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干渉から免れた現実的なオーディオ・システム ―― Part 2

by Tony Waldron, Technical Manager, CADAC Electronics PLC

8 ケーブル

機器間のケーブルは、干渉の結合 ――個々の機器への、またそれらからの、そしてシステム・ブロック間での―― の主な経路である。ケーブルそのものは受動であり、 EMC 規制の適用範囲には入っていない (今は！) が、その配置、引き回し、終端、そしてケーブルの選択は、システム性能全体に著しい影響を持ち得る。大半のケーブル製造業者は今はこれに気付いており、我々の干渉の制御の努力を助ける製品の生産を始めている。

オーディオ産業に関する２つの最も明白な例は：

デジタル・ケーブル
全体を覆うシールドを持つ、シールド付き多対ケーブル

デジタル・ケーブルと呼ばれるものは、アナログ・オーディオ信号のためにも極めて良い。これは、その低い静電容量と、改善されたシールド特性のためである。重要なことは、全体を覆うシールドを持つシールド付き多対ケーブルの二重シールド能力である。このテーマのバリエーションの１つは、個々の信号ペアのシールドが互いに絶縁されているケーブルである。このタイプのケーブルは、レガシー機器と、完全に、あるいは部分的にシールドされたシステムとのインターフェースに重要である。第７章で述べたテクニックのいくつかは、このタイプのケーブルの使用に依存し、あるいはそれによって単純化される。

ケーブルは非常に重要であるので、実際のシステム設計や配線を助けるためにいくつかの基本的な注意を含める必要がある。これらの注意は、Tim Williams と Keith Armstrong の「EMC for Systems and Installations」 [2] から取られた。詳細な分析については、この本を参照されたい。

ケーブルへの、ケーブルからの、そしてケーブル内での結合

ほとんど全ての場合、ケーブル内の必要な、あるいは意図された信号電流は差動モードで流れる。それぞれの信号のために、１つの導体が信号源から負荷への「行き」の電流を運び、他方が負荷から信号源への「戻り」の電流を運ぶ、最小で２つの導体が必要である。その回路が絶縁されていると見倣せるならば、それらの２つの導体は意図された信号のみを運ぶであろう。この説明は、平衡や不平衡の、電力や信号の電流に適用される。要点は、導体ペアの半分の電流は他の半分の電流と一致し、それを反映するということである。

磁界結合

差動モードにおける磁気結合は、上のケーブル内の差動モード電流の説明と直接関係する。その回路のループ面積は、ケーブルの行きと戻りの導体の間の距離にケーブルの長さを掛けたものに支配される。結果としての結合は、そのループ面積に比例する。実際には、干渉を生じる脅威源や敏感な潜在的な被害者の近くに引かれているのはケーブルの僅かな部分であることも多い。この場合、結合は、そのループ全体ではなく、等しいが反対向きの電流を運んでいる近接した２つの導体による。従って、ケーブルの束の中で、導体ペアは可能な限り密に結合すべきであるが、敏感なケーブルは潜在的に侵略的な回路から充分に離すべきである。信号導体の密な結合を保証する最良の方法の１つは、それらを互いに密に、かつ均等に撚り合わせることである。

差動モードにおける電界結合

差動モードにおける電界結合は、導体を流れる電流ではなく、その電圧に関係する。ここで、外部電界の結合が導体ペア間に生じる電圧という結果となり、あるいは導体間に印加される電圧が電界を生じる。この結合は、フィールドの偏波に敏感である。導体の面に垂直なフィールドに対しては結合は存在しないが、その面の中では最大の結合が存在する。一定のフィールド強度に対しては、誘起される電圧は導体の間隔に比例し、また２つの導体の曝露された面積や回路のインピーダンスにも比例する。従って、導体ペアの間隔に関するアドバイスは、磁界結合に対するそれと同一である。幸い、電界の制御のためには、ツイスト・ペアと同様、シールド・テクニックが良く働く。

高周波における差動モードでの結合

Figure 14: ケーブル結合の周波数に伴う典型的な変動

差動モードにおける磁界と電界の結合の分離された考察は、ケーブルの長さが波長よりも充分に短い (これは通常は波長の 1/10 のオーダー以下であると合意されている) 低周波に対してのみ正確に適用できる。ケーブルの寸法が波長と同等以上となると、誘起された電流や電圧の位相はケーブルに沿った空間上の位置によって変動する。この量はケーブルに沿ったそれぞれの漸進的な点における相対的な位相に依存してケーブルのコネクタ端においてゼロから最大まで変化し、周波数とフィールドの空間的な分布によって周期的に変化する。

同相モード

ケーブル導体は、意図的な、所望の差動モードの信号と同時に、同相モード電流も運ぶ。同相モード電流はほとんど常に、必要な信号の非意図的な、あるいは望まれない副作用であるが、それらは全面的に外部妨害の結果でもあり得る。同相モード電流はケーブル内の送出と還流の信号導体上を同一方向に流れ、従って何らかの外部経路、往々にして浮遊 (寄生) 容量を通して戻る。同相モード電流の２つの主な原因は：

導体ペア内の I_go が I_return と同一でなく、従って I_go - I_return がゼロでない。これらの差動モード電流の間の差が同相モード電流であり、これはケーブル上を運ばれる信号に直接関係する。
運ばれる電力や信号と無関係な、全ての導体上に等しくケーブルに結合し、全ての導体に等しく電流を誘起する外部の影響。そのケーブルは、単一の導電性構造のように振る舞う。

従って、良いケーブル設備は、同相モードの妨害が差動モードの所望の信号から分離されるものである。

誘起された同相モード電流

同相モード電流は、ケーブルのいずれの端の機器によっても発生させられ、妨害放射器として振る舞うケーブルによって放射され得る。逆に、外部の発生源からの妨害がケーブルに誘起され、いずれの端の機器にも伝導する同相モード電流を誘起し得る。ケーブルに運ばれる信号に関係しない同相モード・エミッションは、適合性要求を満足し損ねる共通の原因というだけではなく、高速デジタル回路からアナログ・システムへの干渉の主要な理由でもある。そのようなエミッションは、単一のワイヤが回路の 0V のような見掛け上固定された回路ノードに接続された時にさえも生じるのが見られる。

妨害受容器として振る舞うケーブルは、サセプティビリティにおける最も普通の結合経路である。ケーブルに誘起され、装置のコネクタに現れた同相モードの電圧と電流は、容易に差動モードに変換され、内部の回路ノードに差動で現れ得る。ケーブル・シールドは、シールドなしケーブルの導体と同様に同相モード電流を運ぶであろう。しかし、シールド・ケーブルのシールドは、そうすることが意図されている。良い機器設計と正しいシールド終端テクニックはその同相モード信号が回路に侵入することを防止でき、ケーブルの隔離と引き回しはシステム・レベルでの同相モード結合を制御する重要な要因である。

