スピーカー

スピーカー（一般的にはスピーカー、より正確にはスピーカーシステムと呼ばれる）は、1つ以上のスピーカードライバー、エンクロージャー、および電気接続（クロスオーバーネットワークを含む場合もある）の組み合わせです。スピーカードライバーは、電気音響変換器^{[1] ：597}であり、電気オーディオ信号を対応する音に変換します。^[2]

ドライバーは、振動板に接続されたリニアモーターです。振動板はモーターの動きを伝達し、空気を動かして音を出します。通常、マイク、録音、ラジオ放送から発信されるオーディオ信号は、モーターを駆動するのに十分な電力レベルまで電子的に増幅され、増幅されていない元の信号に対応する音が再生されます。このプロセスは、マイクの逆の働きをします。実際、最も一般的なタイプのダイナミックスピーカードライバーは、発電機として逆に動作するダイナミックマイクと同じ基本構成を共有しています。

ダイナミックスピーカーは、1925年にエドワード・W・ケロッグとチェスター・W・ライスによって発明されました。オーディオ信号からの電流がボイスコイル（永久磁石によって生成される集中磁場を含む円筒形の隙間を軸方向に移動できるワイヤのコイル）を通過すると、コイルはファラデーの電磁誘導の法則により急速に前後に動かされ、空気と接触した振動板またはスピーカーコーン（通常は頑丈さのために円錐形になっている）に付着して音波を生成します。ダイナミックスピーカーに加えて、電気信号から音を作成するための他のいくつかの技術が可能であり、そのうちのいくつかは商業的に使用されています。

スピーカーが効率よく音を出すためには、特に低周波では、スピーカー ドライバーをバフルして、背面から発せられる音が前面からの（意図された）音を打ち消さないようにする必要があります。これは通常、スピーカー エンクロージャまたはスピーカー キャビネットの形をとります。これは多くの場合木製の長方形の箱ですが、金属やプラスチックの場合もあります。エンクロージャの設計は音響的に重要な役割を果たし、結果として得られる音質を決定します。ほとんどのハイファイスピーカー システム（右の写真）には、2 種類以上のスピーカー ドライバーが含まれており、それぞれが可聴周波数範囲の一部に特化しています。最高オーディオ周波数を再生できる小型のドライバーはツイーター、中周波用のドライバーはミッドレンジドライバー、低周波用のドライバーはウーファーと呼ばれます。最低周波数（20～50  Hz ）の再生は、多くの場合専用の（大きな）エンクロージャに入った、いわゆるサブウーファーによって増強されることがあります。 2 ウェイまたは 3 ウェイ スピーカー システム (2 つまたは 3 つの異なる周波数範囲をカバーするドライバーを備えたシステム) には、クロスオーバー ネットワークと呼ばれる少量のパッシブ エレクトロニクスがあり、電子信号のコンポーネントを、それらの周波数を最もよく再生できるスピーカー ドライバーに導くのに役立ちます。いわゆるパワードスピーカーシステムでは、スピーカー ドライバーに実際に電力を供給するパワー アンプが筐体自体に組み込まれています。これらは、特にコンピューター スピーカーとしてますます一般的になっています。

小型スピーカーは、ラジオ、テレビ、ポータブルオーディオプレーヤー、パソコン（パソコンスピーカー）、ヘッドホン、イヤホンなどの機器に使用されています。大型で音量の大きいスピーカーシステムは、家庭用Hi-Fiシステム（ステレオ）、電子楽器、劇場やコンサートホールの音響設備、拡声システムなどに使用されています。

スピーカーという用語は、個々のトランスデューサー (ドライバーとも呼ばれる) を指す場合もあれば、エンクロージャーと 1 つ以上のドライバー で構成される完全なスピーカー システムを指す場合もあります。

広範囲の周波数を均一に適切かつ正確に再現するために、ほとんどのスピーカー システムでは、特に高音圧レベル(SPL) や最高精度を実現するために、複数のドライバーが使用されています。個別のドライバーは、異なる周波数範囲を再現するために使用されています。ドライバーは、サブウーファー(非常に低い周波数用)、ウーファー(低周波数用)、ミッドレンジ スピーカー(中周波数用)、ツイーター(高周波数用)、および最高可聴周波数以上に対応するスーパーツイーターと呼ばれることもあります。さまざまなスピーカー ドライバーの用語は、アプリケーションによって異なります。2 ウェイ システムにはミッドレンジ ドライバーがないため、ミッドレンジの音を再現するタスクは、ウーファーとツイーターの間で分割されます。システムで複数のドライバーが使用されている場合、オーディオ クロスオーバーと呼ばれるフィルター ネットワークが、入力信号を異なる周波数範囲に分離し、適切なドライバーにルーティングします。n個の独立した周波数帯域を持つスピーカー システムは、n ウェイ スピーカーと呼ばれます。2 ウェイ システムにはウーファーとツイーターがあります。 3 ウェイ システムでは、ウーファー、ミッドレンジ、ツイーターを使用します。写真のようなタイプのスピーカー ドライバーは、可動鉄心スピーカーや圧電システムまたは静電システムを使用するスピーカーなどの他の種類のスピーカーと区別するために、ダイナミック(エレクトロダイナミックの略) と呼ばれます。

ヨハン・フィリップ・ライスは1861年に彼の電話機に電気スピーカーを取り付けた。それは明瞭な音色を再現できたが、後の改良によりこもった会話も再現できるようになった。^[3] アレクサンダー・グラハム・ベルは1876年に彼の電話機に搭載する最初の電気スピーカー（明瞭な会話を再現できる可動鉄片型）の特許を取得し、1877年にはエルンスト・シーメンスが改良版を発表した。この頃、トーマス・エジソンは初期の円筒蓄音機の増幅機構として圧縮空気を使用するシステムで英国特許を取得していたが、最終的にはスタイラスに取り付けられた膜で駆動するおなじみの金属ホーンに落ち着いた。1898年、ホレス・ショートは圧縮空気で駆動するスピーカーの設計の特許を取得した。その後、彼はその権利をチャールズ・パーソンズに売却し、パーソンズは1910年までにさらにいくつかの英国特許を取得しました。ビクター・トーキング・マシン・カンパニーやパテなど、いくつかの企業は、圧縮空気スピーカーを使用したレコードプレーヤーを製造しました。圧縮空気の設計は、音質が悪く、小音量で音を再生できないため、大きな制限があります。この設計のバリエーションは拡声用途に使用され、最近では、他のバリエーションが、ロケットの打ち上げによって生じる非常に大きな音と振動レベルに対する宇宙機器の耐性をテストするために使用されています。^[4]

最初の実験的なムービングコイル（ダイナミックとも呼ばれる）スピーカーは、 1898年にオリバー・ロッジによって発明されました。^[5]最初の実用的なムービングコイルスピーカーは、1915年にデンマークのエンジニアであるピーター・L・ジェンセンとエドウィン・プリダムによってカリフォルニア州ナパで製造されました。 ^[6] 以前のスピーカーと同様に、これらは小さな振動板によって生成された音を増幅するためにホーンを使用していました。ジェンセンは特許を拒否されました。電話会社への製品の販売に失敗し、1915年にターゲット市場をラジオと拡声システムに変更し、製品をマグナボックスと名付けました。ジェンセンは、スピーカーの発明後何年もマグナボックス社の共同所有者でした。^[7]

今日のスピーカーで一般的に使用されているムービングコイルの原理は、1925年にエドワード・W・ケロッグとチェスター・W・ライスによって特許取得されました。以前の試みとライスとケロッグの特許との主な違いは、機械的パラメータを調整して、適度にフラットな周波数応答を実現することです。^[8]

