カテゴリー別17_もっと自由に大きな音で!OZIMAS Guitar Atelierのブログ コンデンサ(キャパシタ)の話 no..216.215.214もっと自由に大きな音で!OZIMAS Guitar Atelierのブログ    

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コンデンサの容量

コンデンサは実にいろいろな形が有ります。
コンデンサ色々
見た目だけではなく、いろんな種類の物が有ります。
基本原理はどれも同じなのですが、それぞれ素材や形状により物理的特性が異なるためこのようにいろんな形大きさの物が有ります。
素材によって温度や機械的な耐久性、耐電圧製等の能力に違いがあるので、使用環境によって必要とされる要素(小型化や大容量化、高耐久性)を満たすために様々な物が開発されて来た訳です。もちろん技術的進歩によって電子部品として存在価値を失う旧製品も出てくる訳ですが、ギターの世界では相変わらず活躍していたりします。

セラミックコンデンサは文字通りセラミック(いわゆる陶器)で構成されています。基本的に茶色くて丸い円盤状です。ギターには昔から使われています。(形・大きさはいろいろですが)
フィルムコンデンサは誘電部分にフィルム状の物が使われているためこう呼ばれます。
紙に絶縁オイルを含ませた物を使っている物もあり、ペーパーオイルコンデンサとか呼ばれています。
このペーパーオイルコンデンサなどはもっぱら円柱状です。

コンデンサ内部のイメージ左の絵は何かと言うと…
コンデンサの中身をの断面イメージです。(かなり乱暴ですが)

基本原理は同じでも形状大きさが異なるのは構成素材と容量等が違うためですが、同じ素材で容量を大きく確保しようと思った場合、コンデンサは大きくなります。
これはその原理上、容量は極の面積に左右されるためです。
両極の面積を大きく確保すればその分多くの容量を確保できるのですが、それだけデカくなってしまいます。

平べったい端子を2枚馬鹿正直に向き合わせていたのではいくらスペースがあっても足りませんので、多くのコンデンサは電極をくるくると巻いた構造をしています。

左の絵で言えば赤と青の渦がそれぞれの電極で、お互いに接触しないように前出のフィルムや紙等を挟んで巻いてあります。

円柱状の物は巻いてあるとしてもほかの形状でも折り畳んであったりすると思います。
要は近距離で向かい合う環境が欲しい訳です。



こうする事で、無駄に大きくならないコンデンサを作っている訳ですね。

これでも、同じ素材で作っていたら容量が大きい方が大きなサイズになってしまうのはある意味当然です。
しかし、コンデンサの容量を見た目で判断できる訳ではありません。種類が違うコンデンサは容量が同じでもかなり大きさが異なります。
コンデンサはきちんと容量が記載されていますのできちんと確認してください。
ふさわしくない容量のコンデンサを使うとびっくりするほど使いにくいギターになってしまいます。

容量換算肝心の容量ですが、
本来は単位はF(ファラッド)です。
しかし、1Fという容量は実はとてつもなく大きな物で、現実問題使う機会は無い物と思われます。
コンデンサは基本的にμF(マイクロファラッド)やpF(ピコファラッド)で表されるような数値がほとんどです。

各単位の換算は左の図のようになっています。
1μFは1Fの100万分の1
1pは1Fの1兆分の1(!)で1μFのさらに100万分の1です。


ギター回路図等を見た事のある方は、コンデンサの値のところに0,047等と書いてあるのを見た事があるかもしれませんがギターに関連する場合大抵の場合単位はμです。

コンデンサには223とか473とかいう数字が記入してあるのを見た事がある人も多いと思いますが、アレは数値を省略した書き方で、左の2桁は数値、右の1桁はゼロの数を表しています。単位はpFです。
つまり[223]=22,000pFとなり 0,022μFとなります。慣れないと判りにくいですね。

しかし、多くのギターでは
473(0,047µF)
333 (0,033µF)
223 (0,022µF)
のいずれかのコンデンサが使われている事がほとんどだと思います。
3桁表記以外には0.05とか.05MFDとかダイレクトに書かれている物も多いですが…。

もちろん472や222と言った値のコンデンサも存在するので、間違えて使うと単位が10分の1になってしまい、値が小さすぎてトーンがあまり効かないあるいは利き方が変という事になります。
ギターにはボリュームポット等に付けるハイパスフィルター用に102等も割と出番が多く、楽器屋さんで何でも良いからといって適当に買うと全く意にそぐわない結果になる事もあります。

