スピーカー駆動を考える
私にしては前回からずいぶん早い更新ですが、実はこれが書きたくて、前回はその前振りでした。
今回は、 スピーカー駆動は電圧ベースと電流ベースどっちで駆動するべきかと言うのがお題です。
アンプの出力特性
世のオーディオ用アンプの殆どは、入力された信号に比例した「電圧を出力」する電圧出力型（定電圧駆動型）アンプです。
が、中には入力信号に比例した「電流を出力」する電流出力型（定電流駆動型）アンプというものもありまして、当ブログにも時々登場したりします。
また、入力信号に対して出力電力が比例すると謳った電力アンプなるものもあったりします。
定電流駆動型アンプも、電力アンプも、どちらも圧倒的少数派です。
言い方を変えると、大多数のアンプは電圧源ですが、ごく少数、電流源のアンプが存在します。
スピーカーの動作原理を考える。
一般的なスピーカーの構造は、コイルを巻いたボビン（糸巻き）を振動板に連結し、コイルが磁界の中に置かれています。
このコイルはボイスコイルと呼ばれます。
ボイスコイルにアンプから出力される信号を入れるとコイルが振動し、連結された振動板がつられて振動することで電気信号が音に変換されます。
ボイスコイルに発生する力は、電磁場中で運動する荷電粒子が受ける力（ローレンツ力）とか、磁界中の電線に電流を流すと電線が力を受ける「フレミングの左手の法則」で説明できますね。
スピーカーの振動板は、コイルに流れる電流によって生じる力で駆動されます。
そう。「電流」です。
電流出力（定電流駆動）型アンプ優位論
一部の方が、スピーカー駆動においては定電流駆動型アンプが優位であると主張される根拠は、このスピーカーの動作原理によるものの様です。
曰く、振動板を動かす力はコイルに流れた「電流に比例」するものであるから、アンプの出力は「電流」基準で考えるべきである。というものです。
例えば、公称インピーダンス8Ωのフルレンジユニットを使った密閉型スピーカーのインピーダンス特性は、低域共振周波数で数10Ωの山を作り1〜2kHz付近で8Ω弱まで下がりその後高域になるにつれて上昇し20kHzでは再び数10Ωになります。
電流出力型アンプならば、このスピーカーの周波数によるインピーダンスの違いはもちろん、動作状態における動的なインピーダンスの変動や逆起電力の発生があっても、信号に比例した電流をボイスコイルに（強制的に）流し続けるので、スピーカーを正確に駆動できる。
しかし、大多数を占める電圧出力型のアンプでは、スピーカーのインピーダンスにかかわらずスピーカーにかかる電圧が変動しないため、インピーダンが上昇する（抵抗が大きくなる）低域共振周波数と高域にかけては、最低インピーダンスの周波数に比べてボイスコイルに流れる電流が減少する上に、動的なインピーダンス変動や逆起電力によってボイスコイルに流れる電流が変化してしまい、信号に比例した振動板の駆動力が得られない。
なんだかとても説得力がありそうな感じですが、どうでしょうか。。
電圧出力（定電圧駆動）型アンプ優位論
では、世の中の殆どを占める電圧出力（定電圧駆動）型アンプの主張はどうでしょうか。
こちらは原理的と言うより現実的な話として、まずは規格に根拠を求めます。
以下抜粋しますと、
日本工業規格 JIS C 5532:2014 音響システム用スピーカ
21.1 周波数レスポンス
21.1.2 測定法
21.1.2.2 定電圧の帯域ノイズ信号又は正弦波信号をスピーカに加える。
とあります。
スピーカーメーカーは、その結果をカタログに記載し周波数レスポンスのフラットさを謳う訳です。
つまり、オーディオ用のスピーカーは、定電圧駆動（電圧出力）型アンプを前提として作られているので、定電流駆動型のアンプではまともな特性が得られない。
と言う具合に、優位とかどうとか言う以前に門前払いです。（笑）
