音響システム信号伝送における注意点
専門音響システムは、多くの異なる機能を持つ機器で構成される。使用要求に基づき音響システムを設計し、使用機器を選定後、これらの分離機器を設計要求通りに接続し、設計要求を満たす完全な音響システムを構築する。固定設置システムでは、機器をラックに設置し、システム全接続線を一定の基準・規範に基づき固定設置する。移動式システム(コンサート、野外公演等の仮設)では、機器・ケーブルに効果的な仮固定措置を講じ、安全性を確保する必要がある。
音響システムの接続・設置には、音響制御室の設計・建設、音響システムケーブルの配管工事、システム給電など、多くの工学的問題が関わる。ここでは音響システム信号伝送における注意点について議論する。
1. インピーダンス整合
信号入力ポートは信号出力ポートの負荷であり、両者のインピーダンス整合がどの範囲内であれば要求を満たすかは、一般に信号出力機器の設計仕様による。オーディオ電気信号の伝送状態を最適化するには、信号入力インターフェースのインピーダンスが信号源出力インターフェースの負荷インピーダンス要求を満たす必要がある。さもなければ、音響機器の動作状態に影響し、出力信号の歪みを引き起こす。深刻な場合、音源機器を損傷する危険すらある。
理論上、出力インピーダンスと負荷インピーダンスが等しい場合、信号伝送効率が最高となる。出力インピーダンスが負荷インピーダンスより大きいと、信号電力の大部分が信号出力回路で損失し、明らかに伝送に不利。したがって、音響機器は一般に入力インピーダンス>出力インピーダンスで設計。
一般の音響機器接続では、負荷インピーダンス>信号出力端インピーダンスであれば正常動作可能。ただし入力インピーダンスを過大・過小に設計できない。過大は給電線の耐ノイズ性を低下、過小は周波数特性を劣化させる。
2. 信号伝送レベル
音響システム接続の目的は信号伝達であり、オーディオ信号伝送の最適状態は、信号源出力レベル値が入力インターフェース感度以上であることを要求。さもなければ、信号のS/N比が劣化する。専門音響機器のライン入力・出力回路の利得は一般に0dBに設定(入力・出力信号レベルを増幅も減衰もしない)。これにより伝送中にレベル値を維持し、レベル制御ユニットの調整に数値的保証を与える。
システム接続では出力・入力レベルの整合に注意。さもなければクリッピング歪みや駆動信号不足を引き起こし、システム全体のS/N比低下の原因となる。通常、音響機器(ミキサー、周辺機器、パワーアンプ)間接続はラインレベルで信号伝送。一般に+4dB(1.228V)と0dB(0.775V)の二種基準がある。システム採用機器のラインレベルは統一が望ましい(調整・使用が容易)。また、特にエフェクター等の音声処理機器は、電声楽器と専門音響システムの両立のため、インターフェースレベル変換機能を装備。この切替スイッチは一般に機器背面にあり、+4dB、-10dB、-20dB等の設定が可能。拡声システム使用時は+4dBに設定する必要がある。
3. 低レベル信号接続方式
専門音響機器の入力・出力端子には、非平衡、トランス平衡、差動平衡等の方式がある。平衡-平衡、非平衡-非平衡ポート間は直接信号供給可能。要求の高い場合、平衡-非平衡ポート間は専用コンバーター経由でのみ相互接続可能。コンバーターには一般に、無源トランスコンバーター、半電圧コンバーター、有源差動増幅コンバーターの三種。
要求が高くない場合、非平衡端子と平衡端子間の直接接続も可能:平衡側ホットを非平衡側信号線、平衡側コールドを非平衡側接地、平衡側接地をシールド層に接続。
パワーアンプとスピーカー間の電力伝送を除き、システムの耐ノイズ性向上とS/N比確保のため、専門音響システムの信号接続は可能な限り平衡方式を採用すべき。専門音響機器は一般に平衡入出力機能を提供。
平衡方式信号伝送は三線式。二芯シールド線接続で、シールド網を接地線、残り二芯を信号ホット(基準正極)とコールド(基準負極)に接続。二信号芯線を流れる信号電流は同量・逆方向のため、伝送線に誘導された外来電磁妨害は入力端で相殺。
