スピーカーのダブルユニットの能率

質問

同じユニットを二つ並列で繋げた際のスピーカーの能率はいくつになりますか？

例）８Ω 95.6db ×２

音響、オーディオ、PA

回答No.4

John_Papa · ベストアンサー

こんにちは。

http://okwave.jp/qa/q9215250.html
で既に回答していますが
『近接設置加算（0～＋6dB）』
です。
95.6dbなら
最大で＋6dBの101.6dBです。
※詳細には
並列でインピーダンスが4Ω
　二個で2W 101.6dB　⇒（1W換算）98.6dB/W/m
なのですが、
アンプが8Ω負荷で1W出力の状態で、負荷を4Ωに切り替えると2W出力します。
従って、特にネットワークの場合、アンプを同じ状態で考えないと、他のスピーカー（ツイーターやサブウーハーなど）との音量バランス取れなくなります。
加算させる dB数値が一定でないのは、波長（周波数に逆比例）の関係です。
波長は音速を周波数で割ると計算できます。気温で変わりますが、およそ、20Hzで17m、100Hzで3.4ｍ、1000Hzで34cm、20KHzで1.7cmになります。
波長の長い低音は音圧上昇効果を得られやすいけど、中音・高音は音圧上昇効果を得にくく、特に10KHz以上になると、逆相打消し（干渉）だけが目立つ結果になるのが現実です。
波長よりスピーカー間距離が遠くなると、一点音源とは考えにくく二つの音源（進行方向が交差する波）としてしか機能しなくなる訳です。
『低音しか音圧上昇しない』、という意見は現象把握としては間違っていません。しかし、中高音に起こる現象を説明できません。

参考：音の干渉の図
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/wave/onnpa/otohousoku.html#kannsyou
音の干渉の図で、「よく聞こえる」ところで＋6dB、「よく聞こえない」ところでは0dB(＝20μPa)どころか理論上は－∞dB(＝0Pa)になります。
この「よく聞こえる」「よく聞こえない」ところは、周波数に因って発生位置が違います。また、測定においてもマイクの振動板のサイズが影響する高音部は正確な測定が難しくなります。おそらく人の耳（鼓膜サイズ）に於いても同様でしょう。
現実ではスピーカー同士の干渉の他に床・壁。天井などの反射が有りますので、全く聞こえないところは無いのですが、それ故複雑な干渉が発生し音質や音量に変化が起こる事は認識して於いてください。意識して学習するとある程度の予測ができるようにはなります。

ところで、本題からは外れますが、4KHzの波長は8.5cmですね。逆位相になる半波長では4.25cm、1/4波長では2.125cmです。ウーハーとかフルレンジのスピーカーを並べて4KHzが干渉無しに同相化することは現実的に不可能です。
この事は、2Wayや3Wayスピーカーのクロスオーバーを考える場合、8KHz以上なら2KHz以上～8KHz以下の敏感な帯域で成功例が少なくなるのは単にスピーカーユニットの特性だけではない事も示唆しています。（8KHz以上は人間の耳感度が悪くなるので体勢に影響が少ない）

ＰＡスピーカー（目的上、自己満足が通用しません）を目指されるなら、色々なところで顔を出す波長の影響を避けて通れません。
私も、実際の建造物や、デジタルディレイとかYAMAHA DSP-1で干渉シミュレーションして学習しました。当時指導してくれるような先人や書物は全く有りませんでしたので。
プロの大規模ＰＡも、今でこそラインアレイ方式主流になってますけど、スピーカーの無分別なスタック（波長を無視して音域毎に分割された箱を積み上げる方式）で散々な酷い音を聞かせてる時代が有りました。

お礼

ラインアレイ方式

回答No.8

sirasak

再回答です。
編集ソフトAudacityで正弦波とピンクノイズの加算が確認できました。

　ピンクノイズは騒音などと同様に位相が違う雑多な1Ｗずつの音が2Ｗに合算されて音圧が1.4倍3dB増加になりますので、0.5Ｗずつ重なる1Ｗ当たりにする条件にすると、増加が無くなることになります。

　でもスピーカーシステムのように２つとも位相が同じで同じ音が重なる場合は、1Ｗずつの音が重なって音圧が2倍6dBになり、0.5Ｗずつの1Ｗ当たりに換算すると1.4倍3dB音圧増加になります。
正弦波でもピンクノイズでも位相を合わせると同じ結果が出ました。
結局、スピーカーを２つ使って同じ音を出す並列や直列接続では感度が3dB増加することになりますので、8Ω　95.6dBx2の組み合わせでシステムにすると、
4Ω又は16Ωになり、感度が3dB増加の98.6dB/Wになり、許容入力電力が2倍になるのは間違いないと断言出来ます。
物理学で騒音の重なりでは3dB増加するとありますが、位相の同じ音が重なる場合には合算されて6dB増加になることも書いてありますが、殆ど知られていないと思います。

