ACラインフィルタの有効性について

オーディオに関係するACラインノイズは電圧ノイズ、電流ノイズにわかれ、前者は電圧伝送で、後者は電流駆動で(スピーカなど)で問題になる。周波数帯域は基本的に20kHz以下であり、それ以上の高周波はデジタル信号伝送の領域でエラーに関係するくらいである。

ACライン周りのノイズ対策グッズとして「絶縁トランス」や「ノイズフィルタ」が利用されているが、これらのほとんどはオーディオ帯域のACラインノイズ対策には役に立たない。 「絶縁トランス」の効果は低周波の同相ノイズのみ※であり、ノーマルモードのノイズと高周波は素通りする。ネット上には「絶縁トランスを通したらこんなに音が良くなりました」といった記事をみかけるが、私は単に電源インピーダンスを変化させた(容量ダウンさせた)結果にすぎないと見ている。

※トランス結合はマイクロフォンの平衡伝送に使われている。uVオーダの微細な信号を何十メートル引き伸ばしてもハムが乗らないのは、トランス結合による同相ノイズ除去効果のおかげである。

「ノイズフィルタ」は高周波(基本的に100kHz~MHz帯)で効果があるよう作られていて、オーディオ帯域では効果が無い。これは市販のフィルタのほとんどがEMC対策目的でつくられている為である。

 

【オーディオ用に使えるACラインフィルタはあるか】

「ノイズカットトランス」という商品がある。これはシールドトランスを進化させたもので、詳しい構造は不明だが代表特性をみると、1kHz以上から効果があるようだ[1]。問題点にはアマチュアにとって高価なことと、発熱や「うなり音」がある。
通常の絶縁トランスの2次側にノイズフィルタを組み合わせる方法も候補になる。ノイズフィルタをトランスの二次側に置くことで、フィルタからみた電源のインピーダンスを上昇させてフィルタをより低周波から利かせることが可能になる。うまく設計すればノイズカットトランスと同じくらいの効果が得られるだろう。

世の中にはACラインをいったん直流にして新しく電源波形をジェネレートするたぐいの商品がある。確かにACの再現波形は完璧に近いとみられるが、オーディオ機器の中でそれがまた直流に変換されることを考えると無駄な変換に思えてならない。この機器は交流をいったん直流にして、そこに60Hzの「綺麗なノイズ」を追加して交流をつくっているだけである。

【フィルタの容量は何W必要か】

ノイズ対策に重点をおくとトランスやフィルタの電流容量は大いほど不利である。モノが大きいほど静電結合が多く、ノイズ低減効果が弱くなるためだ。
ノイズ低減を重視して小さなトランスを選ぶと今度はインピーダンスが高くなって十分な電流が供給できなくなる。この弊害はオーディオ機器の電源の作りが粗末なものほど顕著に影響する。
結局ノイズと容量はトレードオフの関係にあり、はっきりしたことは測定してみなければわからない。

【フィルタの効果と必要性について】

ACラインフィルタの効果はあくまで「ノイズの低減」である。聴感上の効果はS/N向上だけであり、音色が変わって聞こえることはまずない。
パワーアンプの場合は電源側に低インピーダンスを求めるから、コンセントとアンプの間に何か入れれば元のコンセントよりも必ずインピーダンスが高くなって悪化の方向になる。  結局この手のフィルタが有効なのは小電力機器で、かつ明らかにラインノイズが原因と見られる雑音、もしくは通信エラーが入って問題になる場合に限られる。はっきりした「ノイズ源」がある場合は、フィルタをそれに繋いで屋内配線がノイズで汚れるのを防ぐ方がよいだろう。

【200V→100V降圧トランスについて】

パワーアンプに対してはコンセント側のインピーダンスを限りなく下げるのが正解でありブレーカからの屋内配線の見直しが決め手となる。これが同時にノイズ対策にもなることも見逃せない(配線のインピーダンスは低いほどノイズの影響を受けにくい)。
屋内配線を見直すのは大変だが、200Vを100Vに降圧すれば単純にコンセント側の電流容量が2倍になったのと同じ効果を期待できる。但し、十分容量の大きな変換トランスを使うことが前提だ。せっかく200Vから電源をとっても元の100Vよりも電流がとれなくなっては意味が無い。
いずれにしても手間やコストがかかるので、やる必要があるかどうか後述の方法で負荷時のコンセント容量を確認してから検討してほしい。

【ACラインノイズの測定方法】

ノイズ対策の効果を知るためにはACラインのノイズを観測する必要がある。それにはまず、高すぎる電圧(100Vの基本波)を計測可能なレベルに落とす必要がある。それから基本波(60Hz or 50Hz)を減衰させる。これにはノッチフィルタが効果的だが回路調整が難しい。
最も簡単は方法は抵抗分圧したあと1kHzくらいのCRハイパスフィルタを通してやることであり、これでひとまず計測器に接続し分析可能になる。
下の図はこうして観測したコンセントのACラインノイズで、基本波を減衰させたおかげで今まで見えなかったノイズが見えている。
AC100Vラインの計測はショートや感電の危険がある。ビギナーは手を出さないで欲しい。

acnoiz1 左は自宅のACラインの電圧を1/100に減衰させた後、60Hzを約-30dB減衰させてみた結果である。縦軸は2V/div。
ここに見えているノイズは低周波成分が主なので絶縁トランスや市販のノイズフィルタを通しても消すことはできないが、問題にならないことが多い。このようなノイズが乗っていても、オーディオ機器の整流回路で十分なレベルまで除去されるのが普通だ。

 

パワーアンプに対する電流容量を確認する場合は、小型の白熱電球(100V)をパワーアンプと同じコンセントに繋いで光の変化を確認するのが簡単だ。大音量でも光が変化しなかったら、コンセントの容量は十分で電源まわりを改善する必要はない。この実験をする場合も、電球の光(直接見続けないこと)と電球の加熱に十分注意して欲しい。
さらにツイータが発する無音時のノイズに耳を近づけて、エアコンや扇風機、電子レンジなどを動かしたとき何も聞こえなければ、ノイズフィルタも必要ない。つまり、電源周りをいじる必要は無い(改善の余地なし)という結論を得る。

 

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<参考文献>
1.ノイズカットトランスの減衰率 電研精機研究所

 

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