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日記

スピーカーを破壊する音声信号(クリップ)

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2020年10月17日

先日、スピーカーを大音量で破壊する話題のなかで・・・
ベルイマンさんからアンプの「クリップ」について日記を書いてほしい
というリクエストがあったので、テキトウに書いてみます。

私は電気を習ったことがない電気の素人(独学)ですので、
変なこと間違ったこと書くことが多いです。
この日記の内容を鵜呑みすることは危険なのでおやめください。
信じてはいけませんよ。(こう書いておかないと怒る人も居ます)

↓クリックで拡大できます

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掲題の「ブロガー」とは私のことです。
https://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/backnumber/2017/08/p095.pdf
この技術情報をコメントしましたら激しい反応が返ってきたのでした。
コメント応答ではなくブログ記事にされて・・・(この御方もブロガーだという事実は秘密です。最初の洗脳するなと言っている人とは別の人です。)



ブログ等で技術的なことを書くと「アンチ」な反応が生まれることがある。
そんなことの紹介でした。
前置きが長くなりましたのでそろそろ・・・・・

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■1.コイルの不思議

本題に入る前におさえておかないといけない事項があります。
それはコイル(トランス)の不思議についてです。
話すと長くなるので少しだけ。
下図はAudiodesingn社代表の大藤さんの著書「ケーブルを変える前に知りたい50のオーディオテクニック」から一部図を拝借して、テスターの絵を描き加えたものです。

右側を見てもらえるとわかるように、皆さんのアンプの電源トランス。
電源プラグをテスターで測ると0オームないし数オームの測定値が得られると思います。直流領域ではほとんど「ショート」しているのと同じなんですね。
でも、ショートしないのは商用電源が50ないし60Hzの交流なのと、電源トランスの「コア」のおかげです。

この「コア」の磁気の状態や、とんでもない入力でコアがその働きを失うと・・・大電流が流れます。一瞬だけ大電流が流れるのを「突入電流」とか「ラッシュカレント」とかいいます。
拙宅でもこれが起きると、部屋の明かりが一瞬暗くなります。
これは・・・直流領域で電気が流れたものと考えればいいです。
トランスって見た目にはただの銅線(0Ω)ですので、本来の姿(ただの銅線)として仕事をする場合もあるわけです。くるくる巻かれていると、通常時はコイルとしてのお仕事をします。
これ、とっても不思議ですよね。


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■2.スピーカーユニットのコイル

下図は楽天市場で売っていたスピーカーのボイスコイルです。
https://item.rakuten.co.jp/sotenco/a19032200ux0490/

コンデンサー型やハイルドライバーなど特殊なものを除けば、世の中のスピーカーは小学校中学年で習った電磁誘導を使ってピストンモーションしています。
とっても原始的です。
見てわかるように、銅線は決して太くないのですがコイルとして働いておれば?大丈夫です。それが直流流したら一気に発熱して、最悪は断線してしまうことが想像できるかもしれません。


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■3.アンプのクリップ

いよいよ本題です。
本当は良くないのですが書籍「真空管ギターアンプの工作・原理・設計 林正樹(著)」の222頁を転載して赤い線と文字を付け足したものが下図です。

上から順番に・・・見ていきます

クリックして拡大できます↓

クリックして拡大できます↓

コンセントの交流100Vを、電源トランスで降圧して整流平滑して
60Vの直流電源で構成されたらアンプの想定です。
電源が60Vなら、音声信号も出力できるのは60Vまでです。
それ以上の出力を出そうとすると・・・・天井にぶち当たる。そういうイメージです。

天井にぶち当たるとどうなるか? 天井は平らです。そう60Vの直流そのものになるのです。
実際は、信号の周波数(10Hzなのか20kHzなのか)によるのですが、低周波ほど危険なのは言うまでもありません。
この平らな部分、つまり直流が、スピーカーのボイスコイルを直撃すると
コイルにとって直流は  いや
直流にとってコイルは ただの電線なのでショート状態になって?大電流?が流れて電線が過熱します。放っておくと熱くなりすぎて断線してしまうでしょう。
コイルに直流はご法度です。