ＰＡでは8Ωの4台のスピーカーを直並列接続にして8Ωスピーカーとして使うことがあるそうですし、トールボーイスピーカー、ギターアンプ、コラムスピーカーなどで多数ユニット使いは使われていて感度も増加しているはずです。

お礼

回答ありがとうございます！

回答No.7

terminator_5

No.1ですが、他の回答者様の意見を参考に調べてみて、2個並列時の能率は+3dBとなることを理解しました。
http://www1.bbiq.jp/sirasaka/SPEAKER-TASUUKO.html

大変失礼しました。

お礼

回答ありがとうございます！

回答No.6

chiha2525_

能率はともかく干渉のはなしは、理想的な点音源を元にしたお話であり、実際のスピーカーユニットは振動板という面で音を出しています。ウーファーの振動板の右端と左端とで音が干渉しないように、複数ユニットもまとめて１つの音源と見ることができる場合がほとんどです。

お礼

回答ありがとうございます！なるほど。
理解しました。

回答No.5

John_Papa

すみません。No.4回答の正誤表です。

誤：8KHz以上なら2KHz以上～8KHz以下の
正：8KHz以上ならともかく2KHz以上～8KHz以下の

コピペしてた時に「ともかく」の部分が抜け落ちてしまいました。

お礼

回答ありがとうございます！

回答No.3

sirasak

http://okwave.jp/qa/q9216027.htmlに確認質問したように、
低音の正弦波では二つのユニットから同じ音が出るので2倍6dBの音が出ます。
それで並列にすると2倍電力で駆動していることになるので、
1W入力に換算すると正弦波では3dB増加になるのを確認していますし、メーカーの仕様でも感度が3dBアップになっています。

８Ω 95.6db ×２並列なら4Ωになって、3dB増加の98.6dB/wになるのはユニットが2倍に増えるので効率が良くなると思うのが自然ではないですか？
大口径スピーカーに近づける方が感度が大きくなるのにも通じると思います。

騒音ノイズや音楽等の波高値が4位で位相も異なるものではエネルギーとして2倍で音圧3dB加算されるのが物理学の説明ですが、位相が同じものでの加算では6dB増加すると書いてあります。
直列接続にすると感度が変わらないのはインピーダンスが大きくなるので入力電力が小さくなるからであって、インピーダンスに対応したアンプで鳴らすと並列接続と同じ特性になると思います。

ネットワークのクロスオーバーも-6dBです。
私の考えが間違っているのでしょうか？

お礼

回答ありがとうございます！

回答No.2

iBook 2001（@iBook-2001）

はじめまして♪

「通常計算」は既に御回答が有る通りです。
しかし、低い周波数帯、波長と振動板サイズの関係から周囲に逃げてしまいやすい部分は「正面」での音圧上昇が期待で来ます。

非常に広い会場等では特に「低域感」が逃げやすいので、大口径ユニットを多数利用する。というのがよく見掛けられます。

また、PAなどでは、１W時の能率ではなく、最大音圧という観点から複数個利用も行なわれます。
例えば５００Wまでのユニットを1本用いた場合、安全圏として２５０Wくらいまでで利用しますが、２本だと５００Wくらいまで利用する事が可能に成って来ます。結果的に「実用最大」が３dBアップ可能に成りますね。
（ただし、波長が短い中高域に成ると、位相差による悪影響が出やすく、トーンゾイレ方式以外ではほとんど用いられません。楽器用だとそんな事に捕われないユニット配置もよく見掛けますけれどね。）

お礼

回答ありがとうございます！

回答No.1

terminator_5

結論からすると能率は変わら無いですね。

能率を表す単位の dB/W/m から分かる通り、1Wの入力電力に対して1m離れた位置の音圧レベルを能率としていますので、8Ωのスピーカー2個を並列接続すると、音圧レベルは+3dB上昇しますが、並列接続したことによりインピーダンスは4Ωに下がり、同じ電圧に対して2倍の電流が流れて入力電力は2倍(+3dB)に増えます。
対数同士の割り算は引き算で計算できますので、
+3dB - (+3dB) = 0dB
と言うことで能率は95.6dB/W/mのまま変わらない計算になります。

ただし能率には電圧を基準にする、
dB/2.83V/m と言う単位を用いる場合もあります。
2.83Vは8Ωのスピーカーに1Wの電力が入力されたときの電圧に相当しますので、並列4Ωにした場合は電圧は変わらずに電流が2倍流れて倍の電力が入力されて音圧が+3dB上昇するのに対し電圧はそのままなので、能率は+3dB上昇する計算になります。
従って、95.6 + 3 = 98.6 dB/2.83V/m
と表すこともできます。

お礼

回答ありがとうございます！