アコースティックトランスデューサー：スマートフォンからハイファイまで、音に命を与えるテクノロジーを理解してください

私たちの音の再現遊牧話者、休日または私たちサウンドバー、電気信号を音波に変換するこれらの重要なコンポーネントであるトランスデューサーのさまざまな技術に基づいています。従来の動的トランスデューサーが最も広範囲にわたるソリューションのままである場合、今日の表面励起システムやバランスモード（BMR）などの最近のテクノロジーがオーディオランドスケープを豊かにし、それぞれが言及されているアプリケーションに応じて特定の利点を提供します。

一般的にスピーカーとして知られている動的トランスデューサーは、小さなBluetoothスピーカーから洗練されたHi-Fiシステムまで、ほとんどの音響システムの中心を構成しています。その動作は、磁石の磁場とオーディオアンプが送信する電気信号との間の相互作用に基づいています。スピーカーの中央には、モバイル銅線のコイルがシリンダーの周りに巻かれ、膜に取り付けられています。

電流、増幅オーディオ信号がこのコイルを越えて、スピーカーの磁石と相互作用する磁場を作成します。電流は強度と方向が異なり、音のバリエーションに従います。強い音の場合は強く、柔らかい音の場合は弱く、毎秒数千回の感覚を変えます。その後、コイルは前後に移動し、膜を駆動します。活気のある膜は、空気を動かしているため、私たちが知覚する音波を作成します。

従来のトランスデューサーまたはスピーカーには、次の要素が含まれています。

• 磁気回路：永久磁石と極地
• モバイルクルー：コイルと膜（コーン）
• 懸濁液：クモと末梢膜懸濁液
• サラディエ：全体をサポートするための機械構造

この電気力学的機能は、シンプルで効果的であるため、幅広い周波数（私たちが聞くすべての周波数）を再現することが可能です。しかし、成長する小型化と音質の要件により、画面をサウンドサーフェスに変換するスマートフォンやシステム用の超コンパクトマイクロトランスデューサーなど、新しいアプローチが開発されました。今日のこの技術の多様性により、イヤホンから高忠実度のエンクロージャーまで、複数のアプリケーションの特定のニーズに正確に対応することができます。よく見てみましょう。

大帯域トランスデューサー

いわゆるワイドバンドである特定のトランスデューサーは、重度の深刻さから、可聴サウンドスペクトル全体を単独で再現するように設計されています。ポータブルBluetoothスピーカー、キッチンラジオ、接続された目覚まし時計、または小さなコンパクトチャネルなど、日常生活のいたるところにそれらを見つけます。一般に、デバイスとその光膜に応じて5〜20 cmまで変化する直径は、低音を繁殖させるために許容される表面を保持しながら、急性のために十分に迅速に振動することができます。この「オールインワン」アプローチには、すべての周波数が宇宙の同じポイントから来ているため、驚くべき音の一貫性を提供するという利点があります。

さらに、その使用は、マルチボイシステムに必要な複雑なフィルターを避けることにより、スピーカーの設計を大幅に簡素化します。ただし、この汎用性には妥協が必要です。膜のサイズが小さいため、または限られた遠足のために深刻な深さがないことがよくありますが、トレブルには専用のツイーターのものと比較してフィネスを欠く可能性があります。それにもかかわらず、これらのトランスデューサーは、音質が求められたコンパクトシステムで自分の場所を見つけます。

音響スピーカー用の特殊なトランスデューサー

高品質の音の繁殖を得るために、多くのスピーカーが特殊なトランスデューサーを使用し、それぞれが正確な周波数範囲に最適化されています。ウーファーは、大きな剛性膜と柔軟な懸濁液を備えており、大量の空気を動かすことができる低周波数の繁殖に優れています。より小さく、より反応性の高い媒体は、音声とメインの機器の必須周波数に焦点を当てています。非常に軽い直径の膜を備えたツイーターは、最高の高音域を正確に再現します。