ツイーターなら?直流阻止のコンデンサーがあるから大丈夫・・・否。
この天井が真っ平のクリップ波形はほとんど、矩形波に近いので芳醇なほどに高調波を含んでいます。それも、アンプの電源そのもののフルスイング波形なので出力も相当なものです。こちらは逆に低周波ほど安全ですが、高周波でこのようなクリップが発生したなら大出力の高周波がツイーターを襲って焼けてしまうでしょう。ツイーター単体の許容入力(W)は実はとても小さいので、100Wのアンプの出力を全力で受けたら壊れてしまいます。


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■4.クリップしにくいアンプとは

結論からいえば、大出力アンプです。
http://yamaha.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/6914
上記URL(ヤマハのホームページ)から引用しますと
「出力が低いアンプを使用する場合は、アンプでクリップさせないようにご注意ください。スピーカーの許容入力より低い出力のアンプであっても、アンプでクリップしてしまうとスピーカードライバーを容易に破損させる可能性があります。」
https://mackie-jp.com/enews/?p=6290
上記URL(マッキーのホームページ)から引用しますと
「小さいアンプで大きなスピーカーを鳴らすことはクリップさせやすくし、スピーカー破損の危険性を高める原因になります。」
直流(DC)のスピーカープロテクションは通常のアンプに標準で?搭載されているはずですが、それは1Hzとか0.5Hzとか直流に近い超低周波あるいは本当に直流がずっと流れ続けるときにしか動作しません。1kHzで波形がクリップしていた場合なんかにはスピーカーを守ってくれないのです。(断続的な直流には無防備)
だからですかね?ツィーターだけ飛んだ中古スピーカーが世の中に多いのは。
※ヤフオクで中古のアンプを買うと発振した形跡のあるものが少なからずあります。発振すると発振止めの抵抗が激しく発熱するので色が変色。コンデンサーもダメージ。


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■5.超低音がウーファーを破壊する

これは市販のCDではあり得ないことなので気にしなくていいです。
破壊しそうな信号が入っているCDには注意書きがあります。
これは文章でグダグダ書くよりも、実際の動画を見てもらった方が早いです。
これから紹介するのは、破壊しそうな信号で破壊する動画ではありません。
普通の音楽ソースでスピーカーを破壊する動画です。
どんな音が出たときに、スピーカーが壊れるか注意してみてみてください。

===========400万回再生の割と人気の動画===============
https://youtu.be/6Rpy3C0sdPI
========================================================

*****************735万回再生の人気動画******************
https://youtu.be/TLB4Xmox4Jc
***********************************************************



----------おまけ(1000万回再生!!の洗濯機)---------
https://youtu.be/u1hnBv12-uk

https://youtu.be/sKZTdkvr4qo

https://youtu.be/dAXa3wTZjes
-----------------------------------------------------
日本ではなかなかお目にかかれないクラシック?な笑いのセンスです
こんな風に気取らず音楽を楽しみたいものですね~♪





【番外編】

↓こちらスピーカーではなくて、洗濯機の破壊
 (洗濯機に重さの偏るものは入れない方がよい)

★★★洗濯機に異物を入れてダンスパーティー★★★
Party Hard Washing Machine (Sandstorm Remix)
https://youtu.be/ZPusDLTV3vg
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★


.

