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                     オーディオの科学   2014年8月 改訂        

このページの目的は、あまりお金をかけずに演奏会にできるだけ近い雰囲気で家庭で音楽を再現するために、どのようなオーディオ装置を構築すればよいかを物理学的、技術的側面から検討したものです。 オーディオにロマンを求める人は読まない方がいいかもしれません。 (より詳しくは、コラム『高忠実度再生と良い音』をみて下さい)

中には少し難しい内容も含んでいますので、ご質問、ご意見があればお気軽に掲示板(Audio BBS)に書き込むか、

直接メールしてください。  
必要なら、ご自由にリンクを張って下さい。

Audio BBS  過去の投稿を整理して公開しました、参考にして下さい。

私のオーディオ感 『
木を見て森を見ず』 『鰯の頭も信心から』の戒め

オーディオの物理学 装置選びのPrinciple
リスニングルーム スピーカーシステム , アンプ 、 スピーカーケーブル、 CDプレーヤ携帯音楽プレーヤデジタルテレビ HDD&DVDレコーダオーディオラック

コラム低周波発振器の効用
高忠実度再生とよい音 科学的とはどういうことか?音は脳で聴く天動説から地動説へそもそも客観的事実とは?BSエアチェックの薦め時計とオーディオ製品(機器の選び方iPad で手軽にオーディオを楽しむ 

オーディオ雑学帳
ケーブル線材についての3つの迷信CD のデータ処理と誤り訂正について 高域再生はどこまで必要か?スピーカーの低域再生能力導線の材質アンプ・ケーブル・スピーカーの相性 電気の伝わる速さは?分布定数回路とは?心理効果とブラインドテスト 電源とノイズ、 エージングと劣化 群遅延とは? 、フェライト磁石かアルニコか?非線形性と歪音像定位はどうして決まるか? 聴く位置によってこんなに変わるf特 、インターコネクトケーブル・ディジタルケーブル脳波で見る『空耳』遮音と吸音(室内音響の基礎と実際) サブウーファーの薦めサブウーファーの音は遅れる?,、コア入りソレノイドコイルのインダクタンス折り返し歪みとCDの音 圧縮音は音が悪い?音楽番組の音質ハイレゾは必要?, ケーブルの電磁気学

スピーカーの物理学(スピーカーカーは音質の決め手です。いいかえれば、オーディオ装置の中で最も不完全なもので、より良いものを作ろうとしても、あちら立てれば、こちらが立たずという要素が多く、なかなか理論通り動いてくれません。それだけに、その動作原理の基礎を知っておくことが肝要です。そこでここでは、基礎から始め、実際のスピーカーでの問題点に至る一連の解説講座を掲載する予定です。数式が多いので当面はpdf版のみの掲載とします。)
I 過渡特性とインピーダンス、 II 音響インピーダンスと放射インピーダンス
2009.7.30 改訂、 Vダイナミックスピーカーの諸特性(含 イヤホン) W エンクロージャー(2009.9.3 改訂) X スピーカーシステムとその評価法( 2015.7.7)

現有オーディオAVシステム 

私のオーディオ歴


私のオーディオ感 『木を見て森を見ず』 『鰯の頭も信心から』        TOPへ

副題の説明。
『木を見て森を見ず』 『鰯の頭も信心から』 この二つの諺はオーディオマニアが陥りやすい傾向で、心すべき戒めです。

まず、『木を見て森を見ず』について。そもそも、オーディオ装置の目的は音楽(私の場合クラシック音楽)を出来るだけ演奏会で聴いているのに近い雰囲気でリスニングルームに再現することにあります。このとき、その性能(森)を決める因子(木)はたくさんありますが最大のものはリスニングルームそのものとスピーカーシステムの性能だと思っています。他の装置はスピーカーシステムに見合った価格の、名の通ったメーカーの製品を買っておけば大差ありません。 このとき具体的に何を選ぶかの基準は周波数帯域やひずみ率(これらの値は同じ価格帯の製品ならほとんど同じです)などのデータや評論家先生の評価より、使い勝手で決めることをお勧めします。また、スピーカーケーブルに凝り何万円もかけるマニアがあると聞き及びますがこれなど典型的な『木を見て森を見ず』の一例です。たとえば、材料の銅線の純度を4N(99.99%純銅から6Nに変えても電気抵抗の変化は室温が1℃下がったと同じくらいの効果しかありません。

『鰯の頭も信心から』
ともかくオーディオは趣味の世界です。従って、その性能の差が物理学的、電気工学的にみて、根拠のないものであっても本人が最高と思っていればそれでいいわけではあります。 この場合あまり物理学や電気工学を知らないほうがhappyかもしれません。しかし、私に言わせればメーカーの宣伝文句や評論家の記事はかなり眉につばをつけて見る必要があります。特に一見科学的な根拠を挙げてもっともらしい説明をしてある記事には注意する必要があります。科学的説明には定性的説明と定量的説明とがあります。前者は因果律といってもよく、例えばケープルの例で言いますと、他の条件が同じであれば確かに、4Nの線材より6Nの線材を使うほうがいいかもしれません。しかし、導線の電気抵抗の原因はこの程度の純度の銅線だと殆ど熱抵抗で決まっており、4N銅と6N銅の電気抵抗率の違いは温度差にしてせいぜい1度くらいです。そう考えればこんなところにお金をかけるのは意味のないことだといわざるを得ません。つまり、一見もっともらしい説明も定量的に分析すると殆ど意味のないことがこの世界には往々にしてあるということです。

そう思って、スピーカーケーブルについて宣伝文句や評論を見てみると、ちゃんとしたメーカーの宣伝文句は、確かに技術者も目を通しているだろうし、物理学的、技術的な事実に対しては嘘は書いてありません。しかし、『丸みのある音』だとか、『締まった音』だとかは証明しようのない主観なので決して誇大宣伝で訴えられるようなことではないことに注意する必要があります。また、いわゆる評論家には技術者出身とそうでない人があり、前者の場合は1m何万円もするケーブルを薦めていることはあまりないと思います。しかし、後者の場合かなり高名な評論家でも物理法則をまったく無視した、あるいは矛盾したことを平気で言っている人があります。そんな記事を信じて、大枚のお金を投じるのはまさに『鰯の頭も信心から』と言わざるを得ません。

すこし一般的に『科学的とはどういうことか?』について論じてみました。


オーディオの物理学                    TOPへ
リスニングルームスピーカーシステムプリメインアンプ、 スピーカーケーブルCDプレーヤ、 MP3、 BSテレビ HDD&DVDレコーダ

リスニングルームとスピーカーのセッティング   
リスニングルームは低音域の特性に大きな影響を与えます。下の表1に可聴周波数帯(20Hz 〜20kHz)の各音域での周波数とその波長(音波および電磁波)を示します。低音域での音波の波長は部屋の大きさに近く、壁面からの反射による定在波の発生や干渉効果が大きく壁面の構造やスピーカの置き場所や聴く位置により周波数特性は大きく変わります。(このことは低周波発振器で周波数を連続的に変え音出しをしてみると明らかにわかります。) カタログにのっているスピーカーの周波数特性は無響室で測定したものですから概ねフラットですが実際には大きく波打っているはずです。また、中・高音域では直接波と反射波の位相差のため音像定位感の低下などを招きます。しかし、これらの現象はある程度避けられないもので、壁や床天井になるべく吸音効果のありそうな材質を使うこと、また、薄い窓ガラスや薄いベニヤやプラスティック板を使った家具など、共振しそうな平面版を使うのを避けることなどが対策です。音楽ホールがそうであるように、適当に音の反射(残響)はあったほうが聞きやすいとも考えられるのであまり神経質に考えることはありません。

なお、リスニングルームの特性を決める壁面の遮音と吸音について、雑学帳に書いておきました。(2005.7.2)

次にスピーカーのセッティングですが、確かにスピーカーを置く位置を変えると低音域の特性が変わります。しかし、聴く位置によっても変化するので置く位置ばかり気にしても意味がありません。2つのスピーカの位置の部屋に対する対象性(壁面やコーナーからの距離)が極端にずれていなければそれほど気にすることではないと思います。ただし、中心軸を部屋の中心に一致させるのは感心しません。なぜなら、壁面からの反射による定在波の腹(最大振幅)の位置は反射面にあり、中心位置は一次定在波の節(振幅0)の位置に当たるからです。それから、よくスピーカと聞く位置は正三角形になるような位置がよいと書いてありますが、確かに2等辺3角形の頂点で聞くほうがいいと思いますが、正三角形である必然性があるとは思えません。むしろ、2つのスピーカーの間隔に適正距離があるはずです。音の指向性(方向感覚)は両耳に入る音波の位相差が関係します。従って、波長が十数センチの音、つまり人の音声などがもっとも敏感に検知されます。この周波数帯から極端にずれた周波数の音は指向性がありません。従って、スピーカーの間隔は2〜3 m離しておけば十分でそれ以上はなすと音波の干渉効果で周波数特性の『でこぼこ』が激しくなるので逆効果になると思います。           

