なぜ「コンデンサに音のキャラクターがある」のか？実験と分解でその正体に迫る！【保存版】

こんにちは、manotchです。

前回の記事では、オーディオケーブルを物理的に振動させると、ケーブルによって異なる「声（周波数特性）」を発すること、つまり「ケーブルの音のキャラクターはマイクロフォニック音の周波数特性というデータで明確に可視化できる」という実験結果をご紹介しました。

その時の実験結果はこちら！

★実験から得た知見

• 振動が強いほど、マイクロフォニック音ノイズは大きくなる。⇒振動が主原因と分かる。
• 発生するマイクロフォニック音ノイズは、元の振動とは異なる「歪んだ」波形をしている。
• そして何より、ケーブルAとBとCでは、ノイズの周波数特性（グラフの山の形）が全く違う！

★グラフの「差」について グラフの縦軸は1目盛りが20dBです。これ、さらっと書いていますが電圧比で言うと「10倍」の違いなんです。もし2目盛り違えば「100倍」もノイズレベルが違うことになります。オーディオのような微細な信号を扱う世界でこの差は無視できません。

そして、このマイクロフォニック音は録音機やアンプを通すことでビービーやキーキーといった可聴帯域の音として実際に聴くことが出来ます。

■コンデンサに音のキャラクターはあるのか

「ケーブルでこれだけ違うなら、アンプなどのオーディオ機器の中に入っている部品はどうなんだろう？」

そんな疑問が湧いてきませんか？

今回はオーディオ機器の要（かなめ）とも言える部品、「コンデンサ」にスポットを当ててみたいと思います。

■オーディオ機器に使う部品「コンデンサ」って何？

オーディオ機器における「コンデンサ」は、非常によく使われる重要な部品ですが、その働きは見えにくいため少し難しく感じるかもしれません。

一言で言うと、コンデンサは電気を一時的に貯めたり、放出したりする『ダム』や『ポケット』のようなものです。

1. 電気をきれいにする役割（電源平滑）

オーディオ機器がコンセントから取り込む電気は、実はそのままでは少し波打っていて不安定（汚れた水）です。これを安定（きれいな水）にするのが、コンデンサの役割の一つです。

2. 必要な「音」だけを通す役割（カップリング）

それともう一つ。電気には「一方通行の流れ（直流）」と「行ったり来たりの振動（交流＝音の信号）」の2種類があります。オーディオ機器内部では、この2つが混ざっていますが、次の回路やスピーカーに渡すときは「音の信号」だけを渡したい場合があります。こちらはカップリングコンデンサと呼ばれています。

■コンデンサをコンコンたたくと音が出る？

オーディオ自作派の間では、「コンデンサを高級品に交換したら音が激変した」「セラミックコンデンサは音が硬い」といった話が交わされます。しかし、これも電気的なスペック（容量など）が同じであれば、なぜ音が変わるのか不思議ですよね。

そういった経緯があったので、これまでのケーブルの測定データからコンデンサも同様に「振動（マイクロフォニック音）」が大きく関わっているんじゃないか？と考えました。

「コンデンサに音のキャラクターがあるなんて、スピーカーじゃあるまいし」と思ったあなた。

「コンデンサマイク」をご存じでしょうか？ボーカル録音などで使われる高音質なマイクです。

このマイクは、名前の通り「コンデンサ（蓄電器）」の原理を応用しています。薄い振動板が音で揺れることで、内部の電極間の距離が変わり、静電容量が変化します。その変化を電気信号として取り出すのがコンデンサマイクの仕組みです。

つまり、オーディオ基板に実装されているコンデンサも、原理的にこれと同じことが起きていると考えられます。コンコンたたくと大なり小なりマイクロフォニック音が発生するのです。

前回の記事で触れたように、電子部品は外部からの振動がなくても、電流が流れること自体によって自ら振動しています（ホースに水を流すと震えるのと同じ原理です）。この振動によってコンデンサ内部の素子がわずかに揺れれば、静電容量が変化し、マイクロフォニック音として音楽信号に重畳されるのです。

