こんにちは、manotchです。
以前、オーディオ用ケーブルが振動することで固有の「マイクロフォニック音（振動が電気信号に混入する現象）」が発生し、それが音のキャラクターとして音楽に重畳することを記事にしました。
その後、コンデンサやデジタルアンプでも同様の現象が起きることを周波数特性の差から立証しています。
「これまでの記事へのリンク」
特にオーディオアンプは内部に増幅回路があり、振動で拾ったマイクロフォニック音が10～20倍も大きくなるので振動の影響をモロに受けやすいことも分かりました。手持ちのアンプでは手で基板をたたくと「コンコン」、「ボソボソ」といった音となってスピーカーから普通に聴こえることも分かりました。
これらの記事で紹介したのは、オカルトでも何でもなく、『部品自身が電流や外部からの振動で音が出る』という、れっきとした既知の物理現象です。この現象には、原因によって【磁歪：じわい】【摩擦電気効果】【ローレンツ力】【逆圧電効果】といった名前がついています。
これらを踏まえ、今回は「そもそも機器自体は本当に振動しているのか？」を実測で検証していきます。失敗と危険（！）を乗り越えた、現在までの記録（探求の旅）をお届けします。
目次
1. 振動測定：まずは現状把握
実験はシンプル。PC筐体に録音機（オーディオインターフェイス）の外部マイクを直接接触させて測定ソフトREW（Room EQ Wizard）で解析してみました。私の家のPCはAmazon musicやAmazon Primeなどでオーディオやアニメを楽しむのに使っています。
ポチップ
すると、マイクを天板に触れさせた瞬間、特定周波数に明確なピークが出現。 「やはり、何かが振動している……！」 この確信が、その後のディープな検証への引き金となっていきます。
さて、皆さん静かな時にPCの筐体に耳を近づけてみて下さい。電源やファンから騒音が聴こえませんか？
音が聴こえる＝何かが振動しているからです。そう！オーディオ機器は思ったより振動してました。ちなみに手持ちのDACアンプ（FiiO K9AKM）も天板からの振動音を観測しています。どういう理屈なんでしょう。興味深い現象です。
2. 振動測定：1500Wドライヤー編（失敗）
次にやってみたのが「オーディオ機器の電流を増やすと振動も増えて検出しやすいのではないか？」という仮説のもと、高消費電力の機器を使って負荷をかける実験に挑みました。
名付けて1500Wドライヤー作戦（そのまんま）
電源タップの上に録音機を置いてマイクを接触。電源タップにドライヤーを接続し電源タップが振動しているか振動音を拾ってみようと思います。しかし・・。
ポチップ
音が大きすぎて、マイクが振動ではなく「ドライヤーの騒音」を拾ってしまい失敗。これは仕方ない。（苦笑）
3. 振動測定：1500Wヒーター編（大失敗）
ドライヤーは騒音を拾ってしまうので、振動音のみを拾えませんでした。そこで騒音が出ないヒーターなら振動音のみ拾えるのでは！という事で1500Wヒーター購入。
「電流を増やせば、ケーブルに働くローレンツ力などによる振動も大きくなり、検出しやすくなるはず」という仮説のもと、1500Wの負荷実験に挑みました。
名付けて1500Wヒーター作戦（そのまんま）
しかし、ここで事件発生。強力な電流負荷をかけるべく投入した「投げ込みヒーター」。しかし、これには大きな落とし穴が……。空焚き状態になり、先端が溶けて発火寸前という事態になってしまいました！
やばかった！
※注意： 水中用ヒーターの空気中での使用は火災の原因となり極めて危険です。絶対に真似しないでください。
ヒーター君は残念ながら「空に旅立ち」ました。しかし壊れる直前のFFT波形には、熱膨張に伴う1500Wヒーターのパチパチという音とともにいくつかの周波数帯でピークが発生する反応を観測したのです。「音がする＝振動している」という物理の基本を、身をもって体感する結果となりました。残念ながら1回しか実験出来ずデータも記録できませんでした。トホホ。