この専門化により、設計の各側面を最適化することができます。膜の形状と材料、磁石の力、さらにはコイルのジオメトリでさえ、そのタスクに正確に適しています。結果は驚くべきものです。単一のトランスデューサーよりも、より深く、より深刻な、より自然な声、より詳細な鋭い鋭い声があります。このアプローチでは、さまざまなトランスデューサー間で周波数を正しく分散するために洗練された電子フィルターが確実に必要ですが、現在、高忠実度の音の再現の観点から参照を表しています。

グレーブストランスデューサー

グレーブストランスデューサー、またはウーファーは、サイズに応じて、通常は30〜500 Hzの低い周波数を再現するように設計されています。最大のモデルは最大25 Hzを低下させる可能性がありますが、高制限は一般に200〜500 Hzの間で、それを超えて精度を失います。低周波数の繁殖には、大きな膜表面と大幅な変位が必要です。30Hzで音波を作成するには、膜は必要な音量を設定するのに十分な振幅で30回前後に動きを実行する必要があります。これが、ウーファーがさまざまなサイズ、一般に13〜46 cmで存在する理由です。直径が大きいほど、スピーカーが降りることができます。ただし、直径が大きいほど、より大きな質量を意味するため、レジスタの最上部での応答性が低下します。

これらのトランスデューサーは、その印象的な寸法と堅牢な構造によって区別されます。直径が30 cm以上に達する可能性がある彼らの膜は、変形しないように、反応性を維持するために光を備えていないように、両方の剛性でなければなりません。条約とポリプロピレン紙は、低周波数に特に適しています。自然な内部減衰は寄生共鳴を制限しますが、十分な剛性と軽さは優れた性能/コスト比を提供します。

特に高エンドでは、アルミニウムや複合繊維などのより洗練された材料も使用されます。モバイルコイルは特大です。その大幅な直径とその長さは、大国を支持しながら大きな討論を可能にします。特に巨大な磁石の重量は数キロで、これらの大きな振幅の動きの正確な制御に必要な磁場を生成できます。

ウーファーが大きくて強力なほど、増幅のために要求が厳しくなります。その大きなコイルとその重要な動きには、膜の動きを完全に制御しながら、高い流れを供給できるアンプが必要です。この精度は、深く明確に定義された低音を再現するために不可欠です。効果的に動作するために、これらのトランスデューサーには適切な空気負荷も必要です。これは、音響負荷原理に専念する記事で詳しく説明する複雑な主題です。

中程度のトランスデューサー

中程度のトランスデューサーは、一般的に300 Hzから3 kHzの音楽的認識にとって最も重要な周波数範囲を再現します。この領域には、ほとんどの人間票と楽器の基本的なメモの大部分が含まれており、それが特に重要になります。それらの寸法はウーファーの寸法よりも体系的に減少し、システムに応じて直径は5〜17 cmの範囲です。このより控えめなサイズは、音の物理学によって説明されます。中程度の周波数は、同じ音響圧を生成するために低音とははるかに低い膜運動振幅を必要とします。ウーファーが低周波数を再現するために主要な討論をしなければならない場合、媒体はより短い動きで効果的に動作することができます。

これらのスピーカーは、その特性を楽器に与える信号のこれらの残忍な変動など、過渡現象の繁殖に秀でなければなりません。それらの膜は、処理された紙、テクスチャーされたポリプロピレン、または妊娠した組織など、非常に償却された材料を支持します。中程度のサイズのモバイルコイルは、純粋なパワーではなく優れた反応性のために最適化されています。サスペンション全体は、ウーファーの動きよりも制限された動きのために設計されていますが、精度が向上しています。

これらのトランスデューサーは特に寄生的な振動に敏感です。エンクロージャーへの固定と他のスピーカーと比較した配置を慎重に研究する必要があります。それらの役割は非常に重要であるため、エンクロージャーの全体的な品質は、特に声の自然な再現と音響機器のリアリズムのために、その中程度のトランスデューサーのパフォーマンスに大きく依存しています。

ツイーター

ツイーターは、高周波数の繁殖に特化したトランスデューサーであり、一般的に人間の聴覚の上限である最大20 kHzの2〜3 kHzのビーチをカバーしています。一般的に直径19〜25 mmの膜を備えた小さなサイズは、非常に速いが低振幅の動きを必要とするこれらの高周波数に完全に適しています。

