ネットが遅くてイライラしてない!?

物理学の問題です。スピーカーコードに直流をバイアスすると、音が良くなる事を確認済みです。
直流をバイアスすると、コード内に直流磁場が発生し、表皮効果に影響を及ぼすのでは無いかと思うのですが、力不足で計算できていません。
この問題は今まで見たことがなく、全く新規かも知れません。よろしくご回答お願いします。

質問者からの補足コメント

  • スピーカーではなく、スピーカーコードです。スピーカーコードの両端に、10オームの抵抗を介して5Vの電圧をかけ、コードに信号と並列に0.5A流します。1kオームで5mAでも効果はありました。

      補足日時:2020/05/31 00:50
  • オーディオ歴30年以上です。理学部を出ています。周波数特性20MHz出力8Wのメインアンプを作りました。
    細かい事は充分承知しています。私はただ、直流バイアスをかけた時の表皮効果がどうなるかの計算してくれる人を求めているだけです。

      補足日時:2020/05/31 08:01
  • 確かに聞いた事がありません。もし疑問にお思いなら、あなたが実験してください。
    私は、直流バイアスにより表皮効果が減るのではないかと思っているのです。定性的には、直流バイアスにより減ることは納得しています。ただ計算で確かめたいのです。

      補足日時:2020/05/31 09:17
  • 表皮効果低減の最短の方法は、電線径を大きくすることです。径を倍にすると、抵抗は半分になります。
    私は、音が良くなると言いたいのではありません。ただ、計算して欲しいだけです。

      補足日時:2020/05/31 09:30
  • 皆さん、色々意見くださるのですが、趣旨とずれています。私は、直流バイアスをかけた時の効果を計算していただきたいだけです。
    どうせ皆さん、信じはしないのだし、これで音が良くなるなどと主張するつもりはありません。
    丁寧に伝えてくださったので返答します。直流電源には普通のACアダプターを使っています。アンプ出力には抵抗側がつながり、アダプター側はスピーカーに繋がっています。発振は見られません。

    「物理学の問題です。スピーカーコードに直流」の補足画像5
      補足日時:2020/05/31 10:55
  • 表皮効果に寄与するとは到底おもえません。

    それならそれで良いのです。数式で計算結果を知りたいだけです。

    定性的には、磁場と電流の相互作用により、電流は中心に集まる力を受けると、納得しています。

      補足日時:2020/05/31 12:00
  • 表皮効果とは交流が電線の表面に集まると言う極一般的なものです。直流バイアスを流すと、電流方向に対して右回りの磁場が発生しますが、そのような磁場の中で電流を流すと、右手だか左手だかの法則で中心向きの力を受けます。筈です、としておきましょう。

      補足日時:2020/05/31 16:31
  • 私が欲しいのは、交流電流の半径r依存性です。つまり、i(r)の形です。

      補足日時:2020/05/31 16:35
  • 知っております。表皮効果の計算を行っているサイトも知っており、バイアスの無い計算は納得しています。

      補足日時:2020/05/31 21:01
  • https://laddercable.sakura.ne.jp/zakki105.html
    ここに実際に直流バイアスをかけて実験したメーカーさんがいます。
    余りにも音が変わるので、恐れをなして不採用にしたようですが。

      補足日時:2020/05/31 21:43

A 回答 (9件)

#6です。



表皮効果で電流が流れる深さを計算するサイトはいくつもありました。
簡単なものをひとつ張っておきます。
 https://ja.wikipedia.org/wiki/表皮効果
この最後のあたりにグラフと銅の代表的な数値があるのでこれで十分でしょう。
「電流が流れる深さ」とは電流が 表面電流の 1/e(約37%)になる深さです。
電線が銅で周波数10KHzでは約0.66mm、40KHzでは半分の約0.33mmです。
表皮効果は交流に対してのみ作用するので直流に対しては関係ありません。

直流が関係するものでは「近接効果」が考えられます。
複数の電線が近接していて電流の方向が同じなら内側(互いの電線の近い側)を流れ、逆向きなら外側を流れる、という現象。
下はその深さ(幅?)を計算できるサイトです。電気抵抗の比率がわかるようです。
http://www.mogami.com/cad/proximity-01.html
近接効果は周波数は関係ないはずなのですが、周波数を入力するところがあります。結果に表皮効果を考慮した数値との比較があるためのようです。
申し訳ありませんが、小生このような物理現象には詳しくないので詳細はご容赦ください。
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あなたが言う表皮効果とは何を指すのか、よく分かりません。

なので、数式による計算結果をどういう形で示せば納得できるかが不明です。直流の場合に「磁場と電流の相互作用により、電流は中心に集まる」という理論的な説明は存在しないと思いますが。
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表皮効果は交流磁場に伴なう渦電流の効果ですが


静磁場の交流電流部分への効果は交流の―波の中で相殺されてしまうので
表皮効果に寄与するとはとうてい思えません。

もし音が良くなるのだとしたら、別の効果では?

