音楽理論ギターのトーン回路の仕組み

概要

　ギターのトーン回路の仕組みについて解説します。

　ギターのトーン回路には0.022μFや0.047μFのキャパシタがピックアップの信号から可変抵抗を通じてキャパシタをとおりGNDに接続された経路があるだけです。これで高周波成分がGNDに落ちる感じになります。

　つまり、激しく振動している部分が少しなくなって、元の音程がラ（A）なら440Hzを基音として、高い倍音やアタック成分が減り、複雑な波形が少し滑らかになります。極端に言えば、440Hzのサイン波に少し近づく方向の変化と考えるとイメージしやすいです。波形の中で速く変化している成分には高い周波数成分が多く含まれます。ピックで弦を弾いたときの「ジャッ」というアタックや、弦独特のギラッとした成分などが減るため、音が丸くなったように感じます。極端に言えば、複雑な波形がただのサイン波に少し近づいていくような変化です。

　キャパシタはスーパーキャパシタのような非常に大容量のものになると、充電池に少し似た蓄電用途にも使われます。しかし、ギターのトーン回路で使う0.022μFや0.047μF程度のキャパシタでは、蓄えられるエネルギーは非常に小さなものです。とはいえ基本的な原理は同じで、電荷を蓄えたり放出したりする性質があります。その結果、交流回路においては、キャパシタの2枚の電極表面で、一方には電子がわずかに余り、もう一方ではわずかに不足するような電荷の偏りが生じます。キャパシタ両端の電圧が変化すると、この電荷の偏りも変化します。そのため外部回路では電荷が出入りし、電流が流れます。電圧の変化が速いほど、その電流は大きくなります。

i = C * dV/dt トーン回路の分岐では、高周波成分ほどキャパシタ側に大きな交流電流が流れます。電圧の変化の速い奴が来たぞ！これに対処するべく枝から高周波成分の電流をいただくぜ！というイメージです。もちろんキャパシタ自身が周波数を判断しているわけではなく、上の \( i = C(dV/dt) \) という性質によって自然にそうなります。抵抗値を小さくすることでトーンを効かせることになります。ボリュームは分圧器の取り出し位置を変えて出力電圧を調整しています。 Toneの「抵抗を小さくしてキャパシタをGNDへ近づける」という動作とは違います。ノブを時計回りに回すと、Volumeなら音量が大きくなり、Toneなら高域が多く残る方向になるようにするのは、操作上そのように配線しているだけです。きちんと回路を組んでいれば…ですが。

　管理人のギターにはVitamin系やOrange Drop系など複数のキャパシタを取り付け、スイッチで切り替えられるようにしている。ただし現在使用できる2個については、切り替えても管理人には明確な音の違いを感じられない。容量については改めて実測して追記する予定です。必要な耐圧が確保されている限り、耐圧値そのものはトーン回路の周波数特性を決める値ではありません。アンプなんかでよく使われるVitamin系とOrangeDrop系への憧れをとりつけているだけのことになります。ギターで扱う信号電圧は、数百Vもの高耐圧を必要とするようなものではないので、高耐圧が寄与することはほとんどありません。少なくとも「高耐圧だからギターの音が良くなる」という理由で選ぶ必要はなく、適切な容量と十分な耐圧を持った普通の小型キャパシタでも良かったんじゃないかって今では思っています。ギターを買った時も安いキャパシターがついていましたので、それでよかったのですね。どうせかえるならハムバッカーには0.022 µF、シングルコイルには0.047 µFという組み合わせもよく見られます。ハムバッカーはもともと比較的高域が穏やかなものが多いため、容量を小さくしてToneを絞ったときにも高域を残しやすくする考え方です。ただし決まりではなく、好みやピックアップ、回路によって自由に選べます。そのことを叶えるような仕組みを導入した方がよかったですね。次にキャビティをあけたときはギボシからピンにかえたり、キャパシタも簡単に取り外しができるようにしたり、キャパシタは容量がことなるものを使ってみたりしたいと思います。

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