アンプ仕様より低インピーダンスのスピーカーもOK？

質問

パワーアンプの指定よりも小さなインピーダンスのスピーカーが使えるか？
が明確にされていないと思います。

8Ωで50Wのアンプを基準で計算すると、
小さな4Ωで25W、2Ωで12.5Wになる（電流制限）、
大きな16Ωで25W、32Ωで12.5Wと電圧上限で無歪出力が小さくなる。

それで、パワーアンプは、メーカーのインピーダンス仕様外で使うと保証対象外になるが、小さな無歪出力でなら安全に使える。・・・・と認識して良いでしょうか？
ご意見願います。
（例えば；8Ω50Wアンプで4Ωスピーカーなら25Wまで使えることで良いと思うのですが？）

回答No.9

John_Papa · ベストアンサー

No.8です。

お礼や捕足をありがとうございます。これでsirasakさんの根本的な間違いが明らかになりました。

あなたが図に描かれた、紫色の電流制限は、アンプに使用されているパワートランジスタやヒューズなどのデバイスの非破壊リミットを表しています。それに対する誤解が有る。
2.5Aを超えた場合、自動的に2.5Aまでに制限して使い続けられるなんて都合の良いデバイスではありません。そんな便利なものが有ったら、交換するまで復帰できないヒューズなどは要らないですね。ヒューズは自己犠牲によって電流の制限をするのが役目です。
実際、この制限電流を超えたらパワートランジスタが壊れるかヒューズ（前回答で述べたセメント抵抗等も含む）が切れるかの競争です。つまりデバイスの許容電流、そういう意味での制限なのです。（電源回路で電流制限を持たせる事は設計上可能ですが、電流だけ都合よく制限する事はできません）

８Ωで１Ｗ出力の得られるボリュームで聞いている。この時+15dBの入力信号(出力３０Ｗに相当する)が入ってきた場合、８Ωのスピーカーを接続したアンプでは、難なくクリアできますね。１６Ωだとちょっと歪む。３２Ωだともっと歪む。でも電流がオーバーする訳ではない。では４Ωだとどうなるか？２Ωだとどうなるか？歪みますかね？電圧には余裕有りますよ。出力段に供給される電圧は、８Ω５０Ｗの時となんら変わりありませんので、４Ωの場合出力２０Ｖで出力５Ａの１００Ｗまで出力し続けようとします。すると３０Ｗでは当然電流が制限を越える、つまり過負荷で、ラッキーな場合にはヒューズが切れ、運が悪ければパワートランジスタ・パワーＩＣが壊れるんじゃないですか？
実際そうなるからメーカーが設計インピーダンス以下のスピーカー接続を推奨する事は無いし、安全な範囲に出力制限する有効な方法もないので、推奨インピーダンス以下で使用できる範囲（ユーザー任せの無責任という事になる）を公表する事も無いでしょう。
歪んで自動的にリミッターが掛かってくれれば有難いのですが、そんな都合の良いアンプは知りません。
ただ、それに近いものとしては、設備用で電源電圧等内部構成を一部切り替えることにより、ローインピーダンスでもハイインピーダンスでも、あるいは２Ω/４Ω/８Ωで同じパワーを取り出せるアンプが存在していたと思います。これらは安全な電流に制限する為に電源電圧を切り替えている訳ですが、電源コンデンサがスピーカーインピーダンスを検出して自動的に電源電圧を増減して結果的に電流一定？なんて有り得ないですね。また、通常の電源コンデンサはパワートランジスタを壊すには充分過ぎる容量を持っています。

それから電源ＯＮ時の件も、アンプは電流の制限（それはデバイス破壊寸前の許容量）などお構いなく４Ωだと８Ωの２倍、２Ωだと８オームの４倍出力する事になります。２Ωで12.5Wまで絶えられるとしてもたかだか５Ｖですので容易に超えるでしょう。入力ボリュームを全閉にしたところで電源とアンプの最終段で発生しますので意味を持ちません。もちろんここでの２倍４倍はあなたの表に合わせた机上論の数字です。

