スピーカーユニットの耐久性

2008年07月28日(月)

こんばんは。

今日は、先日ちょっとお話したスピーカーユニット端子部の半田付けとリード線の耐久性劣化に関し、多くの皆様からメールやブログでのコメントをいただきましたので、ちょっとユニットの耐久性について簡単にまとめてみたいと思います。ユニット屋にとっては基本のことなのですが、一般の方には意外にこの辺のこともご興味があるのかなぁと感じてのエントリーです。


スピーカーユニットの破壊にはいろいろなパターンがありますが、大きく分けると熱的なものと機械的なものに分かれます。

先ず熱的破壊についてですが、言うまでもなくボイスコイルの焼損を意味します。これは前に書いたように「スピーカーは音の出る電気コンロ」なので容易に理解できるかと思います。ちなみにこの耐熱性を左右する要素としては、下記のものがあります。

1)ボイスコイルボビンや周辺の磁気回路、ダンパー等を含めた各パーツの放熱性。代表的な方法では、アルミ等の金属をボビンに採用することがあります。これは材質だけでなく、構造でも差が出ます。細かい事を言えば、フレームやダンパーに穴が開いているかどうかだけでも差が出たりします。ソニーでも磁気回路内に特殊な空気の通路を形成した業務用高耐パワーウーファーがあったりします。
また、ボイスコイルの口径を大きくすることは周辺部品の放熱性upに直結しますので、一般にボイスコイルの口径と熱的な耐パワー性は比例関係にあります。

2)ボイスコイル線材(接着剤と絶縁材)そのものの耐熱性。これはグレードにより耐熱温度がかなり差があり、高耐パワーモデルには高性能なボイスコイル線材を使うことが多いようです。

3)耐パワー入力の数字としては変わりませんが、スピーカーの能率を上げることにより大入力を入れなくても必要な音圧を得られるので、結果として実質的な耐パワー性を上げる方法もあります。


次に機械的な破壊ですが、これにはいくつかのパターンがあります。下記にコーンスピーカーについての代表的な破壊パターンを書いてみます。

1)過大入力によりボイスコイルがローリングを起こし、結果として磁気回路内の狭いギャップ部にボイスコイルが当たり(接触し)、ボイスコイルが損傷し破壊に至る。

→これに対しての代表的な対策としては、Wダンパーの採用や支持系の合成up等がありますが、支持系をしっかりさせるとF0が上昇し低音が出にくくなるので音質とのバランスを取るのが結構大変ではあります。


2)長時間の使用により、エッジが疲労破壊つまり切れてしまい、結果としてユニットが破壊される。昔安価なスピーカーでよく見られたフィクスドエッジ(エッジと振動板が一体のもの)は、これが非常に弱かったのです。
なおJBLに代表されるウレタンエッジの崩壊は別です。あれはウレタン自体の耐湿・耐熱・耐紫外線に対する材質的な問題です。

→最近のユニットはほとんどがフリーエッジ(エッジと振動板が別体)なので、エッジが原因で破壊するケースはほとんど無くなったように感じます。

3)長時間の使用により、リード線部が疲労破壊つまり断線し、ユニットが破壊(音が出なくなる)される。

→意外に設計者が苦労するのがこのリード線断線で、昔は長時間パワーテスト(通常は100H)をクリアするのにこれが一番苦労しました。100Hテストで破壊する多くはこのケースです。そのため、ユニット設計時にはリード線の材質、長さ、引き出す方向等を細かく管理して仕様を決定します。
また量産時にも治具にて角度等を管理し、半田付けも何秒以内というように管理して生産することが一般的です。ちゃんとした工場では半田付けも資格を持った作業者以外は出来ないようになっています。

端子部の半田付けでリード線部がダメージを受けるというのは、しみ出しにより端子部近傍でリード部が硬くなり、結果として想定している長さや角度が変わってしまうことが要因です。特にある部分から急に硬くなるというのは結構悪影響が出ることがあります。

昔はリード線の材質があまり良いものが無く、よくパワーテストで壊れたので、その時に周波数で同期できるストロボ照明でユニットのリード線部を照射し、リード線が各周波数でどのような動きをしているかを見ていたのは懐かしい話です。最近のユニット設計者は、もうストロボなんて使ったことも無いかも知れませんね。