これらの最初のスピーカーでは電磁石が使用されていました。これは、大型で強力な永久磁石が一般に手頃な価格で入手できなかったためです。電磁石のコイルはフィールドコイルと呼ばれ、ドライバーへの2番目の接続ペアを通る電流によって励磁されます。この巻線は通常、2つの役割を果たし、チョークコイルとしても機能し、スピーカーが接続されているアンプの電源をフィルタリングします。[ 9 ]電流^のACリップルは、チョークコイルを通過することによって減衰します。ただし、ACライン周波数はボイスコイルに送られるオーディオ信号を変調し、可聴ハム音に加算される傾向がありました。1930年にジェンセンは最初の商用固定磁石スピーカーを発表しましたが、当時の大きく重い鉄の磁石は非実用的であり、第二次世界大戦後に軽量のアルニコ磁石が広く利用できるようになるまで、フィールドコイルスピーカーが主流でした。

1930年代には、スピーカーメーカーは、周波数応答を改善し、音圧レベルを上げるために、それぞれ異なる周波数範囲に最適化された2つまたは3つのドライバーまたはドライバーセットを組み合わせ始めました。^[10] 1937年には、映画業界標準の最初のスピーカーシステムである2ウェイシステム「劇場用シアラーホーンシステム」^[11]がメトロゴールドウィンメイヤーによって導入されました。このスピーカーは、4つの15インチ低周波ドライバー、375 Hzに設定されたクロスオーバーネットワーク、および高周波を提供する2つのコンプレッションドライバーを備えた単一のマルチセルラーホーンを使用していました。ジョン・ケネス・ヒリアード、ジェームズ・ブルフ・ランシング、ダグラス・シアラーの3人がこのシステムの作成に携わりました。1939年のニューヨーク万国博覧会では、非常に大きな双方向拡声システムがフラッシングメドウズの塔に設置されました。8つの27インチ低周波ドライバーは、シナウダグラフの主任エンジニアであったルディ・ボザックによって設計されました。高周波ドライバーはウェスタン・エレクトリック製と思われます。^[12]

アルテック・ランシングは1943年に604を発表した。これは同社の最も有名な同軸デュプレックス・ドライバーとなった。これは高周波ホーンを組み込んでおり、15インチのウーファーのポールピースの穴を通して音を送り、点音源に近い音を実現した。^[13]アルテックの「Voice of the Theatre」スピーカーシステムは1945年に初めて販売され、映画館で必要な高出力レベルでより一貫性と明瞭性を提供した。^[14]映画芸術科学アカデミーはすぐにその音響特性のテストを開始し、 1955年に映画業界の標準とした。 ^[15]

1954年、エドガー・ヴィルチャーはスピーカー設計の音響サスペンション原理を開発しました。これにより、大型キャビネットに取り付けられたドライバーから得られるものよりも優れた低音レスポンスが可能になりました。^[16]ヴィル チャーとパートナーのヘンリー・クロスは、この原理を使用したスピーカーシステムを製造および販売するためにアコースティック・リサーチ社を設立しました。^[17] その後、エンクロージャーの設計と材料の継続的な開発により、聴覚が大幅に改善されました。^[18]

現代のダイナミックドライバーとそれを採用したスピーカーにおけるこれまでの最も注目すべき改良点は、コーン材料の改良、より高温の接着剤の導入、永久磁石材料の改良、測定技術の改良、コンピュータ支援設計、有限要素解析である。低周波では、1970年代初頭から、 Thiele/Smallパラメータ電気ネットワーク理論がベースドライバーとエンクロージャーの相乗効果を最適化するために使用されてきた。 ^[19]

スピーカーシステムの設計には、音色や音質の主観的な知覚、測定、実験が関わってきます。^{[23] [24] [25]}設計を調整して性能を向上させる作業は、磁気、音響、機械、電気、材料科学の理論を組み合わせて行われ、高精度の測定と熟練したリスナーの観察によって追跡されます。スピーカーとドライバーの設計者が対処しなければならない問題には、歪み、音響ローブ、位相効果、軸外応答、クロスオーバーアーティファクトなどがあります。設計者は、無響室を使用して、スピーカーを部屋の影響から独立して測定できるようにしたり、ある程度、無響室の代わりになるいくつかの電子技術を使用したりできます。開発者の中には、無響室を避けて、実際のリスニング環境をシミュレートすることを目的とした特定の標準化された部屋のセットアップを好む人もいます。

個々の電気力学ドライバーは、限られた周波数範囲内で最高のパフォーマンスを発揮します。通常、複数のドライバー (サブウーファー、ウーファー、ミッドレンジ ドライバー、ツイーターなど) を組み合わせて完全なスピーカー システムにすることで、その制限を超えたパフォーマンスを発揮します。最も一般的に使用される 3 つの音響放射システムは、コーン型、ドーム型、ホーン型のドライバーです。

フルレンジまたはワイドレンジ ドライバーは、他のドライバーの助けを借りずにオーディオ チャネルを再生するために単独で使用されるように設計されたスピーカー ドライバーであり、したがって、アプリケーションに必要なオーディオ周波数範囲をカバーする必要があります。これらのドライバーは、適度な高周波応答を可能にするために、通常、直径が 3 ～ 8 インチ (7.6 ～ 20.3 cm) と小さく、低周波数で歪みの少ない出力が得られるように慎重に設計されていますが、最大出力レベルは低下しています。フルレンジ ドライバーは、たとえば、拡声システム、テレビ、小型ラジオ、インターコム、一部のコンピューター スピーカーなどに使用されています。

Hi-Fiスピーカー システムでは、ワイドレンジ ドライバーを使用すると、ドライバーの位置が一致しないことやクロスオーバー ネットワークの問題によって発生する複数のドライバー間の望ましくない相互作用を回避できますが、周波数応答と出力能力が制限される可能性もあります (特に低周波数)。ワイドレンジ ドライバーを使用して構築された Hi-Fi スピーカー システムでは、最適なパフォーマンスに近づくために、大型で複雑な、または高価なエンクロージャーが必要になる場合があります。

フルレンジ ドライバーでは、多くの場合、ウィザーと呼ばれる追加のコーンが使用されています。これは、ボイス コイルとプライマリ コーンの接合部に取り付けられた小型で軽量のコーンです。ウィザー コーンは、ドライバーの高周波応答を拡張し、高周波指向性を広げます。この指向性がなければ、外径コーンの素材が高周波で中央のボイス コイルに追いつけないため、大幅に狭くなります。ウィザー設計のメイン コーンは、中央よりも外径の方が曲がるように製造されています。その結果、メイン コーンが低周波を出力し、ウィザー コーンが高周波の大部分を出力します。ウィザー コーンはメイン ダイアフラムよりも小さいため、同等の単一の大型ダイアフラムに比べて高周波での出力分散が改善されます。

限定範囲ドライバーも単独で使用され、通常はコンピューター、玩具、クロックラジオに使用されています。これらのドライバーは、広範囲ドライバーほど複雑ではなく、安価ですが、非常に狭い取り付け場所に収まるように大幅に妥協される可能性があります。これらのアプリケーションでは、音質はそれほど優先されません。

サブウーファーは、オーディオスペクトルの最低音部分のみに使用されるウーファードライバーです。通常、民生用システムでは200 Hz以下、^[26]プロのライブサウンドでは100 Hz以下、^[27] THX認定システムでは80 Hz以下です。^[28]対象とする周波数範囲が限られているため、サブウーファーシステムの設計は、従来のスピーカーよりも多くの点で単純で、適切なエンクロージャーに収められた単一のドライバーで構成されることが多いです。この周波数範囲の音は回折によって簡単に角​​を曲がるため、スピーカーの開口部を観客に向ける必要はなく、サブウーファーをエンクロージャーの底部の床に向けることができます。これは、低周波での人間の聴覚の限界によって緩和されます。このような音は、高周波に比べて波長が大きいため空間内での位置を特定できず、頭部による影やその周囲の回折により耳に異なる効果が生じます。私たちは、この両方を音源位置の手がかりとして頼りにしています。

