平衡接続について

＜平衡接続の知識＞

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2007/11/14 日記<平衡接続>

平衡接続

平衡接続（へいこうせつぞく）とは、音響・有線通信回線で、2本の電線を利用しながら電気信号を送る方法で、1本の線に元の信号を、もう1本の線に位相が反転した（逆位相の）信号を送る（信号が平衡関係にある状態）こと。音響・オーディオ技術者は「バランス」「バランスド」という言い方も使う。2本の電線はどちらも接地されない。耐ノイズ性能が高い伝送方式である。

電話における平衡接続

電話の場合は、電話局の電話交換機|交換機と家庭（電気通信事業者からみると「加入者」）の電話機（「端末」）との間にL1・L2の2本の電線を設置し、L1に正方向（プラス方向）の信号が起きるときに、L2には逆方向の信号（マイナス方向）の信号が起こる。電話線の場合は電話局から末端の電話機までの間（「通信線路#加入者線路|線路」という）のインピーダンスが、長距離伝送に有利な600オームに保たれている。電話の「線路」が何kmも伸ばせるのは、平衡回路であり、かつインピーダンスが低く保たれているためである。

音響機器における平衡接続

音響機器相互の接続（マイクロフォン|マイク－ミキサー (音響機器)|ミキサー－アンプ・録音機器、など）の場合、音声信号の伝送には、電子回路相互を接続する必要があることから、基準電圧になる「グラウンド（GROUND・接地）」を接続する必要がある。このため、平衡接続には3本の電線が必要になる。元の信号を伝える「HOT（ホット）」、逆位相の信号を伝える「コールド（COLD）」、そして接地線「GROUND（グラウンド）」の3本。接地線はケーブルの外皮シールドを兼ねている場合が多く、平衡接続が本来持つ特徴に加え高い対ノイズ性能を得ることができる。通常の増幅回路では、元の信号「HOT」と接地「GROUND」が入力に接続されていればよく、逆位相の信号はしいて必要とはされない。が、業務用機器を利用するプロ音響の世界では、微弱な信号を扱うマイクロホンとミキサー（音声調整卓）との間が、数十メートル以上離れることも多く、外来ノイズの影響を受けやすい。こうした部分の接続に平衡接続を取り入れると、受信する側で変圧器|トランスや演算回路を使って、HOT側信号と、受信回路でもう一度位相を逆転させたCOLD信号（つまりHOT信号と同位相になった信号）を加算すれば、外来ノイズがコモン・モード・ノイズであれば加算時に打ち消されてしまう。「ノイズに強い、長距離伝送ができる」接続方式として、平衡接続（バランス接続）が多用されている。この方法ではGROUNDとHOT/COLDとの間に直流電圧をかけられるので、マイクロホンへの電源供給にも用いられることがある（ファントム電源。マイクロフォン#電源供給法参照）。XLR型3ピンコネクタを用いた音響機器の平衡接続に関してはXLRタイプコネクターの項を参照のこと。

テレビ、FMラジオのアンテナにおける平衡接続

かつて、同軸ケーブルが一般的になるまでは、平衡接続が主流であった。フィーダー線と呼ばれるインピーダンスの規定された平衡ケーブルが給電線（伝送路）として使われていた。同軸ケーブルはシールド構造であるのに対して、フィーダー線は開放構造でノイズに弱いことから、最近ではほとんど見かけなくなった。300Ωフィーダー線や200Ωフィーダー線を在庫している電気店やDIY店も少なくなってきている。なお、無線機のアンテナケーブルに至っては、アンテナ給電部を除いて平衡接続が使われることはまず無い。一般にノイズに強いと言われている平衡接続であるが、テレビ、FMラジオ、無線機の分野ではノイズに弱いと言われる。その理由は以下のとおりである。

テレビ、FMラジオ、無線機で使われる周波数の波長は短いため、物理的寸法の僅かな違いにより、アンテナやバラン自体の平衡度が崩れてしまう。

テレビ、FMラジオ、無線機で使われる周波数の波長は短いため、2本の線の距離が零であると見なせなくなる。そのため、平衡度が高くならない。

テレビ、FMラジオ、無線機受信部で扱う信号のレベルが、他の分野で使われる信号のレベルよりも格段に低いことから、平衡接続によるノイズ軽減量では不十分である。

高周波ICにおける平衡接続

高周波ICは様々な制約により、十分に低い接地インピーダンスが得られないことがあり、その場合、接地電位を基準として信号の授受をおこなうと十分な性能が得られないというような問題が生じる。信号の授受を接地電位によらない平衡接続とすることで、問題を解決した高周波ICが近年増えてきている。

コンピュータにおける平衡接続

下記の規格は平衡接続が規定されている。基本的な考え方は電話・音響機器などアナログ回路と変わらないが、デジタル回路の場合は正相と逆相を足し合わせるのではなく、論理的な比較によって実現されている。

アップルコンピュータ|アップル・マッキントッシュのシリアルポート規格で知られるRS-422

一般的なLAN接続規格であるイーサネット#100メガビット・イーサネット|イーサネット100BASE-TX

パーソナルコンピュータ|パソコンの内部でハードディスクドライブ|ハードディスクを接続するためのインターフェース規格であるシリアルATA