ポータブルBluetoothスピーカーのパッシブラジエーターとエクスカーション統計(2026年):Xmax限界、大信号歪み、DSPによる低音制限に関する40以上のデータポイント

ポータブルBluetoothスピーカーのパッシブラジエーター統計2026:パッシブラジエーターで200 Hzの出力が5 dB向上。Xmax限界、大信号歪み、DSPによる低音制限のデータも紹介。

最適化されたパッシブラジエーターを小型スピーカーボックスに加えると、同じボックスにそれがない場合と比べて200 Hzで出力が5 dB上がった(Jiang ほか、Archives of Acoustics 2017)。 この手法が、密閉型の防水Bluetoothスピーカーの多くで両端に見られるゴムキャップ付きの「低音ラジエーター」の背景にある。その代償がエクスカーション(コーンが静止位置から動く距離)だ。計算例では、最も厳しい歪み限界でウーファーは2.28 mmで止まったが、最も緩い限界なら15.9 mmまで許容されたはずだった。ラボのレビューは、その限界を超えると何が起こるかを示している。Rtingsは初代Marshall Embertonで最大音量時に5.98 dBの圧縮を測定し、SoundGuysは14時間と定格されたスピーカーで実際の再生時間を6時間16分と計測した。当社は、Klippel GmbHの技術ノート、Archives of Acoustics、Rtings、SoundGuys、DXOMARK、IEC 60529の試験機関、メーカーの仕様書(メーカー公称値として表示)からデータを集約した。同じ製品カテゴリーの市場面については、当社のポータブルスピーカー市場統計をご覧ください。

主なポイント

  • 最適化されたパッシブラジエーターにより、小型スピーカーボックスの出力が200 Hzで5 dB向上(Jiang ほか、Archives of Acoustics 2017)
  • 市販の2.5インチパッシブラジエーターは、共振73 Hz、可動質量3.2 gと定格されている(Dayton Audio ND65-PRのページ、メーカー公称値)
  • スマートフォン用マイクロスピーカーの使用可能なエクスカーションは、固定の線形モデルでは106 µmだったが、適応型の非線形制御では344 µmに拡大(KLIPPEL、Active Transducer Protection Part 1)
  • 歪み補償器によるマイクロスピーカーの出力レベルの変化は-0.1~0.4 dBにとどまった(Hu、Lu、Qiu、UTSリポジトリ 2016年)
  • Rtingsがテストしたスピーカーの大半は、最大音量で80~100 dB SPLに達する(Rtingsダイナミクステスト 2021年)
  • 最大音量時の圧縮は0.39 dB(UE HYPERBOOM)から5.98 dB(Marshall Emberton)までの幅があった(Rtingsダイナミクステスト 2021年)
  • JBL Charge 5の音量スコアは46で、比較対象の中で最高のスピーカーは141(DXOMARK 2021年)
  • 1.8 kgのMarshall Middletonは87 dB SPLを公称しており、0.36 kgのWillen IIより1デシベル低い(Marshallの仕様ページ、メーカー公称値)
  • IPX7は水深1 mで30分間耐えることを要求する(DLS Electronic Systems、IEC 60529の浸漬試験)
  • JBL Flip 7は80 dBで6時間16分持続し、定格は14時間(SoundGuys 2025年)
  • シングルセルのスマートアンプは、11.5 Vの昇圧により3.6 Vから4オームに6.1 Wを供給する(Texas Instruments TAS2563のページ、メーカー公称値)

1. エクスカーションの上限:Xmaxはどう定義され測定されるか

Xmaxは通常、固い機械的ストッパーとして理解されている。実際はそうではなく、歪みの許容枠だ。古いAES2-1984の表現も新しいIEC 62458の既定値も、線を約10%に引いているが、測っている症状が異なるため、似たドライバーについて「Xmax」を掲げる2つの仕様書は、比較できないことが多い。力係数(Bl、1アンペアあたりのモーターの推力)とコンプライアンス(Cms、サスペンションの動きやすさ)はいずれも、コイルが外側へ動くにつれて低下し、先に低下したほうが上限を決める。