ちなみに耐パワーの厳しい量産モデルでは、耐パワー対策としてリード線の付け根に柔らかい接着剤を補強しているものもあります。PAスピーカー等ではよく見かけますね。

以上非常に簡略にまとめちゃいましたが、参考にしていただければと思います。

この記事へのコメント

倉田 有大 2008.7.31

Unknown
なるほど、いろんなケースで壊れる場合が多いのですね。
個人的には、昔ネットワーク無しでツイータをアンプと接続して音がでるか確認したことあって、それで後から壊れてないか不安になったことがあります。

PARC 2008.8.1

Unknown
コメントありがとうございました。
トゥイーターをネットワーク無しでアンプに直接接続とはかなり過激ですね。壊れなくてラッキーでした。

ところで、今回のエントリーはちょっと初心者の方にはとっつきにくかったですかねぇ。ちょっと皆様からの反応が無いので不安になったりします。(^^;

K村 2008.8.1

ファストン端子
スピーカーシステムはほとんどファストン端子を使用しているようですね、品質的バラツキが少ないのと、生産性を考えてファストン端子にしていて、音質的には接触抵抗のない半田付けが良いと思い、私は以前から半田付けで接続していました、半田付けの問題点を教えていただいたので、端子部とリードを確認しました、リード線のフラックスのしみ込みはなかったようで、一安心しました、今後はその点に注意したいと思います。
ファストン端子だけでよいので、付属品にすることはできないのでしょうか?カシメができなくとも、ファストン端子に半田付けする方法もあるのでは。

yamahiro 2008.8.1

リード線部が疲労破壊
私も仕事がら配線の折り曲げ疲労による断線を何度と経験しています、私の場合は産業機械ですので折り曲げ疲労に強いロボットケーブルなどを使って対処しますが、やはり永久的に使用出来る物ではないので定期的にケーブル交換しています。

スピーカーのリード線部の疲労破壊は今まで経験が有りません、動くストロークも小さいので私が使う(聴く)時間位では切れないのかも知れませんが繰り返し折り曲げをしているのは間違いないので何時かは切れるのでしょうね。(苦笑)

ウレタンエッジでは今まで手間とお金を食われています、今現在も1セット持っていますが張り替えの時に多少の音の変化は目を瞑り別の材質に変えました。

盛田 2008.8.1

破壊は困る
いえいえ、取っ付きにくいなんてことはありませんでしたよ。
 ここ2週間ほど仕事場の放送設備拡張の為、ハイインピーダンス伝送についていろいろ調べていて(その節はどうも..)昨日取付工事と配線、音出しテストまで終わった所です。空調の無い中、連日の猛暑で死ぬ程汗をかきながらやっと作業を済ませました。

 今回のお話を読んで(ふむふむ)と思いつつ「今やってる作業ではスピーカーは安価だから万一壊れてもまあ損害は小さいけど、逆にアンプを壊してしまうとえらい事になるなぁ」なんて考えてました。

 でも100時間なんてあっちゅー間ですよね。F131Wは寝る時もBGMを鳴らしてますから平日でも6〜8時間はゆうに音が出てます。でも試験をしている立場だと長い長い時間なんでしょうね。^^;

nhaka 2008.8.1

勉強になりました.
こんばんは. 以前にも書き込みをさせていただいたnhakaと申します.

スピーカーの壊れる原因, 非常に勉強になりました. なるほどです.

自分は幸いにも, 今まで壊したことがないのですが,
壊れたスピーカーを直したことはあります.
いずれもツィーターのリード線の断線でした.
(リード線をハンダ付で直しました)

一つお尋ねしたいのですが, (営業上, 差し支えがおありでしたら, スルーでも大丈夫です)
素人が, ツィーターの故障を防ぐには, リード線周りを
柔らか目の(木工用ボンドなど)で補強でよろしいでしょうか?

ではよろしくお願いします.

PARC 2008.8.1

Unknown
K村様

>リード線のフラックスのしみ込みはなかったようで、一安心しました

端子部を半田した時に問題となるのはフラックスのしみ込みではなく、半田そのもののしみ込みなのです。フラックスの硬度は大したことはないのであまり気にすることはないと思いますが、半田がしみ込むとリード線の硬度が極端に変化するため要注意です。

ファストン端子のみの付属品化のアイデアは非常に面白いですね。たしかにこれはユーザーの皆様にも非常に有効かも知れませんね。問題は原価upをどうするかです。既にまたまた原価が上がっているとの情報も入っており、本当に頭が痛いところです。(^^;