例えば平行に伝送線路が倍になって特性が変わったとか?
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初耳です。

おもしろい話ですね。小生もオーディオには興味があるのですが60を過ぎると耳がダメになりました。
本題ですが、スピーカー電線はアース側、ホット側の2本ペアですよね。逆向きの電流では斥力が働くのでペアの外側に多く流れるはず。一種の表皮効果と言えるかも知れませんが。そうなると電流の流れる断面積が減って電気抵抗が増加するでしょう。僅かなものでしょうけど。これが原因ならスピーカーと直列に0.1~1Ω程度の抵抗を入れれば再現できるはずです。
3芯の平行線を使って1本は直流専用にするとか、平行線ではなく単線を2本、それも離して配線するとか。やってみたいですが現在の我が家には何もありません。
昔、小生が遊んでいた頃のこと、某有名メーカーのスピーカーシステムでボイスコイルと並列に20~30Ωの抵抗を接続したところ音が激変しました。友人など数人いましたが顔色が変わりましたね。原因はネットワーク。スピーカーのインピーダンスは8Ω一定として設計されていたためでした。
スピーカーのインピーダンスは周波数とともに増加することはご存知と思います。だから定電流駆動すれば高音の減少はないはず。JBLのスピーカーはDFを4程度で鳴らせとどこか聞いたように思うのですが、これも同じような意味でしょう。

確認ですが直流電源はホット側用とアース側用は絶縁したものを使っていますよね? (非絶縁ならボイスコイルを流れますから)。この場合、電源装置の持つ大地との間の静電容量がパワーアンプの負荷になっていることは考えられませんか? つまりスピーカーの端子間に数千ピコファラッド程度のコンデンサを接続したようなことになっていないか、ということです。(スピーカー端子にコンデンサを接続する実験はしないでください。アンプは一般に容量負荷には弱く、発振して壊れる恐れがあります)
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表皮効果低減なら、表皮面積の大きいリッツ線が定石では?

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私の専門は電気・電子工学で、かつてはオーディオマニアで、アンプの設計・製作もスピーカの組み立てもし、オーディオ専用ルームも設け、スピーカーコードには無酸素銅も使ってみたことがあります。



ですが、スピーカーコードを直流バイアスするのも、それで音質が良くなるというのも、初めて聞きました。ホントかどうかは別にして、直流で表皮効果が出るというのは電気・電子工学では聞き初めです(そんな理論に出逢ったことがありません)。交流で表皮効果が出るというのは常識ですが。

表皮効果が出ると、電流は導体表面に近いところを流れ、内部まで入って行きにくくなるため、見かけ上の導体インピーダンスが高くなるように思うので、音質を良くするのとは逆効果になるような気がします。
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グライコではないですが、電気回路が音楽信号に与える微小な影響でも、音楽には十分な効果となることがあります。


回路を追加したのですから、直接的な回路の影響や回路自身がコンデンサー様の影響まで考えなければならないでしょう。電圧かけなくても同じような効果があるなら、そういうことでしょうし、もしかしたら電源となるものの影響もあるのかも知れません。以前、コンセントに掃除機をつないでおくと音が良くなる、という意見がありましたが、そういうのも同様のものかもしれません。(そういうこともあるかも知れないと思いつつも、私は試していません)

表皮効果というのはもう少し違うものと私は理解していますので、知っているというだけで勝手に使っていると、ああこの人は宗教か何かと同じような考え方をする人なのだなぁ、などと感じてしまいます。
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>スピーカーコードに直流をバイアスすると、音が良くなる事を確認済みです。



あまり聞いたことがありませんね。
「スピーカーコードに」ではなく、「スピーカーに」ですね。

考えられるのは、スピーカーのコーンの「中立位置」がどちらかに偏っていて、直流によって「正しい中立位置」に引き戻されているということなのではないかと思います。あるいは「マグネット」の磁場が不均等であるとか。
いずれにせよ、あなたがお使いのスピーカー特有の現象で、一般論としていえる話ではないと思います。

ちなみに、左右のスピーカー両方共ですか? 
複数のスピーカーで試してみたのですか?
さらには直流のプラスマイナスを逆転させても同じ現象ですか?
直流の電圧との関係はどうですか?
「音がよくなる」とは視聴上だけの話ですか? それとも周波数特性やひずみを測定されたのですか?
興味があるので結果を聞かせていただけると幸いです。
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スピーカーへの直流をかける事は、過去にJBLのスピーカーのネットワークに採用された事があるのを知っていますが、どのモデルかは忘れました。

ごめんなさい。
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