このように書くと、私がリスニングルームやセッティングを軽く見ていると思われるかもしれませんが決してそうではありません。これは、次項のスピーカーシステムと同等もしくはそれ以上に音質に影響します。ただ、一旦部屋の条件が与えられてしまうと(例えば普通に設計されたリビングルームを使うなど)少々手を加える程度では大きな改善は見込めず、あちら立てればこちら立たずという状況になりがちだということです。もし、本格的に音に拘るなら、過剰性能の高価なアンプやプレーヤー、ましてや怪しげで高価なケーブルやアクセサリー類には手を出さずに将来専用のリスニングルームを作る資金をためておくことをお奨めします。

表1 いろいろな高さの音の波長  *固体の音速を2000m/s として計算
周波数 空気中の音波の波長 固体中の音波の波長* 電磁波の波長
超低音 パイプオルガンのペダル音 40Hz 8.5m 50m
低 音 ティンパニー 200Hz 1.7m 10m
中 音 音声(ソプラノ) 1000Hz 35cm 2m 300000m
高 音 バイオリン(最高音) 4000Hz 8.5cm 50cm
超高音 10000Hz 3.4cm 20cm 30000m

スピーカーシステム 過渡特性サブウーファー低音再生評価法    Topへ      

スピーカーシステムはオーディオ装置の中で、再現する音を決定付ける最も重要な部分です。したがって購入するに当たっては試聴なども行い慎重に決定すべき部分です。また予算の半分くらいはスピーカーシステムの購入に当てるべきだと思います。(逆に他の部分については店の試聴室でちょっと聞いたくらいでは差は分からないと考えた方が無難です。この場合はカタログ等でスペックや使い勝手をよく検討する方が後で後悔しません。) なお、『スピーカーの高域再生能力はどこまで必要か?』 および『スピーカーの低域再生能力』についてオーディオ雑学帳で論じています。また、基礎となる理論をスピーカーの物理学講座で解説しています。

まず、スピーカーの構造と動作を知っておきましょう。
右図は一般的な(ダイナミック)スピーカーの横断面の概念図です。
永久磁石で発生する磁束が鉄で出来たヨークに導かれボイスコイルの所に強い磁場を作ります。(この図では永久磁石は中心の円柱部にありますが、最近のフェライト磁石を使ったスピーカーでは、外側のシリンダー部に付けてあります。) ボイスコイルに流れる電流はこの磁場でローレンツ力を受け左右方向に動きこの動きが振動板(コーン)に伝わり周りの空気を振動させ音に変わります。振動板はダンパーとエッジにより支えられています。

スピーカーの性能を決めるのは周波数特性、高調波歪み、能率(音圧レベル)、過渡特性などです。このうち、周波数特性は何で決まるか? これは低音域と高音域を別に考える必要があります。

音波のエネルギーは振幅 と振動数  の積の2乗 a・f2 に比例します。 の小さい低音では振幅  を大きくする必要があります。つまり、スピーカーは空気をゆっくりと大きく振動させる必要があるわけです。そのためには振動板を出来るだけ大きくし、かつ大振幅で振動するようにしなければなりません。当然ウーファーの口径が大きいほうがいいわけですが、実はこれは必要条件でなく、口径が小さくても無歪み振幅が大きければいいわけで、最近の傾向としてはあまり大口径のウーファーは使われなくなっています。その理由は、口径が大きいことの一義的なメリットはは能率が高くなることで、デメリットとして(1)質量が大きくなり過渡特性が悪くなること、(2)小口径ウーファーに比べ大きな箱を必要とすること、などがあり大出力のアンプが安価に手に入るようになった現在、能率についてあまり考慮する必要がなくなったからだと思います。

一方、高音域では、振幅は小さくとも高速に振動させる必要があり、振動板は出来るだけ軽くする必要があります。つまり、低音再生のための条件と高音再生の条件はあい矛盾するため、低音専用のスピーカー(ウーファー)と高音専用のスピーカー(トゥイター)を使い、更に、中音域を受け持つスピーカー(スコーカー)を加えた3way システムがよく使われます。実は、専用スピーカーを使うもう一つの理由があります。それは、ボイスコイルの変位が振動板に伝わるとき、波として伝わります。つまり、振動板は必ずしも平行移動(いわゆるピストン運動)するのではなく、中心部から周辺部に変位が伝わっていくわけです。この現象が顕著になると、振動は同心円上に広がる波となり,エッジで反射された波との干渉で定在波が生じ、振動板がいわゆる分割振動を起こします。分割振動が生じると周波数特性に凹凸が生じ、高域になるほど放射される音が打ち消しあい高域が出なくなります。分割振動を起す周波数は、スピーカーの口径、振動板の強度(剛性)などにより決まり、普通1000Hz以上の高音で生じます。低音用の大口径のスピーカーでは分割振動の生じる周波数が低く高音が出にくくなります。再生音域をさらに上げようとすると、口径を小さくする必要があり、そうすると低音が出にくくなり、いわゆるフルレンジスピーカーでの広帯域再生は難しくなることがわかります。さらに、最近のように50000Hzあたりまで分割振動を抑え再生しようとすると、軽くて硬い特殊な材料を使い、振動板の口径を小さくする必要があります。トゥイター用の材料は時代とともに流行り廃りがあり、 ベリリウムが使われたり アルミやチタン合金が使われたりしました。私のスピーカの材料はボロン・カーバイト(B4C)という材料が使われているようです。

過渡特性

 スピーカーの性能としてもう一つ重要なのは過渡特性です。右図は過渡特性を説明する図です。黒い線がスピーカーに入力する電気信号で赤線は音声出力を表します。両者が一致するのが理想ですが、実際にはずれが生じます。このずれを過渡歪みといいます。過渡特性を決めるのは立ち上がり(下がり)の速さと制動力(すぐに静止する能力) また、固有振動を起こさないことも重要です。立ち上がりの速さは振動板の軽さと強度で決まります。出来るだけ軽くて硬い材料を使う必要があります。
 制動力ははいろいろな因子で決まりますが、まず考えられるのは空気抵抗ですが、ダイナミックスピーカーでは余り大きな寄与をしません。従って、この場合スピーカー自身の持つ制動力に頼る必要があります。力学的な制動力はダンパーとエッジで決まり、その制動能力は、振動板の運動エネルギーをいかに早く吸収するかにより決まります。もう一つ重要なのは固有振動を起こさないことです。軽くて硬い材料といえばアルミ合金などの金属を思い浮かべますが、金属は一般に振動エネルギーを吸収する能力が低く、たたけば『カーン』という音がすることからもわかるように振動板に使うと固有振動を起こし不都合です。特にウーファーでは振動板のサイズが決める固有振動の周波数が可聴周波数帯にあるので使えません。これに対して例えばボール紙などはは叩いても殆ど音がしません。これは繊維が絡み合ったパルプ紙などは振動のエネルギーを素早く吸収するからです。普通低音用スピーカーの振動板には繊維系の材料を出来るだけ軽くて強度が出るように加工して使います。それに対し高音用スピーカーは口径が小さく固有振動の振動数が可聴周波数外になることもあり、制振よりも軽くて硬いことを重視し金属材料を使うこともあるようです。(あまり感心しませんが)

 スピーカーの制動能力を決めるもう一つの重要な因子は電磁制動力です。ボイスコイルはアンプにつながっており閉回路を作ります。すると、振動することによって生じる逆起電力が制動力となります.。その強さは、アンプの出力抵抗を含んだ閉回路の抵抗値に反比例し、磁場の強さ、コイルの巻き数に比例します。なお、後者はスピーカーの能率にも関係するので、出来るだけ強い磁石を使うことが望まれます。ここで、磁性材料の専門家として言わせてもらうと、永久磁石としてネオジム磁石を使い、ヨーク、特にギャップ部の材料に磁束密度が最大の鉄コバルト合金を使うと最も強い磁場が得られるはずです。ただし、磁気回路の設計が適切なら、ギャップの部分の磁束密度は永久磁石でなく、ギャップ部に使われている電磁石材料の飽和磁束密度が決めるので、永久磁石材料に何が使われているかはあまり重要ではありません。また、あまり制動力が強すぎるといわゆるオーバーダンプとなり低音が出にくくなるので磁場は強ければ強いほどいいというわけではありません。この辺りがスピーカーの設計者の腕の見せ所です。

** 最近ネオジム磁石を使ったスピーカーも出始めています。ただし、ウーファーなどはどちらかというと重い方がいいので、安価なフェライト磁石をたっぷり使って磁束密度を上げる方が賢明だと思います。 2004.11.24 追加

最後に、制動力を決めるもう一つの因子はスピーカーボックスです。そもそも、スピーカーを箱に入れるのは振動板の後方から出る逆位相の音波を遮断することにあります。最も単純なスピーカーボックスは密閉箱です。この場合箱の内部の空気が空気バネとして働きダンパー・エッジと合わせた、振動板を支えるバネ定数が増加します。従って、振動板の共振周波数 0 が上昇し、かつ同一入力に対する振幅が減少します。その結果、低音の出力能率が低下します。 この時、ボックス内の吸音材などにエネルギーが吸収され制動力が生じます。もう一つはバスレフタイプといいい、スピーカーボックスの下部に穴(ダクト)を開け、ヘルムホルツ共鳴で低音を増強しかつ逆位相の音波を半波長遅らせ正位相にして放出するという方式です。この場合箱からの制動力はあまり期待できず、共鳴効果を利用するので共鳴周波数付近で過渡歪が生じやすくなります。さらに、共鳴周波数付近は位相特性の変化が著しく群遅延特性が悪化する)、共振周波数より波長の長い超低音は打ち消され出なくなります。一方、バスレフタイプの利点として、最低音の共振周波数付近ではスピーカーの振動板の振幅が密閉型に比べ小さく抑えられ、エッジやダンパーの非線形性から来る歪が生じにくいという点です。最近の中小型のスピーカーシステムがほとんどバスレフタイプなのはこのためです。しかし、私に言わせれば、バスレフタイプを使っても重低音域の再生能力は一般に不足気味で、下に述べるようにスーパー(サブ)ウーファーを使い補強するという手をお奨めします。