この軽さは不可欠です。膜は、最も急性の周波数を再現するために、毎秒20,000回まで振動できる必要があります。使用される技術は多様です。シルクまたは処理されたテキスタイルの伝統的な柔軟なドームは、優れた分散と自然な音を提供しますが、アルミニウム、ベリリウム、または金属合金は高音域の精度と伸びを好みます。

リボンや平面磁気モーターツイーターなどの他のアプローチは、実装するのがより複雑ですが、例外的なフィネスを提供できます。直接性は重要な側面です。周波数が増加するほど、音のバンドルが近づき、スピーカーの配置とリスニング位置に直接影響します。

ウーファーとは異なり、ツイーターは強力な力を必要としませんが、優れた精度を必要とします。その設計または実装のわずかな欠陥は、すぐに色または聴覚疲労に翻訳されます。しばしばクッション材料で満たされた後部寝室は、寄生共鳴を避けるために計算されます。他のトランスデューサーとの統合、特に媒体を備えた移行領域では、一貫性のある自然な音声を維持するために特別な注意が必要です。

同軸トランスデューサー

スペースを獲得し、コンパクトなスピーカーを維持するために、Kef、Tannoy、Technicsなどの特定のメーカーを統合し、同軸トランスデューサーを統合します。
同心円状のスピーカーとも呼ばれるこれらの同軸スピーカーは、同じ音響軸に音源を完全に整列させることを可能にします。ツイーターは通常、媒体または深刻なスピーカーの中央に配置されているため、単一のソースポイントを作成します。この構成にはいくつかの利点があります。ステレオイメージを改善し、より良い時間的一貫性を提供します。

同軸トランスデューサーを装備したスピーカーは、サウンドイメージの精度が不可欠なホームシネマのインスタレーションとレコーディングスタジオで特に高く評価されています。

トランスデューサーの新しいテクノロジー

最新のオーディオデバイスの要件の増加に直面して、トランスデューサーの新しいテクノロジーが登場し、従来のスピーカーの限界を克服するための革新的なアプローチを提供しています。これらのイノベーションの中で、BMR（バランスモードラジエーター）とAMT（空気モーション変換）は特に際立っています。

BMRは、トランスデューサーの設計における大きな進化を表しています。膜がピストンのように動く従来のスピーカーとは異なり、BMRはその平らな膜の自然な振動モードを使用します。低周波数では、従来のピストンのように機能しますが、周波数が増加すると、膜は異なる制御された振動モードに入ります。この手法により、単一のトランスデューサーは、通常200 Hzから20 kHzの非常に広範囲の周波数をカバーできます。

利点は多数あります。180°の非常に均質な音の分散、複雑なフィルタリングの欠如、優れた移行反応です。これらの特性により、スペースが貴重であり、モバイルリスニングには大きな分散が必要なコンパクトな接続スピーカーにとって理想的なソリューションになります。

一方、AMTSは、高周波数の繁殖を再発明します。一般的にアルミニウムで覆われたカプトンのプリーツのアコーディオン膜は、強力な磁場に配置されています。オーディオ信号が膜の駆動トラックを通過すると、膜自体の動きよりも4〜5倍速い「ポンピング」空気効果を作成します。この動きの乗算により、20 kHzをはるかに超える、トランジェントの非常に正確な繁殖と高音域での顕著な拡張が可能になります。彼らの制御された指向性と優れたパフォーマンスにより、高エンドのシステムでの従来のツイーターの面白い代替品があります。

これらのテクノロジーには妥協がないわけではありません。 BMRは、汎用性にもかかわらず、ディープベースの専用ウーファーと競合することはできません。 AMTは複雑であるため、高価です。ただし、それらの使用は民主化されています。BMRは現在、ケンブリッジオーディオやKEFなどのブランドのハイエンド接続スピーカーで見つかりましたが、AMTは、特にELACまたはAdam Audioでオーディオファンスピーカーをますます装備しています。