非常に低いベース音を正確に再生するには、サブウーファー システムをしっかりと構築し、キャビネットの振動による不要な音を避けるために適切に補強する必要があります。その結果、良質のサブウーファーは典型的にはかなり重くなります。多くのサブウーファー システムには、統合型パワー アンプと電子サブソニック フィルターが含まれており、低周波再生に関連する追加のコントロール (クロスオーバー ノブや位相スイッチなど) が付いています。これらのバリエーションは、アクティブサブウーファーまたはパワードサブウーファーとして知られています。^[29]対照的に、パッシブサブウーファーには外部増幅が必要です。

一般的な設置では、サブウーファーはスピーカー キャビネットの残りの部分から物理的に分離されています。伝播遅延と配置により、サブウーファーの出力は他の音と位相がずれる場合があります。そのため、サブウーファーのパワー アンプには位相遅延調整機能が付いていることが多く、これを使用してシステム全体のパフォーマンスを向上させることができます。サブウーファーは、大規模なコンサートや中規模会場の音響強化システムで広く使用されています。サブウーファー キャビネットにはバス レフポートが組み込まれていることが多く、この設計機能により、適切に設計すれば低音のパフォーマンスが向上し、効率が向上します。

ウーファーは、低周波を再生するドライバーです。ドライバーは、スピーカー エンクロージャーの特性と連携して、適切な低周波を生成します。一部のスピーカー システムでは、最低周波数にウーファーが使用され、サブウーファーが不要になることもあります。また、一部のスピーカーでは、ウーファーで中周波を処理し、ミッドレンジ ドライバーを省略します。

ミッドレンジ スピーカーは、一般的に 1～6 kHz の周波数帯域(ウーファーとツイーターの間) を再生するスピーカー ドライバーです。ミッドレンジ ドライバーの振動板は紙または複合材料で作られ、直接放射ドライバー (小型ウーファーに似ています) または圧縮ドライバー (一部のツイーター設計に似ています) になります。ミッドレンジ ドライバーが直接放射ドライバーの場合は、スピーカー エンクロージャーの前面バッフルに取り付けることができ、圧縮ドライバーの場合は、出力レベルを高めて放射パターンを制御するために ホーンの喉部に取り付けることができます。

ツイーターは、スピーカーシステムで最も高い周波数を再生する高周波ドライバーです。ツイーターの設計における大きな課題は、高周波の音は狭いビームでスピーカーから出る傾向があるため、広い角度の音のカバレッジ（軸外応答）を実現することです。ソフトドームツイーターは家庭用ステレオシステムに広く見られ、ホーンロードコンプレッションドライバーはプロの音響強化で一般的です。リボンツイーターは、一部の設計の出力がプロの音響強化に有用なレベルまで増加したことで人気が高まっており、その出力パターンは水平面で広く、コンサートの音響に便利なパターンです。^[30]

同軸ドライバーは、2つ以上の同心円状のドライバーを組み合わせたスピーカードライバーです。同軸ドライバーは、Altec、Tannoy、Pioneer、KEF、SEAS、B&C Speakers、BMS、Cabasse、Genelecによって製造されています。^[31]

マルチドライバースピーカーシステムで使用されるクロスオーバーは、各ドライバーの要件に応じて入力信号を異なる周波数帯域に分割するフィルターの集合体です。したがって、ドライバーは、設計されたサウンド周波数範囲でのみ電力を受け取り、ドライバーの歪みとドライバー間の干渉を軽減します。クロスオーバーは、パッシブまたはアクティブにすることができます。

パッシブクロスオーバーは、1 つ以上の抵抗器、インダクタ、コンデンサを組み合わせた電子回路です。これらのコンポーネントを組み合わせてフィルタ ネットワークを形成し、ほとんどの場合、全周波数範囲のパワー アンプとスピーカー ドライバーの間に配置され、アンプの信号を必要な周波数帯域に分割してから個々のドライバーに送ります。パッシブクロスオーバー回路は、オーディオ信号自体以外の外部電源を必要としませんが、いくつかの欠点があります。電力処理要件により、より大きなインダクタとコンデンサが必要になる場合があります。内蔵アンプを含むアクティブクロスオーバーとは異なり、パッシブクロスオーバーは通過帯域内で固有の減衰を持ち、通常はボイスコイル前の減衰係数が低下します。 ^[要出典]

アクティブクロスオーバーは、電力増幅の前に信号を個々の周波数帯域に分割する電子フィルタ回路であり、各帯域に少なくとも1つの電力増幅器が必要です。^[要出典]電力増幅の前にパッシブフィルタリングもこのように使用できますが、アクティブフィルタリングよりも柔軟性が低いため、一般的ではありません。クロスオーバーフィルタリングの後に増幅を使用する技術は、最小のアンプチャンネル数に応じて、バイアンプ、トライアンプ、クアッドアンプなどと呼ばれます。^[32]

スピーカーの設計によっては、パッシブクロスオーバーフィルタリングとアクティブクロスオーバーフィルタリングを組み合わせて使用​​するものもあり、例えば中域と高域ドライバー間のパッシブクロスオーバーと低域ドライバー用のアクティブクロスオーバーなどです。^{[33] [34]}

パッシブクロスオーバーは、一般的にスピーカーボックス内に設置されており、家庭用や低電力用途では圧倒的に最も一般的なタイプのクロスオーバーです。カーオーディオシステムでは、パッシブクロスオーバーは、使用されるコンポーネントのサイズに対応するために別のボックスに収納される場合があります。パッシブクロスオーバーは、低次のフィルタリングでは単純なもの、18 dB または 24 dB/オクターブなどの急勾配を可能にする場合は複雑なものになります。パッシブクロスオーバーは、ドライバー、ホーン、またはエンクロージャーの共振の望ましくない特性を補正するように設計されることもありますが、コンポーネントの相互作用により実装が難しい場合があります。パッシブクロスオーバーは、給電先のドライバーユニットと同様に、電力処理の制限があり、挿入損失があり、アンプから見た負荷を変更します。これらの変更は、ハイファイの世界では多くの人にとって懸念事項です。^[要出典]高出力レベルが必要な場合は、アクティブクロスオーバーが適している場合があります。アクティブクロスオーバーは、パッシブネットワークの応答をエミュレートする単純な回路である場合もあれば、より複雑で、広範なオーディオ調整を可能にする場合もあります。一部のアクティブクロスオーバー（通常はデジタルスピーカー管理システム）には、周波数帯域間の位相と時間を正確に調整したり、イコライゼーション、ダイナミックレンジの圧縮や制限を行うための電子機器や制御機能が搭載されている場合があります。^[要出典]

ほとんどのスピーカー システムは、エンクロージャまたはキャビネットに取り付けられたドライバーで構成されています。エンクロージャの役割は、ドライバーの背面から発せられる音波が前面から発せられる音波と干渉して破壊的にならないようにすることです。背面から発せられる音波は、前方から発せられる音波と 180°位相がずれているため、エンクロージャがないと、通常は打ち消し合いが発生し、低周波数での音のレベルと品質が大幅に低下します。

最も単純なドライバーマウントは、ドライバーをその穴に取り付けた平らなパネル（バッフル）です。しかし、この方法では、バッフルの寸法よりも長い波長の音の周波数は、コーンの後ろからの逆位相放射が前面からの放射と干渉するため、打ち消されてしまいます。無限に大きいパネルを使用すれば、この干渉は完全に防ぐことができます。十分に大きい密閉ボックスは、この動作に近づくことができます。^{[35] [36]}

