イヤホンが音を出す物理学：電磁力・磁石・コイルが織りなす振動の秘密

序章：鼓膜を揺らす「小さな音響兵器」

毎日、私たちはイヤホンを通して音楽を聴いています。スマートフォンやオーディオ機器から流れてくる単なる電気信号が、どのようにして私たちの耳元で空気の振動（音）に変換されているのでしょうか？

この「音を出す謎」の背後には、電気と磁気の相互作用を巧みに利用した「電磁力」という、物理学のトリックが隠されています。

本記事では、このイヤホンの秘密を解明するため、電気信号を力に変える磁石という証拠、音を生み出す振動板（ダイヤフラム）というトリック、そしてコイルとフレミングの法則という容疑者を徹底的に追跡します。

イヤホン（ダイナミック型）は、音を出すための土台として強力な永久磁石を利用しています。

イヤホン内部には、小型ながら非常に強力な永久磁石が固定されており、常に一定の強さの磁場（磁界）を発生させています。

オーディオ機器から送られてくるのは、元の音声の波形に合わせて絶えず強さや向きが変化する交流の電気信号（電流）です。この「変化する電流」が、固定磁場に対する「力を生み出すトリガー」となります。

固定された磁石と、変化する電流という二つの要素が出会うことで、音を生み出すための「動き（振動）」が生まれます。

物理法則の明確化：電磁誘導と電磁力 記事の主題にある「電磁誘導」は磁場の変化から電流が生まれる現象（発電の原理）を指しますが、イヤホンで音を出す原理は、電流と磁場から力（運動）が生まれるという逆の現象、すなわち「電磁力（ローレンツ力）」を利用しています。

永久磁石の磁場の中に、極めて細い銅線が巻かれたボイスコイル（Voice Coil）が配置されています。このコイルは振動板（ダイヤフラム）と一体化しています。

コイルに電流が流れる瞬間、コイル自身も磁場を作り、「コイルの磁場」と「永久磁石の磁場」が互いに干渉し合い、コイルに力（ローレンツ力）が発生します。

この力の向きと強さは、電流の向きと強さに完全に連動し、これを説明するのがフレミングの左手の法則です。電流が音声波形に合わせて常に変化するため、ボイスコイルは前後に絶えず振動します。

ボイスコイルの振動が、最終的にどのようにして「音」として私たちの耳に届くのでしょうか？

ボイスコイルと一体化した振動板（ダイヤフラム）は、コイルの動きに合わせて同じように前後します。この振動板が、周囲の空気を高速で押したり引いたりする役割を果たし、「空気の密度の高低の波（疎密波）」を生み出します。

この空気の圧力の波が、私たちの耳の鼓膜を振動させ、私たちは「音」として認識するのです。

音質、特に高音域のクリアさやレスポンスの速さは、振動板の素材に大きく依存します。アルミニウムやチタンなどの軽量かつ高剛性の素材は、振動が高速に停止・再開できるため、音の立ち上がりや解像度が高くなります。逆に、紙やバイオセルロースは、柔らかく豊かな中低音域を表現しやすい特性を持ちます。

イヤホンの基本原理は長年変わりませんが、この電磁誘導の技術を応用し、音質を向上させる試みは続いています。

🔹 バランスド・アーマチュア型 小型のイヤホンには、振動体を固定し、小さな鉄片（アーマチュア）を磁力で動かすバランスド・アーマチュア（BA）型という方式もあります。これも電磁力を利用していますが、高解像度、高感度な特性を実現しています。

🔹 ノイズキャンセリング 周囲の騒音を打ち消すノイズキャンセリング機能は、騒音と「逆位相の音波」を、ダイナミック型の仕組み（電磁力）で同時に発生させることで、音を打ち消し合っています。これは、音波を工学的に制御した応用技術です。

なぜイヤホンは音を出すのか？それは、イヤホン内部の永久磁石が生み出す固定磁場の中で、電流が流れるボイスコイルが電磁力（ローレンツ力）を受け、絶えず前後に振動するからです。この振動が振動板を通じて空気を振動させ、最終的に「音」という物理的な振動に変換しているのです。

イヤホンは、電気信号のエネルギーを、磁力と空気の連鎖を通じて「音」という物理的な振動に変換する、究極のエネルギー変換装置なのです。