スピーカーの空隙磁束密度と総磁束の意味

Question

スピーカーのスペックに 空隙磁束密度と総磁束が記されていることが多いのですが。スピーカーの振動に直接関係があるのは空隙磁束密度だと思いますが、総磁束はスピーカーの性能とどんな関係があるのでしょうか。

特にウーハーの設計の上で総磁束が大きい割りに空隙磁束密度が小さい 
総磁束 320,000maxwell 
磁束密度 9,950gauss 
その逆
総磁束 280,000maxwell 
磁束密度 11,100gauss 
それぞれがあります。もちろんもっといろいろあります。
私としてはなるべく感度のよいウーハーを選んで大型の密閉箱に入れて感度１００ｄｂ/w/mを超えるくらいのシステムを作りたいと思っています。
ショートホーンやバックロードホーンはあまり好きではありません。
新旧を含めてよさそうな38センチウーハーを物色している次第です。

John_Papa · Accepted Answer

磁束密度は物理的制動力と関係しますが、
振動板の強度や分割振動の問題もあり、制動が強いほど正確で音が良いとは言えません。
程ほどのバランスが良いのです。過制動も音を悪くするという事です。
また、振動板の重量や面積・コイルの密度・ダンパーなど位置を保持する機構によっても運動量が変わりますので、磁束密度と能率を一律に比較することはできません。
強度が充分で、同じ大きさ・同じ素材同士では、磁束密度が高いほうが源信号に忠実であろうという事は推測できますので、特に振動板が軽くて強いホーン用ドライバーで磁束密度を公表して競争した時代は有ります。

gauss＝maxwell／ｃm2　の関係がありますので、gaussに対してmaxwell比が大きいものは、磁気回路ギャップの断面積が大きいという事に成ります。
断面積には、ボイスコイル径とプレートの厚みが関係します。
プレートの厚みが同じでもボイスコイル径が大きければgauss対maxwell比は大きくなります。同じマグネットであれば磁束密度は小さくなります。
同じボイスコイル径で同じマグネットなら、プレートの厚みが大きいほど磁束密度は小さくなります。

ウーハーでgaussやmaxwellを競うのは、古いスピーカーやＰＡなど業務用に多いショートボイスコイルの製品に限られるだろうと思います。
ロングボイスコイルは、プレート厚よりボイスコイルの巻き幅が広いものを言い、有効に働くのは常にボイスコイルの一部分（プレート厚）だけになります。従ってワット数あたりの能率も低くなります。
ショートボイスコイルでは、逆でボイスコイルが有効に動けるのはプレートの厚みの範囲内いという事になります。
感度とプレート厚は一致しませんが、プレート厚と最大音圧には相関関係があります。プレートの厚みを超えて直線的な運動はできませんので。
これは、総磁束と磁束密度だけでなく、ボイスコイル径という要素がなければ比較ができません。
例に出された両方のスピーカーのボイスコイル径が仮に５ｃｍとすれば
総磁束 320,000maxwell はプレート厚２ｃｍ
総磁束 280,000maxwell はプレート厚１．６ｃｍ
という事になるでしょう。
振動板の強度や耐熱などに問題が無いいう条件で、プレート厚のあるスピーカーは大音量を入れてもクリアーな音のまま大きくなりますが、プレート厚の薄いスピーカーだとある時点で歪みが急増して音量のわりに煩いし分解能の無い音に成ります。
一方、ロングボイスコイルのスピーカーでは、コイルの巻き幅が最大音圧を決定しますので、総磁束は意味の無いものになります。一般家庭用スピーカーとかＢＯＳＥのスピーカーで総磁束という言葉は聴かないでしょう。