さて、以上の話は、出来るだけ電気信号を忠実に音声信号に変えるのがいいスピーカーとして話を進めてきましたが、実際にはあまり制動の効かないボンボンした音が好きだとか、高音域がある程度カットされた音のほうが聴きよいという人もいるわけで、決して聴きよいスピーカーの条件を述べているわけでないことをお断りします。

ちなみに、私が使っているスピーカーシステムはかなり物理特性重視型で、一応聴き比べはしましたが、必ずしも最高のものと思っているわけではありません。特に、このスピーカは高域が60kHz まで伸びていることがうたい文句なのですが、CDがソースの場合20kHZ以上の周波数帯に意味のある情報は含まれておらず、回路で発生する超音波ノイズのみを放射する役目を担っているだけかも知れず、少々オーバースペックのような気がします。
 

サブウーファー

通常のフロア型スピーカーでは、クラシック音楽で重要な役割を果たす30Hz〜40Hzの重低音を能率よく再生するには無理があります。このため、超低音の再生のみを受け持つサブウーファー(以前はスーパーウーファーと言った)を使う意味があります。理想的な方式は超大型のホーンを使うことですが、一般家庭で実現するのは困難です。私の使用しているヤマハのスーパーウーファーは30cm径のスピーカーを内臓の特殊なアンプ(電流帰還によりスピーカーの内部抵抗を見かけ上ゼロにする方式)で制動係数無限大で駆動し、その空気振動をヘルムホルツ共鳴の原理に基づきダクト内の気柱振動でとして放出するという方式です。その効果ですが、例えば室内楽などを聴いているとその存在は殆ど感じませんが、オルガンの演奏や、近代オーケストラの、特にバスドラムの音など大変な迫力で迫ってきます。それから、意外な効用ですが、最近、衛星放送などで放映される音楽会の中継録画をよく見(聴き)ますが、サブウーファーがあるとすごい臨場感が感じられます。実は、これは会場の超低音ノイズを再現するためのようで、オーディオ的には邪道ですが音楽会の雰囲気を生々しく伝えてくれます。

低音楽器が活躍する曲として代表的なものを挙げると、R.シュトラウス「ツアラスストラ」冒頭オルガン(C0:32.7Hz)、バッハ「トッカータとフーガ ニ短調」2小節目(?)持続低音(D0 36.7Hz)、 ショウタコーヴィッチ「交響曲第5番」、ベルリオーズ「幻想交響曲」のフィナーレのバスドラム強奏 (37Hz)といったところか。その他、スペクトルアナライザーで解析した結果をここに載せています2006.10.1

なお、サブウーファーが受け持つ周波数帯では音の指向性がないので、1個のスピーカーで充分です。普通は左右の信号を足し合わせて駆動します。また、置く位置についても指向性の観点からは左右スピーカーの中心である必要はありません。しかし、何処へ置いても同じかというとそんなことはありません。表1からわかるようにこの周波数帯の波長は数mなので、メインスピーカーからの音、壁面からの反射波との干渉により、置く位置により大きく変化します。いろいろ試して最適の位置を見つければいいわけですが、何処に置いても強調される周波数、打ち消しあう周波数はあるので結局好みの問題となります。

このとき、メインスピーカーシステムがバスレフ型だと、スーパーウーファーとのクロスオーバー周波数付近で位相関係が複雑になり群遅延特性が暴れる)、つながりが悪くなることが懸念されます。スーパーウーファーを使うときは(メインシステムが密閉型であっても)、正弦波発振機を用い低音域の周波数特性をしらべ、カットオフ周波数や位相関係を適当に選び周波数特性が出来るだけフラットになるよう調整することをお勧めします。

最後に、サブウーファーを使うと『音が遅れる』と言われることがあります。私はさほど感じませんが、部屋の定在波と一致する周波数(8畳間だと50Hz)付近ではあり得ることです。というのは、定在波とはスピーカら出た音が正面の壁(又は床面、側面)で反射し、さらに後面の壁(天井、もう一方の側面)からの反射波、後続の音とが干渉し強め合い成長するものなので、少なくとも3,4周期(50 Hzだと約0.1秒位)後に最大振幅となります。一方、スピーカ自身も共振周波数付近では群遅延により多少音が遅れますがせいぜい0.01〜0.02秒位で恐らく検知不能の遅れだと思います。つまり、仮に『音が遅れる』と感じても、スピーカーを疑う前に部屋の特性を疑うべきです。なお、実際にサブウーファーの過渡特性を測定した結果をここに挙げておきます

また、実際の選択に当たっては、サブウーファーの薦めのページも参考にして下さい。

手軽に出来るSPシステムの低音再生能力評価法 

現在のスピーカーシステムはCDに録音されている超低音を十分再生出来ないものが多い。これをあまり費用をかけず簡単にチェックする方法を伝授しましょう。それは、ネオジ磁石を使った最近の密閉型(カナル型)イヤホンを使うことです。密閉型イヤホンは電気→音響変換器として理想的な性質を備えたもので、安価なものでも、20Hzの超低音から20kHz 以上の高音までをほとんどフラットな特性で再生出来ます。また、振動板も軽量で過渡特性も極めて優秀です。これを使い、例えば上に例を挙げたような超低音を含むいい録音のCDを聴いて見て下さい。おそらく、スピーカーシステムではほとんど聴き取れなかった超低音が録音されていることが分かるでしょう。このとき注意すべきことは、耳とイヤホンの密閉性を完全に保つことです。普通、色々なサイズのイアーピースが付属しているので自分に最適なものを選び、空気漏れがないようしっかり耳に挿入して下さい。少しでも空気漏れがあると極端に低音の音圧が落ちます。もし、このテストで自分のスピーカーシステムに不満を感じたらサブウーファーを導入することをお薦めします。また、サブウーファーは『音が遅れる』と思われる方は一度このイヤホンと比較してみて下さい。イヤホンでは原理的に『音が遅く』なることは考えられません。

ちなみに、自分が使っているのは AudioTechnica 製の ATH-CKS99という製品で、カタログスペックは 5〜25,000 Hz となっています。

アンプ     Topへ

アンプはオーディオシステムの中心の一つですが、これについてはあまり論ずるところがありません。最近の技術の進歩により、ちゃんとした技術者のいる定評あるメーカーの製品であれば同じ価格帯の製品ならどれを選んでも電気的性能に変わりありません。むしろ使い勝手とか見た目のかっこよさで選べばいいと思っています。ただどの価格帯を選ぶかは問題ですが、価格はほぼ出力に比例するのでどのくらいの出力が必要かということになります。 実際に家で聞く出力はかなりい小さく、数ワットあれば充分かもしれません。しかし、バスドラムの強奏のような低域の衝撃音をリアルに再現するには瞬間的にかなりの大電流を必要とし出力にはかなり余裕を見ておく必要があります。さらに、アンプの性能としてもう一つ重要で見逃されているのは上記のスピーカの項でのべた、ダンピングファクターで、これはアンプの出力インピーダンスに反比例します。出力インピーダンスが低いことは、いわゆる駆動力が大きいことを意味し、パルシブな音の立ち上がり特性も良くなります。普通大出力のアンプはダンピングファクターが大きく、制動の効いた、歯切れの良い音を良しとする場合は結果的にある程度出力の大きいアンプを選ぶ方がいいということになります。なお、見かけのダンピングファクターは負帰還を深くかける事により大きくすることが出来ますが、負帰還をかけすぎると弊害も生じ、無負帰還時の内部抵抗が低いハイパワーアンプの方が有利です。

ところで、この項の『アンプ(ただし、中級程度以上の半導体アンプ)によって大した差がない』という主張は、オーディオマニアの常識とあまりにもかけ離れているようで、ひんしゅくをかっているようです。しかし、ブラインド・テストの結果などを見ると決して私の耳が悪いせいで分からないというわけではなさそうです。ただし、その結果をここで示すのはあまりに味気ないので、別ページにアップしておきました。入り口はこのサイトの別の所からリンク出来るようになっています。