エミッションとイミュニティの双方について、ケーブルはアンテナと全く同様に振る舞い、その結合効率は差動モードよりも同相モードで遥かに大きい。

クロストーク

ケーブルに関して、クロストークは、システムがそれ自身に干渉する、同一のケーブルの束の中の独立した回路の間の結合を意味する。それぞれの回路ペアを形成する２つの導体間の静電容量やインダクタンスは問題ではない。クロストークの増加を与えるのは、回路ペア間の相互インピーダンスである。

容量性クロストーク

不平衡の高インピーダンスの回路は最も弱いが、平衡回路においては回路ペア間の容量性クロストークは最小となる。そのシールドが接地や回路 0V のような固定電位に接続されると仮定すれば、それぞれのペアを独立してシールドすることは容量性クロストークをほぼ完全に除去するであろう。大抵のシールド・テクニックは 100% よりも低い効果を持つので、シールドの延長に沿ってその抵抗によって電圧が発生するであろう。従って、容量性クロストーク抑制における制限要因は、シールド効果である。

誘導性クロストーク

特に送出と還流の導体が良い対称性を持つ場合 (例えばツイスト・ペア) には、誘導性クロストークそのものは容量性のものよりも遥かに問題は少ない。

高周波クロストーク

高周波において、ケーブルは分布構造として見倣さねばならない。ケーブルの延長に沿った位相差は顕著なものとなり、誘導性と容量性のクロストークはケーブルの端における周波数に依存した干渉という結果を生じる (Figure 14 を参照)。

ケーブル・シールドの選択肢とテクニック

機器製造業者は、彼らの設置指示にケーブルとコネクタの種類の情報を与えるべきである。見掛け上は低いコストのサブ・システムを満足に動作させるための特殊なケーブルやコネクタのコストは、その優れた設計が低コストのケーブルやコネクタの使用を可能としている見掛け上は高いコストのサブ・システムよりも高いものとなり得るので、機器を購入する前にケーブルやコネクタの詳細について議論することが重要である。最低限でも、以下の選択肢を考慮すべきである。

それぞれの負荷について、送出と還流の電流の導体を一緒にツイストする。その還流電流を運ぶために、他のいかなるワイヤやケーブル (あるいはケーブル・シールド) にも頼らない。これは、ツイスト・ペア、ツイスト・トリプル、あるいはツイスト・クアッドさえも使うことを意味する。
製造業者がそれが適切であると規定している場合には、同軸ケーブルのみを使用する。一般に、同軸ケーブルは低域から中域の周波数の EMC のためにはあまり良くない。
ドレイン・ワイヤを持つ金属箔シールド・ケーブルには、その金属箔シールドに対する 360°接続を与えるべきであり、そのドレイン・ワイヤは同一のグランド (gland) かコネクタ・シェルに直接終端すべきである。そのドレイン・ワイヤのみをシールド終端のために使わないこと。
全体を覆う編組シールドは、全体を覆う横巻金属箔シールドよりも電気的に優秀である。
編組シールドの効果は、その光学的網羅率に応じて向上する。
全体を覆う編組と金属箔のシールド、あるいは二重編組は、どのような単一のシールドよりも良い。編組と金属箔のケーブルのための最良の構成は、その編組が金属箔の導電面に接触し、そのターンを短絡するものである。
全体を覆うシールドの中の個々の撚り合わされたペア、トリプル、クアッドは、しばしば信号間の容量性クロストークを防ぐための個別のシールドを必要とする。今は、多数の製造業者が、個別の金属箔シールドに加えて全体を覆う編組シールドを持つケーブルを供給できる。
一部の周波数において共振がその効果を厳しく制限し得るものの、複数の絶縁されたシールドは絶縁されていないシールドよりも良いことがある。
外側のシールドが円筒金属コンジット (パイプ) である二重シールドは、全ての接続部 (双方のシールドの) が 360°接続されているならば極めて効果的である。
「低静電容量」、及び／もしくは「高速度係数」として設計されたケーブルは、一般に長い距離を超えてデータを運ぶためには良い。
高速データや長距離の伝送のためには、ケーブルとコネクタの特性インピーダンスは、ケーブルの構造も規定しているかも知れないそのデータ規格の「物理レイヤ」の規定と一致しなければならない。そのデータ通信規格がプロプリエタリなものであるならば、その製造業者はケーブルとコネクタを正確に規定しなければならない。公表された通信規格が存在するならば、産業界のガイドを入手する。

ケーブルの伝達インピーダンス

Figure 15: 様々な種類のケーブルの典型的な伝達インピーダンス

シールド性能は、形式的にはケーブルの「伝達インピーダンス」パラメータ Z_T によって規定される。これは第３章で議論した構造物の伝達インピーダンスと同一の概念であるが、シールド・ケーブルに特に関係する。 Z_T パラメータは、異なったケーブルや構成を比較する便利な手段である。大抵の製造業者は要求されればそれを示せるものの、残念ながことに Z_T パラメータはカタログには滅多に示されていない。大抵のフレキシブル・ケーブルにおいては、 Z_T は高い周波数 (1MHz 以上) で上昇を始める。ソリッドな銅のシールドや高価な「超遮蔽」フレキシブル・ケーブル (編組と共に、高透磁率の金属テープが巻かれている) のみが、 100MHz 以上で本当に良いシールドを与えられる。

シールドの終端

ケーブル・シールドがどれだけ良いものであったとしても、システム接続の全体での伝達インピーダンスはその端の終端によって決定される。ケーブル・シールドの RF 接続は、ケーブルの両端に取り付けられた、金属面への 360°電気的接触を達成するグランド (gland)、コネクタ・バックシェル、鞍形クランプ、あるいは P クリップを必要とする。ケーブルの EMC 性能は、端から端で 360°被覆が連続していないならば損なわれる。

コネクタ

シールド・ケーブルのために正しく設計されたコネクタは、そのシールド終端によって与えられる直列インピーダンスに特別な注意を払っている。この最良の例の１つは、18GHz までシステム性能を維持し得る、 N 型 RF コネクタである。コネクタを通る特性インピーダンスの変動を最小限とするために、様々な部分の直径さえも管理されている。汎用のシールド・コネクタは特性インピーダンスの維持を必要としないが、それらはシールドからコネクタの本体へ、そしてシャーシに取り付けられた嵌合相手への、正しい 360°接触を保証すべきである。劣悪な、あるいは不適切な 360°被覆は、シールド接続のインダクタンスを増加させる。

「ピッグテール」

「ピッグテール」は、編組シールドに半田付けされたワイヤ、撚り合わされてメッキされた編組シールドの端、金属箔シールド・ケーブルからのドレイン・ワイヤ、あるいはシールドを接続するために用いられたコネクタ・ピンであり、いずれも、たとえそれが 25mm (1インチ) 以内であっても良い接地終端を与えるためには効果的ではない。どのような構造のピッグテールであっても、それはシールドの終端に直列インピーダンスをもたらす。これはそのアセンブリ全体の伝達インピーダンスを左右するであろう。正しい 360°接続が行なわれている場合にはシールドの干渉電流は内部回路と結合しない磁束を発生するが、ピッグテール・ワイヤの干渉電流からの磁束は内部回路と結合する。エミッションやイミュニティに関係する周波数が 1MHz 以内でない限りは、ピッグテールは今日のシステムにおける使用のためには推奨できない。