また、動作原理的な部分でいうと、スピーカーにはユニットのサスペンション機構や、キャビネットで構成される空間にある空気による、固有の振動しやすい周波数（共振周波数）があります。（空気はバネとして働く性質があります。）
このバネの働きが強くなる共振周波数では、そのままでは振動が減衰しにくく尾を引くので信号通りの動きが出来なくなるため、適切なダンプ（制動）を掛ける必要があります。
この余計な振動を制動するには、ユニットサスペンションのダンパー、キャビネット構造や吸音材による空気バネ成分の制動のほか、ユニットのコイルに流れる電流による電磁的な制動が有効な手段となります。
電磁的な制動は「コイルの両端をショート」して、振動板が共振周波数で勝手に振動した事で発生する電流をすべて流してしまう事で、勝手な振動とは逆向きの力を発生させて打ち消させることで実現します。
スピーカー端子に何も繋がずユニット（マルチウェイの場合はウーファー）を小突いたとき「ボン・ボン」と言う音が、端子をショートすると「ボ・ボ」と後に引かなくなるのが分かると思います。
これがまさしく電磁制動がかかった状態です。
しかし、アンプからの信号を受けつつコイル両端（スピーカー端子のプラスとマイナス）をショートするなんて、実際の配線では出来っこないですね。
スピーカー端子をショートしてしまうとアンプの出力端子をショートしてるのと一緒ですから、音が出ない上にアンプのプロテクターが働くか、壊れます。
ではどうするか。
定電圧駆動型アンプなら何もしなくて良いのです。
定電圧駆動型アンプの理想的な出力インピーダンスは「0Ω」です。
スピーカーから見てアンプの出力インピーダンスが0Ωと言う事は、スピーカーが余計な振動で起こした逆起電力をアンプが飲み込んで流してくれますので、電圧出力型アンプを使うと言う事は端子をショートしたのと等価になります。
スピーカーに余計な振動をさせず、音楽信号の通りの動きをさせるには定電圧出力型のアンプで電磁的な制動（ダンプ）を掛ける必要があり、出力インピーダンスの高い（理想的には無限大の）電流出力型のアンプではスピーカーの電磁的なダンプが全く掛からず、スピーカーが共振周波数で勝手な動きをして信号通りの振動をしなくなる。
と言う主張です。
こちらも説得力ありそうですね。。
定電力（出力）型アンプ優位論
こちらは、実際に音の大きさに変換されるのは電圧でも電流でもなく「電力」に比例されるのだから、スピーカーのインピーダンスに関わらず電力一定であるべき。
また、スピーカーの周波数レスポンスの測定信号は「消費電力1Wに相当する電圧」だからインピーダンスカーブにそって周波数ごとに測定電圧が違うから、アンプの出力は定電力型であるべきと主張されている方（サイト）もいらっしゃいます。
この方がおっしゃっている測定方法は、一般社団法人 電子情報技術産業協会（JEITA）のそれを指していると思われ、確かにそこには「消費電力1W相当の電圧」と書かれているのですが、「そのスピーカーの公称インピーダンスにおける」と言う記述が直近にないため、勘違いされちゃってるのかと思います。
JISにある通り、スピーカーの周波数レスポンス測定は定電圧で行います。
JEITA基準はJISの補足みたいなものと考えて読まないと、JISに記載されている部分が暗黙の前提として結構な割合で抜けてるので読みにくいのは確かですが、2014年のJIS C 5532の改正が、実はJEITAの方から改善してと言われて改正したらしいのを考えると、JEITA基準の記述ってどうよ？とは思います。
正確に定電力で駆動するには、スピーカーのインピーダンスがフラットであるか、インピーダンス特性にぴったり合わせたイコライジングをする必要があり、普通のスピーカーに出力インピーダンスが一定の場合はどうしても誤差が出ますし、そもそも測定は定電力ではないので、これではカタログ通りの特性も得られません。