PARC 2008.8.1

Unknown
yamahiro様

たしかに一般の使用条件でリード線が切れることはあまり無いかも知れませんね。まぁこれも使われ方にもよりますので断定はできませんが。

ウレタンエッジはたしかに音質的にメリットは大きいですね。ただし工業製品としてみた時にはやはり問題有りと言わざるをえません。ソニーでは随分昔に原則使用禁止となっていました。

PARC 2008.8.1

Unknown
盛田様

>でも100時間なんてあっちゅー間ですよね。

いやぁ、連続100Hというのはかなりきつい試験なんですよ。100Hテストを行う時の入力はノイズ信号で定格入力なので、ボイスコイル温度もかなり上昇しますし、折り曲げ疲労もやはり連続の方がきついです。

昔は本当にこの100Hテストをクリアするのが大変でした。なおこの定格で100Hテストというのが、10年くらいの製品ライフを保証するのに十分である加速度テストであることが経験的に実証されているので、各社これを必死でクリアするのです。

PARC 2008.8.1

Unknown
nhaka様

トゥイーターのリード線の補強については、あまり過度にやると重量upとなり音質へのダメージがありますが、端子部近傍への少量塗布であればOKかと思います。ただし木工ボンドはNGです。木工ボンドは柔らかいようでも実は十分硬いです。塗布するならちゃんとしたダンプ剤をお勧めします。と言ってもそんなのあまり市販されていませんよね。(^^;

yoiiro 2008.8.2

ウレタンエッジ
>ウレタンエッジはたしかに音質的にメリットは大きいですね

私はウレタンエッジの音が嫌いです、確かに制動力はあると思いますが
自然界にウレタンエッジから発するような、鈍い低音は無いと思ってます。
或るメーカーで経年変化の無いウレタンエッジ採用されてますが、
やはり音は気に入らないですね、高域には有効かもしれませんが。

DCU-F121Wを購入してみました、V○○○○○のウッドコーンシステムからユニットを入れ替えて仮設置。
全然違いますね、何と音の良いスピーカーでしょう。
今迄かなり高価なスピーカーも使ってきましたが、ハイエンドって
何なのでしょうね、

kou 2008.8.2

Unknown
はじめまして、よろしくお願い致します。

いつも大変興味深く拝見しております。大変参考になることが多く勉強にもなります。

当方もカーオーディオのスピーカーで今回のリード線部が疲労破壊を経験しています。
特にカーオーディオでは大入力で聞くことが多く更にはフリーエアでの使用ということもあり厳しいのでしょうか。
対策としては純正のリード線に更にパラレルで軽い錦糸線を繋いでおります。
この場合コーン裏側まで伸びてきているボイスコイル線に純正のリード線が半田付けされていますのでそこに同じように追加しました。コレだけで音も変わってきてしまいますが、大入力でも不安がなくなりました。メーカーさんには怒られそうですが・・

ところでカー用のスピーカーの場合フリーエアですので専用設計されているとしてもどうしても低音は締りがなく鈍い音になります。特にカー用に多い振動系がローコンプライアンスのロングストロークタイプのスピーカーは低音に締りがないです(ハイコンプライアンスにすると更に締りがなくなってしまうようですが)。これはフリーエアということで仕方ないのでしょうか?
またこの場合対処としてはどのような方法がありますでしょうか?

日記と違う内容になってしまい申し訳ありません。
どうぞよろしくお願いいたします。

PARC 2008.8.2

Unknown
yoiiro様
>私はウレタンエッジの音が嫌いです

音の好みは人それぞれですので一概に言うのは難しいですが、一般的に低音に関してはゴムエッジの方が有利ではと感じています。ただ反面ゴムエッジは重いためどうしても中域が暗めになったり音離れが悪くなるので、その辺をケアするのに設計では結構苦労しますね。

その意味ではウレタンエッジは軽量で中域再生に関してはゴムエッジより有利だと感じています。JBLに代表される良い意味でからっと乾いた音はゴムエッジではなかなか出せないですね。(好きか嫌いかは別ですが・・・) 個人的にどちらが好きかと言えば、私はどちらも好きですし、どちらにも欠点もあると思っています。まぁ全般的な話として、完璧な素材など無いというのが率直な感想です。

DCU-F121Wのご購入ありがとうございました。気に入っていただけたようで良かったです。ユーザーコーナーへのレポート楽しみにしていますね。よろしくお願いいたします。