単刀直入に言えば、今回の質問はsirasakさんが自分で作成した図表に、電圧を単独にコントロールできるように電流もコントロールできる如く自ら騙されて今回の質問になった。ということになるでしょう。

お礼

例えば4Ωで聴くと25Wで歪むので最大電圧が10Vで無歪25W出力のアンプとして支障なく使うはずと思いました。

その時にハウリングやコードが外れたりのアクシデントで｛音楽よりも大きな音がきた場合に｝、コンプレッサーや、マイクや、プリアンプでの電圧制限が無く入ったり、入力機器から音楽音量以上の大きなDCやパルス電圧が入ったりすると、
20V/4Ω＝5Aの電流になり、制限電流2.5Aを越えるのでアンプが壊れる恐れがあることがやっと理解できました。理解が悪くてやれやれです（笑）済みません。

結論として下記を考えました。
パワーアンプは、メーカーのインピーダンス仕様外で使うと保証対象外になる。だだし、指定より小さいものは無歪出力以下なら自己責任で使えるが、
予期せぬ音楽よりも大きな入力があった場合には、過大電流で壊れる危険性が増す。

・・・・・と言うことで良いのでしょうか？

補足

保護回路など電流制限あるアンプを仮想しての質問だったので、多数ご回答頂いたのにどうしても理解できないのです。
この質問を締め切って、実際にアンプでの測定結果を添えてから、再度質問したいと思いますので宜しくお願い致します。

（小さな音量では使えても具体的な数値を知りたいと思いますし、
ハウリング、コード断線、電源突入DC、などのアクシデント電力の大きさなどは実際に測定しないと分からないと思うためです。）

回答No.8

John_Papa

こんにちは

ロシアンルーレットですね。
低インピーダンス負荷では模式図や机上論には現れない問題が沢山あります。
例えば
見かけ上の出力抵抗を低くする為のフィードバックに関する問題。
（回路を構成するパーツはそれぞれ内部抵抗を持っています。出力抵抗より高い場合もあります）
その一つで目に見えるものが、トランジスタのスイッチング歪を出さない為に常時アイドリング電流を流し、出力直結のトランジスタのエミッターには0.5Ωとかのセメント抵抗です。パワートランジスタの保護ヒューズを兼ねてますが俊敏性はないので、パワートランジスタの方が先に壊れる事も多いです。

大きな問題は、電源が交流なので±両波整流電源回路ではスッチＯＮの一瞬１/100秒とかでは片側のみの電源となります。サイン波の基点0VのタイミングでスイッチＯＮした場合が最大となります。これが時間経過と共に平均化され±両電源のDCドリフトが少なくなって行きます。
中華アンプや楽器アンプなど、スピーカーを切り離すパワーＯＮ遅延リレー保護回路（高級アンプではDC検出保護も兼ねる場合が多い）が入っていないアンプの場合、片電圧電流がスピーカーに流れドンとかポコッという音になります。過負荷（低インピーダンス）ぎみなスピーカーを接続していた場合パワートランジスタが壊れた事例が実際にあります（メーカー名忘れましたが楽器アンプの定格負荷で起きた事もあるくらいです）。ロシアンルーレットと同じでたまたま電源を入れるタイミングが悪かったということになります。

『4Ωで25W、2Ωで12.5W』という電源制限保護回路でもあれば可能でしょうが、現実に搭載するのは無理なのでしょう。このような制限を搭載したアンプが思い当たりません。また、回路動作が不安定な片電源時に保護回路が正常に働く保障もありません。