無限の寸法のパネルは不可能なので、ほとんどのエンクロージャは、可動ダイアフラムからの後方放射を封じ込めることで機能します。密閉されたエンクロージャは、堅固で気密な箱の中に音を閉じ込めることで、スピーカーの背面から発せられる音の伝達を防ぎます。キャビネットの壁を通した音の伝達を減らすために使用される技術には、キャビネットの壁を厚くすること、内部の補強、および損失のある壁材などがあります。

しかし、堅い筐体は内部で音を反射し、それがスピーカーの振動板を通して逆方向に伝わるため、音質の低下につながります。この問題は、筐体内部にグラスウール、ウール、合成繊維の詰め物などの吸収材を使用して内部吸収することで軽減できます。筐体の内部形状を設計して、音をスピーカーの振動板から反射させて吸収させることで、この問題を軽減することもできます。

その他のエンクロージャ タイプでは、後方の音響放射を変更して、コーンの前面からの出力に建設的に加算できるようにします。これを実現する設計 (バスレフ、パッシブ ラジエーター、伝送ラインなど) は、有効な低周波応答を拡張し、ドライバーの低周波出力を増大させるためによく使用されます。

ドライバー間の移行を可能な限りシームレスにするために、システム設計者は、各ドライバーの音響中心が同じ垂直面になるように、1 つ以上のドライバー取り付け位置を前方または後方に移動して、ドライバーのタイミングを合わせることを試みてきました。これには、ドライバーを後方に傾けたり、ドライバーごとに個別のエンクロージャー マウントを用意したり、同じ効果を得るために電子技術を使用したりすることも含まれる場合があります。これらの試みにより、いくつかの珍しいキャビネット デザインが生まれました。

スピーカーの取り付け方法 (キャビネットを含む) によっても回折が発生し、周波数応答にピークやディップが生じることがあります。この問題は通常、波長がキャビネットの寸法と同等かそれより小さい高周波数で最大になります。

ホーンスピーカーは最も古い形式のスピーカーシステムです。音声増幅メガホンとしてのホーンの使用は少なくとも17世紀にまで遡り、^[37]ホーンは1877年には機械式蓄音機に使用されていました。ホーンスピーカーは、ドライバーの前または後ろに成形された導波管を使用して、スピーカーの指向性を高め、ドライバーコーン表面の小径・高圧状態をホーンの口の大きな径・低圧状態に変換します。これにより、ドライバーと周囲の空気との間の音響的、電気的/機械的インピーダンス整合が改善され、効率が向上し、音がより狭い範囲に集中します。

周波数範囲にわたってこの変換機能を適切に提供するには、ドライバーに合わせて、スロート、マウス、ホーンの長さ、およびそれに沿った面積の拡張率のサイズを慎重に選択する必要があります。^[a]ベースまたはサブベースのホーンを作成するために必要な長さとマウスの断面積により、ホーンの長さは何フィートも長くなります。折り畳み式のホーンは全体のサイズを小さくすることができますが、設計者は妥協し、コストの増加と構造の複雑さを受け入れざるを得なくなります。一部のホーン設計では、低周波ホーンを折り畳むだけでなく、部屋の隅の壁をホーンのマウスの延長として使用します。 1940 年代後半には、マウスが部屋の壁の多くを占めるホーンは、ハイファイ ファンの間では珍しいことではありませんでした。部屋サイズの設置は、2 つ以上必要な場合はあまり受け入れられなくなりました。

ホーンロード スピーカーは、 1 メートルの距離で 2.83 ボルト (8 オームで 1 ワット) で 110 dB もの感度を持つことができます。これは、90 dB の感度定格のスピーカーと比較して出力が 100 倍増加しており、高いサウンド レベルが求められるアプリケーションやアンプの電力が制限されるアプリケーションでは非常に貴重です。

伝送ライン スピーカーは、よりシンプルなエンクロージャ ベースの設計とは異なり、キャビネット内に音響伝送ラインを使用するスピーカー エンクロージャ設計です。低音スピーカーの背面からの音は、かなりシンプルな減衰エンクロージャ内で反響するのではなく、スピーカー エンクロージャ内の長い (通常は折り畳まれた) 減衰経路に向けられ、スピーカーのエネルギーをより細かく制御して効率的に使用できます。

ほとんどの家庭用 Hi-Fi スピーカーは、信号源 (たとえば、オーディオ アンプまたはレシーバー) に接続するために 2 つの配線ポイントを使用します。配線接続を受け入れるために、スピーカーの筐体にはバインディング ポスト、スプリング クリップ、またはパネル マウント ジャックが装備されている場合があります。1 組のスピーカーの配線が適切な電気極性に従って接続されていない場合、^[b]スピーカーは位相がずれている、またはより正確には極性がずれていると言われます。^{[38] [39]}同一の信号が与えられた場合、極性がずれたスピーカーのコーンの動きは、他のスピーカーとは反対方向になります。これにより通常、ステレオ録音のモノラル素材がキャンセルされ、レベルが低下し、音源の位置を特定しにくくなりますが、これらはすべて音波の破壊的干渉によるものです。キャンセル効果は、スピーカー間の距離が 1/4 波長以下である周波数で最も顕著であり、低周波数が最も影響を受けます。このタイプの配線ミスによってスピーカーが損傷することはありませんが、リスニングには最適ではありません。^{[40] [41]}

音響強化システム、PA システム、楽器用アンプのスピーカー エンクロージャでは、通常、ケーブルと何らかのジャックまたはコネクタが使用されます。低価格から中価格帯のサウンド システムや楽器用スピーカー キャビネットでは、 1/4 インチジャックが使用されることが多いです。高価格帯で高出力のサウンド システム キャビネットや楽器用スピーカー キャビネットでは、Speakonコネクタが使用されることが多いです。Speakon コネクタは、人間のユーザーがコネクタに触れることができないように設計されているため、高ワット数のアンプにはより安全であると考えられています。

ワイヤレス スピーカーは有線電源スピーカーに似ていますが、オーディオ ケーブルではなく無線周波数 (RF) 波を使用してオーディオ信号を受信します。RF 波だけではスピーカーを駆動するのに十分ではないため、スピーカーのキャビネットにはアンプが組み込まれています。ワイヤレス スピーカーには電源が​​必要なので、近くに AC 電源コンセントまたはオンボード バッテリーが必要です。オーディオ用のケーブルのみが不要になります。

スピーカーの仕様には通常、次のものが含まれます。

• スピーカーまたはドライバーのタイプ（個々のユニットのみ） -フルレンジ、ウーファー、ツイーター、またはミッドレンジ。
• 個々のドライバーのサイズ。コーン型ドライバーの場合、一般的にはバスケットの外径がサイズとして示されます。^[42]ただし、コーンサラウンドの直径、頂点から頂点までの距離、または取り付け穴の中心から反対側までの距離が示されることもまれにあります。ボイスコイルの直径も指定される場合があります。スピーカーにコンプレッションホーンドライバーが搭載されている場合は、ホーンスロートの直径が示されることがあります。
• 定格出力 -スピーカーが処理できる出力とピーク出力。低周波数で機械的限界を超えて駆動すると、定格出力よりはるかに低い出力でもドライバーが損傷する可能性があります。 ^[要出典]管轄区域によっては、パワー ハンドリングには法的な意味があり、検討中のスピーカー間の比較が許可されます。その他の地域では、パワー ハンドリング能力のさまざまな意味が非常に混乱を招く可能性があります。
• インピーダンス – 通常は4Ω（オーム）、8Ωなど。 ^[43]
• バッフルまたはエンクロージャのタイプ（密閉型システムのみ） - 密閉型、バスレフ型など。
• ドライバーの数（完全なスピーカー システムのみ） - 2 ウェイ、3 ウェイなど
• スピーカーのクラス: ^[44]
  • クラス 1: 最大 SPL 110～119 dB、狭い空間で人が話している音やバックグラウンド ミュージックを再生するために使用されるスピーカーのタイプ。主にクラス 2 またはクラス 3 スピーカーのフィル スピーカーとして使用されます。通常は小型の 4 インチまたは 5 インチのウーファーとドーム ツイーターです。
  • クラス 2: 最大 SPL 120～129 dB、小規模から中規模のスペースでの補強用、またはクラス 3 またはクラス 4 スピーカーのフィル スピーカーとして使用される中出力対応スピーカーのタイプ。通常は 5 インチから 8 インチのウーファーとドーム ツイーターです。
  • クラス 3: 最大 SPL 130～139 dB、小～中規模のスペースのメイン システムで使用される高出力対応スピーカー。クラス 4 スピーカーのフィル スピーカーとしても使用されます。通常、6.5 インチ～12 インチのウーファーと、高周波用の 2 インチまたは 3 インチのコンプレッション ドライバーです。
  • クラス 4: 最大 SPL 140 dB 以上、中規模から大規模のスペースのメインスピーカー (または中規模から大規模のスペースのフィルスピーカー) として使用される非常に高出力のスピーカー。10 インチから 15 インチのウーファーと 3 インチのコンプレッション ドライバー