以上が、『総磁束はスピーカーの性能とどんな関係があるのでしょうか。』という質問の答えになります。
磁束密度とスピーカーの能率の関係は、何倍も違えば違いは出ますが、9,950gaussと11,100gaussの僅かな比で差が出るものではない。としておきます。
能率を求めるなら、カタログで見るべきところは、素直に１００ｄ/w/mの箇所ですね。

yosifuji20 · Answer

その科学的解説がここにあります。
これを読んでいただければ単純にそれらの値が大きいほうがよいということでもないということがわかります。
「結局磁気回路の設計が適切であれば、ギャップに発生する磁場の強さはポールピースの構造と材料で決まり。永久磁石に何を使うかは直接性能には関係しない。」と言うのがここの結論です。

昔に比べれば比較的簡単に強力な磁石が入手できるので、此の点で昔のほうがよかったと言うのはないと思います。
それよりも大出力アンプとの組み合わせでいかに低音部を十分に自然に出すかと言うことで今のウーファーの設計が出てきていると思います。
昔（30年以上前)の製品は確かに高能率でしたが、その代わり50Hz以下の重低音を十分出だすのは無理がありました。今の製品は箱さえしっかりしたものであればこれが可能です。
ちなみに私は38cmウーファーを約200リットルの箱に入れたものをスーパーウーファーとして使っています。
アンプでブーストして低音を出すと本当に壁が振動します。

オーディオの科学
フェライト磁石かアルニコか？
http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/MyRoom/magnetcirc.htm

denwaha4126 · Answer

物理の問題ですね～
電磁気学はもう十数年やってないので、高校の物理レベルの話しか出来ません。

総磁束は磁石の種類（フェライト、アルニコ、ネオジム）と磁石の直径で決ります。磁石の厚みを増しても磁束はあまり増えません。

空隙磁束密度 ＝（総磁束－漏れ磁束）÷ 磁気ギャップの磁極の面積

磁気ギャップの磁極の面積 ＞ ボイスコイルの円周 ×（ボイスコイルの幅 ＋ 振動板の最大振幅）

簡単に言えば、磁石が同じならボイスコイルの直径が大きいと磁束密度は小さくなります。
ちなみにボイスコイルに働く力（F）は、磁束密度（B）、巻線の長さ（L）、電流（I）とすると

F ＝ I × L × B

なので、磁束密度だけ考えてもダメなんですね。
例えば、コイルの直径を大きくすれば、Bは小さくなりますが、同じ回数コイルを巻けばLは大きくなるので、Fは小さくなるとは限りません。
それ以外にも、機械的強度の問題とか慣性力とか色々な条件が複雑に干渉しあってユニットの特性が出るので、素人が専門的な数字見ても意味無いですね。
私はユニットのスペックを見るとき磁気回路の数字は全く見ません。
単純に大きな磁石は好きですけど（笑）

metannetan · Answer

ボイスコイルと磁石の空隙は少ないほど感度は良く成りますが、コーンやダンパーの僅かなひずみで接触し、ビビリの原因に成ります。
スピーカーの総磁束を大きくする事で、ボイスコイルと磁石の空隙を多く取りビビリの原因を無くしているという事ではないでしょうか？

最近では、38センチウーハーの感度の良い物は無いと言って良いでしょう。
今は、半導体の進歩で、大出力のアンプが簡単に出来、感度の悪いスピーカでもパワーで鳴らすので、以前のように繊細で感度の良いスピーカーを作らなく成りました。
私も、大型ステレオ時代のスピーカーをリサイクルショップなどで探しました。
私はセンターウーハーは好みませんが、相性の良いスピーカー数を増やす多チャンネルは、スピーカー同士の高調波でステレオでは聞こえなかった音が聞こえてくるから不思議ですね。

スピーカーの 空隙磁束密度と総磁束の意味

磁束密度は物理的制動力と関係しますが、

その科学的解説がここにあります。

物理の問題ですね～

ボイスコイルと磁石の空隙は少ないほど感度は良く成りますが、コーンやダンパーの僅かなひずみで接触し、ビビリの原因に成ります。

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