2026年改訂版の変位限界に関するノートにある計算例は、このセクションで最も役立つ数値だ。インダクタンスの限界はウーファーを2.28 mmに制限したが、ドップラーの限界だけなら15.9 mmまで許容されたはずで、約7倍にもなる(15.9 ÷ 2.28 = 6.97、当社の計算)。言い換えれば、コーンは通常、きれいに動ける距離よりはるかに遠くまで動ける。ポートでドライバーの負荷を逃がせない防水スピーカーでは、このきれいに動ける距離こそが実際の低音の予算になる。

指標値出典
古いAES2-1984規格のXmax基準:モーターの線形性が次の値だけずれるボイスコイルのピーク変位10%KLIPPEL Application Note AN 4、2012年4月4日更新、AES2-1984を引用
IEC 62458の既定の変位限界:力係数が低下する値(静止時の値に対する割合) / コンプライアンスが低下する値(静止時の値に対する割合)82%(約10%の変調歪み) / 75%(約10%の高調波歪み)KLIPPEL Application Note AN 5、改訂1.2、2026年5月22日
共振57 Hzのウーファーの例:最も厳しい限界(インダクタンス)と最も緩い限界(ドップラー)2.28 mm 対 15.9 mm(ピーク)KLIPPEL Application Note AN 5、2026年5月22日
70 Hzドライバーでの実測Xmaxテスト、共振周波数と共振の8.5 × の周波数の2つのトーンを振幅比4:1で入力2.66 mm(1.9 mm rms × 1.4)、3次相互変調歪みが10%に達した4.65 Vrmsで到達KLIPPEL Application Note AN 4、2012年4月4日
市販の2.5インチパッシブラジエーター:定格リニアエクスカーション / ピークツーピークの移動量5 mm / 10 mmDayton Audio ND65-PRの製品ページ(メーカー自身の公称値)

背景の注記:2012年のアプリケーションノートは、この計算例の入手可能な最新版である。10%のしきい値は、規格が使用可能とみなす範囲の終わりを示すものであり、日常の動作点として推奨されるものではない。

2. パッシブラジエーター:密閉型ボックスから低音を引き出す

パッシブラジエーターは、磁石もボイスコイルも持たないコーンだ。キャビネット内に閉じ込められた空気に押され、その質量とサスペンションが、ポートと同じようにボックスをチューニングする。防水設計に向いている理由は単純で、ポートはエンクロージャー内部へつながる開いた管だが、パッシブラジエーターは密閉された膜だからだ。当社が見つけた査読付きの小型スピーカーボックスの測定は1件のみで、利得は200 Hzで5 dBだった。これは、ラジエーターの質量、剛性、サイズを有限要素法で最適化したあとの値である。

メーカーの数値は、関わる規模を示している。コーン面積15.6 cm²、リニアストローク5 mmの2.5インチラジエーターは、7.8 cm³の空気を動かす(15.6 cm² × 0.5 cm、当社の計算)。これは仕様ページに記載された排除容積0.008 Lと一致する。同じメーカーは、ラジエーターは支援するアクティブドライバーの少なくとも2倍の空気を排除すべきだと助言しており、この記事で取り上げたMarshallの3機種がいずれも2基を搭載している理由を説明する助けになる。それでもサイズが物を言う。Marshallの仕様ページは、0.36 kgのWillen IIの下限を75 Hz、5倍重い1.8 kgのMiddletonを50 Hzと公称している。

指標値出典
最適化されたパッシブラジエーターを小型スピーカーボックスに加えたときの出力利得(同じボックスにそれがない場合との比較)200 Hzで+5 dBJiang、Kwon、Kim、Hwang、Archives of Acoustics 42(4)、2017年
2.5インチパッシブラジエーター:共振 / 可動質量 / 排除容積73 Hz / 3.2 g / 0.008 LDayton Audio ND65-PRの製品ページ(メーカー自身の公称値)
公称の低域限界:2インチドライバー1基とラジエーター2基を持つ0.36 kgのスピーカー 対 3インチウーファー2基とラジエーター2基を持つ1.8 kgのスピーカー75 Hz 対 50 HzMarshall Willen IIとMiddletonの仕様ページ(メーカー自身の公称値)
JBL Charge 5の低音に対するラボの評価、2021年8月5日公開極低域の伸びが不足DXOMARK JBL Charge 5スピーカーテスト
JBL Flip 7の低音に対するラボの評価、テストベンチ1.0.1、2026年7月28日更新低音に重みと迫力が欠け、最大音量付近で圧縮されるRtingsのJBL Flip 7レビュー
モーターを外さずにパッシブラジエーターを測定する方法:平面波管、2負荷法(Brigham Young Universityの著者5名、2025年11月7日)振動板アセンブリの質量は、破壊測定と良好な一致を示したAnderson ほか、Journal of the Acoustical Society of America 158(5)、2025年