RF 接続

ケーブル・シールドは通常は両端で局所接地に RF 接続すべきであるが、ある種の高電力施設において大きな循環電流 (「グランド・ループ」電流) に伴うケーブル損傷に煩わされることなくこれを行なうためには、既に述べたように、PEC や Mesh-BN の設置を必要とし得る。

Mesh-BN 構造の残りの部分と比較してケーブル・シールドは高い抵抗を持ち、高電流を運ぶことはできないが、多数あることから、両端で接地に接続された時にはそれらは Mesh-BN を改善する。

ケーブルの片端でシールド接続を持ち上げる

伝統的に、接地構造は人の安全の達成に充分であるように接続されてきただけである。大抵の国の配線規制への適合性は、 50V rms 前後の接触電圧を規定している。これは、それは明らかに我々の目的のために充分なほど等電位ではないものの、「等電位ボンディング」として知られている。残念ながら、接地ネットワーク内の高エネルギー過渡サージは、 150V、あるいはそれ以上の短時間電圧を容易に発生し得る。そのような電圧は、機器に深刻な損傷を引き起こし、また人に不快なショックを与え得る。そのような「等電位ボンディング」スキームが干渉の制御のためにも充分に良くないことは、今は明らかである。それと同一の伝統的な配線スキームが、ケーブル・シールドを片端でのみ終端すべきであるとも規定している。これは、おそらくは信号に注入されるノイズを避け、またケーブル・シールドを流れる大きな電流を防ぐことによってケーブルの過熱をも避けるためである。このプラクティスはケーブルを保護し、またその設計が EMI に対して敏感な機器から「ハム・ループ」を除去することが知られているものの、システムの異なった部分間の大きな電位差は将来同一の問題を引き起こせるままである。

片端のみでのケーブル・シールドの終端は、シールド効果を与えるためにはシールドの延長に沿って電流を駆動する必要がある方向の磁界に対してはシールドを与えない。これは、ケーブルからのエミッションと、そのサセプティビリティの双方に適用される。また、その接続されていない端は、全体の高周波シールドにそれを通して外部フィールドが内部導体と結合するであろう窓を与える。そのような伝統的なプラクティスは、干渉の周波数が今日よりも著しく低かった時に発展したものであることを憶えておかねばならない。

EMC と安全のためのベスト・プラクティス

現在の EMC と安全のベスト・プラクティスは、以下のようなものである：

金属導体を通して通信する必要がある電子ユニット間の接地電位差を 1V 以下に低減するために、等電位３次元メッシュ接地テクニック (Mesh-BN) を使う。
ケーブル・シールドを両端で局所接地に ――機器キャビネットの壁やバックプレートに直接―― 360°接続する。
全てのケーブル (シールドされているものもそうでないものも) を、 Mesh-BN 接地システムの非常に近くに沿い、その全長にわたってそれらを並行接地導体 (PEC) として用いて引く。
PEC は、50/60Hz よりも遥かに高い周波数においてエミッションとイミュニティ (そしてケーブル間のクロストーク) における大きな助けとなるように構成することもできる。正しく実装されたならば、そうでなければ必要であったであろうものよりも低コストで低規格のケーブルの使用を可能とすることにより、潜在的に設備費用を低減することができる。

同軸 RF ケーブル

同軸 RF ケーブルは、常にそのシールドを両端で終端しなければならない。そのケーブル・シールドは干渉からのシールドを助ける電流を運び、また信号還流電流も運び、広帯域シールドが必要な時にその２組の電流が影響し合わないことを保証することは困難となり得る。改善されたシールド (低い表面伝達インピーダンス) が、二重シールド・ケーブル (既に示したように) の使用、そしてケーブルを適切な種類の PEC の近くに引くことによって達成できる。鉄道操車所の付近のような特にノイジーな環境においては、一定の間隔 (例えば 5～10m ごと) でケーブル・シールドを PEC に接続することも必要となり得る。

ローカル・エリア・ネットワーク (LAN)

LAN ケーブルが１つの等電位領域から他へと引かれる時、それらの領域間の大きな電位差によって生じる大きな循環電流のため、そのシールドを両端で接続することは実際的ではないかも知れない。そのような場合には、電気的絶縁テクニックを使わなければならない ―― 本質的に、２つ、あるいはそれ以上の独立した接続ネットワークを作る。局所接地に接続されていないケーブル・シールドに人が触れられないことを保証するための対策が取られなければならない。通常、信号とケーブル・シールドの間にサージ防護デバイスを取り付けることが必要となる。同軸シールド・ケーブルを BNC コネクタとともに使う場合、そのシールドから接地への容量性結合を用いることによって RF 接地を維持することができる。単一の建物内の LAN ケーブルについては、電気的絶縁バリアは、2kV が推奨されるものの、少なくとも 1500V に耐えるような定格を持たねばならない。 Mesh-BN を共有しない２つの建物の間に LAN ケーブルが引かれる場合、それらの建物の一方の付近での雷撃に際しての危険を防ぐために 2MV に達する電気的絶縁が必要となり得る。 LAN インターフェースのための正しい解決は、ケーブルを Mesh-BN の要素に沿ってそれを PEC として用いて引くとともにケーブル・シールドを 360°接続できるように Mesh-BN 接地システムを設けることによるものである。

ケーブル・シールドの両端での接続の代替手段

ケーブルの片端での容量性 RF 接続

ケーブルの片端での直接の RF 接続と他の端でのコンデンサ接続が示唆されることがある。これは、「グランド・ループ」を作ることを避けながら両端で連続な RF 接続を与えることによって、正しい等電位接続 ――Mesh-BN や PEC―― の必要を避けるためである。普通は 1nF～100nF のコンデンサの値が示唆され、小さい値は高い周波数のために良いが、低い周波数では効果が低くなる。ケーブル・シールドと機器のエンクロージャの間に、必要なシールド効果を 50MHz 以上で達成するようにリード付きや表面実装のコンデンサを取り付けることは非常に難しい。もしそのテクニックを選択肢として検討するのであれば、以下の点に気付かねばならない：

通常のリード付きコンデンサは充分に広い周波数範囲にわたって充分に低いインピーダンスを与えない；
ケーブルの容量的に接続された端はサージ事象に際して「フラッシュ・オーバー」を生じ勝ちである；
地絡や雷における電子機器に対する保護は提供されない；
シールド・ケーブルの容量的に接続された端に人が触れられないことを保証するための対策が取られなければならない。

