ケーブルで音が変わる理由 追加妄想４

　ケーブルが振動によって発電するかどうか、前回に引き続き妄想を続けます。

　ケーブルが振動（縦振動）している状態とは、ケーブル内の一部分が圧縮され密度が高い状態になり、その隣接部分は引張して低い状態となり、密度の高い部分と低い部分が波動を形成してケーブル延長方向に移動していく状態です。電圧によっては振動しそうに思えないケーブルですが、外部から力を加えれば容易に振動します。ケーブルを構成する導線は銅や銀からできていますが、導線の密度の高い状態とは構成する金属イオン（銅のケーブルならば銅イオン）が振動のない状態よりも密集している状態です。

　力によってケーブルが縦振動を始める場合、自由電子とイオン双方が力の影響を受けるのでしょうが、両者の挙動は同じではないだろうと思います。仮に、自由電子の密度を一定とした場合、ケーブル内でイオンの密度が高い部分は電位が高くなり、イオンの密度が低い部分は電位が低くなります。

　これらの電位が高い部分と隣接する電位が低い部分がケーブル延長方向に移動していき、波動を形成します。このとき、電位が高い部分と低い部分の間に起電力を生じそうに思えます。

　機器側からみると電位の変動がケーブルから波動となって入ってくるので、交流電圧が入ってくるように見えるのではないでしょうか。また、振動とはすなわち音波であるため、ケーブルが鳴いている音が電圧波形として入ってくるのではないか・・・なんて妄想も膨らみます。

　このような妄想が本当だとすると、ケーブルには電場によって引き起こされる光速で伝わる電流のほかに、音速で伝わるもう一つの電流が流れているということになりますが、果たしてどうでしょうか。

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ケーブルで音が変わる理由 追加妄想3

　オーディオにおいて、ケーブルの交換によって音が変わる大きな原因は、ケーブルを伝わる縦振動（音波）がケーブルの種類によって変化することであると考えています。振動の発生源としてはコンデンサーやコイル、発振器が電圧によって振動することが考えられ、また、ケーブルを伝わった振動が音に影響する機構としてはコンデンサーやコイル、発振器が振動によって発電することが考えられます。

　電気的な性質以外でケーブルによって音が変わる理由としてはこれで十分に説明できると思いますが、さらに、ケーブル内では振動（音波・圧力）と電圧を変換する現象は起きているのかどうか、前回に続き、妄想していきたいと思います。今回は、ケーブルの振動（圧力・音波）により起電力を生じるかどうかについて考えます。

　なお、私の文章では「振動（音波・圧力）」や「縦振動（音波）」のように「振動」と「圧力（または応力）」と「音波」という用語は並べて書いていますが、３者は同一のものであり、周波数や文章の目的・内容によって使い分けられています。

　振動（圧力・音波）から電圧を生じる機構としては、まず、圧電性が挙げられます。これは、物質に圧力をかけたときに、結晶構造の非対称性に起因して電圧を発生する現象です。ケーブルの導線を構成する金・銀・銅には圧電性がありません。皮膜を構成する物質については多少の圧電物質があることが分かりましたが、それ以外の材料については調べられませんでした。圧電性に関する研究資料は、センサーなどに応用できそうな、強い圧電性を示す物質に偏っているためであるようです。このことについてはあるいは良く知っている専門家に聞けばわかるのかもしれません。おそらくはケーブル皮膜に使われる材料には強い圧電性のものはないということではないかと予想します。

　圧電性以外で振動（圧力・音波）により電気的影響が生じる事例としてはこちらに３例挙げました。

　この音響電気効果とコリジョン‐ドラッグ効果は半導体や金属を超音波が通過するときに生じる現象です。固体内を音波が通過している状態とは、固体内の一部分に圧縮応力がかかり、隣接する部分に引張応力がかかっている状態が生じ、それが波動となって移動していく状態といえます。このことが電気的な影響を生じている現象ということのようです。

　３つ目に挙げた、はんれい岩を一部圧縮して起電力を生じる例については、前述の２つとは異質のようですが、固体物質の一部分を圧縮することにより電気的影響を引き起こすという点では共通しています。