ということで、定電力型アンプは考え方としては面白いのですが、ややこしいので今回は考慮から外させていただきます。
定電流駆動型アンプを使うには。。
原理主義的にスピーカー駆動を考えると定電流駆動型アンプを使いたくなったりしますが、現実には様々な問題が発生します。
まず定電流駆動型アンプ優位論では「共振」の存在が忘れられています。
JISにもある通り、一般にスピーカーは「定電圧駆動される前提」で作られています。
これは、揺れやすく止まりにくい低域共振周波数では、共振により発生する逆起電力（アンプから供給されるのとは逆向きの電流）でインピーダンスが上がり、同じ電圧では少しの電流しか流れませんが、この状態で必要な振幅（音圧）が得られる様に出来ていると言い換えることが出来ます。
さらに、高域に行くに従い自己インダクタンスでインピーダンスが上昇しますので、ここにお構い無しに電流を流してしまうとインピーダンスが高い周波数でとんでもない振幅になってしまいます。
例えば一般的なフルレンジスピーカーに定電流駆動型アンプを組み合わせると、ボヨンボヨンの低域にキンキンの高域（ドンシャリというか、ボンシャリ）となり、最悪ユニットを破損させてしまいます。
（実際、知人が定電流駆動アンプとフルレンジでオーバーストロークさせてユニットを飛ばしました。）
これを防ぐには、スピーカーユニットの機械的なダンプを強化し、共振しないようにしてインピーダンス上昇を押さえ込む必要があります。
高域のインピーダンス上昇は自己インダクタンス起因なので簡単には抑えられません。というか、ダンプを強めて振動しにくくなると逆にインピーダンスが上がりますが、定電流駆動での電圧上昇による音圧上昇と相殺してフラットに持っていけます。
実際に、そのような設計のスピーカーも存在します。
逆に、定電流駆動用に作られたスピーカーを定電圧駆動すると、低域はインピーダンスが低いのである程度電流が流れますが、インピーダンスが上昇する高域では電流が不足して機械的なダンプと合わさり音圧が下がり、見事なハイ落ち特性になります。
出力インピーダンスが高い真空管アンプを使う事でかなりカバー出来ますが、まともな定電流駆動型アンプほど迫力のあるサウンドにはなりません。
さらに定電流駆動型アンプでは使いにくい（と言うよりおかしな事になる）のが、パッシブ型ディバイディングネットワークのマルチウエイスピーカー（いわゆるネットワーク内蔵型の２ウェイ、３ウェイと言ったスピーカー）と組み合わせた場合です。
例えば、ツイーターには通常ユニットに直列にコンデンサーを入れて、コンデンサーの低域インピーダンス上昇によってユニットに掛かる低域の電圧を下げ電流を減らす訳ですが、定電流駆動型アンプではどんなインピーダンスであろうと同じだけの電流を流そうとしますので、素子を直列に入れてもツイーターにかかる電流に変化は起きず、フィルターとして機能しません。
ウーファーに直列にコイルを入れた場合も同様です。
また、ウーファーとツイーターの回路は通常並列に接続されます。
定電圧駆動型のアンプなら並列に繋いで合成インピーダンスが変動してもそれぞれの回路に掛かる電圧は変動せず、その後それぞれフィルターを掛ける事で所定の帯域をユニットに供給させられるのですが、定電流駆動型アンプ場合、並列に接続された回路により合成インピーダンスが変動してしまうと合成インピーダンスに従った電圧しか回路に掛からなくなります。
定電流駆動型アンプを使って定電圧駆動型アンプと同様な周波数分割効果とアンプへの負荷を実現しようとしたら、ディバイディングネットワークは直列と並列、コンデンサーとコイルを入れ替えて組む必要があります。
加えて、定電流駆動型アンプの場合、出力インピーダンスがとても高いため、スピーカーケーブルの使い方（特性）も考える必要があります。