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レス一覧

  1. nightwish_daisuさん、こんばんは。

    クリップについて書いていただき、ありがとうございます。

    実はクリップについて書いてもらったのは、同じCDの同じ曲で3回、右チャンネルから音が出なくなり、あれこれ触っても音が出ません。スピーカーケーブルやラインケーブルを付け替えたり。色々しました。朝、心配で音を出してみると、音が出ます。普通です。この間に共通なのは、アンプの電源を入れなおしたということです。

    それでこのCDは封印していたのですが、Amazon musicをサーフィンしているとたまたま同じアーティストの作品が多数登録されているのに気付き、3回のシャットダウンのことは忘れて、再生しました。別のアルバムです。今度は左チャンネルから音が出なくなりました。

    アーティストはGOMA、楽器はアボリジニの使うディジュリドゥです。かなりの低音が波打ちながら持続します。私はクラシックで勢いよく出す時は10dbくらい上げます。つまり20%くらい上げるわけですので、自分の中ではこのディジュリドゥの演奏だけ特別な音量ということではありません。

    なお、私は低音で揺れない床と壁を揺らすことに血道をあげている節がありますが、他のどんな作品でもこのような事態は起こっておりません。

    これはクリップ、ないし、直流の漏出のリスクを察知した、アンプの側のプロテクション機能が作用したと考えてよいのでしょうか?もしそうであるならば、対応策として、GOMA/ディジュリドゥを聴きたいという希望を通すならば、

    ①リミッターを下げる
    ②アンプには手出しせずに、サブウーファーを導入する
    ③逆起電流を処理するコンデンサーをスピーカーの側の端子につける

    どれが妥当でしょうか?もしよろしければ今回のように一般論として、つまり私の問題は度外視して、①〜③のそれぞれの選択の価値と無価値が分かるように、日記にしていただくことは可能でしょうか?

    面倒な注文ですいません。改めて日記で、アンプのリミッターの問題を取り上げてもらった方が画像もつけられて、おまけに、他の方も参考になるかと思ってのことです。nightさん、本当に分かりやすく、有益です。世のちんちくりんどもに負けないでくださいね。

    byベルイマン at2020-10-17 19:20

  2. あ、そうそう。「この日記の話を信じるな」には、ちょっと目眩がしました。「この看板を無視せよ」と書いてある看板の前でフリーズした感じです。(^^) 偉大な作家たちにも分からず屋が付き纏って、学問風の言い回しやただの中傷で、作家の寿命を多かれ少なかれ削ったものです。

    byベルイマン at2020-10-17 19:27

  3. あ、そうそうそう、のびーさんへのコメント良かったです。最後のところが、のびーさんが「叙情的」って言っているところですが、私はよく意味が分かっていません。なんでこんなこと言うんだろって。

    ただ、説明不要です。文系なので、感じますから。(爆) サイコミューで。(^^)

    byベルイマン at2020-10-17 19:53

  4. ベルイマンさん レスありがとうございます。

    恐らくではありますがプロテクション回路が作動していると思われます。
    拙宅のCW250Dも直流ではありませんが、ボリュームノブ大きめで開放した入力端子を指で触れるとマンションに響く超爆音の後プロテクションが作動して、コンセント抜いて少し(何秒か)待たないと復帰しません。ぶーーン音でプロテクション作動。最初、ボイスコイル切れたかと冷や汗が出ました(笑)。逆にこの確認が出来たことで、思う存分に安心して爆音出す事ができます!!プロテクションが守ってくれます。

    あ、アンプのリミッターいうか保護回路は様々なので日記にするのは無理です。AlliONならば保護回路の調整も可能と思われますので出水電気さんにご相談を。作動の閾値というか、検知する低周波の周波数を下げる報告に変更すれば良いでしょう。2Hz以下で作動だったら1Hzに落とすとか。これは、造り手でないと出来ません。

    bynightwish_daisu at2020-10-17 19:57

  5. nightwish_daisuさん、

    クリップで直流電圧が発生するのはそのクリップが通常上下非対称に起こるからです。

    クリップが上下完全に対称に起きた場合には、3次高調波が出るだけです。

    普通のピュア・コンプリメンタリのトランジスタアンプでは上側のNPNと下側のPNPの特性がそろわないのでクリップするときにどちらかが先にクリップします。
    クリップするような大パワーが加わっているときにさらに直流電圧が重畳するので非常に危険な状態になるということなのだと思います。