　そして、ケーブルを縦振動（音波）が通過している状態とは、ケーブルの一部が圧縮されて高密度となり、隣接する部分が引張されて低密度となりこれらが波動となってケーブル延長方向へ伝わっていく状態であるといえます。このことが電気的に影響しないのか、さらに妄想していきます。

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ルーターを変更したらLANがつながらなくなった

　2か月半前に自宅のインターネットを光コラボである光ギガからWiMAX（WiMAX Speed Wi-Fi Home L01s）に切り替えました。

　私は、オーディオ用のネットワークをインターネットに接続されたネットワークと物理的に切り離して使用しています。このオーディオ用LANにはルーターが存在しないこともあり、すべての機器を固定IPにして使っていました。先日、普段独立したネットワークとなっているオーディオ用PCをインターネットにつながった一般使用用のネットワークに接続し、その中にあるNASにアクセスしようとしました。ところが

つながりません！

　やり方によってはNASの存在は見えるものの、中身がどうしても見えませんでした。

　いろいろ調べたり、試したりしていると、原因は単純でした。

　以前は光回線につながったNTTのルーターのプライベートIPが192.168.1.1でありそれに合わせてLANにつながっている機器のIPを192.168.1.xxxとしていました。

68.100.1となっており、DHCPによって割り振られた各機器のIPも192.168.100.xxxと変わっていました。固定IPだった機器については以前の通り192.168.1.xxxというアドレスであったため、192.168.100.xxxとなっている機器とは別ネットワークという扱いになってしまっておりアクセスできないという状態になっていました。

　オーディオ用ネットワークにつながっている機器をひとつづつIPを変えることにより正常にアクセスできるようになりました（もちろんサブ子とマスクを変えて、両者を同一子とワーク扱いにする方法もあります）。WiMAXを入れたときに有線LANがすぐに接続できないPCがあったのも、このIPの問題であったようです。

　以上、ルータを入れ替えた際に私に起きたネットワークのトラブル解決でした。

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ケーブルで音が変わる理由 追加妄想２

　オーディオにおいて、ケーブルの交換によって音が変わる大きな原因は、ケーブルを伝わる縦振動（音波）がケーブルの種類によって変化することであると考えています。振動の発生源としてはコンデンサーやコイル、発振器が電圧によって振動することが考えられ、また、ケーブルを伝わった振動が音に影響する機構としてはコンデンサーやコイル、発振器が振動によって発電することが考えられます。

　電気的な性質以外でケーブルによって音が変わる理由としてはこれで十分に説明できると思いますが、さらに、ケーブル内では振動（音波・圧力）と電圧を変換する現象は起きているのかどうか、妄想していきたいと思います。

論点としては

１．電圧によってケーブルが振動するか？

２．ケーブルの振動によって起電力が生じるか？

という２点となります。
　

　今回は１の電圧によるケーブルの振動についてどうなのか考え（妄想し）ます。

　電圧によるケーブルの振動について、横振動に関しては地磁気と電流がフレミングの法則によって発生させる力や２線間の静電気力による力が考えられます。これらについてはどう計算しても振動させようとする力がケーブルの重さに対してあまりにも小さすぎるため全く問題とならないようです。

　縦振動に関しては、ケーブルを構成している内部の原子が動けばよいので、横振動に比べてそのハードルは低いと思います。

　圧電性（結晶構造に由来して、圧力をかけると電圧を生じる、また電圧をかけると圧力を生じる現象）は、導体を構成する金・銀・銅にはない。皮膜についてはポリ塩化ビニルについては多少の圧電性を示すことが確認でましたが、それ以外の皮膜材料については確認できず。少なくとも圧電材料として有用となるほどの物質は皮膜として使用されていないようです。

　導線を構成するイオンが電圧によって運動し、縦振動を起こすかどうかについても考えます。先に、自由電子について調べると、動作している電子回路内の自由電子移動速度（平均速度）は数mm/sらしい。すると、電子の約１２万倍の質量を有し、しかも結晶格子に拘束されている銅イオンの価数を１として自由電子と同じ力を受けるとすれば、その移動速度は数nm/s・・・か？

　

　とまあこんなことを考えまして、どうやら電圧によってケーブルが振動することはなさそうな気がしては来るのですが、物理学に明るいわけではない私がこんな手法であれこれ言及しても、どこか間違えていそうです。そこで、方向を変えてさらに考えます。