セパレートアンプとトーンコントロール  

LPレコードを真空管アンプで聴いていた時代は、プリアンプとメインアンプを切り離した、いわゆるセパレートアンプがいいとされ、実際自作する場合もこの方が楽でした。これには理由があり、微少信号を扱うプリアンプは出力段で使う大電流や電源のからの誘導ノイズ(ハム音など)を受けやすく両者を切り離すことによりノイズが軽減されるからです。しかし、CDプレーヤの出力を半導体アンプにより再生する場合は別です。そもそも、CDプレーヤーの出力電圧は大きく通常の規格のメインアンプであれば電圧を増幅する必要はありません。プリアンプの役割はもっぱらボリュームやトーンコントロールなどの制御機能で、本来コントロールアンプ(増幅していないのにアンプというのも変ですが)というべきでしょう。この場合扱う信号電圧は比較的大きく、また半導体回路は小さく、シールドも容易でなので別の筐体に入れる必要はありません。せいぜい電源部を別にするといった対策で十分でしょう(これも過剰装備かもしれない)。 ということで、アンプはプリ・メインアンプ(インテグレーテッドアンプ)で十分です。セパレートでないとだめだというマニアの言は真空管時代のノスタルジーからくる思い込みに他ならないと思っています。

ところで、プリ・メインアンプであっても、トーンコントロール回路を通すと音が汚れるといって、これを活用しないマニアが多いようで、アンプの方でも、これをパスするダイレクトスイッチという物が付いているものがあります(私のアンプも)。しかしこの回路を通したからと言って検知可能なレベルで歪みが増えるわけでなく、大いに活用すべきでしょう。特に、あまり大きな音で聴かない(聴けない)場合はいわゆる等ラウドネス曲線(下のリンク先参照)に従って低域(場合によっては高域も)を少し持ち上げてやるほうが実際の音楽体験に近い雰囲気が味わえます。

参考:等ラウドネス曲線について
http://www.asahi-net.or.jp/~yl1h-nkmr/oto/tokusei.html

参考:ラウドネス(等感)曲線と低音再生(Audio BBS 過去録)
http://www38.tok2.com/home/shigaarch/OldBBS/59laudones.html

AVアンプ 2014年6月追加

最近5.1ch サラウンド放送など多チャンネルを使う音源が増えています(例えば、NHK Eテレのクラシック音楽館など)。これを有効に使うにはいわゆるAVアンプが必要となります。AVアンプに必要とされる最小限の機能は、MPEG-2、-4 などの圧縮音源のデコーダーと多チャンネルアンプ(通常デジタルアンプ)ですが、その他にも、DSP(Digital Signal Processor)を利用した音場効果付加機能(もちろんこのような効果を付加しないモードも備えている)、サブウーファー用のハイカットフィルター、さらには、視聴位置にマイクを置き、その位置での音場特性を自動的に最適化する機能なども供えている機種が多い。圧縮音源やデジタルアンプと聞くと、ピュアーオーディオファンからは毛嫌いされそうですが、一度体験されることをお薦めします。デジタルアンプといっても、ブラインドテストではアナログアンプと区別がつかないようです。

真空管アンプについて

昔はアンプといえば真空管アンプでした。私も若い頃、何台か自作した覚えがあります。ところで、真空管アンプには普通真空管の高いインピーダンスとスピーカの低い抵抗をマッチさせるため出力トランスを使います。私は磁性物理学が専門なのですが、鉄心を使ったトランスは、周波数特性、線形性、位相遅れ、エネルギー損、バルクハウゼンノイズ,低ダンピングファクターなど多くの問題を抱えた代物でその物理特性を考えればとても使う気になれません。もちろん、世の真空管アンプ愛好家はこの点は承知で、無個性なトランジスターアンプより好ましい点を見つけられているのだと思いますが。

スピーカーケーブル   Topへ

コネクトケーブル、ディジタルケーブルについては雑学帳参考

表2 A社製スピーカーケーブルの価格と特性
価格
¥/m
抵抗値
mΩ/m
静電容量
pF/m
材料(純度(%)
A 200 22.5 55 OFC(99.995)
B 1200 6.5 86 PCOCC(99.996)
C 11,200 15 30 Hi-OFC(99.995)
D 14.000 6.6 78 7N-PCOCC(99.99999)

スピーカーケーブルによって音が変わるということがよくいわれ、雑誌などで話題になっています。結論を先にいえば、1m千円以下で手に入る太めのスピーカーケーブルを使っておけば充分で、それ以上この部分に投資する必要はありません。こんなところにお金を使うのがいかに無駄なことかを示すためその物理的側面を論じます。参考のため、表2に代表的なメーカーのいろいろなレベルのスピーカーケーブルの価格と特性をあげておきます。手短に要点だけ知りたい場合はここへジャンプしてください。逆に、詳しい電磁気学的解析が知りたい人はケーブルの電磁気学をご覧下さい。

スピーカーケーブルが音質(正確にいうと信号伝達特性)に及ぼすと思われる要因は(1) 直流抵抗値 (2) 表皮効果 (3) 静電容量 (4) 自己インダクタンス (5) 自己振動によるロス (6) その他、渦電流損失などが考えられます。以下に各々の要因について半定量的な説明を加えておきます。なお、量的な見積もりは、最も安価なケーブルAについて、長さを4m(往復8m)、負荷のスピーカーのインピーダンス(直流抵抗値)は8Ω(一定)、パワーアンプの内部抵抗(出力インピーダンス)は0.8Ω(DF=10)として計算しています。以下の解析は最も安価なケーブルAを例として計算しています。これは、直径1mm、線間間隔4mm程度の並行2芯線に相当する特性値です。なお、表には書いてないですがこの場合の自己インダクタンスは約1μH/m となります。 

(1) 直流抵抗: 導線の電気抵抗は =ρ×l/ で与えられます。ここで、l は線の長さ、 は断面積、ρは抵抗率(単位長さ,単位断面積当りの抵抗値)で材料により決まる量です。電気抵抗の原因は (i) 結晶格子の熱振動 (ii) 不純物 (iii) 格子欠陥(結晶粒界、格子歪など)などです。ケーブルの宣伝文句などでは、(ii)と(iii)のみが論じられていますが、実は室温での電気抵抗の原因はは殆ど(i)で99.999%程度の純度の銅線だと (ii) と(iii)の寄与は(i)の100分の1以下です。つまり、安価なOFC材を高価な7N材に変えても温度が1,2度下がった程度の効果しかありません。ところで、表2 を見ると1m当りの抵抗値は材料で決まっているわけでないことがわかります。すなわち、上式で l =1m なので、抵抗値を決めているのは 導線の断面積で決まっています。要するに線の太さが太いほど抵抗が小さくなるわけです。もちろん実際のケーブルは多芯構造なので素線の断面積の総和がとなります。表2の例では比較的安価なBが最小値となっています。なお、抵抗の原因によって音が違うなどと言う人もいますがそんなことはありえないことです。

スピーカーケーブルの直流抵抗が音に及ぼす効果は2つ考えられます。すなわち、 (i)単純なジュール熱による損失(ii)上記スピーカーの項で述べた電磁制動力の低下です。
(i) ジュール損失は ** 2  と抵抗値 に比例します。ケーブルはスピーカーと直列につながっているので電流 はスピーカーに流れる電流と同じです。いま、スピーカの抵抗値を8オームとして、ケーブルはもっとも安価なAを4m(往復で8m)使ったとすると、約1%のパワーロスとなります。Bの線を使うと0.3% に減少し多少効果はありますが、普通アンプの出力には充分余裕があるのであまり気にすることではありません。
(ii) スピーカーの電磁制動力[アンプの出力インピーダンス+スピーカーのボイスコイルのインピーダンス+スピーカーケーブルの抵抗] が小さいほど強くなります。アンプの出力インピーダンスは普通明示されていませんが、ダンピングファクター がそれにあたります。 の定義はスピーカーのインピーダンスを、アンプの出力インピーダンスをとすると、/ で与えられます。従って、=8Ω、=100 とすると =0.08Ω となります。従って、アンプの制動力を生かそうとすると,スピーカーケーブルの抵抗値はより小 さいことが望まれます。さきのケーブルA 4mの場合,抵抗値は0.18Ωとなるので制動力低下を招きます。Bの場合 0.052Ωとなりほぼ合格です。このように、スピーカーケーブルの直流抵抗はエネルギーのロスについてははあまり問題になりませんが制動力低下には影響があるかもしれません。ただし、全体のインピーダンスが約8Ωなので音質の変化として分かるかどうかははなはだ疑問です。

(2) 表皮効果 
導線に高周波電流が流れるとき、電流が発生する磁場の影響で電流は表面部分を流れる傾向があります。これを、表皮効果と呼び、周波数が高いほどその影響は大きくなります。すなわち、高周波になるほど実効抵抗値が大きくなり高域の低下を招く可能性があります。では、これを定量的に考えて見ましょう。周波数 のとき、表皮効果の生じる厚さ =sqrt[2ρ/(2πμ)] で与えられます。(μは真空の透磁率、ρは比抵抗)銅線について =20000Hzとして計算すると、 〜0.5mm   =50000Hzで 〜 0.3mm となります。これより太い単芯線を使うと確かに表皮効果による高域の減衰が無視出来なくなります。実際にどれくらいの抵抗変化が生じるかは簡単な式では表せませんが、理論的計算により求められており、下表に直径1.6mm(実測値と比較するためAより少し太めで計算)、長さ4m(往復で8m)の銅線について求めた結果を実測値とともに示します。透過率(%)、減衰率(dB)はスピーカー負荷を8オーム一定とし,1kHz を基準として計算しています。なお、透過率は、スピーカー端子電圧/アンプ出力電圧×100 です。(直流抵抗による減衰(一定)を除くため