    DCアンプの場合、非対称クリップで発生した直流電圧はそれが保持されるのでより危険な状態になります。
    そういう意味で小出力のDCパワーアンプには注意が必要かもしれません。

    byK&K at2020-10-17 20:26

  6. ベルイマンさん レス修正再投稿していたら入れ違いになりました
    100Vの機器がオーディオルームで普通に使えるようになったら教えて下さいね( ^-^)。送りますので。

    bynightwish_daisu at2020-10-17 20:35

  7. K&Kさん 一歩踏み込んだレスありがとうございます。
    大筋、仰る通りだと思います。補足感謝しますφ(..)メモメモ

    大筋としましたことについて補足します。
    アンプで矩形波を再生します。10Hzか5Hzか・・・アンプのプロテクションが作動します。矩形波はクリップ波形に近いもので、スペクトルをみてもやはり大量の奇数次高調波を含んでいます。
    それが上下対照にクリップした場合には、出てくるのは3次高調波だけというのが、今現在のわたしの頭では直感的に理解出来ずにいます。薄々、負帰還があれば出力にそのままクリップ波形が出て来る事は避けられるのかも?とは感じていますが・・・


    ベルイマンさん宛て:
    K&Kさんの上下完全対象に山が潰れた場合のお話し、次回の「唸るトランス」にあるOffiice大益さん引用の図がイメージにかなり近いです。
    こういう、上下の山の片方が潰れた波形は2次の歪み。偶数次歪みともいうかもしれなくて、真空管アンプによくあるもの。かたちがいびつでも聴感上はあまり分からない。(自然界にそもそも上下対照な波形があるのか???という話題も)。その一方で、コンマ数字パーセントでもあると耳障りに感じるとされるのが、奇数次の歪み(K&Kさんの書かれた3次歪みもそれに該当)らしいです。ネットで枝知識ですので、正しいかどうかは分かりません(^^;)

    bynightwish_daisu at2020-10-17 21:12

  8. nightwish_daisuさん、

    私のコメントですがひとつ訂正させてください。

    >クリップが上下完全に対称に起きた場合には、3次高調波が出るだけです。

    これはの記述の「3次高調波」は誤りで正しくはご指摘の通り「奇数次高調波」です。
    ゴメンナサイ。

    byK&K at2020-10-17 21:21

  9. K&Kさん レスありがとうございます
    パワーアンプをクリップさせてみようとダミーロードの抵抗を探していたところでした(爆)
    情報ありがとうございます m(_ _)m

    bynightwish_daisu at2020-10-17 21:28

  10. 議論が進行して、お2人が言っていることを5分の1くらいしか理解できていないですが、嬉しいです。WELLDELTAの調整中です。ほぼ日課ですね。我が家では諸般の事情から時間がかかります。

    nightさん、島元代表は音源と一緒にアンプを見ないと分からないが、リミッターを下げるのは、システムの安全性を下げることになる恐れがある。今度、見てみるから、と言ってくれています。私はこのリスクがどんなものか具体的に知りたいと思っています。

    ぷりぷりのフルテック・バージン100Vが、母分電盤から3回路回してあります!サブウーファーをぶすっといきますか!ただ問題をよく理解したいです。特にリミッターの意味を把握したいです。


    K&Kさん、night氏がスレ主ですが、嬉しいです。①〜③の選択肢はいかがでしょう?

