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日記

振動によってオーディオの音が変わる機構

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2018年08月29日

 ケーブルによって音が変化する理由は、ケーブルを伝わる縦振動(音波)であるとする由井社長が提唱している仮説は妥当であると考えました。電圧により機器内部で縦振動(音波)が発生し、ケーブルを振動が伝わり、その先に接続している機器で不要電圧が発生し、それにより音質の劣化が起きるという機構です。ケーブルの機械的な性質によって、伝わってくる振動(音波)の変調や減衰量が変化することにより、ケーブルによる音質変化が作られます。機器内部で振動が発生する、また、振動が音質を変化させる機構としてまず考えられるのが、圧電現象です。

 圧電現象とは物質(圧電素子)に圧力をかけることにより電圧が発生する現象です。また、物資に電圧をかけることにより圧力が発生する現象は逆圧電現象とも言いますが、圧電現象と一括することもあります。ここではどちらも圧電現象と呼んでおきます。縦振動は圧力波であり、交流電圧が印加された圧電体は縦振動(音波)を発生し、縦振動(音波)が印加された圧電体は交流電圧を発生することとなります。

 圧電性を示す物質は、天然結晶では水晶(石英)、電気石、トパーズ(黄玉)などがあり、人工物では圧電セラミックスなどがあるようです。特定の結晶が圧電性を示す原因は対称中心がないために圧力で変形したときに電荷が偏ることであり、金、銀、銅など対称中心がある結晶には圧電性がありません。

 オーディオ機器に使用する材料として圧電性を持つものを考えてみます。まず、コンデンサーは圧電性が問題となる素子として広く認識されています。そのほか発振子(クロック)は圧電体ですし、コイルも電圧と振動(音波)を変換する素子です。コイルについては圧電体であるとの表現は見かけませんが、コイルにおける電圧と振動(音波)の変換現象はフレミングの法則によって発生することから、圧電性という表現を用いないのかもしれません。
そのほか、機器内部には電圧がかかるものとして抵抗、ダイオード、トランジスタがありますが、これらが圧電性を持つかどうか、圧電性と呼ばれるものはなくとも振動(音波)と電圧の変換を行うのかどうか、よくわかりませんでした。最もこれらに振動(音波)と電圧の相互変換機能がなかったとしても、振動(音波)がこれらを通過したときにはそれぞれの機械的特性によって振動波形を変化させるので、抵抗等の種類や形状についても音に影響することが考えられます。

振動が音質に影響する機構として、機器が動作する際の電圧によりコンデンサー、コイル等から音波(振動)が発生し、それが基盤や筐体、床、ケーブル等を波形を変えながら通過して、別のコンデンサー等に伝わって不要な電圧を発生するという機構が物理的に確実に発生しているものと考えられます。

このように考えてくると、オーディオ機器に足元に設置したインシュレーターの音や、ケーブルに巻いた物質の音などがスピーカーからの再生音に乗ってしまうという現象も納得できるところではあります。

 振動の発生源については、機器内部のコンデンサーや発振子等、柱上トランス、ボイスコイルであると考えましたが、ほかに可能性があるものとして、純粋な外部からの床の振動やスピーカーから空中に出ている音による振動を考える意見もあると思います。しかし、私は一般的な環境ならば、これらの効果は小さいと思っています。その理由としては

・USB-DAC(またはDDC)を2台接続し、1台だけを再生に使用し、1台はPCから認識するだけで使用していない場合、2台目のUSB-DACに対して振動対策をしても音が変わらない(事例は多くありませんが)。そのため、純粋な床からの振動はあまり影響していないと思われる。
・ヘッドホンを使用して聴いていても、オーディオ機器への振動対策やケーブルの変更によって音質が変化する。

といったことを考えています。

 今回は確実に発生している物理現象に絞りましたが、ケーブルで音が変わる理由についてはそれだけではないような気がしており、次回以降の機会では不確かな妄想を交えながら書いてみたいと思います。