表3 表皮効果      
周 波 数 (kHz) 10 20 50 100 200 備考
交流抵抗/直流抵抗 1.09 1.21 1.64 2.34 3.09 計算値
同上 実測値 1.04 1.23 1.50 2.0 日立電線データ
同上  同じ断面積のリッツ線 1.00 1.08 1.23 1.63 同上0.25φx42本
交流抵抗値(mΩ)/8m 76 82 112 160 212 計算値に基づく
SP端への透過率(%) 99.9 99.8 99.5 98.9 98.3
減 衰 率 (dB) -0.01 -0.02 -0.05 -0.10 -0.15

この表からわかるように、1.6φ単線の表皮効果による抵抗増加は100kHz で計算値、実測値とも約2倍となり、20kHzでも無視できませんが、これによる信号減衰は、ケーブルの抵抗値がスピーカのインピーダンスに比べ十分に小さいため極わずかです。
ここで、表皮効果の低減のため使われるリッツ線(互いに絶縁された細線を束ねた線)についても抵抗変化のデータがあり載せてありますが、確かに表皮効果による抵抗増加は抑えられているもののそれほど効果がないことがわかります。(ちなみに、上の例の素線である0.25φ単線の表皮効果(抵抗増加)は100kHz でもせいぜい1%くらいです) これは、表皮効果とほぼ同じ原理で生じる近接効果によるものでリッツ線を使ったからと言って高域の減衰は免れないことに注意する必要があります。また、大多数のケーブルがそうである裸多芯線のケーブルについては単芯線とリッツ線の中間にあると考えられ多芯構造にしたことによる表皮効果の低減はあまり期待できません。なお、太い単芯線と多芯線を組み合わせたハイブリッド線というのもあるようですが、少なくとも表皮効果という観点からはあまり意味はありません。
 なお、上の減衰率の計算は負荷のスピーカーのインピーダンスを一定としていますが実際には周波数とともに増加するので、減衰率はさらに小さくなります。いずれにせよ、表皮効果による高域信号の減衰は以下の自己インダクタンスによる減衰より小さく、少なくとも可聴周波数では問題にする必要はなさそうです。

(3)静電容量:通常の並行2芯線では行き帰りの2線間に静電容量 があります。これがケーブルの直流抵抗 +アンプの出力インピーダンスとでいわゆる直流RC回路を形成し、さらにスピーカーのインピーダンスRspを考慮しモデル化すると右図のような等価回路となり高域信号の減衰を招く可能性があります。しかし、具体的に4mのケーブルA C=45pF×4=180pF)についてインピーダンスZc=1/2πf Cを計算すると20kHzでは約40kΩとなり、スピーカーのインピーダンスRspの5000倍にもなり、100MHz でやっと8Ωくらいになります。つまり、ケーブルの容量成分は可聴周波数領域の減衰には全くといっていいほど寄与しません。ただし、これはスピーカーケーブルの場合でありプレイヤーとアンプをつなぐピンケーブルの場合はRspに相当するアンプの入力インピーダンスが20kΩ程度なのでこちらの方が高音減衰の主役となります(詳しくはここ)。

(4) ケーブルの自己インダクタンス
平行2芯ケーブルは L=(μ/π)ln(線の間隔/線の半径) で与えられる自己インダクタンスを持ちます。インダクタンスによるインピーダンスは ZL=2πf・L なので高周波数領域で減衰を招きます。 直径 1φ、間隔 4mm のケーブルA 4mについての自己インダクタンスの影響を計算した結果を下表に示しますこの線の直流抵抗は約 0.2Ω、スピーカーのインピーダンスは 8Ω(一定)としました。

周波数(kHz) 10 20 50 100 200
ZL=2πf・L(Ω) 0.25 0.50 1.26 2.51 5.03
位相差(度) -1.7 -3.5 -8.6 -17 -31
透過率(%) 99.9 99.8 98.9 95.7 85.5
減衰(dB) -0.004 -0.016 -0.99 -0.38 -1.36

 この表からわからわかるようにケーブルのインピーダンスは直流抵抗に比べ無視できない大きさとなります。しかし、これはまず位相遅れに効き、出力の減衰は100kHz あたりまではあまり効いて来ません。実際にはスピーカーシステムのインピーダンスそのものも高域で大きく増加するので、減衰率はこれより少ないはずです。ということで、自己インピーダンスは超高域で微妙に影響を与える可能性は否定しませんが、少なくとも可聴周波数帯ではほとんど影響はないと言っていいと思います。なお、周波数が高周波領域に入ると、平行2芯線の場合いわゆるフィダー線効果(分布定数回路効果)で減衰はこの計算より少なくなります。この点についてはオーディオ雑学帳 8 分布定数回路を参照。ただし、ケーブル長が長くなると、例えば100 m とすると20kHz でも-3dB 程度の減衰が生じるので注意が必要です。自己インダクタンスを減らすため、4芯のスターカッド線というのもスピーカーケーブルに使われますが、定量的にどれ位減少するのかは簡単には計算できませんが、その原理から考え、それなりの効果は期待出来るでしょう。私自身もこのタイプのケーブルを使っています。

(5) 自己振動による損失:平行ケーブルに電流が流れると発生する磁場により、同方向電流の場合は吸引力、逆方向電流の場合は反撥力が働きます。従って、交流電流が流れているときは導線が振動し、位相遅れやエネルギー損失を生じる可能性があります。この現象によるエネルギー損失とその周波数依存性を理論的に見積もるのは、上記の(1)、(2)、(3)の場合に比べ難しく現時点では適当な理論式が見つかりません。最近のスピーカーケーブルの宣伝文句にこの現象をいかに抑えるかを強調したものも多いようですが、私の知る限り、実際にどの程度のロスがあり、それをどの程度抑えられるかを定量的に論じたり、測定で示したという例は見当たらず、測定不可能な微小効果だと思います 逆に、それだからこそ、耳で聞いて初めてわかるという神がかり的議論が横行する原因ともいえます。
この効果を抑えるには、コードの被覆材に出来るだけ強く(高弾性率の)重い材料を使うとか、平行線の間隔を離してやるとかが考えられます。

追記 自己振動の効果をモデルを使って計算してみました。その結果、樹脂や合成ゴムなどの絶縁体にしっかり固定された平行2芯ケーブルの場合、自己振動によるエネルギー損失は多めに見積もっても、直流抵抗によるジュール熱損失のなんと1億分の一程度で、まったく問題にならないことがわかりました。詳しい計算はここ

この他、磁場中で導線が、スピーカーからの音などの影響で、振動することによって発生する誘導起電力によるノイズあるいは混変調歪が考えられます。これは、自作アンプやスピーカーなどで、しっかり固定していない配線が、トランスやスピーカーからの磁力線の影響下で振動する場合、その線を含む閉回路内の磁束量が変化しマイクロフォニックノイズまたは混変調歪の原因となるものですが、スピーカーケーブルの場合、行き帰り2本の線が一体となって振動する場合は誘導起電流は打ち消しあって流れず問題になりません。2本の線の間隔が振動する場合は、上の計算のようにその振幅はきわめて小く、磁場も地球磁場くらいしか働かないので全く気にする必要はありません。(大きめに見積もっても、これまた信号電流の1億分の1程度です)

(6) その他 渦電流損失による高域の減衰なども考えられますが、可聴周波数帯では殆ど問題にならないはずです。

実際の測定値ですが、ネット検索で2例見つけました。

(1)(データはここをクリック) これを見ると、4mのケーブルでは100kHz まではほとんどフラットで、可聴周波数内では、スピーカーケーブルにトーンコントロール効果など期待できないことがわかります。また、高域の減衰はほとんど自己インダクタンスの影響として説明できる大きさです(ケーブルの電磁気学参照)

(2)データ(pdf)はここ これはPA(構内放送など)用のプロ仕様のスターカッドケーブルです。肝心の測定条件が明記していないのですが、前後の関係から、長さが200m、負荷 8Ω(一定)と思われます。長さが200mくらいになっても可聴周波数帯では減衰はなく周波数特性はフラットです。ただし、100kHz付近にLC共振と思われるピークが観測され注意が必要です。

MHz以上の高周波信号、ディジタル信号を伝える同軸ケーブルの伝送特性は全く違う原理(分布定数回路)で考える必要があります。

なお、以上の解析は正確にいうと、アンプの出力端子からスピーカーのターミナルまでをつなぐケーブルの信号伝達特性について述べたものであり、この他、アンプとの相性(ちょっと漠然とした表現ですが)により音が変わるという話しがあります。これについては、やはりオーディオ雑学帳 6.アンプ・ケーブル・スピーカーの相性で取り上げています。

また、CDプレーヤーとアンプをつなぐコネクトケーブル、CDのトランスポートとADCをつなぐディジタルケーブルの交換によっても音が変わるという話もあるようですが、これらの場合、回路のインピーダンス、信号の周波数が違うのでスピーカーケーブルとは別に論じなければなりません。これについては、オーディオ雑学帳 インターコネクトケーブルとディジタルケーブルを見てください。