「コンデンサマイクに音のキャラクターがあるように、オーディオ用コンデンサにも音のキャラクターがある」 そう考えると、これはオカルトでも何でもなく、極めて自然な物理現象だと思えてきませんか？

■コンデンサA,B,C 比較実験

では、コンデンサの種類によって、その「振動の仕方（＝発生するマイクロフォニック音の周波数特性）」に違いはあるのでしょうか？ オーディオ機器に使用される代表的な3タイプのコンデンサを用意し、前回同様の測定系（振動スピーカーで一定の振動を与え、発生する電気信号をFFT解析する）で比較実験を行ってみました。

実験に用いたコンデンサの種類

• A 電解コンデンサ： 電源回路などでよく使われる、円筒形のコンデンサ。中～大容量が得意。
• B フィルムコンデンサ： オーディオ用として良く使用されるコンデンサ。小～中容量が得意。
• C セラミックコンデンサ： 高周波特性が良いとされるコンデンサ。小～中容量が得意。

実験のために作成した治具です。上の2つはA.電解コンデンサ、下はB.フィルムコンデンサです。そして、下の円板状のものがC.セラミックコンデンサです。

リード線の長さは全て5センチに統一しました。外来ノイズをなるべく拾わないように撚線にしています。コンデンサの容量も全て良く使用される0.1μFに統一しました。

測定系のブロック図は以下の通りです。

[ブロック図]

実験はシンプル。

先ほど作成した治具の先端に取り付けた3種類のコンデンサを、図中の振動スピーカーに固定してコンデンサから発生した信号（マイクロフォニック音）をオーディオインターフェイスを介してPCの音声解析の代表的なソフトREWでFFT解析しました。測定系を開示する事で第三者による検証も可能にしました。

実験中の様子

注）FFT解析とは、一言でいうと「音の”成分”分析」です。

一見ただの複雑な波形にしか見えない信号を、FFT解析にかけると、

「どの周波数（音の高さ）の成分が、どれくらいの強さ（音量）で含まれているか」

をグラフにして、一目でわかるように分解・可視化してくれる技術です。ごちゃ混ぜの音から「ド」と「ミ」と「ソ」の音量を取り出すようなイメージですね。

セラミックコンデンサを振動スピーカーの振動板にクリップによる一定の力で固定している実験風景です。信号源は基本波100HZの方形波です。200HZ,300HZ,・・・20KHZというように高次の周波数まで含む歪んだ信号波形になります。

動画の見方（実験途中の様子） 左下の方にあるのが振動スピーカーです。その上にコンデンサを載せて触れたり離したりします。コンデンサが振動板に当たった瞬間、PCのFFT解析画面に高周波成分を多次まで含んだマイクロフォニック音が10～20KHzの広範囲にわたって発生する様子が分かります。

振動スピーカーからの誘導を受けてるんじゃないかという質問を結構頂いたのですが、この実験結果から誘導より振動の影響が極めて大きいという事が分かりました。

接触音を聴くと「ジャジャジャーというような歪んだ感じの音」や「チィーーーーというような汚い高音」が出てますね。振動を受けたコンデンサは果たしてマイクロフォニック音「＝コンデンサの声」を出しているのでしょうか？

■実験結果：驚きの違いと「その理由」

実験が終わり、データを並べて見てみると、思わず「なるほど！そうなるのか」と一人で納得していました（笑）

やはり、ケーブル君と同じくコンデンサA君もB君もC君もそれぞれ個性的な声を発していたのです。

コンデンサのタイプによって、はっきりとマイクロフォニック音の周波数特性に傾向が現れました。

その結果のグラフがこちらです！

※グラフの見方

「（振動あり…赤色の線 / 振動なし…黒色の線）」になります。赤色の線から黒色の線を差し引くと振動のみの信号レベル差になります。横軸は周波数レンジ10～20,000Hz、縦軸は信号電圧レンジ1uV～10V、1目盛り10倍（20dB）です。

