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2016年2月17日 (水)

ノイズ対策

いなさんから、ご指摘がありました。

私の仮説は恐らく間違っているでしょうと。

 よく考えました。私の仮説はノイズ電圧は、フレミングの右手の法則によるものでしたがこれは間違いでした。嘘を公開して申し訳ありませんでした。訂正してお詫びいたします。

 もういちどノイズのことを考えました。導線に発生するノイズのメカニズムは2種あるようです。

 ①すなわち、導線が外部から、磁気や電界の影響を受けノイズが発生する場合。

 ②もうひとつは、導線自体に電流が流れたときに、磁気ノイズや静電ノイズが 発生する場合です。

①の場合を具体的に考えると、やはりトランスから漏洩する磁気が直接導線に影響を与える場合。それから強電圧が存在する部分がそばにある場合。交流の一次側から、トランスまわりです。電界によるノイズは比較的高い周波数に影響を与えます。

②の場合を考えてみました。例として導線のもつインダクタンスをL、流れる信号電流をiとしますと、ノイズの電圧は

 e=L×di/dt (V) となります。

 ここでLは導線の太さや形状で決まる物で、導線が直線形状なら

 L=[(μo(真空の透磁率です)×l(Lの小文字、線の長さです)/2π]×log(D/r) (H:ヘンリー)となります。

  Dは2本の線の中心間の距離です。rは導線の半径

 つまらないでしょうね。式の羅列。ではこの式を使って実際のアンプの中の配線のインダクタンスLを求めてみます。

 実際に電線をAWG20とすると、rは0.4mm、Dはピッタリ添わせた線間の距離で3mmとします。lは配線の長さで一応20cm=0.2mとします。

 ここでμ₀は 1.25 × 10⁻⁶ と決まっています。

 log(D/r)の項は約0.9になります。

 前段の[(μo(真空の透磁率です)×l(Lの小文字、線の長さです)/2π]に上記の数値を入れて計算すると、

 L=0.18 (μH)となりました。ずいぶん小さな値です。

 さていよいよ今度はこのLを  e=L×di/dt (V) に入れてみます。

 e=0.8×10⁻⁶ di/dt (V) ですが、

 di/dt とは何でしょう。これは流れる電流(交流成分です)を時間で一度微分した値になります。

 仮に1KHzの信号を考えましょうか。などと言ながら実はこの計算は大変な仕事量になります。信号電流は非線形の交流信号なので、一度フーリエ級数うを使って、それぞれの角周波数や実効値の違う複数の正弦波形に分解して、それらを個別に微分して合計する必要があります。

とてもじゃないので、仮にこの計算後の微分後の電流を1(A)としましょうか。真空管アンプではこんなに大きな信号電流はあまりないと思いますが、仮の話です。

すると、上記の式の ℮= 0.8 (μV)となります。

 ずいぶん小さな値ですね。私がいつも喜んでる、ノイズ0.1mVより3桁少ない値になります。

 結論:信号電流によるノイズは無視してよいということ。電界によるノイズも 

     同程度だと思います。

さて、ここから後半です。ノイズ対策は線路に対する外部からの影響を小さくすることがまず第一です。これはやはり、磁界や電界の発生源を遠ざけること。それから、遮蔽をすることです。

 おそらく、これが出来れば、以前私がヒーター配線をよじらずにピッタリ添わせて、片配線をアースしただけでノイズ0.2mVが実現できたのだろうと思います。

それから、私が間違っていたことの、正しい説明をしなければなりません。

信号線+と-の2本の線路を離して引き回すと、これはコイルになります。コイルに電流を流すと、アンペールの右ネジの法則により、導線の周りに磁界が発生してしまうということです。そこらじゅうに磁界が発生してしまい、これが下手な配線によるノイズ発生のメカニズムになります。

 この対策として、配線はコイル状にせずに2本添わせよう、あるいはねじりましょう、ということになります。

但し、私が不思議に思っているのは、上杉アンプはノーシールドでノイズを駆逐しています。2本を添わせていません。

写真をごらんください。入力端子からセレクターまで、見事な裸線で何本も横に並べてストレートに配線しています。

ロータリーSWやVRまわりにシールド線がありません。

これは一体なぜなのか。ようく写真をみてください。

Uesugi4


Uesugi_2

トランスは密閉されたケースに入っているもので、おそらく配置の向きも考慮されているのでしょう。鉄板にとりつけ遮蔽してあります。効果のほどはわかりません。封じ込め。

それから、入力からの裸の信号線は、真空管のユニットが取りつけられている鉄板の下を通っています。これも遮蔽。

さらには、裸のリード線は等間隔でならべてあります。これも効果があるのでしょうか。真空管の取付けられた鉄板ユニットには、黒い端子台が2本向き合ってならび、おそらくアースはいくつかの端子間を1本で結ばれていると思います。1点アース。

 上杉さんの昔からの手法です。 これらの手法から、何らかの手立てを選んで、シールドを撲滅したいと考えています。

よしんば最小限のシールドを使っても、20KHzまではまっすぐで行きたいと思っています。

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