また、電源ケーブルの交換によって音が変わるという話もあります。はなはだ怪しいですが、ケーブルの伝送特性に関する上記の解析については同じことがいえます。ただ、電源ケーブルの場合はノイズの混入なども問題になるようで別の要因も考える必要があるようです。電源ノイズの問題については我が家の例を調べた結果を雑学帳 10 電源とノイズに掲載してあります。

以上の解析から結論として言えることは

i ) 低音域への影響として、直流抵抗による電磁制動力の低下を招かないために、出来るだけ直流抵抗が小さいことが望ましい。当然太い線を短く使うことが原則である。表皮効果を避けるため 細線を束ねた多芯線の方が望ましいがあまり効果はなく、むしろ柔らかく扱いやすいと言う観点から多芯線を選べばよい。もっとも、ダンピングの効いた音は嫌いという人は、その逆で細い線を使えばよい。また、真空管アンプを使っている人は、もともと真空管アンプはダンピングファクターが小さいので(10以下)細い線でもかまわない。

ii) 高音域への影響としては、表皮効果、自己インダクタンスによる高域信号の減衰が考えられる。ただし、通常家庭で使用する5m 以下の長さでは可聴周波数帶の上限20kHzでの減衰は0.1dB以下でとても人間の耳で聴き分け出来るような差は生じません。なお、10m以上の長いケーブルの場合については、ケーブルの電磁気学のページに詳しく書いているので参考にして下さい。

iii) 2線間の磁力による幅方向の振動の影響はごく微小で問題にならない。

iv) スピーカーケーブルの信号伝達特性は太さを含めた構造できまり、使用している材質には依存しない。普通の無酸素銅で十分で、タフピッチ銅でも問題ない。

このように見てくると、物理特性から見て必要にして十分な(直流抵抗が小さく、100kHz くらいまでフラットな)特性をもったケーブルは、最初の表のAや、それに近い普通のACケーブルでも容易に実現可能です。逆に、変に凝ったケーブルは、物理特性を悪くし、一見(一聴?)聴きやすい音にしている可能性があります。というわけで、ケーブル類については信頼出来るメーカー(主要なデータを公表していることが必要)のこのあたりの価格帯で上記の物理特性の解析を参考に、合理的と思う製品を決め、後はあれこれ迷わず、本来の音楽を楽しむことをお勧めします。

左右のスピーカコードの長さについて、短かれば短いほどいいというのは直流抵抗がそれだけ小さくなるのでそのとおりです。アンプがスピーカの中央にないときはどうすべきか?やはり同じ長さにすることを推奨します。その理由は、ダンピング因子を左右スピーカーでそろえるためです。直流抵抗値の項で述べたようにケーブルの長さが異なると見掛けのダンピングファクターが結構変わります。もっともダンピングファクターは20程度あれば充分とも言われていますので気休め程度かもしれません。なお、超高域ではインダクタンスにより位相の回転角が少し変わりますが、これは聴く位置を1,2mmずらした位の差しか生じないので問題はありません。同じ長さにした場合の余ったコードの処理ですが、巻いておいても大丈夫です。リングにすると大きなインダクタンスになりそうな気がしますが、そもそも、コイルのインダクタンスとは電流が作る磁場の逆起電力が原因なので、行き帰りの並行2芯線をリング状にしてもリング内部の磁場は打ち消しあいインダクタンスとはなりません。

さらに忘れてはならないことは、ターミナルでの接触抵抗です。古いケーブルで素線の表面の金属光沢が失われている場合は、端を数センチ切断し被覆をはがすかサンドペーパーで磨くなどしてきれいにし、多芯線の場合は少し捩ってはみ出す素線がないように注意し、出来るだけ強く圧着するのが基本ですが、電気についての経験がないと以外と変なつなぎ方をしている場合もあるようです。自信がなければ、少し高くなると思いますが、必要な長さを予め計っておき、両端にターミナル接続用の金具などを装着したケーブルを使うのもいいかもしれません。

最後に一つ、あえて言いたいことは、抵抗の原因によって音質が変わる、つまり、OFC(無酸素銅)の音だとかPCOCC(単結晶銅)の音,さらには銀線の音などというものはあり得ません。それにもかかわらず、ケーブルの広告などで線材に何を使っているかが重視されているのはなぜか? おそらく、純粋な材料を使えば純粋な音がする、銀を使えばいぶし銀のような音がするといえばイメージ的に訴える所があるからでしょう。それに対し、インダクタンスがどうのこうのといっても難し過ぎてピンとこないのではないでしょうか? 要するに、金属が持つイメージを利用して心理効果に訴える作戦なのでしょう。線材を変えた時の効果についてはオーディオ雑学帳 5.導線の材質でも取り上げています。

追記2:銅を超高純度にすると、どういう効果があるかについてはここをご覧下さい
また、オーディオ雑学帳 1.ケーブル線材についての3つの迷信でも取り上げています。

追記Audio FAN という Webサイトの掲示板(すでに閉鎖されています)にこのページとスピーカーケーブルについての要約を投稿したところ約2週間の間に200件近くの応答があり、この問題についての関心の深さを実感しました。その応答の一部を再録します。ここをクリックしてください。 

それでも何故高価なケーブルを求める人がいるのか?  について、オーディオ雑学帳 心理効果とブラインドテストでとりあげました。

CDプレーヤー    Topへ

右図はディジタルレコーディング(CD)の原理図です。横軸は時間、縦軸は音声に対応する電気信号の電圧を示します。黒い曲線が元の音声シグナルで、ディジタル化とは時間軸を1/44100秒に分割し(サンプリング)、その間の電圧値を16ビットの二進数(0〜65536)で表し記録します(量子化)。この場合、44100/2 Hz=22kHzより高い周波数の情報は記録されません。再生するときはD/Aコンバータで電圧に戻します。このときD/Aコンバータから直接出てくる電圧は図の赤線のようにギザギザの電圧でこれがこのままスピーカーで再現されたら『ギザギザ』した聞きづらい音になるはずです。(ただし、右の図は極端に誇張して書いてあり 16ビットで量子化するとパソコン画面では完全になめらかな曲線となります。詳しいことはこちらを見て下さい また音楽CD用に特化されたD/Aコンバータ(DAC)ではスムージング回路も内蔵されており、滑らかな変化になりますが元の信号に近づくわけではありません。このとき生じる原音との違いを量子化歪み(雑音)と言います。最近のディジタル信号処理技術の進歩により、CDのディジタル信号を横軸,縦軸ともに細分化し(図の青線)ディジタル段階で信号をより平滑にする方法がいろいろ開発されています。私の DENONのプレーヤーもALPHAプロセッサと称する信号補間技術を使い8倍サンプリング20bit相当の精度で音を再現しているそうです。ただし、この場合でも、もちろんCD化する際にもともと失われていた、20kHz 以上の信号が復活するわけではありません。 

これに対し、最近売りだされている、SACD(Super Audio CD)、 ネット配信で得られるハイレゾリューションソース(例えば194kHz,24bit)などは記録段階でハイサンプリング化を行っているので、高域再生能力や量子化歪は大幅に向上しています。といっても、本来耳には聴こえない20kHz 以上の信号が改善されているだけなので、実際に聴いて違いがわかるかどうかは疑問です。(詳しいことはオーディオ雑学帳 3『高域再生はどこまで必要か?』に書いてあります。)

ところで、CDプレーヤーにもずいぶん高価な高級機があります。これらは、大体回転部分など機械的精度を高くし、重量も大きいものです。しかし、もしあなたがパソコンの使用者ならちょっと考えてみてください。パソコン付属のチャチなCDドライブで読み取ったデータでも殆どエラーなしで読み取れます。この場合、単にハード的に誤りが無いのではなく、誤り訂正機能によりエラーを訂正しています。実は音楽CDの場合も、かなり強力な誤り訂正機能があり、ディジタル信号を読み取る時のミスは殆ど考えなくてよく、実際、色々な実験でそのことは確かめられています。オーディオ雑学帳2『CDの誤り訂正について』 参照)むしろ、読み取った信号を如何に処理するか、つまり電子回路技術(主にDAコンバータの性能)が重要なわけです。もちろん、可動部がチャチだと故障しやすく、それに見合った電子回路部もチャチである可能性が高いのでお勧めできませんが。いずれにしても、CDプレーヤー選択のポイントは機械部でなく信号処理技術や電子回路技術で判断すべきです。

蛇足ながら、CDも再生中は回転していますが、アナログレコード時代に問題になった回転むらも関係ありません。もしあなたが、CDの再生がアナログLPと同じように、読み取った瞬間瞬間のディジタルデータをアナログ電圧に変換しているものと理解しているならそれは全くの誤りです。ここに詳しく説明していますが、CDでは読み取ったデータは誤り訂正符号などと一緒に、一旦バッファーメモリに記憶して処理しこれを水晶発振器からのクロック信号に基づきDA変換器に送っています。つまり、時間軸の管理は水晶発振器で正確に行っているのでディスクの回転むらは再生音に直接関係しません。また、水晶発振器の精度を上げるとディジタル信号の時間間隔が正確になり音質が改善されるという話もありますが、定量的に解析すると、実際に聴いて違いがわかるほどの効果は期待出来ません(ここを参考)。このように見ると、回転・読み取り部(CDトランスポート)とDAC部を分離したいわゆるセパレート型にするメリットはほとんど無くDAC部以降の性能がよいものであれば一体型のCDプレーヤで十分です。

