シングルコイルとハムバッカー：等価回路で見る音の違いと、ハムが消える仕組み

ピックアップは LCR の共振回路

ピックアップは、磁石のまわりに細い線（AWG42）を数千〜1 万回巻いたコイルで、弦が振動すると磁束が変わって電圧が誘起されます。コイルには、巻数の 2 乗に比例するインダクタンス L、細い線を長く巻くことによる直流抵抗 R、巻線間の浮遊容量 C があります（値は下の表）。

C にはケーブルの容量（100pF/m 前後）が並列に加わります。負荷側にはポット（250kΩ または 500kΩ）とアンプの入力抵抗（1MΩ）が並列に入ります。全体は L と C の 2 次ローパスで、共振周波数 f_r = 1 ÷ (2π√(LC)) にピークを持ち、それより上で −40dB/decade（1 オクターブで −12dB）で落ちます。

共振周波数が「音色」を決める

L = 2.5H、C = 500pF（自己容量 100pF + ケーブル 400pF）のシングルコイルなら、f_r = 1 ÷ (2π√(2.5 × 500p)) ≒ 4.5kHz です。ハムバッカーで L = 5H なら、同じ C で 3.2kHz です。

音の「きらびやかさ」は 2〜5kHz のピークで決まり、4.5kHz は明るく、3.2kHz は太く暗く聞こえます。ハムバッカーが暗いのはコイルが 2 つあるからではなく、直列にして L が 2 倍になり、共振が 1/√2 倍の周波数に下がるからです。

ピークの高さ（Q）は負荷抵抗で決まります。3.2kHz・5H での L のリアクタンスは約 100kΩ なので、負荷が 500kΩ なら Q ≒ 5 で 14dB のピーク、250kΩ なら Q ≒ 2.5 で 8dB です。ハムバッカーに 500kΩ のポットを使うのは、ピークを立たせて暗さを補うためです。

ケーブルを長くすると C が増えて共振が下がります。6m なら C = 700pF で、シングルコイルの共振は 3.8kHz まで下がり、ハムバッカー寄りの音になります。ギター側にバッファを置いてケーブルの容量から L を切り離すと、共振は自己容量だけで決まる 10kHz 以上に上がります。

トーン回路のコンデンサ（22nF 前後）は、ポットを絞ると L に並列に大きな C を足し、共振が 1kHz 以下に下がって Q も下がるため、「こもった」音になります。

ハムはコイルに「磁気的に」乗る

コイルは、外から来るあらゆる磁束変化を電圧に変えます。電源トランス、蛍光灯の安定器、モータ、電源ケーブルの 50/60Hz とその高調波は交流磁界を作り、コイルを通る磁束が変化すれば e = −N × dΦ/dt で電圧が出ます。

この磁界は数 m 離れても届きます。銅やアルミの箔が効くのは電界（静電結合のノイズ）で、50Hz の磁界は素通しです。磁気シールドには透磁率の高い材料（パーマロイなど）が要り、ピックアップの周りに置くと弦の磁束まで遮ります。

つまりシングルコイルのハムは、コイル 1 個では原理的に消せません。

2 つのコイルで、ハムだけを打ち消す

ハムバッカーは、隣接した 2 つのコイルを逆向きに巻き、磁石の極性も逆にして直列につないだものです。この 2 つの「逆」が、外来磁界と弦の信号を区別する鍵です。

外来磁界（ハム）は、20mm 離れた 2 つのコイルにほぼ同じ強さ・同じ向きで通ります。巻き方向が逆なので誘起電圧の符号が逆になり、直列に足すとゼロです。これがコモンモード除去です。

弦は各コイル自身の磁石で磁化されています。磁石の極性が逆なので、弦の振動に対する磁束変化は 2 つのコイルで逆符号になり、巻き方向の逆がもう一度かかって誘起電圧は同符号に戻ります。直列に足すと 2 倍です。

打ち消しは完全ではありません。巻数が 1% 違えばハムは 1%（−40dB）残り、実際のハムバッカーでは 20〜30dB の低減（シングルコイルの 1/10〜1/30）です。近くのノイズ源で磁界の強さが 2 つのコイルで違うときも、差のぶんが残ります。アンプのトランスの真横でハムが出るのはこのためです。

ハムバッカーの副作用

2 つのコイルは 18〜20mm 離れて弦を拾います。弦の振動は弦を伝わる波なので、その距離が半波長にあたる周波数成分は 2 点で逆位相になり、足すと消えます。このコムフィルタ（櫛形フィルタ）で高い倍音が削られ、ハムバッカーの「丸さ」は共振の低下とこの両方によるものです。

コイルを上下に重ねた「スタック型」にはこの問題がありませんが、下のコイルには弦の磁束が届きにくいので、打ち消しの均衡を取る工夫が要ります。

並列接続にすると L は直列の 1/4、共振は 2 倍の周波数に上がって明るくなり、ハムの打ち消しは保たれます。コイルタップ（片方だけ使う）はシングルコイルの音になりますが、ハムも戻ります。

実機での確認

• ギターの金属部に触れてハムが減れば電界（シールド不足）、変わらなければ磁界です。前者はシールドで、後者はハムバッカーかダミーコイルでしか減りません。
• 磁界ノイズは、ノイズ源に対してコイルの軸が直交する向きで最小になります。
• ケーブルの容量は LCR メータで測ります。100pF/m 前後なら普通で、200pF/m を超えると共振を大きく下げます。
• 共振周波数は、信号発生器と 1MΩ 入力のオシロスコープで測れます。コイルに 1kΩ を通して小さな磁界を与え、掃引します。
• ハムバッカーの 2 コイルの直流抵抗が 5% 以上違うと、打ち消しの均衡が崩れます。