シールドのための貫通コンデンサが組み込まれたコネクタが提案されており、上の最初の点に対処できる筈である。しかし、まだコネクタ製造業者から出荷されたものはなく、また出荷されたとしても非常に高価なものとなりそうである。

コンデンサによるシールド接続は、EMC と安全のいずれのためのベスト・プラクティスとしても推奨できない。しかし、等電位ボンディングや PEC を持たない既存の「伝統的」な設備で、ケーブル・シールドが片端のみで接続されている場合の、特定の干渉問題に対処するための対策テクニックとしては有用であることがわかるかも知れない。

電気的絶縁

電気的絶縁は、PEC の使用とケーブル・シールドの両端での終端の、好まれる代替である。使用される絶縁の手段 ――光ファイバー、ワイヤレス、マイクロ波、レーザー、赤外線―― は、故障／サージ電圧全てに対する定格を持つ送信／受信電子回路を持たねばならない (問題となることは稀である)。その送受信の電子回路が干渉サセプティビリティから免れており、またそれら自身が干渉を放射せず、従ってその絶縁されたエリアにおける高性能接地接続の基本的なルールが依然として保たれていることを保証するように注意しなければならない。

光ファイバー通信は極めて EMC フレンドリーであり、同相モード電位差にほとんど無制限に耐えられる。しかし、金属の補強材や外装を持つファイバーには特別な注意を払わねばならない。それらがゾーン境界を横切る (例えば、機器に入る) 際に光ファイバー・ケーブル内の全ての金属要素が完全に保護されていないならば、安全が偶発的に損なわれ得る。

地絡

一般に、グランド・ループ電流は大電力の消費に伴う接地構造内の電位差によって引き起こされ、 50/60Hz 周波数帯 (そして関係する高調波) の周波数成分を持つ。低い周波数においては、PEC の低いインピーダンスはその電流の大半をケーブル・シールドから逸らせ、ケーブル・シールドの過熱の問題なく、両端での RF 接続を可能とする。

グランド・ループ電流のもう１つの源である磁界は、ケーブルを PEC の近くに引くことによって無視できる程度にまで低減される。この文脈における「近く」は、トレー、ダクト、コンジットの底から 25mm (1インチ) 以内、あるいは専用の接地導体 (緑／黄の安全接地線、あるいは銅のストリップ) から数ミリメートル以内を意味する。

システムの通常の寿命内で、ケーブルの絶縁に対する損傷が生じるであろうことは不可避である。電力ケーブルの中性腺、分離された接地線、あるいは信号ケーブルのシールドが意図せずに接地構造に繋がった時のグランド・ループ電流の影響が、往々にして主要な問題となる。そのような地絡を持つ導体を流れる電流は、そのインピーダンスと、地絡の位置における接地電位差とに依存する。もしその電流が大きければ、その地絡は速やかに発見されるであろう。もしその電流がその影響が容易に検出されない程小さいならば、その地絡は何ヵ月も発見されないままとなるであろう。この２つの極限のあいだは、次のような故障電流となる：ケーブルを過熱させるが、火災の危険を持つには充分でない；大きなループを流れる比較的高い電流に伴う磁界干渉；その回路の一部、あるいは地絡箇所の近くのサブ・システムへ誘起される干渉。これらの影響の一部の検出と解決は、往々にして極めて困難で高価なものとなる。

正しく設置された Mesh-BN は、その問題の根源である接地電位差を低減や除去することにより、そのような故障の影響を低減するであろう。その設備は、動作上の問題なく、遥かに高いレベルの故障の発生を許容できるであろう。

シールドなしケーブル

ケーブルをシールドしないことによってより良く対処できるいくつかのケーブル結合問題がある。場合によってはフィルタがより便利な解決であり、あるいは機器設計者は相互接続ケーブルへの、もしくはそれからの干渉を制御するために他のテクニックを使用できる。

シールドなしツイスト・ペア (UTP)

隣接した導体ペア内で信号と還流の導体が密に結合することが非常に重要である。その差動回路における干渉は結合の緊密さに応じて低減される。導体を互いに撚り合わせることは、導体ペアの密な結合を保証し、さらに２つの改善を行なう良い方法である：

そのペアとの磁界結合の方向は交互に変化する。任意の半分のツイストの干渉の結合は、その前の半分のツイストによって打ち消される；
ペアのそれぞれの半分に対する電界結合は、撚り合わされていない時よりも良く平衡する。

ペアの撚り合わせは同相モード結合の影響の低減を助けないが、同相モード干渉の差動モードへの変換の制御には極めて効果的である。電源導体でさえも撚り合わせによる利益を得られる。

データ通信のための、UTP や STP

LAN とデータ通信用途のためのケーブル性能規定は、 ISO/IEC 11801、及び EN 50173 (generic cabling systems) として公表されている。これらの文書は、「カテゴリー３」ケーブルを 10Mbps まで、「カテゴリー５」を 100Mbps までの動作に適当であるとしている。これらの規定の目的は、そのシステムが将来サポートする応用に関する詳細な知識なしに新しい建物に組織的なケーブル設置を行なうことを可能とすることである。現時点ではケーブルのための EMC 規定はなく、それは機器供給者に対してのみ存在する。従って、UTP ケーブルを用いた時に適合するように設計された機器は、シールド・ケーブルによる利益を得ないであろう。しかし、もし１つのサブ・システムがシールド・ケーブルを必要とするならば、 UTP 設備が適合すると期待することは不合理である。

リボン・ケーブル

リボン・ケーブル導体の終端構成がシステム設計者の管理下にあることは稀であるが、それはケーブルへの、あるいはそれへの干渉に深刻な影響を持ち得る。いつもと同様、主な問題は、信号と還流の電流が囲むループ面積である。その最悪条件は、ケーブルの一方の縁の近くの単一の導体が全ての還流電流のために用いられる場合である。信号と還流の電流の間に大きな面積を残すことは、そのリボンへの、またそれからの差動結合を招く。これは、エミッションとイミュニティの問題があるだろうことを保証するのみでなく、機器や PCB の設計で用いられるいかなるグッド EMC プラクティスをも無駄なものとするであろう。

EMC 性能は、以下の方法のいずれかを用いることで大きく改善される：

それぞれの信号導体に隣接した複数の 0V 還流導体。設計段階でのみ容易に実施でき、必要な導体の数を増やし、従ってコストを要する；
組み込みのグランド・プレーンを持つリボン・ケーブルの使用。 (i) よりも良いが、実現が難しい；
完全にシールドされたリボン・ケーブル。正しく終端されたならば良いが、大抵の製造業者はドレイン・ワイヤ付きの金属箔を用いており、劣悪な HF シールドという結果となる「ピッグテール」方式の終端を強いている。
リボン・ケーブルを円筒状に丸めて編組シールド付きのスリーブに収めた、「ラウンド・アンド・フラット」ケーブル。優秀。正しい 360°シールドやシールド終端と共に、一括結線コネクタの使用を可能とする。