オプションで:

• クロスオーバー周波数（マルチドライバー システムのみ） – ドライバー間の分割の公称周波数境界。
• 周波数応答 – 一定の入力レベルを特定の周波数範囲にわたって変化させた場合の、測定または指定された出力。場合によっては、「± 2.5 dB 以内」などの変動制限が含まれることもあります。
• Thiele/Small パラメータ(個々のドライバーのみ) - これには、ドライバーのF _s (共振周波数)、 Q _ts (ドライバーのQ、つまり共振周波数での減衰係数)、 V _as (ドライバーの等価空気コンプライアンス ボリューム) などが含まれます。
• 感度 – 残響のない環境でスピーカーが発する音圧レベル。通常は dB で指定され、1 ワットの入力 (8 Ω に 2.83 rms ボルト) で 1 メートルの距離で測定されます。通常、1 つ以上の指定された周波数で測定されます。メーカーはマーケティング資料でこの評価を使用することが多いです。
• 最大音圧レベル – スピーカーが損傷したり、特定の歪みレベルを超えたりすることのない、スピーカーが処理できる最大出力。メーカーはマーケティング資料でこの評価を使用することが多いですが、通常は周波数範囲や歪みレベルとは関係ありません。

音を出すために、スピーカーは変調電流（アンプによって生成される）によって駆動され、この電流がスピーカーコイルを通過し 、次に（インダクタンスによって）コイルの周囲に磁場を生成します。スピーカーを通過する電流の変化は、変化する磁場に変換され、ドライバーの磁場との相互作用によってスピーカーの振動板が動き、その結果、ドライバーはアンプからの元の信号に似た空気の動きを生成します。

ドライバーがアンプに与える負荷は、複雑な電気インピーダンス、つまり抵抗と容量性リアクタンスおよび誘導性リアクタンスの組み合わせで構成さ れ、ドライバーの特性、その機械的動作、クロスオーバー コンポーネントの影響 (アンプとドライバー間の信号パスにある場合)、およびエンクロージャーとその環境によって変化するドライバーへの空気負荷の影響が組み合わされます。ほとんどのアンプの出力仕様は、理想的な抵抗負荷に対する特定の電力で指定されていますが、スピーカーは周波数範囲全体にわたって一定のインピーダンスを持っているわけではありません。代わりに、ボイス コイルは誘導性であり、ドライバーは機械的共振を持ち、エンクロージャーはドライバーの電気的および機械的特性を変え、ドライバーとアンプ間のパッシブ クロスオーバーは独自の変動をもたらします。その結果、負荷インピーダンスは周波数によって大きく変動し、通常は電圧と電流の位相関係も変動し、これも周波数によって変わります。一部のアンプは他のアンプよりも変動にうまく対応できます。

一般的なスピーカー測定の例としては、振幅と位相特性対周波数、1 つまたは複数の条件下でのインパルス応答 (例: 方形波、正弦波バーストなど)、指向性対周波数 (例: 水平、垂直、球面など)、複数のテスト信号のいずれかを使用した高調波および相互変調歪み対音圧レベル (SPL) 出力、さまざまな周波数での蓄積エネルギー (つまり、リンギング)、インピーダンス対周波数、小信号対大信号のパフォーマンスなどがあります。これらの測定のほとんどは、実行するために高度で高価な機器を必要とします。^{[要出典]スピーカーが発する音圧レベル (SPL) は}デシベル( dB _spl )で測定されます。

スピーカーの効率は、音響出力を電気入力で割った値として定義されます。ほとんどのスピーカーは効率の悪いトランスデューサーです。一般的な家庭用スピーカーでは、アンプから送られる電気エネルギーの約 1% のみが音響エネルギーに変換されます。残りは、主にボイスコイルとマグネットアセンブリで熱に変換されます。その主な理由は、駆動ユニットの音響インピーダンスと、それが放射する空気との間で適切なインピーダンス整合を達成するのが難しいためです。 ^[c]スピーカードライバーの効率は周波数によっても異なります。たとえば、ウーファードライバーの出力は、入力周波数が低下すると、空気とドライバー間のインピーダンス整合が悪化するため低下します。

特定の入力に対する SPL に基づくドライバー定格は感度定格と呼ばれ、概念的には効率に似ています。感度は通常、1 W の電気入力で 1 メートルで測定されたデシベル単位の SPL として定義され、^[d]多くの場合、単一の周波数で使用されます。使用される電圧は 2.83 V _RMSであることが多く、公称 8 Ω のスピーカーインピーダンスで 1 ワットになります。この基準で行われた測定値は、2.83 V @ 1 m での dB として引用されます。^{[引用が必要]}

音圧出力は、スピーカーが無限大の空間に放射し、無限大のバッフルに取り付けられているという条件下で、スピーカーから 1 メートルの距離で軸上 (正面) で測定されます (または、その場所での測定値と数学的に同等にスケーリングされます) 。したがって、感度は効率と正確に相関するわけではなく、テスト対象のドライバーの指向性や実際のスピーカーの前の音響環境にも依存します。たとえば、チアリーダーのホーンは、チアリーダーからの音波を一方向に集中させて焦点を合わせることで、向いている方向に多くの音を出力します。ホーンは声と空気のインピーダンス整合も改善するため、特定のスピーカー出力に対してより多くの音響パワーが生成されます。場合によっては、インピーダンス整合を改善することで (慎重な筐体設計によって)、スピーカーがより多くの音響パワーを生成できるようになります。

一般的な家庭用スピーカーの感度は、1 W @ 1 m で約 85 ～ 95 dB で、効率は 0.5 ～ 4% です。音響強化および拡声用スピーカーの感度は、1 W @ 1 m で約 95 ～ 102 dB で、効率は 4 ～ 10% です。ロック コンサート、スタジアム PA、船舶呼び出しなどのスピーカーの感度は、一般的に 1 W @ 1 m で 103 ～ 110 dB と高く、効率は 10 ～ 20% です。^{[引用が必要]}

感度とパワーハンドリングは大部分が独立した特性であるため、最大定格電力が高いドライバーを、定格電力が低いドライバーよりも大きな音量で駆動できるとは限りません。次の例では、(簡単にするために) 比較するドライバーの電気インピーダンスが同じで、両方のドライバーのそれぞれの通過帯域内で同じ周波数で動作し、パワー圧縮と歪みは重要ではないと仮定します。他のスピーカーよりも 3 dB 感度が高いスピーカーは、同じ電力入力で 2 倍の音響パワー (3 dB 大きい) を生成します。したがって、100 W ドライバー (A) の定格は 1 W @ 1 m で 92 dB で、両方を 100 W の電力で駆動した場合、200 W ドライバー (B) の定格は 1 W @ 1 m で 89 dB で、2 倍の音響パワーを出力します。この例では、100 W で駆動すると、スピーカー A はスピーカー B が 200 W 入力で生成するのと同じ SPL (音量)を生成します。したがって、スピーカーの感度が 3 dB 増加すると、所定の SPL を達成するために必要なアンプの電力が半分になります。これは、パワーアンプの小型化と複雑さの軽減につながり、多くの場合、システム全体のコスト削減につながります。