定電流駆動型のアンプは、特殊な特性であることから一般的には大変扱いにくいものですが、それ用のスピーカーと組合わさったの時サウンドはとても魅力的なものでもあります。
選択肢がほとんどないのが残念なくらいです。
定電流駆動型アンプが原理主義的なら、定電圧駆動型アンプは現実主義的なのでしょうか？
より現実的ではあるのですが、残念なことにどれもこれも一緒というわけにもいかない様です。
まず、定電圧駆動型アンプと言っても実際の出力インピーダンスは0Ωではありません。
これを追求していくと、ダンピングファクター競争になります。
実は、トランジスタアンプはNFBによってダンピングファクターを上げる（出力インピーダンスを下げる）ことが比較的容易です。
アンプ単体のダンピングファクター1000（出力インピーダンス8mΩ）なんていうのも可能です。
ただ、このレベルになると数mのスピーカーケーブルと接点の接触抵抗によるインピーダンス（数10mΩ）の方が大きくなってしまい、大した意味をなさなくなります。
スピーカーから見たアンプの実質的な出力インピーダンスを低くするには、スピーカーコイル直近にアンプがあることです。
（パワードスピーカーが有利とされる理由の一つがこれです。）
また、古のトリオのΣドライブとか、オーレックスのクリーンドライブ（Λループ）とかは、アンプは近くに持っていけないけどNFBの検出点をスピーカー直近に持っていくことで、スピーカーケーブルのインピーダンスをNFBループに取り込んでスピーカーケーブルの存在を無効化してしまうことを目論んだものでした。
問題は、アンプのダンピングファクターは電磁的な制動力を示していてスピーカーの駆動力を示してる訳ではなく、やみくもに大きければよいかというとそうではないことと、スピーカーの方も定電圧駆動前提とはいえ銘柄によって実際の（特に低域の）特性に大きな違いがあることです。
例えば、昔々の真空管アンプ時代のスピーカーは供給される電力の限界が低く、素の真空管アンプは出力インピーダンスが高く、出力トランスで電圧とインピーダンスを下げる必要があることから、おのずと出力インピーダンスの低減に限界があります。
このため、極力振動系の質量を小さく磁気系を強力にした、感度（効率）の高いユニットが必要なのですが、単純に振動系質量を小さくして感度を上げただけでは真空管アンプの出力インピーダンスでは電磁制動が効きにくく反応の鈍い緩い音になってしまうため、磁気的、機械的なダンプを強くした、いわゆるオーバーダンプ系のユニットであることも必要な要素でした。
このようなローマス、ローコンプライアンスのオーバーダンプなスピーカーユニットやシステムをトランジスタアンプのようにダンピングファクターの大きいアンプで駆動した場合、特に先ほどのΣドライブやらΛループなど使おうものなら、電磁制動が効きすぎて、低域の音圧が不足し、高域もインピーダンス上昇によるレベル低下を起こし、かまぼこ型の周波数特性の平板で迫力も伸びもないつまらな〜〜い音になること請け合いです。
逆に、トランジスタアンプは大きな出力電力が得られることと、出力インピーダンスを相当に下げることが可能なことから、スピーカーの能率はあまり重要ではなく、振動系を少々重くしてダンパーを緩くしても電磁的に充分な制動が掛かるため、比較的低い周波数まで特性劣化なしに音圧を維持することが可能となります。
このようなハイマス、ハイコンプライアンスなユニットやシステムを出力インピーダンスが高めの真空管アンプでドライブすると、ダンプが効かずにブーミーで締りのない低域と、インピーダンスが高くなる高域のレベル上昇で、ドンシャリな音になること請け合いです。
真空管アンプを信奉される方がトランジスタアンプを低域も高域も出ないつまらない物と仰ったり、トランジスタアンプ信奉者が真空管アンプを緩くて寝ぼけてるなどと仰るのは、このように組み合わせるスピーカーを間違えてることが多いのではないかと想定しています。