携帯音楽プレーヤー

iPod 携帯音楽プレーヤーの元祖はSonyのウオークマンですが、デジタル化に出遅れ、現在はApple社製のiPodが主流となっています。私も、第二世代といわれるハードディスクタイプのiPod(20GBタイプ)から使い始め、現在は2012年モデルのiPod touch(32GB)を愛用しています。通常はCDの音源を圧縮して使用します。標準圧縮方式は、下のディジタルBS放送にも使われている、MPEG-2 AACという方式で、CD数百枚分が詰め込める容量を持つ優れものです。あまりに大量のデータが入るので、聴きたい曲を探し出すのが大変ですが、アップル社が提供する iTunes というソフトで分類やプレイリストを作って(自動)転送する方式なので少し慣れると比較的簡単に聴きたい曲を選び出すことが出来ます。他機種と比較したことはないのですが、選択の要はコンピュータソフトを含めた使い勝手の良さにあると思います。音質の方はまずまずといったところです。

なお、iPodをいい音で聴くためには、イヤホンを少しいいのと取り替えることをお薦めします。特に、最近のiPodに付属しているEarPodsというイヤホンはイヤパッドを使わないので耳とのフィットが調整出来ず、少なくとも私にとっては残念ながらいい音では聴けません。現在(2013年9月)、私が使っているのは、Audio- Technica 製 ATH-CKS99で、空気漏れが少なく重低音までよく再生し、中高音がクリアで気に入っています。ただし、適当なイアパッドを付けないと空気漏れが激しく低音がほとんど聴こえなくなるので注意が必要です。

ディジタルテレビ   Top

最近、家で音楽を聴く時の音源として、テレビの音楽番組のDVD録画を聴く(見る?)時間がもっとも長いように思います。この場合も音声は、現有のステレオシステム(アンプはAVアンプ)で聴いています。映像付で音を聴くのはオーディオ道にとっては邪道だと言う人もいるようですが、本来音楽は演奏家を前にして聴衆とともに聴くもので、スタジオで部分録音したソースを編集したものが中心のCDのほうが邪道ではないでしょうか? 最近急激に普及しつつあるHDD&DVD(またはBlu-rayDisk)レコーダーは以前のビデオテープによる録画にくらべ格段に便利で、かつ音質もCD並みと良く近い将来、家庭での音楽鑑賞はこの方法が主流になると思っています。すでに、我が家では数百枚のCDがLPレコードと同様過去の遺物になりつつあります。なお、BSテレビを録画して楽しむノーハウ「BSエアチェックの薦め」もご覧下さい。

ちなみに、現在のデジタルテレビの音声信号の規格は以下の通りです。

NHKのディジタル放送: かってのBモードステレオ(48kHz 16bit)に相当するディジタル信号を、MPEG-2 AAC方式で圧縮しているようです。 5.1chサラウンド放送もあり、その音質は気になるところですが、圧縮音の音質を決める伝送ビットレートなど、詳細はあまり知られていないようです。そこで、NHKへ直接問い合わせた結果を別ページに掲載しておきます。

結論的には、2chステレオ放送でも、5.1chサラウンド放送でも、BモードPCM放送に遜色ない音質を保っているということのようです。とはいっても、5.1chサラウンド放送を2chステレオで聴くと、多くの情報を失うことになるので、 AVアンプと組み合わせ5.1ch で聴くことをお薦めします。その方がより高い臨場感が得られるといってもいいでしょう。

ただし、CDにもいい録音とそうでないのがあるように、音楽番組も国内収録のクラシック番組はまず安心して聴けますが、海外収録のものはばらつきが多くベルリンフィルの演奏などもせっかくの良い演奏が音質がもう一つでがっかりさせられることもあります。

HDD&DVDビデオレコーダー    Topへ

現在ではテレビ放送を録画するにはハードディスク+DVD(またはBlu-rayDisk) レコーダーを使うのが一般的ですが、これはそれ以前のビデオテープレコーダーに比べ、大変便利な機能を満載した『優れもの』です。その機能の一端を紹介しますと。

まず、一般的にDVD録画/録音が従来のテープ方式に比べ優れている点は(1)収納スペースが大幅に節約できる。(2)再生の際瞬時に曲の頭出しが出来る。当然巻き戻し操作は不必要。(3)画質・音質の劣化がない。といったところでしょうか。かんじんの画質/音質はどうかというと、DVDレコーダーの場合、画像・音声の品位(データ圧縮率)が任意に設定可能(ただし設定可能範囲は機種依存)、目的によって色々な品位での録画/録音が可能です。音楽番組を録画する場合は音質重視で非圧縮リニアPCM録音が可能です。

さて、HDD内臓の機種が優れている点はその編集能力です。
多岐にわたるので私が音楽番組を現有の装置(TOSHIBA RD-S302)に録画編集する方法を紹介します。
まず、やるべきことは録画/録音の品質設定です。普通の音楽会は2時間強で休憩時間を除けば実質2時間以内になると思いますがこれを1枚のDVD-R(4.7GB)に記録するために音声はリニアPCM、画像は4.0Mbps と音質優先の初期設定にしておきます。(音声をリニアPCMにすると画質も最高品位でしか録画できない機種が多いので注意!) 

実際の録画はほとんどディジタルBSテレビ(ハイビジョン放送を含む)の録画予約でハードディスクに記録します。なお、その時見たいときは追っかけ再生が可能なので録画が始まって後、始めから見られます。
後で再生するとき、曲の区切り点や休憩時間の前後に印を付けておきます(これをチャプター区切りをいっています)。こうして録画した番組をDVD-R(又はDVD-RAM)に記録するときは編集機能を使って、メディアに記録可能な長さ範囲内で、必要な部分(チャプター)を取り出しダビングします。この時少々面倒ですがタイトルなどを付けることも出来ます。

HDD&ブルーレイレコーダー

AVアンプのところで紹介したように、最近5.1ch サラウンド放送など多チャンネル音源が容易に手に入ります。これを録画・再生するにはDVDレコーダーでは役不足で、ブルーレイレコーダーが必要となります。といっても、最近のレコーダーはほとんどブルーレイディスク対応になっていますが、これを有効に使うにはAVアンプが必要なので、こちらも手に入れる必要があります。

オーディオラック     Top

 オーディオラックにも随分高価なものがあり、振動による悪影響を避けるため必要だといわれています。確かにアナログプレーヤーと真空管アンプを使っていた時代は振動に極めて敏感でありラックにも細心の注意を払う必要がありました。 しかし、CDプレーヤーと半導体アンプを使う場合、外部から伝わる振動がCDプレーヤーやアンプを通し音質に与える影響は極めて小さく、心配する必要はありません。これについては無音のCDを用いた実験を行なって確かめてみました。ただ、どんなラックでもいいかというとそうでなく、例えば側板や背板に薄いベニヤ板などが使ってあると共振を起こす可能性があり悪影響を与えます。したがって、オーディオラックは単純な棚形式の物がよく、強度や重量はそれほど気にすることはありません。

 言い換えれば、ラックの影響は振動が電気系を通じて生じるのではなく、CDラックや一般の家具と同じように、それ自身の振動に注意すればよいいうことです。もちろん、オーディオラックはスピーカーに近い場合が多いのでより細心の注意が必要です。


現有オーディオ AVシステムと選択理由     Topへ

以上は各コンポーネントについて、なるべく具体的な数値を挙げ定量的な議論になるよう心がけてきましたが、実際にどのような製品を買ったらいいのかについては一切言及していません。それは、私自身それほど製品についての知識が豊富でなく、また肝心の試聴も行なっていませんので、やむ得ないことと思っています。

以下のシステムは、自分自身が使っているコンポーネントですから、当然自分の考えに沿ったものであり、スピーカーなどは試聴もしています。選択に当ってのプリンシプルは、各機器について、ある価格帯までは価格に比例した性能が期待できるがそれ以上になるとあまり画期的な向上は期待できない臨界価格というものがあると考えています。そこが狙い目になるわけですが、問題は、これがどれ位の価格になるかであり、私の感じでは、大雑把に、CDプレーヤー,アンプ,スピーカ(1本)が各10万位ではないかと思っています。また、スーパー(サブ)ウーファーをうまく使うことが臨場感ある音楽再生を得るコツではないかと思っています。

なお、このサイトを見て、私も殆んど同じようなシステムを使っているというメールをいくつか頂戴しました。皆さん、技術屋さんで、ここら辺が技術面からアプローチした場合の一つの解ではないかと密かに思っています。

また、ここに、時計の購入と比較してオーディオ製品の選択の基準を論じたコラムを掲載しています。

  リスニングルーム:約10畳(約4.7W×3.7D×2.45Hm)の洋間。
      床は板張りカーペット敷き、天井はボード張り、壁は竹組み土壁、壁面は板張りの上にクロスの壁紙張。