PARC 2008.8.2

Unknown
kou様

>特にカー用に多い振動系がローコンプライアンスのロングストロークタイプのスピーカーは低音に締りがないです

一般論で言えば、カー用で設計されたユニット(サブウーファーは別)でロングストロークタイプは少数派ではと感じています。理由は、カー用の場合ドアマウントに対応するために奥行き方向でかなり厳しい寸法規制があるためです。

ご質問の件ですが、ソニーの例で言えばカー用だからといって特別にチューニングを変えることはありませんでした。今度ブログでも書こうと思っていますが、以前ヨーロッパの各地域でカー用ユニットの商品導入をした時も、実際に評価する時の聴き方は通常の試作BOXと車内実装の両方をやりますが音そのものの聴き方はホーム用となんら変わりませんでした。むしろ今のホームより真面目にHiFi的に評価していたくらいです。

つまり私見を言えば、カー用の場合奥行きの寸法規制を除けば基本的には音質的にはホーム用となんら変わらないと感じています。そのため、お使いのユニットがもし音質的に問題があるようなら、それはカー用だからではなく単にそのユニットの固有の問題(つまり設計が下手?)ということではないでしょうか?

低音に締りがないことに対しての対処法としては、チャンバーをしっかり設けるということが最善ですが、それが不可能な場合はダンパー外周部を一部接着剤で固めて強制的にF0を上げるという方法もありますね。ただしこれは不可逆なので、あくまで自己責任でということになりますが・・・。

kou 2008.8.3

Unknown
どうもありがとうございます。
日記内容と変わってきて申し訳ありません。

カー用ユニットは高級なものから多数取り付け・視聴してきましたが、やはりフリーエアですとどんなに良質なユニットを強固にバッフルを製作して取り付けても低域の制動は効かなくなってしまうようです。
そこでメーカーではユニットのほうでフリーエア対策を工夫されているかと思ったのですが、そうでもないのですね。

因みにPARCさんでは4Ωでカー用などを開発される予定などはありませんか?
DCU-171K2など6Ωで耐入力も60Wあり、Qtsやf0もそれほど低くはなく強靭なユニットそうなので一度車載で使ってみようかと考えています。大音量にしなければ大丈夫そうですが、カー用に使った場合何か不都合など出てきますでしょうか?

お忙しいところ大変申し訳ございません。コメントも大変お手数かと思いますのでお時間のあるときにでもコメント頂ければ幸いです。

PARC 2008.8.3

Unknown
kou様

フリーエアー対策について他のメーカーがどう対応しているかは私自身も詳しくは知りませんが、少なくともドアマウントに関してはフリーエアーと言ってもそれなりにチャンバーはあるわけで、あまり特別に意識する必要はないかと思います。

PARC Audioのカー用ユニット商品化について今のところまだ予定はありませんが、要望が多いようなら検討してみたいと思います。ただし、ドアマウント用に関しては取付に汎用性を持たせるためいろんなピッチの取付穴を設けたフレームを用いるのが一般的なので、それが一番の難題かも知れません。

4オームとのことですが、特に4オームにこだわるご事情がおありでしょうか?

DCU-171K2については、取付寸法的に問題がないなら性能面で特に問題が出ることはないと思います。ただオフィシャルにカー用で保証しようとすると100℃での環境テストを行わなければいけないため、現状はあくまで自己責任でということになってしまいますね。

それとフェイズプラグ付のモデルに共通(他社も含め)のことですが、センターキャップがないため磁気ギャップ部が外部に一部開放された構造になっており、フェイズプラグ部周辺からの異物混入のリスクが一般モデルに比べ少し多いため、カーなどの埃等が多い環境では少し不良率が高くなるかも知れません。

さすらいのあめおとこ 2008.8.4

Unknown
ご指導通りファストンにしてよかったです^^
記事とは関係ないですが遂にサブコーン付きの131Pと171Pが正式に出ましたね~
171Pはフルレンジの中では一番低音も出そうですがどうなんでしょう。
と初心者の質問ですが・・・ウッドコーンでは小さい口径の方がfoが低かったりしますが聴感上はきっと大きい口径の方が低音が出て感じるんですよね?
数値上出ることと低音の量感は違うってことなんでしょうかね。
と、171Pの推奨箱、かなり大きくなりそうですね~。

PARC 2008.8.4

Unknown
さすらいのあめおとこ様

171Pですが現在PARC Audioで唯一のフルレンジなので、当然フルレンジモデルという条件では一番低音は出ると思います。F131Wも口径のわりにかなり頑張っていますが、やはり13cmと17cmでは世界が違うので比べるのは酷ですね。