　今度は、電圧によって振動している電線が観察できるかということを考えてみます。電圧で電線が振動しているなら、電線から電圧の周波数の音が聞こえそうに思えます。鉄塔の上には高圧線が走っています。鉄塔から音が聞こえてくる現象はあるもの、チリなどの付着による放電によるチリチリ音であり、50Hzや60Hzの音ではありません。鉄塔でのかかっている高圧線ではあまり近くによることができませんが、6600Vならば電柱の上を通っているので、数ｍのところで音を聞くことができます。さらに、電線の地中化がなされている地区であれば、電力の地上器の近くに行けば、6600Vが間近に通ってているはずです。しかし、地上器に近づいても50Hz/60Hzの音は聞こえてきません。

　このように考えてくると、電圧いよってケーブルが振動する現象はないのだろうと考えています。

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ケーブルで音が変わる理由（追加妄想）

　オーディオ、特にオーディオケーブルによる音質変化について、電圧と音波（縦振動）の変換現象がキーであるとするタイムドメインの由井社長が提唱（Facebook等に断片的に書かれている）している仮説について取り上げました。そして私は、由井所長の書いた文章を読んだうえで、確実にそれなりの量で発生していると思われる物理現象に絞ってオーディオ特にケーブルで音が変わる理由についてまとめてみました。

　音波（縦振動）と電圧を変換する場としてはオーディオ機器や柱上トランス内部にあるコンデンサーやコイル、発振器と考えこれらにおいて電圧からの不要振動の発生および振動からの不要電圧の発生が起こるとしました。この場合、ケーブルの機能は電流と音波（縦振動）を伝達することとなります。そして、ケーブルによって音質が変化する理由はケーブルの機械的性質によってケーブルを伝わる音波（振動）の波形が変化するためであるということになります。そして、ケーブルによって大きく音質が変わる原因としては、振動が伝わる経路としてケーブルが比較的長い距離を占めるということが一つの原因であると考えられます。

　この仮説によって、ケーブルで音が変わる理由はほぼ説明できることになりますが、ケーブルが受動的に振動を伝えるだけではなくて、より積極的に温室変化に関与していることを期待したくなります。そこで、音に与える影響としてはより不確なものや、私の妄想などもを書き足してみようと思います。

　圧電性以外に、縦振動（圧縮引張応力、音波）と電圧（起電力）の相互作用が起きる現象が他に知られていないか、ちょっと調べてみました。すると、次のようなものが見つかりました。

音響電気効果
結晶内の自由電子が音波の影響を受ける現象。半導体結晶に超音波を照射すると、音波の進行方向に電位差が生じることが知られている。
（コトバンクより）

コリジョン‐ドラッグ効果
超音波が金属試料内を通過するとき，金属内の電子系のエネルギー状態が，格子が静止しているときのフェルミ分布からずれて，各瞬間にその時刻のイオンの速度 vi だけずれたフェルミ分布＊をとろうとする．この現象をいう．
（コトバンクより）
 
火成岩の不均一圧縮に伴う起電力の発生
http://www.scc.u-tokai.ac.jp/iord/bulletin/files_for_bulletin/32_45-takeuchi.PDF
　この論文は、岩石試料の一部を圧縮することにより発生する起電力について述べています。花崗岩とはんれい岩について、不均質圧縮をすることによる起電力の発生を観測していますが、圧電鉱物である石英を含む花崗岩よりも石英を含まないはんれい岩のほうが起電力が顕著であったことから、石英の圧電現象が主要因とは考えにくく、正孔の移動により発生したものと考えています。

　これらを見ると、圧電現象以外にも縦振動（圧縮引張応力、音波）と電圧（起電力）の相互作用が存在しているようです。このように広範な現象であるのならば、ケーブル内でも圧力と電圧の変換現象がみられても不思議ではありません。そして、固体物質に圧力を印可した場合に、電気的に何が起きるかという問題は、意外と研究されていない印象を持ちます。およそ固体物質は荷電粒子からできており、地球のような固体からなる高密度の天体が存在できるのも、電磁気力のおかげです。振動によってオーディオの音質が変化する原因、ケーブルによって音質が変化する理由もより広範な圧力ー電圧の相互変換作用が広く関係していることも考えられます。