また、容量は実は結構な誤差があるようで…
物によって精度等は違うのですが、同じ素材のコンデンサでも容量誤差によって音の印象が異なったりする可能性もあります。
まして古い物は生産当時の品質を維持している事の方が難しいと思います。
極めて近い感覚で隣接した繊細な構造を保つ事で本来の能力を発揮するようになっている訳ですから…

また、「コンデンサは熱に弱い」という話を聞いた事がある人もいると思います。
半田付けの際、熱をかけすぎると破損してしまうというのは中身の構造を考えるとある程度当然かもしれません。
もちろん素材によって耐熱性はかなりの差があると思われますが、古いペーパーオイルコン等は加熱しすぎたら具合が悪そうです。
実際に半田付けの時にあまりもたもたとやっているとコンデンサは容量を失ったりして無力化してしまいます…
(小学生の頃の電子工作で沢山駄目にした経験あり…)

コンデンサの話  もう少しあるかも
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コンデンサは何してる?

前回の続きです。

コンデンサは一体何をしているのか?
「直流はストップ」「交流は周波数に応じた抵抗を持って通過させる」
というところまで来ました。

では周波数に応じた抵抗とは?

ギターやベースに限らず、音声信号には必ず周波数が有ります。
ギターやベースは通常、基準音のA音を440Hzでチューニングします。
しかし、ギターのA音を弾いた時に出てくる音には440Hz以外の周波数の成分も大量に含まれています。
例えばその中で言えば440Hzの成分を基音と言い、それ以外の成分を倍音と言います。
倍音成分はギターのピックアップの違いや位置の違い、ボディの振動など様々な要素で倍音成分の中身は異なります。
そのため、同じチューニングにしても聞こえる音色が異なるという事になります。
そして、その成分の量を変化させる事で、音色が変わるという事になります。

例えば、下のグラフのように、低周波から高周波までを均等に含んだ信号があったとします。(ギターのサウンドではあり得無いと思いますが)
スペクトルアナライザーを見ているような感じで見てください。
広い周波数を持った信号

この信号をコンデンサに通すとどうなるのか?
ひとまず下のような回路を考えてみます。
左上のSauceと書いてある物が信号源と考えてください。右端のジャック部分から出力するとして…
コンデンサを通す回路

コンデンサはその容量に応じて高周波ほど通しやすく、低周波ほど通しにくい抵抗として働きますので…

高周波ほど通りやすくなった結果


このように低い周波数成分の信号の通過が抵抗によって妨げられた結果、高い周波数の成分が多く残った状態になりました。
こうなると最初の状態よりも高音域が強調された印象の音になるはずです。
この回路は、高周波を主に通過させる目的で設置されていますので「ハイパスフィルター」と呼ばれたりします。
あるいは逆の視点から、低周波を減らす事を目的に「ローカットフィルター」と呼んだり。

今度は下の図のようにコンデンサを通じてアースに落とした状態の回路を考えてみます。
コンデンサを通してアースに落とす回路

今度は信号はどうなるかと言うと
高周波ほど減っていく場合
コンデンサを通過しやすい高周波成分が優先的にアースに落ち、高周波が中心に減少した形になりました。
このとき聞こえる音は最初の物よりも高音域が少なく、丸い印象の音になるはずです。

この回路は高周波を減らす事を目的として「ハイカットフィルター」と呼んだりします。
ギターのトーンに使われる回路はこれが基本になっています。
実際には、ポット(可変抵抗)と組み合わせる事でハイをカットする具合を調整できるようにした物が使われる事がほとんどです。

逆に前出の「ハイパスフィルター」もしくは「ローカットフィルター」の回路はジャガーのスイッチの一つに組み込まれていますし、一部のテレキャスター等にも使われています。

このように同じパーツでも使い方によって全く違う効果が得られるという重要なパーツです。



コンデンサの話まだ続く・・・



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コンデンサー?キャパシター?

ギターの回路に興味のある人なら、本などでも「コンデンサ」あるいは「キャパシタ」という言葉を見たり聞いた事が有ると思います。
ほとんどのギターやベースには1つ以上使われていると思います。(必ずではない)
ピックガードを外してトーンポットのあたりについているアレです。
これがコンデンサ
そもそもコンデンサは何をしているパーツなのか?

