スピーカーが発する電気ノイズについて質問します。

質問

スピーカーが発する電気ノイズについて質問します。
スピーカーに、周波数の異なる正弦波を入力し、スピーカーで音を出しているます。ファンクションジェネレーターはきれいな正弦波を出していることをオシロスコープで確認しました。ファンクションジェネレータの出力をスピーカーに入力し、同時に、回路に流れている波形をオシロスコープでモニターしました。その結果、ファンクションジェネレータがきれいな正弦波を出しているにもかかわらず、スピーカーを接続してスピーカーから音を出していると、回路上に高周波のノイズが断続的にのってしまいます。このノイズは、スピーカーから回路に流れ込むノイズと考えて良いのでしょうか。スピーカーは、正弦波による音ではなく、ノイズを含んだ音を出していると思った方が良いのでしょうか。ノイズ源を特定するような方法はあるのでしょうか。もし、スピーカーからのノイズだとしたら、そのノイズを消すようなフィルター回路は存在するのでしょうか。
ご教授のほど宜しくお願いいたします。

回答No.4

hideo3 · ベストアンサー

まず、スピーカーの原理を考えますと、スピーカーは強力な磁石と、その中に配置したボイスコイルと称するコイルと、コイルに付けられたコーン紙が主要部品です。スピーカーに信号を流しますと、ボイスコイルと磁石が作る磁界が反発し、電気信号に従った振動でコーン紙が空気を振動して音に成ります。しかし、ボイスコイルとコーン紙は質量が有りますので、電気信号がなくなっても、イナーシャーで減衰振動が継続します。これが強力な磁界にあるコイルを動かしますので、コイルには起電力が発生します。これがアンプ側にも伝わっていく訳で、オシロスコープで見るとノイズが乗った波形に成ります。
　音楽を聴く汎用のアンプではこのスピーカーからの起電力を出来るだけ早く減衰する為に、アンプの出力抵抗を小さくしています。その程度を示す指標はダンピングファクター（DF）と称されています。DF=（スピーカーの抵抗）／（アンプの出力抵抗＋スピーカーケーブルの抵抗）と成ります。よって、DFが大きなアンプ程、スピーカーの制動能力を高める事が出来る、ノイズを継続させない、事に成ります。
　このノイズを少なくしたいなら、ファンクションジェネレーターの出力抵抗を小さくすると共にスピーカーケーブルの抵抗値も小さくする必要が有ります。余談ですが、オーディオの世界では、このスピーカーからの逆起電力を他のスピーカーユニットに影響しない様にと考えだされた方法がバイワイヤリングです。

お礼

詳細な回答ありがとうございました。その後色々調べてみました。まず、ファンクションジェネレータからの正弦波出力が、PtoPで５Vだと、スピーカーからのノイズがのるのに対して、PtoPを0.2Vぐらいに落とすと、きれいな正弦波が計測できることが分かりました（しかし、スピーカーからはほとんど音が聞こえません）。スピーカーの特性として、ファンクションジェネレータから直接シグナルを入れてはいけないことが分かりました。単純に、正弦波を入れればスピーカーはその周波数に応じた音を出し、PtoPの電圧を上げてやれば音が大きくなるものだと考えていたので、意外でした。そこで、ファンクションジェネレータから、PtoPが0.2Vの正弦波を出し、それをオーディオアンプ（マルツパーツから購入）で増幅し、スピーカーに入力しました。結果、きれいな正弦波かつ十分大きな音でスピーカーを鳴らすことが出来ました（しかし、増幅をかけ過ぎるとやはりスピーカーからノイズが発生します）。今まで、オーディオアンプを単なる増幅器と思っていましたが、オーディオアンプの特殊能力とオーディオアンプを設計した先人の知恵に新しい発見をしました。良い勉強をしました。

回答No.3

MrCandy

アンプは自作したものでしょうか、

高域特性の延びたアンプでは、抵抗負荷で測定すると綺麗なサイン波形が見えるのに、スピーカを負荷にすると断続的なノイズ（リンギングのような波形）が見えることがあります。
これは、スピーカーが高域でインダクタンス特性のため、NFBループが不安定になったり、出力デバイスの動作が不安定になるため生じます。インダクタンス負荷のため電圧と電流の位相がずれるので、リンギング波形は０Ｖ付近やピークＶ付近とは限らす、負荷状態によって位置が変わります。

これをなくすためには、アンプの負荷が抵抗に見えるようにする補正回路を入れます。
出力端子にＬとＲの並列回路をシリーズに入れて、高周波閾でＲが見えるようにします（Ｌの共振のダンピングの意味もあります）。また、ＲとＣの直列回路を対グランド間に入れて、高周波閾でやはりＲ負荷に見えるようにします。

普通のオーデオアンプでは、真空管アンプでもトランジスタアンプでも、この負荷の補正回路が入っています。

このサイトに回路例が載っています。
http://www.geocities.jp/team_zero_three/poweramp/index.html

Ｒ２０とＬ１がＬＲの並列回路、Ｒ２１とＣ３がＣＲの直列回路です。
これでアンプの電子回路部分が安定に動作するように、アンプから見た負荷のインピーダンス特性を補正しています。

お礼

詳細な回答ありがとうございました。勉強になります。

回答No.2

tadys

通常、スピーカーがノイズを出す事は有りません。

ファンクションジェネレータとスピーカは直接接続しているのですよね。
考えられる事は
１．スピーカーが音響ノイズを拾っている。
２．スピーカーのケーブルが外来ノイズを拾っている。
３．スピーカーが負荷になる事でファンクションジェネレータがノイズを出す。
ぐらいでしょう。

１や２ならば繋いだ状態でファンクションジェネレータをはずすか、
電源をオフにしてみれば原因が分かるかもしれません。
３ならばファンクションジェネレータの出力を小さくしてノイズの様子を
見れば原因が分かるかもしれません。

回答No.1

macross73

アンプは入れてないのでしょうか？
出力インピーダンスの低いアンプを使えばスピーカーの逆起電圧は観測されにくいと思いますが。

スピーカーをドライブしているアンプの出力にノイズはないですか？
アンプにスピーカーと同じインピーダンスの純抵抗を接続したときはどうせしょう？

マルチウェイのスピーカーなら、ローパスフィルターとウーハーユニットの間に１uF程度のコンデンサをパラって高周波の逆起電圧をバイパスしていることがあります。