通常、高効率（特に低周波）とコンパクトな筐体サイズおよび十分な低周波応答を組み合わせることはできません。スピーカー システムを設計する場合、ほとんどの場合、3 つのパラメータのうち 2 つしか選択できません。したがって、たとえば、拡張された低周波性能と小さな筐体サイズが重要な場合は、低い効率を受け入れなければなりません。この経験則は、ホフマンの鉄則（JA ホフマン、 KLHの H にちなんで）と呼ばれることもあります。^{[45] [46]}

スピーカー システムとその環境との相互作用は複雑で、スピーカー設計者の制御の範囲外にある場合がほとんどです。ほとんどのリスニング ルームは、サイズ、形状、音量、および家具によって、多かれ少なかれ反射環境になっています。つまり、リスナーの耳に届く音は、スピーカー システムから直接発せられる音だけでなく、1 つ以上の表面を行き来することによって遅延された同じ音 (および表面によって変化した音) も含まれます。これらの反射音波が直接音に加えられると、さまざまな周波数 (たとえば、共鳴室モード) で打ち消し合ったり加えたりして、リスナーの耳に届く音の音色や特徴を変えます。人間の脳は反射音の小さな変化に敏感で、これが、リスニング位置や部屋によってスピーカー システムの音が異なって聞こえる理由の 1 つです。

スピーカー システムのサウンドの重要な要素は、環境に存在する吸収と拡散の量です。カーテンやカーペットのない、典型的な空の部屋で手を叩くと、吸収と拡散が不足しているため、ざわめくようなエコーが発生します。

典型的な長方形のリスニングルームでは、壁、床、天井の硬くて平行な表面が、左右、上下、前後の3次元のそれぞれで主要な音響共鳴ノードを引き起こします。 ^[47]さらに、3つ、4つ、5つ、さらには6つすべての境界面が組み合わさって定在波を形成する、より複雑な共鳴モードもあります。これは、スピーカー境界干渉応答（SBIR）と呼ばれます。^[48]長波長は家具の構成や配置にあまり影響されないため、低周波数がこれらのモードを最も励起します。モード間隔は、特にレコーディングスタジオ、ホームシアター、放送スタジオなどの小中規模の部屋では重要です。スピーカーが部屋の境界に近いと、共鳴が励起される強さが影響を受け、各周波数の相対的な強度にも影響します。リスナーの位置も重要で、境界に近い位置は、知覚される周波数のバランスに大きな影響を与える場合があります。これは、定在波パターンがこれらの場所で最も簡単に聞こえ、シュローダー周波数よりも低い周波数（部屋のサイズに応じて、通常は約 200～300 Hz）で最もよく聞こえるためです。^{[引用が必要]}

音響学者は、音源の放射を研究する中で、スピーカーがどのように知覚されるかを理解するために重要な概念をいくつか開発しました。最も単純な放射源は点音源で、単純音源と呼ばれることもあります。理想的な点音源は、音を放射する極めて小さな点です。直径が均一に増減し、周波数に関係なくすべての方向に音波を均等に発する、脈動する小さな球体を想像するとわかりやすいかもしれません。

スピーカー システムを含む音を放射するあらゆる物体は、このような単純な点音源の組み合わせで構成されていると考えられます。点音源の組み合わせの放射パターンは、単一の音源の場合と同じではなく、音源間の距離と方向、リスナーが組み合わせを聴く位置、および関係する音の周波数によって異なります。幾何学と微積分を使用すると、いくつかの単純な音源の組み合わせは簡単に解決できますが、そうでないものもあります。

1 つの単純な組み合わせは、距離を置いて位相がずれて振動する 2 つの単純な音源です。一方の小さな球体は膨張し、もう一方の球体は収縮します。このペアはダブレットまたはダイポールと呼ばれ、この組み合わせの放射は、バッフルなしで動作する非常に小さなダイナミック スピーカーの放射に似ています。ダイポールの指向性は 8 の字型で、2 つの音源を結ぶベクトルに沿って最大出力が得られ、観測点が 2 つの音源から等距離にあるときに側面で最小出力が得られます。この場合、正の波と負の波の合計が互いに打ち消し合います。ほとんどのドライバーはダイポールですが、取り付けられているエンクロージャーによっては、モノポール、ダイポール (またはバイポール) として放射する場合があります。有限のバッフルに取り付けられ、これらの位相がずれた波が相互作用すると、周波数応答にダイポールのピークとヌルが生じます。後方放射がボックスに吸収または閉じ込められると、振動板はモノポール ラジエーターになります。バイポーラ スピーカーは、ボックスの反対側に同位相のモノポール (両方が同時にボックスから出たり入ったりする) を取り付けることで作られ、全方向性放射パターンに近づく方法です。

現実の世界では、個々のドライバーはコーンやドームなどの複雑な 3D 形状をしており、さまざまな理由でバッフル上に配置されています。点音源の組み合わせをモデル化することに基づいて複雑な形状の指向性を数式で表すことは通常不可能ですが、遠距離場では、円形ダイアフラムを備えたスピーカーの指向性が平らな円形ピストンの指向性に近いため、説明のために説明を簡略化するために使用できます。関連する数理物理学の簡単な例として、次のことを考えてみましょう。無限バッフル内の平らな円形ピストンの遠距離場指向性の式は 、、は軸上の圧力、はピストンの半径、は波長 (つまり)であり、 は軸外の角度、は第 1 種のベッセル 関数です。${\displaystyle p(\theta )={\frac {p_{0}J_{1}(k_{a}\sin \theta )}{k_{a}\sin \theta }}}$${\displaystyle k_{a}={\frac {2\pi a}{\lambda }}}$${\displaystyle p_{0}}$${\displaystyle a}$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle \lambda ={\frac {c}{f}}={\frac {\text{speed of sound}}{\text{frequency}}}}$${\displaystyle \theta }$${\displaystyle J_{1}}$

平面音源は、平面音源の寸法よりも長い波長の低周波に対して均一に音を放射し、周波数が高くなるにつれて、そのような音源からの音はますます狭い角度に集中します。ドライバーが小さいほど、指向性が狭くなる周波数が高くなります。振動板が完全に円形でなくても、この効果は発生し、音源が大きいほど指向性が高くなります。いくつかのスピーカー設計はこの動作に近似しています。ほとんどは静電設計または平面磁気設計です。

さまざまなメーカーが、さまざまなドライバー取り付け方法を使用して、設計された空間に特定の種類の音場を作り出します。結果として生じる放射パターンは、実際の楽器によって生成される音をより厳密にシミュレートすること、または単に入力信号から制御されたエネルギー分布を作成することを意図している場合があります (このアプローチを使用するものの一部は、スタジオで録音されたばかりの信号を確認するのに役立つため、モニターと呼ばれます)。最初の例としては、1/8 球の表面に多数の小さなドライバーを備えた部屋のコーナーシステムがあります。このタイプのシステム設計は、Amar Bose 教授によって特許取得され、商業的に製造されました (2201)。その後のBoseモデルは、環境に関係なく、スピーカー自体による直接音と反射音の両方の生成を意図的に強調しました。この設計は、ハイファイ界では議論を呼んでいますが、商業的に成功しています。他のいくつかのメーカーの設計も同様の原理に従っています。