ミニチュアトランスデューサと表面の興奮

電子デバイスの小型化により、特に最新のスマートフォンやテレビに存在する革新的なアコースティックソリューションの開発につながりました。これらの技術は、超コンパクトマイクロトランスデューサーと表面励起システムの2つの主要なカテゴリに分かれています。
現在のスマートフォンのマイクロトランスデューサーは、サイズが小さくなっているにもかかわらず（直径15 mm未満）、洗練されたテクノロジーが組み込まれています：超軽量複合膜と小型化された磁気モーター。ハイエンドモデルは、多くの場合、いくつかのトランスデューサーを使用します。1つは音声用に最適化された音声媒体と、低音の応答を改善するための大きなトランスデューサーです。適応共鳴室と顕微鏡的ベース反射孔は、利用可能なボリュームが非常に限られているにもかかわらず、パフォーマンスを最適化することを可能にします。

表面励起を備えたトランスデューサーは、既存の表面を直接振動させることにより、異なるアプローチを提供します。通常、スマートフォンまたはテレビの画面です。画面の後ろに固定された電磁エンジンまたは圧電エンジンが送信面に変換されます。特定のOLEDおよび高エンドのスマートフォンテレビで使用されるこのテクノロジーを使用すると、画像から直接発せられるように見えるサウンドを作成できます。利点は複数です。スペースゲイン、より良い没入感、ローカライズされたサウンド領域を作成する可能性。ただし、これらのシステムでは、低周波数の繁殖は依然として限られたままです。

最新のデバイスはしばしばこれらの技術を組み合わせています。画面は媒体のトランスデューサーとして使用でき、従来のマイクロスロープマンが低音を管理します。このハイブリッドアプローチにより、最小限のサイズを維持しながらパフォーマンスを最適化することができ、小型化の制約がトランスデューサーの分野での革新をどのように刺激するかを示しています。

膜材料

膜材料の選択は、スピーカーの設計において重要であり、それぞれの材料が特定の周波数ビーチにそれを運んでいる特性を持つ材料です。深刻な治療済みの紙とポリプロピレンは参照のままです。それらの良好な自然な内部減衰は寄生共鳴を避けますが、それらの好ましい剛性/質量比は光膜を可能にしますが、大規模な関与には十分に硬直します。

多くの場合、その剛性を高めるためにテクスチャリングされたポリプロピレンは、時間の経過とともに優れた安定性と湿度に対する良好な耐性の利点を提供します。媒体では、これらの同じ材料だけでなく、炭素繊維、ケブラー、またはサンドイッチ複合材も、明るさと並外れた剛性を組み合わせたものを見つけます。これらの複合材料は、過渡現象の精度が重要な中程度の周波数に特に適しています。

高音の場合、シルクまたはテキスタイルのドームは、自然な減衰と均一な分散により優れた処理されますが、アルミニウム、チタン、ベリリウムなどの金属により、極端な剛性のおかげでより高い周波数に達することができます。ベリリウムは、そのコストにもかかわらず、例外的なサウンドの伝播速度と非常に低い質量のツイーターにほぼ理想的です。酸化アルミニウムなどのセラミックは、並外れた剛性のおかげで、高音で優れたパフォーマンスを提供します。各材料はその特性を課します。金属はより分析的な賠償をする傾向がありますが、積極的に積極的にマスターされている可能性があります。組織は一般に柔らかい音を提供しますが、現代の複合材料は異なる材料の品質を組み合わせようとします。

最終的な選択は、ターゲットを絞った周波数帯域だけでなく、求められている健全な哲学と経済的制約にも依存します。

トランスデューサーフィルタリング

アコースティックスピーカーでは、各周波数帯域を適切なトランスデューサーに向けるために、フィルタリングが不可欠です。 2つの主なアプローチが存在します：パッシブフィルタリングとアクティブフィルタリング。受動的で伝統的でまだ非常に広範なフィルターは、コンデンサ、コイル、抵抗などのコンポーネントを使用して、増幅後に信号を分布させます。