4. 新兵器「ピエゾマイク」の導入
そこで、空気中の音を拾いすぎてしまう通常のマイクから、物体そのものの振動を拾うピエゾマイク（コンタクトピックアップ）に切り替えて振動を拾う事にしました。
【ちょっと解説：ピエゾマイク（コンタクトピックアップ）とは？】
普通のマイクは「空気の振動（音）」を拾いますが、ピエゾマイクは「物体の振動」を直接拾って電気信号に変える特殊なマイクです（圧電効果という物理現象を利用しています）。 アコースティックギターなどの楽器に直接貼り付けて音を拾うのによく使われます。周囲の騒音（ドライヤーの音など！）に邪魔されず、機器そのものの純粋な振動だけをキャッチしたい今回の実験にはピッタリのアイテムと考えました。
ギターなどに貼り付けて使うこのマイクこそ、今回の実験の本命です。
第一弾「棒型ピエゾピックアップ」（またしても大失敗）
見た目そのまんまの棒型です。商品説明によると何でもノイズが出ないとか。
どれどれ、あ、本当だ！ハムとか拾っていないみたい。測定精度も上がるかなぁ～・・・アレ？音自体何も拾ってないぞ。不良品？
ポチップ
使い方が悪かったのかもしれませんが、お勧めはできませんね。（苦笑）
第二弾 丸形ピエゾピックアップ（成功！）
こちらはAmazonさんのユーザーレビューで良さそうでしたので購入する事に。こちらは中々の好結果につながりました。
ポチップ
振動を拾うにはコレ良い形状だと思います。3.5mmのケーブルが付属しているのでzoom h4 essentialにそのまま接続できます。（ただ、信号レベルが小さいのでマイクアンプで増幅する事にしました。）
測定系ですが、左の丸いケースがピエゾピックアップ。これで振動音を拾います。それをマイクアンプ（中央四角い筐体）から録音機（オーディオインターフェイス）に繋いで記録。USB経由でPCにデータを渡してREWソフトウエアでFFT解析を行います
ピエゾマイクとマイクアンプを導入したことで、測定精度は一気に向上。
通常のマイクは「空気の振動（音）」を拾いますが、ピエゾマイクは「物体の振動」を直接振動するものに貼り付けて電気信号に変えます。つまり感度が高いと考えられます。
- PCの天板： はっきりと振動音がモニターできる。
- DACアンプ： こちらも天板から振動を検知。
そう！オーディオ機器は、私たちの想像以上に「物理的に」鳴動していたのです。
5. 低周波振動の正体！ファンと筐体の共鳴メカニズム
最新の実験では、興味深いデータが得られています。 ピエゾマイクを天板に接触させると、それまで存在しなかった20〜30Hz付近の低域に大きなピークが現れるのです。動画をご覧ください。注目したいのは一番左側にある大きな低周波のピーク（20-30Hzで約100mV /FFT上のピーク値）です。マイクアンプで約30dB（30倍）ほど増幅しているのでピエゾピックアップの拾った電圧は3.3mV程度と推定されます。
「たかが3.3mV」と思われるかもしれませんが、高感度なアンプの入力段や微細な音楽信号にとって、これだけの電圧の「振動」が天板に乗っているというのは、無視できない影響があると考えられます。
動画で詳細に観察したところ、一つの仮説が浮かび上がりました。 「冷却ファンの回転数の変化（音の高さの変化）」と「振動の周波数」が連動しているようなのです。（音も録音しているので周波数のピークと音の高さの関連をよく聴いて見てください）
- 内部ファンの振動が発生
- それが筐体（ケース）に伝わる
- 筐体全体が「箱鳴り」を起こし、低域の振動として増幅される
このメカニズムが、オーディオ信号にどのようなマイクロフォニック音によるノイズとなり、音質を変化させているのか。非常に興味深いところです。
PC筐体の天板にマイクを接触させたときとマイクを離した時の振動音の差をグラフで比較してみました。