ベテランの方がトランジスタアンプでもNFBを多く掛けると音がつまらなくなるとも言われますが、かなりの部分はこの特性に依存してるのではないかと個人的には思っています。
また近代的なスピーカーを真空管アンプでドライブして緩くて寝ぼけた音を「真空管らしい柔らかい音」と勘違いされてる向きもあったりするのは残念至極だったりします。
結局、定電流駆動と定電圧駆動とか、ダンピングファクターの大小とかで、どちらが優れてるとか劣ってるとかいうことはなく、良いも悪いもアンプとスピーカーの組み合わせ次第であると考えます。
そう思うと雑誌やメディアの評論記事が抽象的な表現ばかりに終始しているのも残念でなりません。
もちろん感性の部分の否定ではなく、そもそもその組み合わせで発生する特性の違いや変化に起因するのか、製品自体の特徴なのかの違いが記事からはほとんど読み取れないことが残念なのです。
試聴機材を何でもバラバラにしちゃう某誌でさえ、回路図起こしまでしておきながら組み合わせた時の特性変化とかの考慮なしのレビューが多かったりします。
もっとも、それだと身も蓋もないレビューだらけになっちゃう危惧もあるわけですが。。（苦笑）
余談ですが、
真空管もトランジスタも、本質的には電流出力型のデバイスです。
大雑把にいうと、真空管は主に出力トランスで、トランジスタは回路構成とNFBなどで、それぞれパーツと回路の工夫でインピーダンスを下げ、電圧出力に近づくようにしています。
初期のトランジスタアンプに、DEPPという真空管のプッシュプルと同じ様な構成の回路がありましたが、これなどはコレクタ電流が出力トランスを介して負荷に流れる、まさしく電流出力型の回路そのものでした。
真空管だと電圧を下げる際にインピーダンスも下がりますが、トランジスタなので元の電圧が低く、トランスも降圧動作なしインピーダンス変換もなしの、トランジスタへの電源供給とプッシュプル合成だけになりますので、出力特性も電流出力型になります。
最近の定電流駆動型のアンプは、NFBループ内にスピーカーを入れちゃう（NFB検出点を抵抗負荷にして、検出点で定電圧＝抵抗なので電流も一定な特性となる）ことで定電流特性を実現するものが多いのですが、某社の定電流駆動型アンプはMOSFET2個1段構成の古典的ともいえるトランス結合のDEPPです。
芸術的ともいえる回路なのですが、いかんせん使いにくいのが玉に瑕。
どんなに低いインピーダンスのスピーカーでもドライブできることから、実はアポジーなどの超低インピーダンスなリボンスピーカーにはぴったりだと思うのですが、どうでしょうか。。
更に余談ですが、
古い大型のスピーカー（アルテックや4320以前のJBLなど）や、ローマス/オーバーダンプ系ユニットを使ったスピーカーをトランジスタアンプで駆動してて、ローとハイの音圧が足りずにスカスカモコモコモだな〜〜と思ったら、2〜3Ω位の10Wセメント抵抗を直列に繋ぐと、大抵ローとハイの音圧が上がって来ます。
なお、セメント抵抗の直列挿入を試すときは、連続大音量では抵抗が過熱して危険です。安全の保障は出来ませんので、自己責任のもと、ほどほどの音量でお試しください。
セッティングでは追い込めないほどのレベル不足が感じられ、上記抵抗挿入で改善がみられる場合、アンプやスピーカーが悪いのではなく「組み合わせが悪いだけ」ですので、スピーカーが気に入ってるのでしたら真空管アンプへの乗り換え、アンプが気に入ってるのでしたら低音が良く出るハイマス系ユニットのスピーカーへの乗り換えの検討をお勧めします。
ちなみに、私は真空管アンプよりトランジスタアンプが好きです。
真空管アンプを維持する技術も経済的な余裕もないのがその理由のほとんどですが。。（笑）