その設計は特に繊細です。各コンポーネントは、最適な品質を維持しながら、アンプの総電力をサポートする必要があります。通常、オクターブで12〜24 dBのフィルタリング勾配は、トラックの効果的な分離と回路の複雑さの間の妥協に起因します。高品質のコンポーネントは高価です。フィルムコンデンサ、低耐性、高電流コイルは、スピーカーの価格に大きな影響を与えます。主な利点は、使用の単純さのままです。システム全体に十分な増幅が1つだけです。ほとんどの忠実度とホームシネマスピーカーは、統合されたパッシブフィルタリングで動作します。

アクティブフィルタリングは増幅前に発生し、Bluetooth、お祝い、またはサウンドバーで広く使用されています。各トランスデューサーには、電子フィルターが先立つ独自のアンプがあります。

このアプローチは驚くべき柔軟性を提供します。切断周波数と勾配を正確に調整でき、位相補正を導入し、各トラックを個別に最適化できます。

デジタルフィルター（DSP）により、さらに洗練された修正が可能になります：完全な時間的アライメント、スピーカーの修正、部屋の音響への適応。各トランスデューサーに特にサイズのアンプは、最適な制御を提供します。このソリューションは、長い間、より複雑でコストがかかるため、電子機器の進捗状況のおかげで非常に広範囲に及ぶようになり、潜在的に高いパフォーマンスを提供しています。

効率とインピーダンス：不可欠な電気音響パラメーター

効率（または感度）とインピーダンスは、トランスデューサーの2つの基本的な特性であり、そのパフォーマンスと増幅システムとの互換性を直接決定します。ただし、一般の人々がしばしば無視されるこれらのパラメーターは、最新のオーディオシステムの設計において重要です。

db/w/m（1メートルでワットによるデシベル）で発現するトランスデューサーの感度は、特定の電力に対して生成された音レベルを示します。 90 dB/w/mを表示するトランスデューサーは、ワットの電力を受け取ったときに遠くから90 dBのノイズレベルを生成します。典型的な値は、従来のスピーカーの場合は85〜95 dB/w/mの範囲です。

3 dBの差は、必要な電力の2倍を表します。したがって、87 dB/w/mのトランスデューサーは、同じ音量で90 dB/w/mのモデルの2倍の電力を必要とします。この特性は、自律性がエネルギー効率に直接依存するバッテリーを搭載したポータブルデバイスで特に重要です。したがって、Bluetoothスピーカーのデザイナーは、多くの場合、高感度の高いトランスデューサーを支持します。

トランスデューサーが電気に抵抗するとき

オーム（ω）で測定されたインピーダンスは、電流に反対する抵抗を表します。単純な抵抗とは異なり、インピーダンスは周波数によって異なり、アンプをテストできるピークとくぼみを作成します。したがって、低音トランスデューサーは8オームの名目上のインピーダンスを提示できますが、特定の周波数ビーチでは3オームに降ります。これらのバリエーションは、複数のトランスデューサーが並行して接続されているマルチドックシステムで特に重要です。アンプは、これらのバリエーションに直面して安定性を維持できる必要があります。これは、特定のスピーカーが「運転が困難」とみなされる理由を説明しています。

コネクテッド、Bluetooth、Professionalであろうと、最新のアクティブスピーカーは、これらの問題をエレガントにバイパスします。増幅電子機器をスピーカーに直接統合することにより、メーカーはトランスデューサーとアッパーの関連付けを完全に最適化できます。

デジタルトリートメント（DSP）は、特定の制限を補うことさえ可能にします。低感度のトランスデューサーは、特定の周波数ビーチで電子的に「ブースト」することができますが、洗練された保護回路は過負荷を避けます。この統合されたアプローチは、トランスデューサーの物理的な制約にもかかわらず、比較的コンパクトな接続スピーカーが今日どのように印象的なパフォーマンスを提供できるかを説明しています。

アクティブシステムへの現在の傾向は、これらのパラメーターをそれほど重要ではないようにしていません。それらは、ユーザーのために単純に透過的に管理されています。ユーザーが自分でチェーンを組み立てる従来のオーディオファンまたはHI-FIシステムでは、これらの特性を理解することは、異なるリンク間の最適な互換性を保証するために依然として不可欠です。