  CDプレーヤ: DENON DCD-1650AR
     ALPHAプロセッサー搭載 2Hz-20kHz 歪み率 0.0018%(1kHz) SN比 118dB 11.9kg
     (1)CDPについては昔から定評あるメーカーの製品 
      (2)ALPHA
(Adaptive Line Pattern Harmonized Algorithm)プロセッサーによるディジタル信号の量子化歪補正原理が理にかなっている。
      (3)上位製品 DCD-S10 とは外装に違いのみ。


  プリメインアンプ: Accuphase E-306V
    カレントフィードバック方式 120W/Ch(6Ω) 高調波歪率 0.035% 
     周波数特性 20-20,000Hz -0.2dB 2-150,000Hz -3.0dB
     ダンピング・ファクター:100(8Ω 50Hz)
     パワーメータ  リモコン(音量、入力切替) ACアウトレット 付

    重量:20.5kg
    (1)リモコン(ヴォリュームおよび入力切替スイッチを駆動するモーターをコントロールする方式)操作が可能
    (2)メインスイッチ連動のACアウトレット装備
    (3)電流帰還方式は電圧帰還方式より原理的に優れているはず
     このアンプは前書きの臨界価格を大きく超えて、少し贅沢な選択ですが、たまたま手に入る機会があったので現在のものに更新しました。
      音質としては、以前使用していたPionier A-717 と差は感じませんが、使い勝手が良く気に入っています。
 

   
AVアンプ:YAMAHA RX-V477
     5.1ch 定格出力: 115W/ch 周波数特性 20Hz-20kHz 全高調波歪率 0.09% 
     ダンピングファクター 120以上 重量:8.0kg
      5.1chサラウンド対応
 FM/AMチューナー内蔵 自動音場補正機能(YPAO) 付 
      各種出力モード
各種ホールの音響環境の再現(DSP使用)Straightモード(トーンコントロールのみ可能)、
      ダイレクトモード
(入力信号に1一切手を加えない)
    上位機種( RX-V577)との主な違いはチャネル数が5.1まで(577は7.1ch)、無線LAN非対応

  スピーカー: DIATONE DS-1000ZA
    方式:3way 密閉式 27cm ウーファー(アラミッドハニカム)  6cmドームスコーカー(B4C) 2.3cmドームトウイター(B4C)
     周波数特性:35-60,000Hz, クロスオーバー周波数: 600Hz、5000Hz, 定格入力:60W
(最大180W) 音圧レベル:90dB/W/m
     外形:360(W)×690(H)×341(D) 重量:31kg

    (1)各音域における制動能力が高い
    (2)B4C は軽く、剛性が高く、かつ内部損失も大きいという振動板としては理想的な性質

  スーパーウーファー: YAMAHA YST-SW1000
    方式:30cmウーファー アクティブサーボ アンプ(120W内蔵)
    周波数特性 16-160Hz(-10dB) 24-120Hz(-3dB)
    外形:580×440×440 重量:48kg

  HDD&BLレコーダー:Sony BDZ-EW210 
  
   
iPod touch 32GB


私のオーディオ歴               TOPへ

自己紹介のページで述べたように、私のオーディオ歴の始まりは、工作好きの少年時代、ラジオやスピーカーボックスを作り始めた頃にさかのぼります。もちろんアンプは真空管アンプで、手がけた記憶にある出力管は 6ZP1, 42、6V6、6PQ5 といったところです。 トランジスターアンプ時代になる前、比較的長く使っていたアンプは確か ミニチュア管 6BQ5 PP の出力15Wほどのアンプでした。

スピーカーもいろいろ使いましたが、初めの頃はパイオニアの8インチのスピーカーを使っていました。箱はもちろん手作りでした。既製品に移る前比較的長く使っていたシステムは、低音用としてパイオニアの25cm ウーファーを比較的大きないわゆるコーナー型の密閉箱に入れて使い、高音用として、グレースのコンデンサートゥイター ST-2 というのを使い始めました。このトゥイターの印象は鮮烈で、オーケストラの高音弦が大変きれいに響いたのをよく覚えています。ただ、残念ながら、構造的に弱い所があったらしく、すぐ不安定になって1,2年しか使えませんでした。その後はコーラルのH-1 というホーントゥイターを使用しました。更に、パイオニアのホーンスコーカーを付け加えました。ただ、このホーンスコーカーは比較的安価でしたが、ホーンは鋳造アルミ製でたたくと『カーン』という音がし、かなり癖がある音を出す代物でした。

レコードプレーヤーはアカイのC5というフォノモーターにリオンのクリスタルピックアップを使っていました。叔父がレコード店をやっていたので、サンプル用のLPレコードをもらったりかなり早くからLPレコードを聴いていました。今でも覚えているレコードはカール・ミューヒンガ指揮 シュッツットガルト室内楽団のブランデンブルグ協奏曲、演奏は忘れましたがホルストの『惑星』といったところです。 

ここら当りまではまだ手作りの時代で、その後は、いい既製品が比較的安価に売り出され始め、手作りはコストパーフォーマンスの点でメリットがなくなってきたので、既製品を組み合わせて使うようになりました。特に、トランジスターアンプとなるととてもメーカー品に太刀打ちできません。唯一の例外として 1980年頃、長岡鉄男氏設計のスーパーウーファーを作りました。スーパーウーファーの効果は大きく、やはり超低音域を再生するにスーパーウーファーが必要であることを知りました。このスーパーウーファーも1992年頃現在の既製品に置き換わりました。その後の展開はコンポーネントごとに年代順に書き上げてみました。ただし、ちゃんと記録が取ってあったわけではないので年号は不正確です。

アンプ: 
(1) ヤマハ A−5 (1975年頃) 初のトランジスターアンプ 最後はヴォリュームからのノイズが増え使用中止
(2) パイオニア A-717 (1987年) Reference アンプと名乗る20kG 以上の重量のあるアンプ
(3)  アキュフェーズ 306V (1998年 現有)
(4) ヤマハRX-V477(AVレシーバー 2014年 現有)

スピーカー: 
(1) Sony SS-G5(1977年頃)  名機といわれた SS-G7 の弟機で、各スピーカーの音源の位置を一平面状に配置する、いわゆるリニアフェーズタイプです。 G5 も力強いいい音で気に入っていました。 ただし、リニアーフェーズの考えはクロスオーバー周波数での音波の波長(表一)を考えるとあまり意味がなく、その後は引き継がれなかったようです。10年ほど使いましたが、トゥイターが鳴らなくなり使用中止。 
(2) Onkyo Monitor M-1000 30cm ウーファー バスレフタイプのいわゆるモニタースピーカーで、大阪にあるオンキョーの試聴室で聞き比べ気に入って購入したものです。このスピーカーも10年ほど使うとバランス調整用のヴォリュームが不調になり使用中止。
(3) ダイヤトーンのDS-1000ZA (1994年)先進的な材料を使ったハイサンプリングCD対応機ということで高音域が50kHz まで伸び、低音域は制動を重視したタイプ。このままだと、超低音域が不足するので、ヤマハのスーパーウーファYST-1000と併用しています。私が、物理性能的に見てもっとも合理的と考えるシステムです。

アナログプレーヤー
(1) マイクロ精機 ベルトドライブプレーヤ + オーディオテクニカ MM カートリッジ
(2) テクニクス SL-10 (1980) リニアトラッキングコンパクトプレーヤー

CDプレーヤー
(1) Sony CD-101 (1982) ご存知CDプレーヤーの第一号機です。その当時の16万円はかなりきつかったのですが、ディジタルレーコーディング方式が画期的な技術であることを知っていたので、無理をしても手に入れました。CDソフトも初回発売分(1枚3800円でした)を何枚か購入しました。中には、がっかりするソフトもありましたが、例えば、Mazel指揮クリーブランド管弦楽団の R. Strauss の管弦楽曲集などは今でも聴くことのありますが、特にダイナミックレンジの広さや、まったくノイズが無いことに驚いたものです。それ以降、アナログレコードは殆ど聴かなくなりました。 
このプレーヤーなかなか堅牢に出来ていましたが、5年ほどでトレイが動かなくなり買い換えました。
(2) YAMAHA CDX-4?? (198?年) CD-101 が急に壊れたので、比較的廉価なYAMAHAの普及機を2号機として手に入れました。CDプレーヤーというのは機械的部分は、ともかく正常に動いておれば音質には関係なく、回路部分はそれなりに進歩していたので、価格にして数分の一のこのモデルでも決してCD-101に劣るということはありませんでした。しかし、やはりメカが弱く3年ほどでやはりトレイが動かなくなりました。
(3) Sony CD-XE555 (1990年頃) この頃評判のよかった中級の製品です。はっきり言って、CDプレーヤの音質はプレーヤーの価格によってそれほど変わりません。使い勝手や、ルックス、堅牢さなどで選びました。このプレーヤーはかなり長持ちしましたが1998年ごろやはりメカがトラブルを起こし現有のものに交換しました。
(4) DENON DCD-1650AR(1998) ALPHAプロセッサと称する、信号補完技術を使った製品で現在使用中ですが、充分満足しています。