同電圧出力でインピーダンスが低い程出力電力は大きくなりますので、電流制限ができないとなると、出力制限をする物が無く、入力側のアクシデントがそれに比例したハイパワーで出力されます。ハウリングとか入力ケーブルが外れたインパルスノイズでアンプが飛ぶとか、そんな事が起こりやすくなりますね。
DC出力も８Ωで１．５Vくらいなら問題ないでしょうが、低インピーダンススピーカーでは馬鹿にならないマイナスになります。

現実には低インピーダンス負荷を視野に入れたパーツ選択や設計に依存するところが大きいようです。

お礼

普通の1W位で同じ音量で聴いている場合には、どちらも同じ電力が入力されるので、
電源突入時にスピーカーに流れドンとかポコッという音が出たり、無歪出力以上を入力して素子が壊れたりする条件は同じはずです。

『4Ωで25W、2Ωで12.5W』という電源制限保護回路がなくても増幅素子は電流が定格を越えると歪が出るので、その時が無歪出力と思えば良いはずと考えていました。

大出力で電流制限ができないとなると、低インピーダンスでは出力制限をする物が無く、入力側のアクシデントで音量調整制御できないで大出力されるのが一番怖いですし、ハウリングとか入力ケーブルが外れたとかの時に低インピーダンスのものでは確かに被害の度合いが大きくなります。
言われるようにこの点が重要なことと思います。
回答ありがとうございます。

補足

疑問が出てきました。
8Ωで無歪50Wの時は出力電圧が20Vで音量レベルを高くして聴きますが、
4Ωで無歪25Wの時は出力電圧が10Vで音量レベルを低くして聴くと思います。
それで、通常の操作で使っている時に、アクシデントで大入力が来ても音量調節を変えない限り、どちらも2.5Aの電流が流れますので条件は同じはず？
（同じ1Wでは、8Ωでは電圧が2.83Vで0.35A流れ、4Ωでは2Vで0.5A流れて電流が異なりますが）
特に注意しなくても良いのではないでしょうか？

回答No.7

iBook 2001（@iBook-2001）

再び iBook-2001 です♪

コメントを頂き、ありがとう御座います。
実際のアンプ動作に置いては、回路設計や製作術などで、それぞれ個性が有って、出力が低下する条件下で、歪みが減る機種も有れば、そうはならない場合も有る。という事をご理解下さい。

さて、御質問者様が揚げられた図を眺めてみて、「電流制限」が大前提に成っている事、これが実際のアンプ動作ではほとんど実現出来ない、あくまで計算上の部分である事を、一応理解しておきましょう。
例えば、○○Aというヒューズが有っても、それは一定電圧に置ける制限値で、電圧も変動するアンプ出力に対しては正確な電流制限とは成らず、電力制限という形に成ってしまう事です。
近年の過電流検知による保護回路も、ほぼ同じ動作で、例えば１００Wのアンプに対して１５０W以上が出ると回路遮断するとか、そんな感じです。
８Ω仕様で、１００Wの場合４Ωだと２００Wを出そうとするから、制限を超えてしまい、保護回路が動作する。と言うのが一般的な流れです。

電力は、電圧（V)×電流（A)ですから、どちらかだけで制限をしても実用的では無く、やはり電力（W)で考えた方が理解しやすいと思います。

ここからは、完全に余談ですが、他の回答者様も、実際のスピーカーは、「インピーダンスが周波数に寄って変化する」と言及されています。
これは、間違いない事実で、周波数に関係なく一定の隠避イーダンスを持つスピーカーが全くない訳では有りませんが、非常に特殊な、ごく一部の場合であって、通常は周波数により大きく変動しています。

スピーカーの「公称インピーダンス」と言うのは、基本的に実用帯域内の安定して低い値の部分を代表とする、というのが通例です。

実際のインピーダンス測定値を公表している一例です。
http://www.fostex.jp/products/ff125wk/
http://www.fostex.jp/products/p1000k/
このメーカーは、昔から「旧JIS規格」に合わせた測定を行ない、その基準のもと、仕様を公開しています。
現在の国際基準より厳しく、厳密な測定を必用としますので、海外のスピーカー製造メーカも、この測定規格を採用し始めた企業が存在します。

