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スピーカーとマイクのサイズの関係について
- 低音用スピーカーは直径が大きく、高音用は直径が小さい。しかし、マイクは小さい直径の物で、低音も高音も拾えるのはなぜでしょうか？
- スピーカーの共振原理を考えると、低音は大きな直径のスピーカーで、高音は小さい直径のスピーカーで共鳴します。しかし、マイクは低音用と高音用がなく、小さい直径のマイクでも低音も高音も拾えるのは不思議です。
- 音の周波数と波長の関係を考えると、低音は長い波長を持ち、高音は短い波長を持ちます。スピーカーの直径が波長と関係しており、マイクも同様に波長を拾えるのでしょうか？なぜマイクは1つで低音も高音も拾えるのか、興味深いです。
- madamadaaoi
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- 物理学
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質問者が選んだベストアンサー
スピーカーを駆動するには電力を必要としますので、ある程度の効率（電気エネルギーを音のエネルギーに変換する割合）が必要です。 小さなスピーカーでも低音を発生することは可能ですが、効率が非常に悪くなるため、音が小さくて、実用になりません。 マイクは音波を電気信号に変換しますが、効率を考慮する必要がありません。 マイクアンプのS/Nが許す限り、マイクから得られる電気信号がいくら小さくてもかまいません。 効率を考えないなら、大きさの制約は少なくなります。
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- ufon
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スピーカの振動板が振動して音波が発生し、これが我々の耳に入り音の感覚が得られますが、振動板の大きさが波長のより小さくなると音波の発生が極めて悪くなることが知られています。これは音響学の基本原理です。これは振動板の周囲に空気が逃げ空気が圧縮されず音波の発生が少なくなるからです。従って20Hzの音波を十分に発生するには、直径がその波長17ｍ以上のスピーカが必要です。現在この周波数の音を十分に出すものはありません。これに対し、マイクの振動板は音波を発生するわけではなく、ただその周波数で振動しさえすれば、それを電気的に増幅するだけですから、通常、大きさには直接関係ありません。
お礼
スピーカーは振動していても（十分な）音にならない場合もあるんですね。 「振動板の周囲に空気が逃げ空気が圧縮されず」 この表現、理解しやすいです。 マイクは振動さえすれば電気に変換してくれるので後は何とでもなる。 と言う事ですね。とてもよくわかりました。 今日、風呂につけていたカーオーディオ用のスピーカーが鳴らなくなったので、分解して切り刻んでみたら、中心部で動くコイルが、その周りの鉄部分のサビにこすれて動かなくなっていました。さびないように工夫すれば防水でなくても長持ちしそうな気がします。 この直径20cmのスピーカー、ツンツンと押して動かしてみるとずいぶん重い、慣性を感じます。この大きさでは高音の場合、1秒に1000回とか、1万回も振動させようというのが無茶なや、という事も実感しました。それぞれに役目があるんですね。 人の耳は20Hzから聞こえるとかいうけど、スピーカーから出すには17ｍですか、もし作れたら耳で聞くより体で振動を感じる方が強いかもしれませんね。打ち上げ花火みたいに。すごい迫力でしょうね。 わかりやすい回答、ありがとうございました。
- tetsumyi
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波長の問題ではなくて振幅の問題です。 同じエネルギーを音にするとき高音では小さい振幅ですが低音では振幅が大きくなります。 前面パネルを取り外したスピーカを見たことがあると思いますが低い周波数で前後に動いています。 高音では振幅が小さいので動きは見ることができません。 外形が小さいスピーカで大音量を出そうとすると前後にミリ単位でなくてセンチ単位で動くことになります。 このようなスピーカを作るには均一な大きい磁気回路を作ってこの中でボイルコイルが大きく振動することになりますし、 大きい振動に耐えるコーンエッジを作らなければなりませんから技術的にも困難ですし高価格となります。 マイクの場合は小さい範囲で音を拾えば取り出すことができるエネルギーは小さいですが、周波数に関係なく高音質で電気信号に変えることができます。 鼓膜と同等の大きさがあれば充分ということになります。 小さい外形で低音まで聞くことができるのは、最低のエネルギーで音を出すイヤホンです。
お礼
耳の鼓膜は小さいのに超高性能ですよね。耳は、生の音と、マイクを通して録音した再生音とを聞き分けることができますもんね。 「音の良さを同じに」と条件付きの場合、大音量（=振幅大=エネルギー大）を出すことは大変なことなんですね。屋外イベント用の、大きくて大音量のスピーカーの価格を聞いて唖然としたことがあります。 イヤホンは振動板と鼓膜がすぐそばなので、もしかして最高性能の音響発生装置を作れる可能性が高いのではないですか? わかりやすい解説、ありがとうございました。
- manbomanbo1961
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も一つおまけにいうと 同じｃｄを聴いても 普通のスピーカーでは 再現不可能な音でも忠実に聞こえてくる。 女性ボーカリストの舌が上唇に当たる音とか 違う音がバンバン聞こえてくるかといって うるさい音は全くしない。 聴いていて癒されるスピーカーだ。
お礼
今回はマイクの大きさ（直径）の質問だったのですが、不思議なスピーカのお話を聞けてとても興味を持ちました。こちらはいなかなので、気軽に聴きに行ける所が近くにはないのですが、旅行に出かけるとき日程に入れてみたいと思います。ありがとうございました。
- manbomanbo1961
- ベストアンサー率22% (19/86)
マイクは人間でいうと耳ですよね。 耳は低音から高音まで忠実に拾いますね。 口も高音～低音まで再現するスピーカーですね。 昔のレコードは針が耳 口はラッパ型スピーカー 答えになってないか？ とにかく、タイムドメインスピーカー 聴いてみなさい涙モノのスピーカーだね。 その録音した空間にいるみたいだ。
- manbomanbo1961
- ベストアンサー率22% (19/86)
理論が違うからですね。 周波数を忠実に再現しようとすれば そのような大きなスピーカーになるようですね。 周波数ドメイン 空間を再現しようとすれば、小さなスピーカーでも 十分な低音がでます。 タイムドメイン マイクは空気の振動を拾うだけですから小さくても 構いません。
補足
タイムドメイン社のスピーカ、調べてみました。なんかとってもすごいらしい。 どこか視聴できるとこ探してみようと思います。 「マイクは空気の振動を拾うだけですから小さくても構いません。」 スピーカーだって、空気を振動させるだけのことだから、小さくてもいい？ この発想がタイムドメイン社の発想なんですか? 「時間ドメイン」「周波数ドメイン」と言う言葉があることを今知りました。内容はまだよくわかりません。知らない世界がまた広がりました。
お礼
そうか、低音の時、マイク表面の幕がスピーカーの様に大きく動く必要は無いんですね。 大きく動けば（低音部の）大きな出力を生み出せるでしょうけど、 別に大きな出力は必要ないって事ですね。 ノイズさえ小さければ、微笑信号でも後はアンプにまかせればいいですよね。 大変よくわかりました。ありがとうございました。