9 ケーブル・システムの設置

完全を期すために、ケーブル・システムをこの記事の以前の章で議論した全てのテクニックの利益を最大とするだろう方法でどのように設置するかについて、いくつか追加の注意を与えるべきである。これは、既に EMC+Compliance Journal の「The Keith Armstrong Portfolio」 [5] で発表された遥かに詳細な情報の要約である。

ケーブルの分類

ケーブルは、その干渉の可能性に応じて４つのクラスに分類できる。異なったクラスのケーブルは、物理的に分離され、異なった幹線やコンジットに引かれねばならない。それぞれの幹線構造は、ケーブルをその全長にわたって並行接地導体に近く保たねばならない。もしケーブル・クラスが互いに交差するならば、それらは直角に交わらねばならない。

クラス１ ―― 非常に敏感な信号

クラス１は、通常はマイクロホンのような低レベル信号全てに適用されるが、ライン・レベル信号、高速デジタル／アナログ通信、Ethernet、ビデオ、アンテナからの RF 受信ケーブル、そしてその他の 1V や 1mA 以下のフル・スケール、あるいはその信号源インピーダンスが 1000Ω以上、あるいはその信号周波数や速度が 1MHz 以上である全ての信号に適用される。

クラス１ケーブルは、常に、シールド付きコネクタと連続した 360°シールドとを持つ、高品質シールド付きツイスト・ペア・ケーブルでなければならない。ねじ式端子は許容されない。

そのような敏感な信号を用いる機器の設置に際しては、ケーブルの種類、コネクタ、そして配線の引き回しについては常に製造業者の推奨に従うこと。

クラス２ ―― やや敏感な信号

クラス２は、通常のアナログ (例えば、0～10V、4～20mA、1MHz 以下) と、低速デジタル・バス通信 (RS232、RS422、RS485、セントロニクス) をカバーする。これらの信号は、遮蔽ジャケットで包まれたフラット・リボン・ケーブルやシールド付き「ラウンド・アンド・フラット」を含む、シールド・ケーブルを用いるべきである。

エンコーダ、非データ・バス低速信号、そして直流電源ユニットからの出力と同様、リミット・スイッチのようなデジタル (オン／オフ) の入力と出力もクラス２ケーブルでカバーされる。

エンクロージャ内では、250V/415V までの交流や直流の配電は、そのキャビネット内でフィルタされた後ではクラス２として扱える。これらの回路のためには単一の線を使用できるが、同一の群の負荷に関連した相と中性線に対しては撚り合わせが推奨される。

クラス２のシールド付きの、あるいはシールドなしのケーブルのためには、常に、撚り合わされたペア、トリプル、クアッドが推奨される。もしある電子ユニットが全ての還流導体のために充分な端子やピンを提供しないならば、複数の還流導体の特別な配置が行なわれねばならない。

クラス３ ―― やや干渉性の信号

クラス３は、外部から給電される交流 (230/415V まで) や直流の電力や、ソレノイドやコンタクタのような全ての誘導性負荷がその製造業者が推奨するようにサプレッサによってフィルタされている抵抗性や誘導性の負荷を持つ制御回路をカバーする。整合 EMC エミッション規格以内のエミッションを持つことがわかっているのでない限り、外部機器はノイジーであると見倣さねばならない。そのようなユニットは、内部フィルタと共に取り付けるべきである。

その交流電源がクラス３以上である、正弦波出力フィルタを持つ可変速駆動装置で制御されるならば、誘導モータはクラス３と見倣せる。

クラス３の信号や電力には、シールド付きの多芯ケーブルや信号線を使用できる。撚り合わされたペア、トリプル、あるいはクアッドが推奨される。露出した導体が 30mm (1.25インチ) 以下である限り、ねじ式端子は許容される。

クラス４ ―― 著しく干渉性の信号

クラス４は、電力の入力や出力、可変速モータ・ドライブ (直流、交流、ステッピング、サーボなど) への直流リンク、溶接機、オン／オフ制御式直流モータ、スリップ・リング、そして類似の電気的にノイジーな機器へのケーブルに適用される。特別なフィルタ、ケーブル、あるいは引き回しが干渉の制御のために重要である場合のために、そのような潜在的にノイジーな機器の製造業者に確認することが最良である。フェライト・トロイド／クリップやフィルタの取り付けの詳細は、指示通りに正確に従うべきである。

クラス４ケーブルは、高品質の編組シールドを、正しく行なわれたシールド接続と共に用いるべきである。ピッグテールは、絶対に許容されない。１つの信号源や負荷に関係する全ての送出と還流の電流経路を互いに撚り合わせるために、その導体は、ペア、トリプル、クアッド、あるいは必要なだけのものを撚り合わせたものとすべきである。製造業者が他のことを規定していない限り ――常に確認すること―― ねじ式端子は良いが、導体の露出した長さは 30mm (1.25インチ) 以下であるべきである

クラス４は、抑制されていない誘導性負荷 (リレー巻線、コンタクタなど) への制御ケーブルもカバーする。シールドなしツイスト・ペアを使うこともできるが、それらが頻繁に動作しない場合 (数分に１回以下) に限る。もしそれらがもっと頻繁に動作するならば、シールド付きツイスト・ペアと抑制部品を設置しなければならない。

レガシー機器への、またそれからの電力ケーブルも、クラス４幹線へと隔離すべきである。シールドなし電力ケーブルは、常に PEC の近くに引くべきである。可能であれば、ケーブルの外装は PEC として使用できるが、ユーザーはそのシステムへの将来の変更でその PEC 性能が損なわれないように注意しなければならない。

RF 送信機器へのケーブルもクラス４である。ケーブルの種類、引き回し、そして終端は、製造業者が規定した通りでなければならない。 RF ケーブルの 360°シールドには切れ目があってはならない。

クラス５ ―― 中圧や高圧

400V を超える交流電圧や 230V を超える直流電圧を運ぶケーブルは、普通は高圧 (HV) と呼ばれる。より正確には、これらの電圧は、 IEC の定義に従って中圧 (MV) ――クラス５―― と高圧 (HV) ――クラス６―― に分割すべきである。 MV や HV のケーブルは、雷や大電力スイッチギアの動作によって引き起こされる強力なサージやトランジェントなどの外部妨害に遥かに曝露されている。

今日では EMC 問題への遥かに強い懸念があり、使用されるケーブルの種類は電力ネットワーク技術者によって定義される。しかし、所定の負荷に関連した導体全てを単一のケーブルに入れ、あるいはそれらのケーブルを束ねて、その外装を PEC として用いる (負荷電流が許容する場合) ことは、グッド・プラクティスとして見ることができ、望まれない妨害の制御を助けるであろう。