リンク先の中盤に有る測定図。
無響室で真正面（黒）、３０°（ピンク）、６０°（濃い青）の周波数特性と、水色のインピーダンス値が一緒に描かれています。

振動系の共振で、低域側に大きな共振峰、ここでインピーダンス値がとても大きく成ります。（最低共振周波数、Fo等としても表記されます。）
海外では箱に入れない「フリーエア」だったり、各社の独自箱の状態だったりしますが、旧JIS規格では、ユニット口径によって、大小２種類の基準箱が指定されているので、口径がほぼ同じなら甘楽図同じ条件下での測定値。として眺める事が出来ます。

この「共振峰」より高い周波数帯で、有る程度一定に成る部分の、低い値を「公称インピーダンス」とするのが、旧JIS規格の特徴です。

受け持ち帯域を分けた、マルチウエイスピーカーシステムの場合、低域用が８Ω、中域が４Ω、高域が１６Ω、という組み合わせであれば、公称インピーダンスは一番低い４Ωとするのです。

インっピーダンスが低いと、過大電流が流れて、おアンプのオーバーロードを引き起こす可能性が有るから、低い値を代表値にする。という安全策でしょう。

ただ、こういう測定図は、時にワット数が違ったり、スイープ信号を用いているのですが、スイープ速度が違う事が有ります。
低域共振の盛り上がり方、左右の裾野がかなり非対称な場合は、表示特性のため、多少測定条件の中でドコカを調整し、より良い特性に見える様な測定結果を得た。という可能性を否定出来ない場合が有ります。

昔は、スイープ速度を速くすれば、グラフ化するペンの追従性により、非常に滑らかな得製図が得られた。なんて言うのは、最も有名な話です。
http://www.fostex.jp/products/fe126en/
（古い製品シリーズでは、どうもこのような測定結果を今でも使っているようですねぇ。苦笑）

アンプの内部抵抗、出力抵抗が非常に低いと、負荷のインピーダンスに関わらず同じ電圧を供給し、各周波数に置ける電流量はインピーダンス値により変化しますが、そもそもそういう条件下で良い音が得られるように組み合わせて居るのが一般的ですから、難しく考えすぎない方が良いでしょう。

なお、アンプの内部抵抗（出力抵抗）を非常に高くし、負荷インピーダンスの変化に関わらず同じ電流を流そうとする、という方向の実検も、アマチュアオーディオの一部では古くから試されています。ただ、かなり特殊な方向なのでアンプも組み合わせるスピーカーも限定される為、一般的では無い。（でも、スピーカー工作が好きな私には、興味が有るので実検研究されている方々の報告は興味を持って、研究成果を楽しませて頂いています。）

スッピーカーはアンプ出力で動かされる「受動素子」ですが、「動く」ことによる「反動」がありますので、この反動による発電を押さえ込むため、アンプ側の出力インピーダンスを極力低くし、スピーカー側が発電した分はアンプ内でショート状態にしよう、という考え方が有ります。
この考え方の発展系が、ダンプングファクター値というもので、８Ωのスピーカーに対しアンプの内部抵抗が0.08Ωなら、ダンピングファクター値１００、などと言います。（アンプ側が0.8Ωなら、DF値１０。でもスピーカー側が4ΩならDF値５になる。ここでも、スピーカー側の最低インピーダンスと言える「公称インピーダンス」部分で算出してますね。）

余談が長く成りましたが、電子回路的な考え方だけでアンプを考えては、実用のスピーカーを組み合わせた時、はたして感動出来る良い音が得られるかどうか、なあなか難しい部分も有るので、理論と実用面の両方向から考えるのが良いと思いますよぉ～♪