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レス一覧

  1. よんまるさんどうも初めましてこんにちは

    技術的な事はあまり詳しくわからないのですが
    面白そうなので、素人視点で話にのかってみます
    自分が電源ケーブルで衝撃を受けた2社、
    マルチョウエンジニアリングさん
    AVケーブルテクノロジーズさん
    両方ともどうやれば音が変化するという事を
    解説してそれぞれ技術的にやっておられると思うのですが
    それでも足りない部分があるのでしょうか

    bynk at2018-08-29 21:26

  2. nkさんこんにちは

    どちらも振動と電圧の相互作用やケーブルによる縦振動の伝達という観点はないので、そこは外していると考えています。

    ラダーケーブルについては聴いたことはありませんが、音が良いとすれば皮膜が連続しない構造なので、皮膜による固有音は乗りにくいことや導体の電気的特性にこだわっていないことが結果的に好結果につながっているのだろうと想像します。

    AVケーブルテクノロジーズさんは自社の電源ケーブルの特徴をいくつか書いていますが、電源ケーブルで音が変わる理由についてはまったく説明していないと思います。

    byよんまる at2018-08-29 21:47

  3. PCを使ってると電磁波の影響も大きいです。
    PC内部の電源の配線なんてマザーボードの近くを通るだけでノイズが乗ります。
    おかげで私のPC内部は電源の配線をシールドしなければいけませんでした。
    PC内部にノイズフィルター回路を設置していますが、これもシールドしないとノイズが乗ります。
    ノイズが乗ると音がざらつく、ベールがかかったような感じになる等になったりしてました。

    なんでこれが影響するのか… と思うことが多いです。

    byしゅんかん at2018-08-29 21:56

  4. よんまるさん

    ラダー型ケーブルは独特の構造を利用して良い音が出てると思います
    AVケーブルテクノロジーズさんについては失礼しました
    確かにスピーカケーブルについてはちゃんと書いてますが電源ケーブルについては書いていませんでしたね
    両方ともリーズナブルで結果として分かりやすい音でしたので何か技術的にすごい事をしてるのかなと思いました

    全ての影響を把握するには膨大な情報と戦う事になりそうですね
    解決したあかつきには是非とも、独自のケーブルを開発して販売して下さい
    買わせていただきます

    bynk at2018-08-29 22:07

  5. しゅんかんさん こんにちは

    PCからのノイズと長らく格闘されていますね、私からはしゅんかんさんの環境についてどう対策したものか、以前に書き込ませていただいたこと以上のことはなんとも言えません。

    byよんまる at2018-08-29 22:30

  6. nk さん

    ケーブルによる音質変化は主に音波の伝達特性によるということで、情報整理はほぼついていると思っています。

    独自ケーブル開発ですか・・。工作は好きじゃないので誰か作ってくれないかなと思っています。

    byよんまる at2018-08-29 22:44

  7. よんまるさん

    興味深く拝読しております。

    ケーブルの音の違いを、導体の振動による圧電現象に求めておられるようですが、確かにその要素はあるかもしれませんね。ただ、音質への影響はただひとつではないと思います。

    例えば、電気的特性の影響はないとして絶縁体が引き起こす誘電体歪みなどを否定しておられますが、誘電体歪みもケーブル絶縁材を伝わる振動の影響ですので、これを否定する必然性はありません。誘電体歪みも広くケーブル内の振動が引き起こす音質影響のひとつです。むしろ、私は導体の圧縮変形振動よりも絶縁材の振動の方が影響は大きいと思っています。

    このことを強く主張されているのが、ラダーケーブルのマルチョウエンジニアリングさんです。絶縁体の共振が誘電歪みを引き起こし音質に悪影響を与えている。共振は周波数特性を持ち、しかも伝達関数に時定数を持つので振動とその影響は複雑です。その具体的な低減対策がラダーケーブルの構造にあるわけです。絶縁体を短く分断し振動伝達を遮断し振動蓄積を低減、共振域を帯域外に追い出し、なおかつ導体周囲の絶縁体(の誘電分極)をアースしているというものです。

    ちなみに、マルチョウさんは、「音がよいケーブルの長さ」というものも否定されています。音楽信号(伝送波長)は帯域が広く、ケーブル素材の弾性など特性は多岐にわたり、それが組み合わされています。理論的に「音が良い長さ」というのはあり得ません。

    byベルウッド at2018-08-31 10:36

  8. (続きです)