全てのケーブル・クラスに共通したグッド・プラクティス

それがより多くの銅を使うことを意味したとしても、単一の信号や負荷に関連した導体全ては常にその全長にわたって１つの束の中に一緒に引かれねばならない。

PEC を構成するために、それぞれの多芯ケーブルや単一の線の束は、そのケーブルが終端される機器の局所接地に接続された接地導体を含むべきである。ケーブルがシールドされ、あるいは外装を持っているしても、将来の変更で切断される可能性が低いことから、そのような導体を含めることは良いプラクティスである。この追加の接地導体は低周波での磁界結合を低減するように振る舞い、クロストークの低減を助ける。

正しく接続された Mesh-BN システムの PEC に沿って引かれる場合には、この余分な接地導体は束の中の他の導体と同一の寸法とできる。しかし、それほど良く接続されていない状況においては、それを扱う必要があるかも知れない連続サージ電流に応じた寸法とすることが必要となるであろう。

その信号が実際に侵略的でも敏感でもなく、非常に短いピッグテールによるシールド終端が受け入れられるかも知れない場合を除き、全てのシールド・ケーブルは全てのコネクタやグランドで 360°RF 接続されねばならない。

PLC やコンピュータからの信号ケーブル

プログラマブル・ロジック・コントローラ (PLC)、デジタル制御、そしてアナログ I/O 信号は、それが運ぶ信号が低速であり、あるいは頻繁でないことから、往々にして良性と見なされる。遺憾なことに、市場で入手できる多くのシステムは、全ての I/O にその内部デジタル処理の動作によって発生させられた同相モード・ノイズを持つ。このノイズは、信号そのものから予期されるであろうものよりも極めて高い周波数成分を持っている。その機器の製造業者が他のことを言明している (そしてあなたが彼を信頼している) のでない限り、それらの信号には常に全てのコネクタやグランドで 360°RF 接続されたシールド・ケーブルを用いるべきである。

高レベル電磁環境

設備がラジオかテレビの送信機 (あるいはその双方) のような高レベル電磁汚染源の近くにある場合、追加の保護が必要となるかも知れない。かなり多くの場合、建物の小さい部分のみが高レベルのフィールドに影響され、隔離 ――そのエリアに機器を設置せず、またケーブルを通さない―― が最良のアプローチとなる。それが可能でないならば、追加の保護を与えられる多数の方法がある。

追加のシールド。
その領域を通らなければならない全ての信号や電力のケーブルに、全ての接合部、コネクタ、及びグランドで 360°RF 接続された追加のシールド層を設ける。これは、ケーブル・クラスとは無関係に行なわねばならない。すなわち、クラス１ケーブルには二重シールド・ケーブルが与えられる。全体を覆う編組シールドを持つ金属箔シールド・ケーブルはケーブルのシールド効果に大きな改善を与えられる。極限環境においては、絶縁された二重シールドはさらに良いものとなり得る。
カバー付きのケーブル・ダクトやコンジットを用いる。
もしそのケーブルが、RF 接続されたカバーが取り付けられたコンジットと共に、 PEC として用いられる矩形のダクトの中でその領域を単に通過するだけであれば、通常のケーブル (そのクラスに応じたもの) を使用できる。その追加の金属構造が追加のシールドとして振る舞うことから、円筒状コンジットを使うこともできる。 360°接続された接合部と終端を持つ円筒状コンジットは最良のシールド性能を与え得るし、いかなる極限的な電磁環境においても極めて費用効果が良い。
ケーブル・シールドと PEC との間の追加の接続を用いる。
関係するフィールドが 20MHz 以下である場合に有用なテクニックの１つは、 10m (30フィート) 程度ごとにケーブル・シールドや外装の短い部分を露出させてそのシールドを PEC に接続することである。その接続は周期的であるべきでなく、 6～12m (18～48フィート) でランダムに変化させるべきである。ケーブル・シールドからの 50/60Hz 電流の排除を助けるために直接の接続の代わりにコンデンサを使用できるが、その接地システムが正しく構成された Mesh-BN である場合にはこれは不要である。

既存の設備への新しい機器の設置

サブ・システムやそのケーブルの「ノイジーさ」が未知である場合も多い。既存のシステムへの新しい機器の設置は、その一例である。電気的に「ノイジー」なケーブルや機器を同定する最も効果的な方法は、携帯型スペクトラム・アナライザと手持ち型のプローブを用いることである。そのアナライザやプローブの最小の周波数範囲は 100kHz～1000MHz のあいだであり、これは低コストで容易に達成される。

ケーブル・クラスは相対的なものであり、絶対的なものではないため、４つのクラスのケーブルのためのフィールド強度の値を示すことはできない。しかし、近傍界プローブを用いて僅かな時間を費した後では、どのケーブルを他のより敏感なものから離さねばならないかは明らかとなろう。

可能ではあるものの、このアナライザ／プローブ法を敏感なケーブルを同定するために使用するのは容易ではない。通常は、この情報はその施設の技術者から得る方が遥かに早い。

既存の設備においては、異なったケーブル・クラスが混ぜ合わさせ、隔離されていない可能性が高い。新しいケーブルは、相互に、そして既存のケーブルから隔離されるべきである。この余計な時間と費用は、運用上の信頼性の改善によって報いられるであろう。

隔離と引き回し

Figure 16: ケーブル・クラスの隔離

ケーブルがどのクラスに属するかの決定は、正しいケーブルの種類や終端の選択を可能とするだけではなく、互いに干渉することを防ぐために異なったケーブル・クラスを隔離するためでもある。 Figure 16 は、それら全ての下の連続した平らな金属の PEC を仮定しての、異なったクラスの間に維持すべき最小の隔離距離を示す。独立した PEC が用いられるならば、それぞれの PEC が側壁を持つ (例えば、開放型ダクトやトレー) ものでない限り、ケーブル・クラス間のより大きなギャップが必要となる ―― 高い側壁は最良であり、間隔の要求を低減できる。 PEC がない場合、PEC がある場合と同一の隔離性能を達成するために、大きな方の束の直径の少なくとも 10倍のクラス間の間隔が必要となる。

カバー付きダクトや円筒状コンジット (全ての接合部で正しく RF 接続されたもの) のように PEC が完全に閉じたものであれば、ケーブル・クラス間に最小の間隔が不要である。そうでさえも、常にクラス１ケーブルがクラス４ケーブルから最も離れることを保証するために、ダクトやコンジットをケーブル・クラスに従って配置することが最良のプラクティスである。

全てのケーブルは、常に PEC の近くに引かれるべきである。 PEC が１つのクラスのケーブルのみを含む円筒状やカバー付きのコンジットでない限り、「近い」は、数ミリメートルよりも遠くないことを意味する。

もしケーブル・クラスが交差しなければならないならば、それらは可能な限り広い間隔を開けて、直角にのみ交わるべきである。最良のプラクティスは、ケーブル・クラスの間を引かれた PEC で交点を分離することである。クラス１ケーブルをクラス４ケーブルと交差させることが必要であれば、それらの一方は閉鎖型 PEC の中を引かれるべきである。