お礼

電流制限保護回路が無いアンプでは、
歪むのを聴いた時が電流制限の前提で計算しました。

スピーカーの公称インピーダンスは周波数で変化しますが、極端に変わるものではないとの前提での計算でした。

昔は、滑らかな特性図を都合の良い様に修正していたらしいですね。（＾＾）

定電流アンプは過渡特性が悪くならない範囲でFsの音圧が大きく出来る方式でも、大電圧が必要になるので実用性がどうなんでしょうか？

ダンプングファクター値は最近あまり言われなくなっている？と感じています。
回答ありがとうございます。♪

回答No.6

chiha2525_

スピーカーユニットなら、まぁ大丈夫です。音を出すのに必要な抵抗は持っているので。

スピーカーのインピーダンス値も結構テキトーで、周波数によって変わるらしく、４オーム表記も周波数によっては２オームくらいになるものもあるとか。
まぁこれらも元々は、２の累乗で２，４，８と表記されてたのに、日本人が４オームより大きいが８オームほど大きくないからと６オームなどと表記して、世界中の人はそんな厳密な値は求めてないのにと思ったに違いないものです。

お礼

普通の使い方なら支障ないと理解しました。
回答ありがとうございます。

回答No.5

tetsumyi

使えないことはないが、故障する可能性がある。
保護回路が入った日本製のパワーアンプであれば故障はしないでしょうが中国製の安物では、起動時やOFFにプリアンプやプレーヤーが直流成分を出すのでパワーアンプに大電流が流れることがあり、大電流が流れると出力段の素子は一発で飛びます。
電源SWのON.OFF手順を時間差を持たせれば中将は故障はしないでしょうが人間はミスをすることがあるし、最近のデジタル機器ではノイズで最大出力の直流分がでたりするので故障を防ぐことは極めて難しい。
従って、メーカは使ってはいけないと答えることになる。

お礼

私は経験していませんが、機器でDC分が出るものやノイズで最大出力の直流分がでたりするので故障を防ぐことは極めて難しいなどは理解できます。
普通1W以下で使う人がほとんどと思いますし、大出力で使うPA専門家では熟知して注意して使うはずで、支障なく使えることが多いと思いますが、
危険が増すのでメーカは使ってはいけないと答える。

大出力アンプで小入力スピーカーを使う場合の危険性と似ていると思います。
回答ありがとうございました。

回答No.4

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

一般的には、最大出力に関して電圧値で考えているため、インピーダンスが２倍になれば、出漁ワット数が半分。というのが通常の半導体アンプの基本です。

８Ω　５０W
16Ω　25W
32Ω　12.5W

このため、８Ωまでしか対応計算していない回路の場合、
4Ω　100W
2Ω　200W
1Ω　400W
が出せなくて、過大電流として、アンプが壊れます。
（流そうとしても、流せる電流の限界を超えるから、壊れる。）

インピーダンスは、電流の「流れにくさ」を表す指標です。
数値が大きい程、電流が流れにくい。

未配線／断線が∞Ωで、完全なショートが０Ωです。
ショートしますと同じ電圧でもほぼ∞電流を流そうとするから、機器が壊れますね。

出力インピーダンスがとても高い、例えば真空管の多極管接続アンプとか、定電流アンプの場合は、流せる電流側が先に制約と成るので、インピーダンスが低い程、出力定価を起しますが、一般的な半導体アンプは低電圧出力という、出力内部抵抗が低い設計なので、インピーダンスが低い程多くの電流を流そうとして破戒に至ります。

実際に、一部の真空管アンプでは安全のため、出荷時にスピーカー出力端子をショートするようにしています、しかし、一般的な半導体アンプでは「絶対にショートさせない」という厳重な注意書きが有りますね。

ご利用のアンプ、その仕様書をよく確認して、安全に活用して下さい。

なお、多くの管球アンプですと、インピーダンスが低いスピーカーを繋ぐ事で、最大出力は半減しますが、むしろ歪み等も同様に半減し、充分な音量が得られるのであれば、１６Ω端子に８Ω、６Ω、４Ωというスピーカを接続しても機器に対する負担は少なく、適正範囲であれば歪みが少ないと言うメリットが得られる場合も有ります。（あくまで、回路構成に撚るので、充分に確認してからご利用下さいネ。）