マイクを接触させたとたん（左のグラフ）20-30Hz付近に大きなピークが発生している様子が分かります。また、100-500Hzあたりにも山がいくつか発生し大きくなる様子が観測できました。また、ファンの音の高さと連動して周波数が変わる事も分かりました。実験結果よりファンと筐体の振動が共鳴していると推測されます。
6. 最終兵器「バルク型ピエゾ」の登場と測定システムの完成
大分振動測定も出来るようになりましたが、気になったのは中高域からのノイズの多さ。大分何かを拾っているようです。マイクのケーブルも3メートルくらいあるので長すぎるようです。ケーブルって長くなるほどノイズを拾いやすいので。
前に試したピックアップピエゾは付属ケーブルが長かったので利便性は高いのですが、5.で提示したグラフを見ても分かるように1kHz以降の高域周波数帯では1mV～100mVといったレベルでノイズが乗りまくっていました。振動由来か電気的なノイズを外部から拾っているからか分かりにくくなっています。
そこで、測定系をさらに改良。まず、バルク型のピエゾピックアップを購入。マイクとマイクアンプまでを10センチくらいの撚線で直結。外部からのノイズを大幅に拾いにくくする効果がありました。
振動のノイズの信号だけが増幅されるのでSNR（信号対雑音比）が良くなり更に振動の信号成分だけが測定しやすくなりました。
グラフを見ると1kHz以降の高域周波数帯のノイズが小さくなっていますね。振動音は30Hzの山が0.3mV、100～500Hzあたりの複数の山が0.1～6mV程度です。振動の信号レベルが小さいのはマイクアンプのゲインを下げているからですが、総じてノイズ成分が小さくなりSNRの良くなっている傾向が見えます。
それから、バルク（外部を覆うケースが無く、振動検出するピックアップが裸の状態）なので振動する天板などに直接貼れる分、正確に振動を拾える効果がありそうです。この辺までくるとPC天板から発生する振動音が容易に聞き取れるほどになりました。動画で録音してみましたので聴いてみて下さい。
ピエゾピックアップに載せている押さえ用の木片を載せたり離したりしています。振動音の大きさや振動する音の傾向が木片を載せたり、離したりで振動モードが変化して音の感じも様々に変わることが確認できます。
総括
振動実験、なかなか興味深かったですね。
以前記事にした「部品が振動すると音のキャラクターになる」という実験データと今回の「オーディオ機器は確かに振動している」という実験データが線で繋がり、オーディオ機器の音質が振動で変わるメカニズムの一端が分かってきました。
「筐体を叩いた時の音（材質・構造）が、そのまま音質的な傾向として現れる」
かつて先輩（機構系）から聞いたこの言葉が、今回のFFT解析（20Hzのピークや筐体の共鳴、筐体の押さえ方による振動モードの微妙な変化）によって裏付けられました。振動対策は、もはやオカルトの領域ではなく、科学的な根拠に基づいた物理的な音質対策ということが言えそうです。どうやって完成させるかは人間の聴感や感性が重要なのでしょうね。
皆さんもぜひ、一度ご自身のオーディオ機器の天板を軽くコンコンと叩いてみてください。「その振動音のくせや特徴」が、あなたのオーディオ機器の隠れたキャラクターになっているかもしれません。
今後も更なる検証（探求の旅）を続けていきたいと思います。
ご覧いただきありがとうございました。次回の検証もお楽しみに！
おまけ【使用機材】
ポチップ
非常に使い勝手が良い録音機です。オーディオインターフェイスにも使え、記事の検証に大活躍しています。1台あると便利なのでお勧めしておきます。
ポチップ
オーテクさんのマイクアンプですが、マイク入力3.5mm、6.5mm、ゲイン調整20～50dB、ステレオ-モノラル切り替えスイッチなどの機能があります。実用性があって中々使い勝手の良い製品だと思います。お勧めしておきます。
ポチップ
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