　もちろん、ここにあげたような効果が、音質の変化に定量的にどのくらい効くのか、検証ができないため、あくまで妄想の域にとどまるものであることはお断りしておきます。

　といいながらも、次回はさらにケーブルによって音が変わる理由についての妄想を膨らませていきたいと思います。

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WiMAX Speed Wi-Fi Home L01s を導入

　自宅のインターネット回線に以前はＮＴＴ光回線を利用した光コラボの一つである「光ギガ」を利用していました。価格は普通であり、ポイント等の特典はなく、サポートが著しく悪いため、固定電話とも８月末に解約としました（記事にするまで２か月以上経ってしまいました）。

　固定電話は最終日の8/31に不通となりましたが、その日が金曜日だったためか、ネットは9/3（月）の朝までそのままつながっていました。たぶん切替作業が翌平日になったためなのでしょう。なぜか契約期間が切れた後の9/1～9/3はネットの速度が速くなったように感じられました。

　９月からのインターネット回線として、導入したのはこちらです。

WiMax Speed Wi-Fi Home L01　（画像はUQのホームページより）

　置くだけでネットにつながる、類似製品のソフトバンクAirに比べて高速という評判、光回線よりも安い、ということで導入を決めました。

　導入してみると、置いて電源を入れるだけで立ち上がり、WiFiはパスワードを入力するだけでスマホもＰＣもあっさりと接続できました。ただ、Win10ノートの有線LANがなぜか接続できません。サポートに電話して、いろいろと設定をいじるもうまくいかず、とりあえずWiFiでは使えているのでいったん放置して当面はWiFiのみで運用としました。なぜかほとんど使わなくなったWindowsXPの古いノートPCの方を試してみるとこちらはあっさり有線LANでネットワークにつながりました。後日、Win10マシンを無線offの状態で再度LANケーブルにつないだら、あっさりと接続、釈然としませんが問題なく使用できるようになりました。（後日すぐにつながらなかった原因がわかります）

　このHome L01ですが、使用しているとどうも日や時間によってものすごく遅くなることがありました。どうしても遅い時には通常のハイスピードモードからLTEも使えるハイスピードプラスエリアモードに切り替えるとまあまあ実用的な速度でつながるため、切り替えが不便ながらもそのようにして使用していました。

　ところで、この製品ではWiMaxのみつながるハイスピードモードでは３日１０GBの制限のみでそれ以外ま容量が無制限に使用できるのですが、ハイスピードプラスエリアモードでは1か月７GBという制限が加わります。（超えると速度が制限される）頻繁にエリアプラスモードを使っていたところ月末に７GBに近づいているという警告のメールはがました。その月は大丈夫でしたが、これでは自宅のネット回線としてはかなり不便です。

　WiMAXを契約したばかりで他に乗り換えたくもないので、何か対策がないか調べてみました。

　再起動やPCの環境見直しなどは効果がなかったので、あまりやりたくはなかったのですがHome L01の場所を動かして電波をより強く拾える場所を探すという対策が残りました。

 Home L01一階居間のこれまで光回線からのルーターを置いていた場所に置き換えて設置していました、受信電波の強度を示すランプは4つのうち3つがついていました。

　家の中をいろいろ動かしてみると、やはり1階よりも2階が有利のようであり、2階のなかでも家の端に近いところでランプがフルに点灯することが多く、また、さらに使いながら動かしてみると2階の中でもやや高いところが良いらしいことがわかりました。いくつかの場所を試して、機器の「すわり」が良く、速度が安定しているところを探して、移設としました。

　移設以降は、速度が安定して得られ、ハイスピードプラスエリアモードに切り替えることもなくなりました。超高速ではないものの私は十分満足しました。ただし家族は以前より少し遅いと言っているので私の家の環境では「光ギガ」よりも少しだけ遅いのかもしれません。

　いずれにしても、実用的なインターネット環境となったことで一安心です。

 2019.5.21追記　だいぶあとで気が付いたのですが、この製品ってファーウェイ製なんですね。購入当時はまだファーウェイが騒ぎになっていなかったので、知ってても買ったと思いますが、今なら敬遠するかもしれません。どうなんでしょうか。

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