全然違いますね。

「データで違いが出るのは分かった。でも、なぜそんな違いが生まれるの？」

もっともな疑問です。ここからは、実験データと、実際にコンデンサを分解して中身を覗いた結果を合わせて、その「音の秘密」を解明していきましょう。

1. 電解コンデンサ：中身が「スカスカ」だと振動する？

まずは、オーディオ機器で最もよく使われる「電解コンデンサ」です。 グラフの一番左を見てください。マイクロフォニック音の発生はフィルムコンデンサより多め。20KHzの高音域まで徐々に減衰する傾向ですが、比較的素直な特性をしています。

実際に分解してみた写真と、構造イラスト（AI推定）がこちらです。

中を見てみると、電極となるシートがぐるぐる巻かれているのですが、ケースとの間に隙間があり、結構「スカスカ」しているような印象を受けます。 これを「お弁当箱」に例えてみましょう。おかずが隙間なくギッシリ詰まったお弁当箱は振っても音はしませんが、中身がスカスカのお弁当箱を振ると「カタカタ」と中身が動いて音がしますよね？

電解コンデンサもこれと同じで、「中身の電極が動きやすい構造」＝「振動に弱い」と言えそうです。振動に弱いということは、外部からの振動で電極が揺れ動き、それが大きなマイクロフォニック音というノイズとなって現れると推測できます。

つまり、オーディオの部品として使われるコンデンサが振動するということは、意図せず「マイクとして機能してしまっている」状態と言えるのです。そして、これが音楽信号に重畳することでコンデンサごとの「音のキャラクター」を生む大きな要因の一つと考えられます。

※全ての電解コンデンサが中身スカスカではないです。容量とサイズ等で決まると考えられます。

2. フィルムコンデンサ：ガチガチに固められた「要塞」

次に、オーディオ用として音質が良いとされる「フィルムコンデンサ」です。 グラフの真ん中を見てください。電解コンデンサに比べてマイクロフォニック音の発生は比較的穏やかです。特定の周波数で多少の盛り上がりがあり、いくつか少し癖がありますが、電解コンデンサに比べると全体的にノイズレベルは低めで良好な特性でした。特に10～20KHzといった高音域でマイクロフォニック音が小さくなりました。

中身を分解してみてみました。

分解して驚いたのが、その硬さと頑丈さです。内部の断面を見てください。モールド材（樹脂など）でガチガチに固められています。 先ほどの「お弁当箱」の例で言えば、おかずの隙間にさらにコンクリートを流し込んで固めたような状態です。これでは中身はピクリとも動きません。

• 内部が動かない ⇒ 振動しても静電容量が変わらない ⇒ ノイズが出にくい

メーカーがわざわざコストをかけてまで内部を強固に固めている理由の一つは、この「振動対策」にあるのかもしれません。「フィルムコンデンサは付帯音が少ないクリアな音」と評価される理由が、この「動かない構造」から裏付けられそうです。

3. セラミックコンデンサ：振動で「発電」してしまう？

最後に、一番興味深い結果となった「セラミックコンデンサ」です。 グラフの右側です。

これだけ他のコンデンサと比較して全く別物の傾向になりました。中高域にかけて、ノイズレベルが非常に大きく、しかも鋭いピーク（山）がいくつも発生しています。

この鋭いピークは、ちょうど人間の耳が敏感な帯域とも重なります。微細な信号を扱う回路やハイゲインな増幅回路に使うと、音がピーキーになったり歪んで聞こえたりする原因になりそうなことがデータから容易に推測できます。

「これだけクセがあるなら、中身はスカスカで振動しやすいのでは？」 そう予想して分解してみたのですが……。

予想に反して、中身は電極と誘電体がミッシリと充填されており、構造的には振動に強そうです。 「構造は振動に強そうなのに、なぜ激しいノイズが出るのか？」 ここで矛盾が生じます。しかし、不思議に思い材質を調べてみると謎が解けました。