指向性は、リスナーが聞く音の周波数バランス、およびスピーカー システムと部屋やその内容との相互作用に影響を与えるため、重要な問題です。指向性の非常に強い (「ビーム状」と呼ばれることもある) スピーカー (つまり、スピーカー面に対して垂直な軸上にある) は、高周波数が不足した残響場になり、軸上では良好な測定値 (周波数範囲全体にわたって平坦など) であっても、スピーカーの高音が不足しているという印象を与える場合があります。指向性が非常に広い、または高周波数で指向性が急激に増加するスピーカーは、高音が多すぎる (リスナーが軸上にある場合)、または高音が少なすぎる (リスナーが軸外にある場合) という印象を与える場合があります。これが、軸上の周波数応答測定が、特定のスピーカーの音の完全な特性評価ではない理由の 1 つです。

ダイナミックコーンスピーカーは依然として最も人気のある選択肢ですが、他の多くのスピーカー技術が存在します。^{[1] ：705–714}

オリジナルのスピーカー設計は可動鉄型でした。新しいダイナミック (可動コイル) 設計とは異なり、可動鉄型スピーカーは固定コイルを使用して磁化された金属片 (鉄、リード、またはアーマチュアと呼ばれる) を振動させます。金属は振動板に取り付けられているか、振動板そのものです。この設計は、初期の電話で最初に登場しました。

可動鉄ドライバーは効率が悪く、狭い帯域の音しか出せない。力を増やすには大きな磁石とコイルが必要となる。^[50]

バランスド・アーマチュア・ドライバー（可動鉄型ドライバーの一種）は、シーソーや飛び込み台のように動くアーマチュアを使用する。ダンピングがないため効率が高いが、強い共鳴も発生する。小型で高効率であることが重要な高級イヤホンや補聴器に現在でも使用されている。^[51]

圧電スピーカーは、時計やその他の電子機器のビーパーとしてよく使用され、コンピューターのスピーカーやポータブルラジオなどの安価なスピーカーシステムのツイーターとして使用されることもあります。圧電スピーカーには、従来のスピーカーに比べていくつかの利点があります。通常、ほとんどの高周波ドライバーを破壊するような過負荷に耐え、電気的特性によりクロスオーバーなしで使用できます。欠点もあります。ほとんどの圧電体のように容量性負荷を駆動すると、一部のアンプが振動し、アンプに歪みや損傷が生じることがあります。さらに、ほとんどの場合、周波数応答は他の技術よりも劣っています。そのため、圧電スピーカーは一般に単一周波数 (ビーパー) またはそれほど重要でない用途で使用されます。

圧電スピーカーは高周波出力を拡張できるため、特殊な状況で役立ちます。たとえば、ソナーアプリケーションでは、圧電型が出力デバイス (水中音の生成) と入力デバイス (水中マイクの感知コンポーネントとして動作) の両方として使用されます。これらのアプリケーションでは、リボン型やコーン型のデバイスよりも海水に強い、シンプルでソリッド ステートの構造など、圧電型スピーカーにはさまざまな利点があります 。

京セラは2013年に、厚さわずか1ミリメートル、重さ7グラムの圧電超薄型中型フィルムスピーカーを55インチOLEDテレビ向けに発表し、このスピーカーがPCやタブレットにも使用されることを期待している。中型のほかに、大型と小型のサイズもあり、180度以内であればほぼ同じ音質と音量を出すことができる。応答性に優れたスピーカー素材は、従来のテレビスピーカーよりも優れた明瞭度を提供する。^[52]

静磁型スピーカーは、スピーカーコーンを駆動するボイスコイルの代わりに、大きなフィルム膜に接着された金属ストリップの配列を使用します。ストリップを流れる信号電流によって生成される磁場は、ストリップの背後に取り付けられた永久棒磁石の磁場と相互作用します。生成された力によって膜が動き、膜の前の空気も動きます。通常、これらの設計は従来の可動コイル型スピーカーよりも効率が低くなります。

磁歪に基づく磁歪トランスデューサーは、主にソナーの超音波音波放射器として使用されてきましたが、オーディオスピーカーシステムにもその使用が広がっています。磁歪スピーカードライバーにはいくつかの特別な利点があります。他の技術よりも大きな力（より小さな変位で）を提供できます。変位が小さいため、他の設計のように大きな変位による歪みを回避できます。磁化コイルは固定されているため、冷却が容易です。繊細なサスペンションとボイスコイルが不要なため、堅牢です。磁歪スピーカーモジュールは、Fostex ^{[53] [54] [55]}とFeONIC ^{[56] [57] [58] [59]}によって製造されており、サブウーファードライバーも製造されています。^[60]

静電型スピーカーは、高電圧の電界（磁場ではなく）を使用して、薄い静電気を帯びた膜を駆動します。小さなボイスコイルではなく膜表面全体で駆動されるため、通常、ダイナミックドライバーよりも直線的で歪みの少ない動きを実現します。また、比較的狭い分散パターンを備えているため、正確な音場配置が可能です。ただし、最適なリスニングエリアは狭く、あまり効率の良いスピーカーではありません。実際的な構造上の制限により、振動板の変位が厳しく制限されるという欠点があります。ステーターが離れているほど、許容できる効率を達成するために高い電圧が必要になります。これにより、電気アークが発生しやすくなり、スピーカーがほこりの粒子を引き寄せやすくなります。現在の技術では、特にパネルにほこりや汚れが付着し、高い信号レベルで駆動される場合、アークが発生する潜在的な問題が残っています。

静電型スピーカーは本質的に双極子放射体であり、薄くて柔軟な膜のため、一般的なコーン型ドライバーのように低周波の打ち消しを減らすためにエンクロージャーで使用するのには適していません。このため、また偏位能力が低いため、フルレンジ静電型スピーカーは本質的に大きく、低音は最も狭いパネル寸法の 1/4 波長に相当する周波数で減衰します。市販製品のサイズを縮小するため、低音周波数を効果的に処理する従来のダイナミック ドライバーと組み合わせて、高周波数ドライバーとして使用されることがあります。

静電型は通常、パワーアンプによって生成される電圧振幅を増幅する昇圧トランスによって駆動されます。このトランスは静電型トランスデューサに固有の容量性負荷も増幅するため、パワーアンプに提示される実効インピーダンスは周波数によって大きく異なります。公称 8 オームのスピーカーは、実際には高周波数で 1 オームの負荷を提示することがあり、一部のアンプ設計ではこれが課題となります。

リボンスピーカーは、磁界内に吊り下げられた薄い金属フィルム リボンで構成されています。電気信号がリボンに適用され、リボンがそれとともに移動して音を生成します。リボン ドライバーの利点は、リボンの質量が非常に小さいことです。そのため、非常に速く加速でき、非常に優れた高周波応答が得られます。リボン スピーカーは、非常に壊れやすいことがよくあります。ほとんどのリボン ツイーターは、双極子パターンで音を発します。双極子放射パターンを制限する裏打ちがあるものもあります。ほぼ長方形のリボンの端の上と下では、位相キャンセルにより可聴出力が少なくなりますが、指向性の正確な量はリボンの長さによって異なります。リボン設計には通常、非常に強力な磁石が必要であり、製造コストが高くなります。リボンの抵抗は非常に低く、ほとんどのアンプでは直接駆動できません。その結果、リボンを流れる電流を増やすために、通常は降圧トランスが使用されます。アンプは、リボンの抵抗にトランスの巻数比の 2 乗を掛けた負荷を受け取ります。トランスは、周波数応答と寄生損失によって音質が低下し、従来の設計に比べてコストと複雑さがさらに増加し​​ないように、慎重に設計する必要があります。