    ケーブルで音が変わるというのは、1975年前後に、秋田大学物理学科の金田昭彦氏と、 オーディオ評論家の江川三郎氏によって主張されました。これは従来からの「ケーブルの電気的特性はほぼ理想であり音の違いは感知できない」という電気音響学の常識を覆すものでした。当初は表皮効果(渦電流)にその根拠を求めていたようですが、やがて誘電歪みも要因のひとつとして意識されるようになりました。二人の理論に呼応して新たなオーディオケーブルを開発していったのがモガミでありNEGLEXシリーズとして結実しています。

    導体振動ということでは、単芯導体に楕円断面導体を使用するアコースティックリバイブのスピーカーケーブルがあります。確かに円断面よりも音質が優れると感じました。私はそれでも撚り線の方が好ましいと感じていますが…。

    タイムドメインが、何か新たなオーディオケーブルを開発されているのでしょうか。もしそうならその成果がとても楽しみですね。

    byベルウッド at2018-08-31 10:37

  9. よんまるさん

    ベルウッドさんの「誘電体歪の影響は大きい」に1票入れます。

    アンプをチューニングして行くと入力のピンプラグが抜けかけてGNDが浮いた状態でも信号を送る事が出来る様になります。
    若干レベルが低い程度で聴けるレベルで送られていました。

    MONOパワーアンプなので帰りは何処を通っているのか未だに分かりませんが・・・
    こわいので敢えてこの状態を作って再現しようと思いませんが何度か経験しました

    こうなった時に起こる現象が、ケーブルを擦ると”シャー シャー”と音が出ます。
    正にコンデンサーマイク状態・・・「誘電体歪」その物?

    最初に起こった時は、あ~ 数千円のRCAケーブルじゃダメなの? と
    きっちり差し込んでGNDをしっかり取れば 収まりました。

    ※チューニングと云っても電源リップルが1/50万以下と極端な調整が必要です・・・一般のアンプでの挑戦は止めた方がよいかと

    byhelicats at2018-08-31 11:19

  10. 「金田昭彦氏」と書いてしまいましたが、正しくは「明彦」氏です。お詫びして訂正いたします。

    byベルウッド at2018-08-31 13:38

  11. ベルウッドさん、helicatsさん こんにちは
    コメントありがとうございます。

    ちょっと誤解があるようです。この仮説<ケーブルやオーディオ機器を伝わる音波(縦振動)がスピーカーから出る音の音質を変える大きな要因であり、ケーブルの交換によって音が変化する理由もケーブルを伝わる音波(縦振動)が主たる原因であるという仮説>の根幹となる事項をいくつかあげます。

    ・電圧と音波(縦振動)の変換現象はオーディオ機器内の随所で発生している。
    ・音波(縦振動)は圧電素子や媒質の機械的特性によって減衰や固有振動の付加などの変化をする。
    ・音波(縦振動)はあらゆる固体を伝わっていくが、特に金属導体をよく伝わる。
    ・音波(縦振動)により発生した電圧が音質を変える。

     このエントリーにおいては、物理現象として広く一般に認められているもののみに絞り込んで音が変化する機構をまとめています。そのため、音波(縦振動)と電圧の相互変換が起きる原因として、機器(柱上トランスを含む)内部のコンデンサー、発振子、コイルの圧電現象を取り上げました。ケーブルについては振動を伝達する役割だけを持たせています。

     実際には、抵抗やダイオード、トランジスタ、皮膜、導線、そして基盤やケースでも電圧と音波(縦振動)のなんらかの相互作用はあるだろうと想像しています。ただし、これらについては本当にあるのか、またはあったとして影響が十分にあるかどうかについて十分な確証がないと考えていますので、当エントリーの論理からは落としました。

     ケーブルにおいて電圧と音波(縦振動)の相互作用が起こっているとすれば、導線よりも絶縁体皮膜が大きいであろうことは同意します(金、銀、銅は圧電体ではありません)。誘電歪みという言葉は、マルチョウさんのサイト以外ではあまり見かけない用語であり、内容を完全には理解できていないのですが、電圧と振動の相互作用という意味合いであるならば、当仮説の一部をなすものとして内包することができるものであろうと思っています。

    byよんまる at2018-08-31 17:02

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