専門音響システムでは民生用音源機器を使用することもある。これら出力は非平衡。さらにエレキギター、ベース、シンセサイザー等の電声楽器も非平衡出力のため、システム接続では非平衡接続を避けられない。以下二点に特に注意:第一に、非平衡方式では特に低レベル伝送時、接続ケーブル長を可能な限り短縮。必要に応じ非平衡出力機器近くにアンプを設置し、レベルを昇圧・平衡出力変換後に長距離伝送。トランスで信号を平衡化後、長距離伝送も可能。
音響システムの接続・設置には、音響制御室の設計・建設、音響システムケーブルの配管工事、システム給電など、多くの工学的問題が関わる。ここでは音響システム信号伝送における注意点について議論する。
1. インピーダンス整合
信号入力ポートは信号出力ポートの負荷であり、両者のインピーダンス整合がどの範囲内であれば要求を満たすかは、一般に信号出力機器の設計仕様による。オーディオ電気信号の伝送状態を最適化するには、信号入力インターフェースのインピーダンスが信号源出力インターフェースの負荷インピーダンス要求を満たす必要がある。さもなければ、音響機器の動作状態に影響し、出力信号の歪みを引き起こす。深刻な場合、音源機器を損傷する危険すらある。
理論上、出力インピーダンスと負荷インピーダンスが等しい場合、信号伝送効率が最高となる。出力インピーダンスが負荷インピーダンスより大きいと、信号電力の大部分が信号出力回路で損失し、明らかに伝送に不利。したがって、音響機器は一般に入力インピーダンス>出力インピーダンスで設計。
一般の音響機器接続では、負荷インピーダンス>信号出力端インピーダンスであれば正常動作可能。ただし入力インピーダンスを過大・過小に設計できない。過大は給電線の耐ノイズ性を低下、過小は周波数特性を劣化させる。
2. 信号伝送レベル
音響システム接続の目的は信号伝達であり、オーディオ信号伝送の最適状態は、信号源出力レベル値が入力インターフェース感度以上であることを要求。さもなければ、信号のS/N比が劣化する。専門音響機器のライン入力・出力回路の利得は一般に0dBに設定(入力・出力信号レベルを増幅も減衰もしない)。これにより伝送中にレベル値を維持し、レベル制御ユニットの調整に数値的保証を与える。
システム接続では出力・入力レベルの整合に注意。さもなければクリッピング歪みや駆動信号不足を引き起こし、システム全体のS/N比低下の原因となる。通常、音響機器(ミキサー、周辺機器、パワーアンプ)間接続はラインレベルで信号伝送。一般に+4dB(1.228V)と0dB(0.775V)の二種基準がある。システム採用機器のラインレベルは統一が望ましい(調整・使用が容易)。また、特にエフェクター等の音声処理機器は、電声楽器と専門音響システムの両立のため、インターフェースレベル変換機能を装備。この切替スイッチは一般に機器背面にあり、+4dB、-10dB、-20dB等の設定が可能。拡声システム使用時は+4dBに設定する必要がある。
3. 低レベル信号接続方式
専門音響機器の入力・出力端子には、非平衡、トランス平衡、差動平衡等の方式がある。平衡-平衡、非平衡-非平衡ポート間は直接信号供給可能。要求の高い場合、平衡-非平衡ポート間は専用コンバーター経由でのみ相互接続可能。コンバーターには一般に、無源トランスコンバーター、半電圧コンバーター、有源差動増幅コンバーターの三種。
要求が高くない場合、非平衡端子と平衡端子間の直接接続も可能:平衡側ホットを非平衡側信号線、平衡側コールドを非平衡側接地、平衡側接地をシールド層に接続。
パワーアンプとスピーカー間の電力伝送を除き、システムの耐ノイズ性向上とS/N比確保のため、専門音響システムの信号接続は可能な限り平衡方式を採用すべき。専門音響機器は一般に平衡入出力機能を提供。
平衡方式信号伝送は三線式。二芯シールド線接続で、シールド網を接地線、残り二芯を信号ホット(基準正極)とコールド(基準負極)に接続。二信号芯線を流れる信号電流は同量・逆方向のため、伝送線に誘導された外来電磁妨害は入力端で相殺。
専門音響システムでは民生用音源機器を使用することもある。これら出力は非平衡。さらにエレキギター、ベース、シンセサイザー等の電声楽器も非平衡出力のため、システム接続では非平衡接続を避けられない。以下二点に特に注意:第一に、非平衡方式では特に低レベル伝送時、接続ケーブル長を可能な限り短縮。必要に応じ非平衡出力機器近くにアンプを設置し、レベルを昇圧・平衡出力変換後に長距離伝送。トランスで信号を平衡化後、長距離伝送も可能。