クラス４とクラス５のケーブルの間の最小間隔は 150mm (6インチ) である。クラス６ケーブルは、クラス５からさらに 150mm (6インチ) 離すべきである。クラス１ケーブルは、クラス５から少なくとも 1.25m (40.4インチ) 離さねばならない。時には、絶縁の目的のため、あるいは故障状態に際しての損傷を与え得る放電を防止するために、クラス５とクラス６にはより大きな間隔が必要となる。

クラス内での隔離

時には、同一のクラスのケーブルの分離が必要となる。例えば、クラス１ケーブルは、クラス 1a に細分できる敏感なアナログ・ケーブル、ツイスト・ペア上の高速デジタル信号 (クラス 1b)、そして同軸ケーブル上の高速デジタル信号 (クラス 1c) を含む。これらのケーブルは、一緒に束ねるべきではない。良い信号の信頼性のために、1a、1b、そして 1c は、サブ・クラス間に 10mm (0.4インチ) の最小間隔を持ち、それぞれの束を常に可能な限り PEC の近くに保つべきであることがわかっている。

機器製造業者らはケーブル干渉問題をさらに気にするようになっているので、クラス間のケーブル引き回し方法について何らかの疑問があるならば、様々な製造業者に尋ねることが常に最良である。

引き回し

機器間の全てのケーブルは、同一の経路を辿るべきである。

理想的には、その単一の経路は、クラス間の隔離も維持しながら、 PEC に沿うべきである。引き回しの２つの主な原則は：

いかなる２つの機器間のケーブルも、常に同一の経路を辿らねばならない；
それぞれの機器には単一の相互接続用パネルがあるべきである。

Figure 17: ケーブル・トレーの積み重ね

ユニット毎の単一の相互接続用パネルは、ケーブルや金属構造中の不可避な循環電流がその装置を通って流れる ――これは内部電子回路との干渉を引き起こし得る―― ことの防止を助ける。複数の経路、及び／もしくは接続用パネルが存在するならば、それぞれが専用の PEC を持つべきである。この場合、高いグランド電流が予期されることに注意せよ。

ケーブル・クラスの隔離は、単一のトレー内では不可能かも知れない。この解決は、複数のケーブル・トレーを垂直に積み重ね、その支持柱全てで互いに電気的に接続することである。この積み重ねられたトレー全ては、いかなる２つの機器の間でも同一の経路を辿るべきである。ケーブル・クラス間の水平と垂直の最小隔離距離が監視されねばならない。

Figure 18: 送出／還流導体の密な結合

常に送出と還流の導体を互いに近付けて引く。これは Figure 18 に図示されており、これは磁界結合を低減するために重要である。スイッチされない導体との間にはある程度の物理的な経路差があるであろうが、その理念は可能な限り経路差を最小とすることである。

１つのキャビネットやラック・ベイには１つのコネクタ・パネルのみが許される。このパネルは、上、下、横、あるいは後ろの面に取り付けられるが、外部ケーブルは１つの面、望ましくは接地されたパネルやバックプレートの縁に沿ってのみ入らねばならない。高レベルの循環電流はそのコネクタ・パネルやバックプレートを通ってケーブルからケーブルへと流れるが、電子ユニットと干渉するかも知れないキャビネットの他の部分を流れない。

並行接地導体 (PEC) の構成

設備における EMC のための現代的なベスト・プラクティスは、並行接地導体 (PEC) としての、金属のケーブル・トレー、コンジット、そして太い接地導体の使用さえも要求する。そのキャビネット、エンクロージャ、あるいはバックプレートは、必要な PEC への接続手段を備えるべきである。

並行接地導体の最も重要な機能は、大きなグランド・ループ電流をシールド付きやシールドなしのケーブルから逸らせることである。雷からのグランド電流やサージは低周波現象であり、 PEC の最も重要な電気的特性は非常に低い抵抗と充分な電流容量を持つことである。ケーブル支持システムの大半は、必要な低抵抗と高電流容量を与えるために充分な金属断面積を持つ。これは、PEC に流れる電流が遥かに低いメッシュ接地システム (Mesh-BN) において特に真である。

ケーブルの外部のいかなるシールドや接地導体も PEC として扱い、両端で接地に接続すべきである。ケーブル外装は常に PEC として用いるべきであるが、それが連続しており両端で正しく接続されている場合にのみ保護を提供できる。

Figure 19: 並行接地導体 (効果の低いものから高いものの順で)

磁界に伴って接地導体を流れるループ電流は、ケーブルを全長にわたって PEC の金属構造の非常に近くに引くことによって低減できる。 Figure 19 に示すように、PEC はより高い周波数の制御のためにも使用できる。

ケーブル・トレーには、通常はケーブルの固定を容易にするためのスロットが開けられている。残念ながら、その金属中のギャップが電流の流れを妨げ、従ってその構造の伝達インピーダンスを増加させることから、スロットは PEC の高周波性能を低下させる。特に、梯子形、あるいは篭形のケーブル支持システムは、 50/60Hz の妨害を制御できるだけである。場合によっては、配線された PEC も必要となるかも知れない。小さい穴は EMC に対する最小の影響を持つが、多数のトレー製造業者は短い長穴のスロットで妥協している。

Figure 20: 連続な PEC システム

PEC は、その両端の局所機器接地、その延長に沿った支持構造全て、そして機会がある度にその他の金属構造に電気的に接続されねばならない。これはメッシュ接地構造を作ることを助けるためであり、その PEC が効果的に機能することも助ける。接合部と終端部は、制御すべき周波数のための正しい手法を用いて接続しなければならない。ケーブル・トレーや矩形のコンジットは、複数の固定箇所を持つ「U」ブラケットや類似のものを用いてキャビネットの壁面 (あるいは、上面、底面、側面、あるいは背面) に電気的に接続する必要がある。円筒状コンジットは、エンクロージャの壁面やバックプレートに環状グランドを用いて接続できる。必要であれば、良い電気的接続を保証するために塗装やその他の絶縁層を除去し、防食処理を行なう。

PEC としての建築鋼材の使用

Figure 21: PEC としての建築鋼材

伝達インピーダンスは物理的形状に影響され、従って建物の構造メンバーに対する異なった位置は異なった高周波特性を持つ：

最良の高周波性能は、ケーブルを角の内側を引くことによって得られる。
次に良い経路は、フランジやリブの中央である。
ケーブルを縁に沿って引くことは、 50/60Hz の干渉電流の制御のためにのみ充分に良い。

電気的に連続な PEC の用意

Figure 22: 主な構造からの分岐

ケーブルは、その経路の全ての箇所で対応する PEC の非常に近くを引くべきである。ケーブルが方向を変えて主なケーブル経路を離れる場合には、そのために電気的に連続な PEC が用意されるべきである。非常に低い周波数のケーブル (50/60Hz) のためには、ケーブルは配線された PEC に吊すことができる。