外れ値に関する注記:2025年のJASA論文は、パッシブラジエーターを特性評価が非常に難しいと述べている。通常の電気インピーダンス試験にはモーターが必要だからだ。これが、パッシブラジエーターに関する独立したデータが乏しい理由であり、Jiangの研究(入手可能な最新データ:Archives of Acoustics、2017年)が主要な公表ベンチマークであり続ける理由でもある。

3. 小型ドライバーにおける大信号歪み

「大信号」とは、ドライバーが線形のバネとモーターとして振る舞わなくなるほど高い駆動レベルを指す。最良の公開測定はスマートフォンサイズのマイクロスピーカーから得られており、ポータブルスピーカーの2インチや3インチのドライバーよりは小さいが、同じ物理に従っている。際立った発見は、空気そのものが歪みの発生源になるという点だ。隙間を流れる空気による非線形ダンピングは、空気中でのピーク歪みの45%を占めたが、同じドライバーを真空中で測定すると6%にすぎなかった。

これは小型の密閉ドライバーにとって重要だ。同じ研究は、ドライバーの機械抵抗の半分以上が、隙間や漏れにおける空気の粘性流に由来することを突き止めた。また、駆動電圧が0.1 Vから2 Vに上がると基本波が6 dB圧縮され、総合Q値(共振ピークの鋭さ)が約2から1へと半減することも観察された。南京大学とシドニー工科大学の別のチームは、補正が音量を犠牲にする必要はないことを示した。彼らの補償器による出力レベルの変化は、1デシベルのごく一部にとどまった。同じサイズクラスのシリコン側については、当社のMEMSマイクロスピーカー帯域幅統計をご覧ください。

指標値出典
2012年の大信号研究におけるスマートフォン用マイクロスピーカー:外形寸法 / 放射面積 / 共振11 × 15 × 4 mm / 約1 cm² / 約700 HzKLIPPEL, Modeling the Large Signal Behavior of Micro-Speakers、2012年
駆動電圧が0.1 Vから2 Vに上がったときの700 Hzでの基本波の圧縮(総合Q値は約2から1に低下)6 dBKLIPPEL, Modeling the Large Signal Behavior of Micro-Speakers、2012年
非線形ダンピングによるピーク歪みの割合、空気中と真空中での測定45% 対 6%KLIPPEL, Modeling the Large Signal Behavior of Micro-Speakers、2012年
補償研究における密閉ボックス型マイクロスピーカー:サイズ / 共振 / 試験台数0.9 × 1.6 cm² / 840 Hz / 4台Hu、Lu、Qiu、Compensating the distortion of micro-speakers in a closed box、UTSリポジトリの原稿、2016年
歪み補償器をオンにした後の出力レベル(パワースペクトル密度)の変化-0.1 dB~0.4 dBHu、Lu、Qiu、UTSリポジトリの原稿、2016年
HEAD acousticsのMDAQSモデルによる知覚的歪みスコア:JBL Flip 7 対 JBL Flip 63.5 対 2.5SoundGuysのJBL Flip 7レビュー、2025年6月13日更新

データの新しさに関する注記:2件のマイクロスピーカー研究は、いずれも入手可能な最新の公開データである(2012年と2016年)。2012年のドライバーでは、共振より下で相対歪みが40%を超えており、小型ドライバーが低音を再生させられる領域がまさにここである。

4. DSPによる低音制限、圧縮、最大音量

あらゆるコンパクトスピーカーは、いずれセクション1の上限にぶつかり、その後に何をするかはDSPの判断になる。多くは音量が上がるにつれて低音を絞り(ダイナミックレンジ圧縮)、そのためラボのレビューでは、ダイヤルの上限で低音が薄くなると表現される。Rtingsは、初代Marshall Embertonで最大音量時に5.98 dBの圧縮を測定したが、UE HYPERBOOMでは0.39 dBだった。