平面磁気スピーカー (平らな振動板に導体が印刷または埋め込まれている) はリボンと呼ばれることもありますが、厳密にはリボン スピーカーではありません。平面という用語は通常、ほぼ長方形の平らな表面を持ち、双極 (つまり前面と背面) 方式で音を放射するスピーカーを指します。平面磁気スピーカーは、ボイス コイルが印刷または取り付けられた柔軟な膜で構成されています。コイルを流れる電流は、振動板の両側に注意深く配置された磁石の磁場と相互作用し、膜をほぼ均一に、あまり曲がったりしわになったりすることなく振動させます。駆動力は膜表面の大部分をカバーし、コイル駆動の平らな振動板に固有の共振の問題を軽減します。

屈曲波トランスデューサーは、意図的に柔軟性を持たせた振動板を使用しています。素材の剛性は中心から外側に向かって増加します。短波長は主に内部から放射され、長波長はスピーカーの端まで届きます。外側から中心に戻る反射を防ぐため、長波長は周囲のダンパーによって吸収されます。このようなトランスデューサーは、広い周波数範囲（80 Hz ～ 35,000 Hz）をカバーでき、理想的な点音源に近いと宣伝されています。^[61]この珍しいアプローチは、非常に少数のメーカーによって、非常に異なる配置で採用されています。

オーム・ウォルシュのスピーカーは、第二次世界大戦中にレーダー開発技術者だったリンカーン・ウォルシュが設計した独自のドライバーを使用しています。ウォルシュはオーディオ機器の設計に興味を持ち、最後のプロジェクトは、単一のドライバーを使用した独自の一方向スピーカーでした。コーンは、密閉された気密筐体に下を向いていました。従来のスピーカーのように前後に動くのではなく、コーンは波打って、RFエレクトロニクスで「伝送線路」と呼ばれる方法で音を作り出しました。新しいスピーカーは円筒形の音場を作り出しました。リンカーン・ウォルシュは、彼のスピーカーが一般に公開される前に亡くなりました。オーム・アコースティックス社は、それ以来、ウォルシュのドライバー設計を使用したスピーカーモデルをいくつか製造してきました。ドイツのオーディオ機器会社であるGerman Physiksも、このアプローチを使用してスピーカーを製造しています。

ドイツのマンガー社は、一見すると従来型のように見える曲げ波ドライバーを設計・製造した。実際には、ボイスコイルに取り付けられた円形のパネルが慎重に制御された方法で曲がり、フルレンジのサウンドを生み出す。^{[62]ヨーゼフ・W・マンガーは、ドイツ発明協会から並外れた開発と発明に対して}ルドルフ・ディーゼル賞を受賞している。

スピーカーシステムのサイズを小さくしたり、目立たなくしたりする試みは数多く行われてきました。そのような試みの 1 つは、フラットパネルに取り付けられて音源として機能する励振器トランスデューサーコイルの開発で、正確には励振器/パネルドライバーと呼ばれます。 ^[63]これらはニュートラルカラーで作られ、多くのスピーカーよりも目立たない壁に掛けたり、意図的に模様を描いたりして装飾として機能させることができます。フラットパネル技術には 2 つの関連する問題があります。1 つ目は、フラットパネルは同じ素材の円錐形よりも必然的に柔軟性が高く、そのため 1 つのユニットとしての動きがさらに少なくなることです。2 つ目は、パネル内の共振を制御するのが難しく、かなりの歪みが生じることです。発泡スチロールなどの軽量で剛性の高い素材を使用することでいくらかの進歩が遂げられており、近年ではいくつかのフラットパネルシステムが商業的に生産されています。^[64]

オスカー・ハイルは、 1960年代にエアモーショントランスデューサーを発明した。この方法では、プリーツ状の振動板が磁場内に設置され、音楽信号の制御下で強制的に開閉される。課せられた信号に応じてプリーツの間から空気が押し出され、音を生成する。このドライバーはリボンよりも壊れにくく、リボン、静電、または平面磁気ツイーター設計よりもかなり効率的（そして、より高い絶対出力レベルを生成できる）である。カリフォルニアの製造業者であるESSは、この設計のライセンスを取得し、ハイルを雇用し、1970年代から1980年代にかけて彼のツイーターを使用してさまざまなスピーカーシステムを製造した。米国の大手小売店チェーンであるラファイエットラジオも、一時期、このようなツイーターを使用したスピーカーシステムを販売していた。これらのドライバーの製造業者は複数あり（少なくともドイツに2社あり、そのうちの1社は、この技術に基づいたツイーターとミッドレンジドライバーを使用したさまざまなハイエンドのプロ用スピーカーを製造している）、このドライバーはプロのオーディオでますます使用されるようになっている。 Martin Logan 社は米国で複数の AMT スピーカーを製造しており、GoldenEar Technologies 社はそれを自社のスピ​​ーカー製品ライン全体に組み込んでいます。

2013年に研究チームは、2枚の透明導電性ゲルとその間の透明ゴム層を備えた透明イオン伝導スピーカーを発表し、高電圧と高駆動で良好な音質を再現しました。このスピーカーは、ロボット工学、モバイルコンピューティング、適応光学分野に適しています。^[65]

デジタルスピーカーは、1920年代にベル研究所で実験が行われてきた。 ^[66]設計は単純で、各ビットがドライバーを制御し、ドライバーは完全に「オン」または「オフ」になる。この設計の問題により、メーカーは現時点では非実用的であるとしてこの設計を放棄している。まず、妥当なビット数（十分なサウンド再生品質に必要）の場合、スピーカーシステムの物理的サイズが非常に大きくなる。次に、アナログからデジタルへの変換に固有の問題により、エイリアシングの影響は避けられず、オーディオ出力はナイキスト限界（サンプリング周波数の半分）の反対側の周波数領域で等振幅で反射され、望ましい出力に許容できないほど高いレベルの超音波が伴うことになる。これを適切に処理できる実用的な方法は見つかっていない。

プラズマアークスピーカーは、電気プラズマを放射素子として用いる。プラズマは質量が最小限であるが、電荷を帯びているため電界で操作できるため、可聴範囲よりはるかに高い周波数でも非常に直線的な出力が得られる。この方法は保守と信頼性に問題があり、量産市場への普及には不向きである。1978年、ニューメキシコ州アルバカーキの空軍兵器研究所のアラン・E・ヒルは、プラズマをヘリウムガスから生成するツイーター、プラズマトロニクス・ヒル・タイプIを設計した。 ^[67]これにより、1950年代にIonovac（英国ではIonofaneとして販売）を製造した先駆的なデュケイン社が製造した初期のプラズマツイーターで、空気のRF分解によって生成されるオゾンとNOx ^{[68]を回避できた。 [69]}

このテーマのより安価なバリエーションは、炎をドライバーとして使用することである。炎にはイオン化された（電荷を帯びた）ガスが含まれているからである。^[70]

2008年、清華大学の研究者らは、熱音響効果を利用したカーボンナノチューブ薄膜の熱音響スピーカー（またはサーモフォン）を実証した^[71] 。音波周波数の電流を使用してCNTを定期的に加熱し、周囲の空気中に音を発生させる。CNT薄膜スピーカーは透明で伸縮性があり、柔軟性がある。2013年、清華大学の研究者らはさらに、カーボンナノチューブ細糸の熱音響イヤホンと熱音響表面実装デバイスを発表した^[72] 。これらは両方とも完全に統合されたデバイスであり、Siベースの半導体技術と互換性がある。

ロータリーウーファーは、本質的には、常にピッチを変える羽根を持つファンであり、空気を簡単に前後に押し出すことができます。ロータリーウーファーは、従来の振動板付きスピーカーでは実現が困難または不可能なサブソニック周波数を効率的に再生できます。映画館では、爆発音などのゴロゴロとした低音効果を再現するためによく使用されます。^{[73] [74]}

• パッシブスピーカーの感度からエネルギー効率への変換（パーセント）
• スピーカーの感度と効率に関する記事 (PDF)