おっしゃるとおり、低音と口径の関係はしっかりありますので、低音を求めるのであればやはり口径が大きい方が圧倒的に有利です。そうでなければ38cmユニットなんてとっくに世の中から消えていますから・・・。

口径の小さなユニットが必死で動いて出す低音と、大口径のユニットがちょっと動いて余裕で出す低域ではクラスが違うと思います。

早くF131P,F171Pのエントリーを書きたいのですが、明日から地方出張でちょっと戻るまで書けそうにありません。(^^;

倉田 有大 2008.8.4

Unknown
を!パルプコーンの新製品が追加されていたのですね。
f特をみると20KHzまでよく伸びていますね。
PPユニットとの音の違いがきになります。

PARC 2008.8.4

Unknown
ご指摘にようにPARCのフルレンジでは珍しく(?)高域がしっかりと20kHzまで伸びています。ただ音の傾向としては細め硬めとは正反対の分厚いしっかりとしたバランスに仕上げていますので、是非一度お試しいただければと思います。

PPと比べると、パルプの方がより分厚い音ですね。それぞれ良さがあるのでお好みによりますが、少なくとも従来のパルプコーン系のフルレンジとは一味違いますよ。

倉田 有大 2008.8.5

Unknown
いきなりの、spamに笑いましたw
増えてきたら、書き込み時にキーを入力するなどの対策が必要になるかもしれませんね。

ところで、DCU-F171Pおもしろそうですね~
「厚みのある表情豊かな中低域」
このキャッチフレーズにそそられます。
小口径のスピーカーだけ聴いていると、やはり口径の大きいウーハーの低域も恋しくなっちゃいます。
DCU-F171Pの特性は上まで伸びていますが、フルレンジなのでツイーターを追加してみるのもおもしろいかな?
推奨箱がどのようになるか楽しみです。
DCU-F131PでダブルバスレフやBHをしてみるのもおもしろそうですが^^

PARC 2008.8.5

Unknown
倉田様

こんばんは。
そうなんです。ほんとくだらないスパムって困りますね。なんでこんな無意味なことをするんだろう?

>「厚みのある表情豊かな中低域」
このキャッチフレーズにそそられます。

そそられっちゃってください。ご購入お待ちしております。(笑)F171Pの推奨箱もうちょっとお待ちください。

うわぁ~、8月もすでに5日ですね。8月はまだブログ更新まだ1回もやってない。やばい・・・。

出張から帰ったらすぐに書きますね。

倉田 有大 2008.8.6

Unknown
>そうなんです。ほんとくだらないスパムって困りますね。なんでこんな無意味なことをするんだろう?

たぶん、プログラムで自動巡回させていると思いますから、まともにあいてできません。
私の掲示板も偉い目に遭いました^^;

>F171Pの推奨箱もうちょっとお待ちください。

はい。楽しみにしておきます。
16cm以上のウーハーの音が恋しいですね。スピーカーセレクター買おうかなあ。

倉田 有大 2008.8.7

Unknown
そういえば、DCU-F171Pはいつ頃店頭販売される予定なのでしょうか?

盛田 2008.8.7

DCU-F171P
>いつ頃店頭販売される予定なのでしょうか?
コイズミ無線では目撃情報のあった頃から値札も付いてましたね。ホムペにはまだ載っけられていませんが、注文すれば売ってもらえるのではないでしょうか? 店内奥の棚以外にも倉庫があるようですので。

倉田 有大 2008.8.7

Unknown
盛田さん、ありがとうございます。
コイズミ無線または麻生オーディオに電話してみますね。
後は推奨箱がしりたいですね、社長おすすめのソフトで計算するのもおもしろそうですが、やっぱりメーカーの推奨箱が一番安心できます。

しかし夏は服代がかかってしまいます。あーでも、スピーカーにお金をまわしたいなー^^;

PARC 2008.8.7

Unknown
DCU-F171Pは来週中には店頭に並ぶのではと思います。現在船の上で、来週早々に通関になる予定であり、お盆休みにぎりぎり間に合うかどうかではと思います。よろしくお願いいたします。

ちなみにコイズミ無線様の店頭にあるのは試作サンプル品で量産品ではありません。

倉田 有大 2008.8.8

Unknown
ありがとうございます。コイズミ無線に電話したところ、同じような返事が返ってきました。

ところでPP13cmが化けてきました。
音楽を聴いてて楽しくなってきたのです^^
高域がふんわりしてきましたね~これはうれしい。

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