すべてのパーツには『役割』があります。
ギターの音色を左右する重要な仕事を請け負っているパーツですが、実際のところ「よくわからない」という人も多いように思います。
この記事ではコンデンサが一体どういう仕事をしているのかを考えてみたいと思います。

そもそも、コンデンサ(キャパシタ)とは何か。
wikipediaによると

コンデンサ(蓄電器、羅: condensare、英: capacitorは、静電容量(キャパシタンス)により電荷(電気エネルギー)を蓄えたり、放出したりする受動素子である。
静電容量の単位はF(ファラド)が使われる。通常使われるコンデンサは数pF - 数万μF程度であるが、電気二重層コンデンサなどでは数千Fオーバーの大容量な物もある。両端の端子に印加できる電圧(耐圧)は、2.5V - 10kV程度までさまざまである。


と書いてある…。
…さっぱり解らん…

きちんと理解しようと思うと専門の本を1冊読まなければなりません。(1冊で済むのか?)
この記事ではギターに関して有用と思われる部分だけを扱いたいと思います。

まず、コンデンサは実に様々な形をしていますが、基本の仕組みは同じです。
コンデンサ構造イメージ1
2本のリード線はそれぞれ1枚の薄い電極板に繋がっています。
回路図等でコンデンサを表す記号はまさにこの2枚の板を表している物です。単純ですね。

この電極はお互いにごく狭い間隔に有るのですが、互いに接触はしておらず、2本の線は互いに絶縁状態に有ります。
絶縁状態ですので「これでは電気が流れないだろ」と思うのですが…
これが電気のややこしいところで、極めて近い距離の間を電子が移動すると言う現象が生じます。
この時の特性によってコンデンサは特有の仕事をします。

肝心の「コンデンサ」は何ができるのか?という問題ですが、
電気を貯める事ができる・放出する事ができる
まあこういう事です。
キャパシタ(capacitor)という名はこの特性から来ています。『キャパシタンス(容量)を持った物』という事です。(ライブハウス等の収容人数の事をキャパと言ったり、手に負えない量の仕事を受けた時等に「キャパを超えた」等と言う事が有りますよね?)
しかし、これでは充電池と同じです。
コンデンサはスペックによって電池として働けますが、電池はコンデンサの代わりではありません。

問題は、この「貯める」「放出」という動作も違う見かたをすると、直流に対しては電気をせき止め、交流に対しては電気を通すという事です。

直流イメージ
直流の場合コンデンサはそこで電気を貯めてしまうので、そこから先に電気が通過できない事になります。
電気を通したくないだけなら線を切れば良いだけの事ですが…

しかし、ギターの回路を流れるピックアップからの信号は交流電流(交互通行)なのです。
交流イメージ
交流信号は+と-に交互に電流の向きが変わります。コンデンサの中ではこのとき電流の向きが入れ替わるたびに充・放電を繰り返す事になります。
結果、電流が通過しているとみなす事ができる状態なので「交流は通す」という解釈になります。

しかしただ通すだけではそれこそ無意味です。
では、交流に対してコンデンサはどんな働きなのか?
誤解を恐れずに言えば「抵抗」です。

「はぁ?じゃあポットと同じやん」と思うかもしれません。

まあ同じと言えば同じですが・・・違うんですよね。
もっと細かく言えば「電流の周波数に応じて異なる抵抗値を持った抵抗」と言えます。(交流ですので、当然周波数が存在します)
高い周波数の電流に対して低い抵抗値を持ち、低い周波数の電流に対して高い抵抗値を持ちます。
もっとギターに近い表現で言えば、高い音ほどコンデンサー通過しやすい、逆に低い音ほど通りにくいという事になります。
この特性を利用して、ギターはトーンをコントロールしているのです。


コンデンサの話は長いので次回に続きます。



余談:
wikipediaには

なお、現代において、英語圏では、コンデンサと言った場合、復水器などの熱交換により高温で気体になった物質を液体に戻す装置を指すことがもっぱらで、蓄電器を指してはキャパシタの語が主として用いられている(コンデンサマイクなどコンデンサで定着してしまっているものもある)。

とあります。
この場合コンデンサとキャパシタは同じ物を指していますが、日本では「コンデンサ」と呼ぶ人の方が多いように思います。私自身は口で表現する時は「コンデンサ」と言う事の方が多いですが、不思議な事に図を書く時等は「キャパシタ」とか「Cap」と表記する事が多いかもしれません。(いい加減ですね)

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愛知県一宮市の木曽川近くにあるギター工房。
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