＊逆に、８Ω端子に１６Ωスピーカーを繋ぐ事で、歪み盛大に増えますが、細田出力も大きく成る、という事例が有る。個性的な歪みを多く持たせる為の真空管ギターアンプなどは、こういう個性的な音を得る設計も多いようです。

お礼

大変詳細な回答ありがとうございます。
インピーダンスが大きいと無歪出力が小さくなっても、
余裕があれば音質に良いこともあるのですね。

回答No.3

denwaha4126

内部損失の考察が抜けてるね。
話を単純化するため、直流電源に例えて考えてみる。
以下の定格の可変電圧電源があるとする。

入力電圧　：　50V
出力電圧　：　0 ～ 40V
最大出力電流　：　5A
出力インピーダンス　：　0Ω（定電圧源）

この可変電圧電源の最大出力電力は負荷によって変わる

2Ω で 50W
4Ω で 100W
8Ω で 200W
16Ω で 100W

つぎに、50W 出力時の電源の内部損失を考える。

2Ω で 200W
4Ω で 127W
8Ω で 75W
16Ω で 38W

同じ出力電力でも、低インピーダンス負荷ほど内部損失が増える。
つまり、低インピーダンス負荷ほど出力トランジスタが発熱する。

まあ、アンプも似たようなもの。
JEITA では、アンプの放熱能力は、定格の 1/8 出力で 連続20分間安定していればよかったんじゃかなったかな～（調べてみて）
オーディオ用アンプは JEITA より余裕のある規格で作ってるけどね。

だから、低インピーダンス負荷の場合は、歪まなくても放熱能力の限界が問題になる。

お礼

アンプの放熱能力は定格の 1/8 出力で良いのは家庭用HiFi機器では最大出力で使うことがないし、最大出力で歪まないような場合に音楽再生では平均出力がそれくらいのはずです。
高インピーダンスも低インピーダンスも、例えば1Wで同じ出力電力で使っている場合は同じ発熱なので、歪まないよう使う場合では支障ないと思います。

低インピーダンスでは加える電圧を小さくしないとアンプ素子の制限電流で歪むようになるので結果、出せる無歪最大出力が小さくなるはずです。
回答ありがとうございました。

回答No.2

kuro804

こんばんは
一般的には規定インピーダンスより低いスピーカは使用しないのが常識です。
理由は、規定インピーダンスより高いスピーカであれば保護回路がなくても過剰な損失が発生しない。インピーダンスが低ければ過剰な電力損失が発生するという理由です。
言われてるように、出力を大きくしない、或いは完全な保護回路があるという前提なら、OKでしょう。

お礼

一般的には規定インピーダンスより低いスピーカは使用しないのが常識となっているのが疑問に思ったのです。

保護回路がなくても無歪出力以上で歪むことは耳で聴いても分かるので、インピーダンスが高くても低くても無歪出力以下で使用すればOKで過剰な損失が発生しないと思いました。

回答ありがとうございます。

回答No.1

yosifuji20

通常のスピーカーのインピーダンスは小さなものでも4オーム程度でしょうから、ほとんどのアンプで問題なく使えます。
大音量を出さなければ、故障するとも考えられませんし、まともなアンプであればその前に保護回路で電流がカットされます。
普通の室内でそこまで連続で大出力にすることはないでしょうが、大きな部屋でPA的な使い方をする場合などは注意は必要と思います。

＞例えば；8Ω50Wアンプで4Ωスピーカーなら25Wまで使えることで良いと思うのですが？

電流がおなじであれば、出力はインピーダンスに比例しますからその通りです。

お礼

大出力でなくて無歪出力で使うならOKですよね。
回答ありがとうございます。