保護機能がドライバーをどうモデル化するかは、保護の有無と同じくらい重要だ。スマートフォン用マイクロスピーカーのテストでは、固定の線形モデルに基づく保護は最悪の場合に106 µmの使用可能な動きを許したのに対し、適応型の非線形制御は344 µmを許し、3倍以上になった(344 ÷ 106 = 3.2、当社の計算)。モデルベースの方式はそれぞれ3 msの音声遅延を加える。仕様書も、反対側から同じトレードオフをほのめかしている。この比較で最も重いMarshallのモデルが最も低い最大レベルを公称しているのは、公表された数値がハードウェアと同じくらい、チューニングや制限の選択を反映していることを示唆する。

指標値出典
Rtingsがテストしたスピーカー全体の典型的な最大音量80~100 dB SPLRtingsスピーカーダイナミクステスト、2021年4月6日公開
Rtingsが挙げた最も大きな例:最大音量時のJBL PartyBox 100104 dB SPL超Rtingsスピーカーダイナミクステスト、2021年
最大音量時の圧縮:UE HYPERBOOM / Marshall Emberton(初代) / Sonos Five(主に低音域)0.39 dB / 5.98 dB / 7.3 dBRtingsスピーカーダイナミクステスト、2021年
DXOMARKの音量スコア:JBL Charge 5 対 比較対象の中で最高のスピーカー(Bluesound Pulse Mini 2i)46 対 141DXOMARK JBL Charge 5スピーカーテスト、2021年8月5日
スマートフォン用マイクロスピーカーの使用可能なエクスカーション(最悪の場合):固定線形モデルによる保護 対 適応型線形モデル 対 適応型非線形制御106 µm 対 200 µm 対 344 µmKLIPPEL, Active Transducer Protection Part 1: Mechanical Overload
1 mでの公称最大SPL:Willen II(0.36 kg) / Emberton III(0.67 kg) / Middleton(1.8 kg)88 dB / 90 dB / 87 dBMarshall Emberton III、Willen IIとMiddletonの仕様ページ(メーカー自身の公称値)
低音DSPを内蔵したスピーカーアンプチップ:24 V、8オーム負荷、THD+N 1%でのチャンネルあたり出力、および3バンドのダイナミックレンジ圧縮とエクスカーション保護30 WTexas Instruments TAS5825Mの製品ページ、データシート改訂H、2023年1月9日(メーカー自身の公称値)

背景の注記:DXOMARKによれば、Charge 5は同社のプロトコルが最大音量での完全な評価に求める最低限の音量に達せず、最大音量でのダイナミック圧縮はわずかな兆候が聞き取れただけだった。RtingsとDXOMARKの数値は、公開されている最新の値(2021年)であり、より新しいRtingsの測定値は会員限定の壁の向こうにある。

5. IP67とIP68の密閉性とバッテリー電力の予算

防水性とバッテリー電力は、ドライバーを取り巻く2つの制約だ。IP等級はIEC 60529に由来し、1桁目は粉塵(6は粉塵の侵入なし)、2桁目は水を表す。IPX7は水深1 mで30分間耐えることを意味し、IPX8は単に「それより深い」ことを意味するだけで、深さと時間はメーカーが定める。密閉キャビネットは開口ポートを排除するため、設計者はセクション2のパッシブラジエーターに立ち戻ることになる。

バッテリー側は、容量と同じくらい電圧の問題である。シングルセルのアンプの定格は3.6 Vで示され、そのレールで動くブリッジ接続のアンプが4オームに出せる正弦波電力は、最大でも約(3.6 V)² ÷ (2 × 4オーム) = 1.6 Wとなる(当社の計算、損失のない理想的な場合)。TIのTAS2563は、3.6 Vから6.1 Wと定格されているが、出力段の電源を11.5 Vに昇圧することでそこに到達しており、1ワット増えるごとに再生時間が削られる。再生時間の公称値にも、音量の公称値と同様の懐疑が必要だ。Flip 7の実測再生時間6.27時間は、定格14時間の約45%だった(6.27 ÷ 14、当社の計算)。ただし2つの数値は異なる音量で取られている。これらのセルがどう劣化するかについては、当社のバッテリー劣化統計とヘッドホンのバッテリー容量低下データをご覧ください。