    byベルイマン at2020-10-17 22:23

  11. アンプについては素人なので外したらスミマセン。

    電圧でクリップしてるのではなくて、電流がアンプ想定を超えて保護回路が働いているのではないでしょうか?
    ベルイマンさんお使いのスピーカーとは違いますがsopra no3のインピーダンスカーブを見ると90Hz付近で3Ωを切っています。
    低インピーダンスになってる周波数がたっぷり入ったCDを大音量でかけるとアンプにはかなり厳しい状況になるはずです。

    byassi at2020-10-18 12:10

  12. assiさん 情報ありがとうございます。

    たしかにアンプにどんな保護があるか次第ですね。

    ・過電流保護回路 :過負荷・出力短絡時にオーバードライブを防ぐ。
    ・過温度保護回路 :電源回路・出力回路の異常加熱を防ぐ。
    ・スピーカー保護回路 :出力回路異常時に出力を遮断し、スピーカーを保護する。直流(DC)漏れもこの回路で保護かな。

    クリップが起きたとき保護するというのは、
    日記の中やレス内に書いていた感じですがそんな保護回路は売っていません。(売っていないというのは、自作パーツとして見掛けないという意味。)
    言うは易しですが作ると面倒なのかもです。
    入力波形と出力波形を比較して大きく外れたらプロテクション作動か、
    過電流を検知してプロテクション作動な現時点的なところですよね。たぶん。
    特に前者は歪み率計を追加するようなものなのでコスト高。

    ベルイマンさんの特定のCDで音が出なくなる件は
    アンプのどこの保護機能が働いてスピーカーとの接続を遮断しているのか、
    先ずはその確認が最初でした。クリップかどうかはその時かそれより後の話。

    bynightwish_daisu at2020-10-18 13:08

  13. 横レスお許しください。

    ベルイマンさん、

    保護回路が働く原因はnightwish_daisuさんのおっしゃる通り、アンプ屋さんの見解をもらうしかないと思いますが、原因についてはassiさんの推測に一票。

    まれな例ではありますが、音源によってクリップした波形を修正せずに出しているものもありますので件の音源にも異常な低音が含まれているのかもしれません。
    私だったらその音源は無視するような気がします。
    どうしてもこの音源を聴きたい場合にはリッピングして波形分析して危険な低周波があればそれを除去します。
    波形編集ソフトが必要なので一般的な方法ではありませんが…
    これは著作権に触れる可能性がありますので個人的に利用する場合に限られます。

    ①〜③の選択肢については、
    ①原因を理解してから行わないと危険すぎます
    ②サブウーファを使う場合はメイン側にサブウーファ帯域を除去するLPFを入れないと効果がないと思います。また今度はサブウーファが危険にさらされる可能性があります。
    ③ほとんど意味がないと思います。個人的見解ですが逆起電力は十分な電流供給能力を持つ強力なアンプでねじ伏せるしか手がないと思っています。アクセサリー的なものを付加する対策には無理があります。

    byK&K at2020-10-18 13:28

  14. K&Kさん 簡潔で分かりやすいレス感謝です!!

    ベルイマンさん宛て:
    K&Kさんの①~③のご回答、私も全く同意見です !(^^)!

    加えて可能性はゼロに等しいですが、送り出し機器、たとえばDACがクリップ波形を出す事もあります。設計段階での電源電圧不足が原因。
    ↓こういうのです
    https://ameblo.jp/nightwish-daisuki/entry-12468900550.html
    造り手に委ねましょう~♪

    bynightwish_daisu at2020-10-18 13:52

  15. nightさん、K&Kさん、assiさん、おはようございます。

    非常に有益な情報をありがとうございます。一つだけ報告をさせていただきます。

    キングクリムゾンの21st century schizoid manのブルーレイ版を聴きました。やばいな、これはと思いました。曲もアンプも。2回再生に成功しました。ギラギラのディストーションがたまりません。3回目の再生でダウンです。4回目は一瞬で止まりました。(間を空けて再生しています。)

    ディジュリドゥだけの問題ではなくなったので、特定の音源を避けるのではなく、前向き機材の問題に対処することにいたします。

    ありがとうございました。また教えてください。よろしくお願いします。

    byベルイマン at2020-10-19 08:50

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