今回実験に使用したようなサイズのわりに容量が大きいセラミックコンデンサには、「強誘電体」（チタン酸ジルコン酸鉛 PZTなど）という材料が使われています。これは別名「圧電体」とも呼ばれ、「力を加えると電圧が発生する（圧電効果）」という性質を持っています。

身近な例で言うと、100円ショップなどにある「防犯ブザー」や電子機器の「ピッ」という音を出す「圧電スピーカー」と同じ原理です。

圧電スピーカーとセラミックコンデンサ

• 圧電スピーカー： 電気を流すと振動して音が出る。
• セラミックコンデンサ： 振動を与えると発電して電気が流れる。

つまり、構造的に揺れやすいのではなく、「振動を与えると発電してしまう石」を使っているようなものだったのです。これでは、いくら構造を固めても、振動を受けると物理現象としてノイズ（電圧）が発生してしまいます。

※すべてのセラミックコンデンサが「悪者」ではない？

ここで一つ補足しておかなければならないのは、「全てのセラミックコンデンサがこうなるわけではない」という点です。

今回のような強いノイズが出やすいのは、小さなサイズで大きな容量を稼げる「高誘電率系」と呼ばれる材料を使うタイプです。 一方で、「温度補償用（C0G/NP0特性）」と呼ばれるタイプや、オーディオ専用に開発された対策品などは、圧電効果を持たない（あるいは極めて小さい）材料が使われています。そういった種類のものは、今回のような振動ノイズは小さくなります。

ただ、一般的に電子機器に広く使われている「汎用品」のセラミックコンデンサでは、今回観測されたような『発電する石』としての性質が顔を出しやすい、ということは覚えておいて損はないでしょう。

また、ピーキーな特性だからといって一概に悪いという訳ではありません。例えばギターアンプに使われるようなコンデンサは「音のチューニング」に使われているそうです。楽器の音を魅力的に変えるスパイス（隠し味）ともいえそうですね。

■まとめ：実験で見えた「音」の正体

今回の実験と分解調査を通して、考察すると以下のことが見えてきました。

1. 電解コンデンサ： 構造的な「隙間」がマイクのように作用し、電極が振動を拾ってしまう。
2. フィルムコンデンサ： 樹脂で固めることで振動を物理的に抑え込み、ノイズを低減している。
3. 汎用セラミックコンデンサ： 材質そのものが「発電機（圧電体）」の性質を持っており、振動がダイレクトに電圧ノイズになる。（※対策品を除く）

重要なポイント

コンデンサの「構造（内部）」「材質・・・電解質、フィルム、セラミック」「硬さ」といった物理的な違いが、マイクロフォニック音の「周波数特性」として、明確に「データとしてキャラクターを可視化」できるほどの差を生む事。

これまでオーディオファンやギターリスト達の間で感覚的に語られてきた「部品による音の違い」が、これまでの実験で物理現象として説明できることが裏付けられたと言えるのではないでしょうか。 この事実は非常に興味深いと思いませんか？

今回は触れませんでしたが、マイクロフォニック音以外の電気的な特性の違いも音が変わる要因としてもちろん考えられます。一般的な「容量特性」以外にも、一般的なスペックに載っていない「バイアス特性」「歪特性」「tanδ 損失特性」など、コンデンサの音のキャラクターの要因になる要素はたくさんあります。

そちらも機会があったら記事にしたいと思います。

今回実験したのは数あるコンデンサの中のほんの一例です。中には弱点を克服した素晴らしい製品もたくさん存在するでしょう。 「たかが部品、されど部品」。小さなコンデンサの中で起きている物理現象に思いを馳せると、オーディオの奥深さがより一層面白く感じられるかもしれません。

今日はここまでにします。最後までお読みいただきありがとうございました。

以前投稿した記事です。興味がある方はご覧くださいね。

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