指標値出典
IPX7浸漬試験(IEC 60529)水深1 mで30分間DLS Electronic Systems, IPX7 and IPX8 Immersion Testing
IPX8浸漬試験(IEC 60529)1 mより深い。深さと時間はメーカーまたは試験計画が定めるDLS Electronic Systems, IPX7 and IPX8 Immersion Testing
JBL Flip 7のIP68等級:公称の浸漬 / コンクリートへの公称落下高さ1.5 mで30分間 / 1 m(SoundGuysが報じたメーカー公称値)SoundGuysのJBL Flip 7レビュー、2025年6月13日
JBL Flip 7のバッテリー:1 mで一定の80 dBでの実測 対 適度な音量での定格6時間16分 対 14時間(Playtime Boost使用時は16時間)SoundGuysのJBL Flip 7レビュー、2025年6月13日
JBL Flip 7のバッテリー駆動時間に対するRtingsの評価公称の時間に届かないRtingsのJBL Flip 7レビュー、2026年7月28日
シングルセルのスマートアンプ:3.6 V電源時と12 V電源時の出力(4オーム、THD+N 1%) / 昇圧電圧6.1 W 対 10 W / 11.5 VTexas Instruments TAS2563の製品ページ、データシート改訂D、2024年1月17日(メーカー自身の公称値)
Marshall Emberton III:アンプ / 公称バッテリー駆動時間 / 防水等級2 × 38 WのクラスD / 32時間以上 / IP67、1 mで30分間Marshall Emberton IIIの仕様ページ(メーカー自身の公称値)

背景の注記:Ultimate EarsはWonderboom 4をIP67と定格し、水に浮くと述べ、1.5 mからの落下試験を行い、14時間の再生時間を公称している(Ultimate Ears Wonderboom 4のページ、メーカー自身の公称値)。これらのスピーカーの防水膜が出力をどれだけ下げるかを独立に測定した例は見つからなかったため、そのような数値はここには載せていない。

まとめ:ポータブルBluetoothスピーカーのパッシブラジエーターとエクスカーションを数字で見る

指標値出典
小型スピーカーボックスで最適化したパッシブラジエーターによる出力利得200 Hzで+5 dBJiang ほか、Archives of Acoustics 2017年
2.5インチパッシブラジエーターの共振 / 可動質量73 Hz / 3.2 gDayton Audio ND65-PR(メーカー公称値)
公称の低域限界、0.36 kg 対 1.8 kgのスピーカー75 Hz 対 50 HzMarshallの仕様ページ(メーカー公称値)
ウーファーの例:インダクタンス限界 対 ドップラー限界2.28 mm 対 15.9 mmKLIPPEL Application Note AN 5、2026年
密閉ボックス型マイクロスピーカーの共振840 HzHu、Lu、Qiu、UTSリポジトリ 2016年
歪み補償による出力の変化-0.1 dB~0.4 dBHu、Lu、Qiu、UTSリポジトリ 2016年
MDAQS歪みスコア、JBL Flip 7 対 Flip 63.5 対 2.5SoundGuys 2025年
テストしたスピーカーの典型的な最大音量80~100 dB SPLRtingsダイナミクステスト 2021年
音量スコア、JBL Charge 5 対 比較対象の最高値46 対 141DXOMARK 2021年
1 mでの公称最大SPL、Willen II / Emberton III / Middleton88 / 90 / 87 dBMarshallの仕様ページ(メーカー公称値)
IPX7の浸漬要件1 mで30分間DLS Electronic Systems(IEC 60529)
IPX8の浸漬要件1 mより深い。メーカーが定めるDLS Electronic Systems(IEC 60529)
JBL Flip 7の公称IP68浸漬1.5 mで30分間SoundGuys 2025年(メーカー公称値)
JBL Flip 7のバッテリー駆動時間、実測 対 定格6時間16分 対 14時間SoundGuys 2025年
シングルセルのスマートアンプの3.6 V、4オームでの出力6.1 WTexas Instruments TAS2563(メーカー公称値)
Marshall Emberton IIIの公称バッテリー駆動時間32時間以上Marshallの仕様ページ(メーカー公称値)

