だけ補足です。

最近のスピーカーは小型化の要請のためウーファーの直径をどうしても小さくせざるを得ない状況があります。小さいユニットでは低音域の再生に不利なため、そのまま小さくしてしまうと低音が出なくなってしまいます。最低共振周波数は振動系のばね成分と質量によって決定され、これは質量の-1/2乗に比例するため、質量を大きくしてやるとf0が下がって周波数特性が下に伸びることになり、小さなユニットでもある程度の低音を出すことができるようになります。

その代わり全体の能率が落ちてしまいますから、このままでは中高音のレベルが相対的に上がってしまいます。それならば中高音にも低能率なユニットを合わせてやれば低音も伸びてバランスも取れた小型スピーカーができるじゃないか、ということで開発されたのが最近の低能率小型スピーカーです。自分のところにも多少書いてありますので、興味があればどうぞ。

ところで、/1W/1mの能率とはどの周波数で測るのでしょう? これは日本製ならJISの規格で決まっているものでもないのでしょうか?いくつかの周波数での平均をとるとしか知らないもので。
http://14.pro.tok2.com/~you-kazima/

Re2: 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:志賀 投稿日:11月 4日(土)10時07分38秒
KI さん:

JIS規格はユニットの性能についてしか決められていないそうで、スピーカーシステムについてはEIAJ(日本電子機械工業会)の規格があり、定格周波数範囲全体の平均した能率(特性感度)だそうです。実際にはこの範囲内の成分を持つピンクノイズで測定するんだそうです。

定格周波数範囲というのはメーカーが指定するんだそうです。それに対し実効周波数帯域というのがJISおよびEIAJ規格で決められており、低域、高域限界として -10dB 減衰する周波数とするそうです。定格範囲と実効範囲は必ずしも一致していなくていいようです。

Re: 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:HD 投稿日:11月 4日(土)10時23分24秒

<ところで、/1W/1mの能率とはどの周波数で測るのでしょう? これは日本製ならJISの規格で決まっているものでもないのでしょうか?いくつかの周波数での平均をとるとしか知らないもので。>

これも、ご参考になると思います。

http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/AIB0000/AIB0000PJ2.pdf
http://www.netlaputa.ne.jp/~cadeau/audio49.htm

Re2: 出力音圧レベルとスピーカーの大小 投稿者:RS 投稿日:11月 5日(日)01時24分0秒
KI さん

<質量を大きくしてやるとf0が下がって周波数特性が下に伸びることになり、小さなユニットでもある程度の低音を出すことができるようになります。>

コーンが軽いときは、コーンにおもりを張り付けたりしてコーンを重くします。例えば、だいぶん古いですが、オンキョーのM-55やパイオニアSX-3(多分)のウーファなどコイルに近いところにおもりが付いています。

Re: 出力音圧レベルとスピーカーの大小HD 投稿日:11月18日(土)16時41分9秒
ZN さん:

<小さなスピーカーで低音をよく出すために必然的に低能率になっているんですね。>

低域のF特がどうなっているか定かではありませんが、国産で「形式 / 3ウェイ・4スピーカー、バスレフ型、防磁設計(EIAJ)ユニット / 14.5cmコーン型ウーハー×2(P.P.D.D.方式)、2.5cmソフトドーム型ツイーター×1 、2cmドーム型スーパーツイーター×1 、入力インピーダンス / 6Ω 最大許容入力 / 100W(EIAJ)、200W(PEAK)、周波数帯域 / 33Hz~120kHz、平均出力音圧レベル / 89dB(1W・1m)、寸法 / W190×H332×D293mm」

という小型スピーカがあります。  まずまずの能率( 平均出力音圧レベル)ではないでしょうか?

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