方法論と出典

  • KLIPPEL Application Note AN 4, Peak Displacement Xmax、2012年4月4日更新:klippel.de
  • KLIPPEL Application Note AN 5, Displacement Limits due to Driver Nonlinearities、改訂1.2、2026年5月22日:klippel.de
  • W. Klippel, Modeling the Large Signal Behavior of Micro-Speakers、2012年:klippel.de
  • W. Klippel, Active Transducer Protection Part 1: Mechanical Overload(参考文献は2015年まで):klippel.de
  • Jiang、Kwon、Kim、Hwang, Analysis and Optimization of Micro Speaker-Box Using a Passive Radiator in Portable Device, Archives of Acoustics 42(4), 753-760、2017年:doi.org/10.1515/aoa-2017-0078
  • Anderson、Neu、Gregg、Young、Leishman, Experimental assessment of passive radiator parameters using normal-incidence sound transmission measurements, JASA 158(5), 3697-3710、2025年11月:doi.org/10.1121/10.0039708
  • Hu、Lu、Qiu, Compensating the distortion of micro-speakers in a closed box with consideration of nonlinear mechanical resistance、UTSリポジトリの原稿、2016年:opus.lib.uts.edu.au
  • Rtings、スピーカーダイナミクステスト(最大音量時のSPLとダイナミックレンジ圧縮)、2021年4月6日:rtings.com
  • Rtings、JBL Flip 7レビュー、テストベンチ1.0.1、2026年7月28日更新:rtings.com
  • SoundGuys、Dave Carr執筆のJBL Flip 7レビュー、2025年6月13日更新:soundguys.com
  • DXOMARK、JBL Charge 5スピーカーテスト、2021年8月5日:dxomark.com
  • DLS Electronic Systems, IPX7 and IPX8 Immersion Testing(IEC 60529):dlsemc.com。IPコードに関するIECの概要:iec.ch
  • Dayton Audio ND65-PRパッシブラジエーターの製品ページ(メーカー公称値):daytonaudio.com
  • Willen II、Emberton III、MiddletonのMarshall仕様ページ(メーカー公称値):Willen II、Emberton III、Middleton
  • Ultimate Ears Wonderboom 4の製品ページ(メーカー公称値):ultimateears.com
  • Texas Instruments TAS2563とTAS5825Mの製品ページ(メーカー公称値):TAS2563、TAS5825M
  • データウォッチ:ポータブルスピーカーのエクスカーションに関する独立した公開測定データは乏しく、そのためいくつかの中核的な数値は古い研究(2012年、2016年、2017年)に由来し、入手可能な最新データとして表示している。マイクロスピーカーの研究はスマートフォンサイズのドライバーを使っており、ポータブルスピーカーに使われる2インチから3インチのドライバーではないため、その数値はポータブルスピーカーの平均ではなく物理の例示として扱うべきだ。Rtingsのダイナミクスのページは、良好な結果の2つの異なるしきい値(音量は92 dB超と95 dB超、圧縮は1 dB未満と2 dB未満)と、2つの異なる基準レベル(76 dBと85 dB SPL)を示している。当社はその実測例のみを引用する。Rtingsは現在、Flip 7の実測した音量、圧縮、バッテリーの数値を会員限定にしているため、より新しい数値が存在する可能性が高いが、公開では読めなかった。SoundGuysのバッテリー試験は80 dBで行われたのに対し、JBLの定格は適度な音量を前提としているため、この差は同条件の比較ではない。防水膜による音響損失の独立した測定は見つからなかった。試みたメーカーのデータシートはアクセスできなかったため、このトピックは推定せずに除外した。メーカーの数値(Dayton Audio、Marshall、Ultimate Ears、Texas Instruments、JBL)はメーカー公称値であり、独立した検証は行っていない。

最終更新日:2026年10月27日。当社はこのまとめを四半期ごとに更新しており、次回の更新は、IEC 62458の変位限界に関するアプリケーションノートの次の改訂版、またはパッシブラジエーターの測定に関するJournal of the Acoustical Society of Americaの次の研究が公開される時期を予定している。

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