トレーやダクトのギャップの問題

ケーブルが壁や床を通り抜ける場合のトレーやダクトの不可避な切れ目は、以下の方法で対処される：

そのトレーやダクトを壁や床の中をそのまま通す、あるいは
そのトレーやダクトを、少なくとも１つの短い幅広の編組ストラップを用いてギャップのそれぞれの側に接続する。
もし編組が実際的ではないならば、トレーやダクトの幅にわたって間隔を開けたいくつかの太いワイヤ・ストラップを使う。その接続導体はあり得る最悪の地絡やその他の電流 (等電位メッシュ接続も壁や床によって制約されているかも知れないので、これは非常に高くなり得る) に耐えるように定められねばならず、またケーブルの経路を辿らなければならない。
PEC のそのような切れ目は高い周波数の干渉がケーブルに結合できる弱点である。もし問題が生じたならば、影響されたケーブルの露出した部分の周りの「ニットメッシュ」を用い、それを壁や床のそれぞれの側で PEC に接続する。その PEC が高レベルの電流を運ぶならば、そのニットメッシュの包みと並列に太いケーブルや編組も必要かも知れない。

PEC が可能でない場合

ケーブルをその全長に沿った PEC なしに引くことは良い EMC プラクティスではない。それを避けられない場合には：

ケーブルが PEC に入り、またそれを出る箇所で、グランド、「U」クリップ、あるいは「P」クリップを用いてシールドを 360°接続する；
シールドなしケーブルは、その入口で PEC に接続された保護接地導体を持たねばならない；
ケーブルが PEC の保護を離れねばならない場合には、 PEC を与えるための早期対策作業のために、プロジェクト・プランに余裕を設けるべきである。

10 結論

私と同じくらい (40年近く) この業界で働き続けている多くのオーディオ技術者には、この記事の情報の大半は冒涜のように見えるであろう。私も、EMC 指令に合格できる電子コンポーネントやシステムの設計に必要なテクニックを最初に学んだ時、それはとても無理だろうと考えた。あなたはそのような概念に対する議論を全て知るであろうし、私は個人的にそれらをリハーサルしてきた。ここで述べられたテクニックのいくつかを試みさせさえした私の興味は、法律の枠内に留まるためというよりは、来る年も来る年も、コンポーネントやシステムの設計、試験、そして引渡しのあいだハム、バズ、そして RF 干渉ノイズを追いかけて時間を費し続けた重度のフラストレーションによって後押しされたものである。

最初の基本的なシステムが、全ての I/O ケーブル・シールドが両端で接続され、コンソール、ローカル・ラック、そしてリモート・ラックの間でメッシュ接地テクニックが用いられて組み上げられた時には、酷く緊張した。最初の設置には、スピーカーのコーンがキャビネットから飛び出すほど大きくハムが出た時の私の顔を見るためだけに、多くの人々が顔を出した。我々全員は酷く驚くことになった。大きくて制御できないノイズの代わりに、静寂があった。数刻の後、遠くの声が私自身の考えを反響させた：「システムはもう入っているのか？」３つの別々の声が「Yes」と答えた。不承知の声の主が「そんな筈がない」と呟き、フェーダーを「+10」まで上げ、対応する再生ボタンを押した。高音質のオーディオが、だが極めて大音量で部屋を満たしたため、全ての人が身をすくめた。

この記事の情報で、「理論」に過ぎないものはない。ここで述べたテクニックの全ては、実際のコンポーネントやシステムにおける実際の経験に基づいている。私は、何故そのテクニックが機能するかの説明を助けるために物理学をいくらか追加し、おそらくは第８章と第９章の余計な情報にやや夢中になってしまった。しかし、これらのテクニックをどのように使うかをさらに学ぶと、それが何故機能するかのより詳細な説明を含めることが必要であることに気付いた。

私が電子システム設計の安全面から始めたことに注意されたい。我々は皆、安全に働ける必要がある。スター接地電力システムは良好な安全を与えられるが、電源周波数においてのみである。システム仕様の一部となっているプロセッサ制御デバイスの組み込みの必要性のため、今日のオーディオ・システムは必要なオーディオ通過域の上の何十 MHz もの干渉現象を制御しなければならない。残念ながら、良く設計され、維持されているスター接地システムでさえも、高周波干渉の制御を助けることはできない。しかし、長い期間を経た後に安全なままなスター接地システムは僅かである。それらは、複数のグランド・ループの悪夢へと退化する傾向がある。私は、歳月のあいだに妥当なノイズ・フロアを得られるようにするためだけに技術者がいくつかの機器の交流電源入力ケーブルの保護接地導体を切り離さねばならないほどまでに腐敗したスター接地システムを乗り越えてきた。この問題は、多数のオーディオ機器が依然として正しくないシールド終端方法 (そしてその他の EMC 設計上の欠陥) とともに設計されていることによって確実に悪化している。しかし、グランド・ループを除去し、だがその電流を流した駆動電位を残す古い方法は、設計のグッド・プラクティスからは排除されたものと見倣さねばならない。

依然として、多くのオーディオ専門家は、オーディオ・ケーブルを両端で接続することは、 SCIN (シールド電流誘起ノイズ) と呼ばれる平衡オーディオ・ケーブルの不平衡に伴う人工的ノイズを発生すると主張している。実際には、第７章で議論した入出力ファイルタ・テクニックは、優れた EMC を与えるとともに、そのような問題の制御に何ら問題を持たない。たとえシールドを片端で持ち上げることがオーディオ帯のノイズ試験で測定可能なほどよい結果を与えたとしても、これはオーディオ・システム (アナログや、完全にデジタルの) 内でプロセッサ制御式ボックスを使わなければならない人には役に立たない。

完全にシールドされ、フィルタされ、メッシュ接続されたケーブル構造のみが、このタイプのオーディオ／デジタル制御システムに関係した干渉問題全てを制御し、音響品質を与え、かつ安全な作業環境を作れるチャンスを持つ。そのようなシステムは、設計も容易であり、また試験と引渡しのためにより少ないコストを要する [3] [6]。さらに良いことに、ケーブル・シールドのどちらの端をグランドに接続し、あるいは「持ち上げる」かを見付けようとして「いじりまわす」必要もない。遥かに少ないフラストレーションと、仕事のより効果的な方法である。

複雑なコンピュータ制御式オーディオ・システムを規定する顧客は、そのケーブル・システムに干渉が結合してその設備を誤動作させたならば即座に破滅する。同時に、彼らは最高品質のオーディオ性能を、そして安全な作業環境を主張する。この記事で述べられたテクニックはこれらの３つの基準全てを実に良く達成するので、今はそれらを専門家向けオーディオ・システムのためのベスト・エンジニアリング・プラクティスと見倣すべきである。

参考文献

[1] IEC 61000-5-2:1997 "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 5: Installation and mitigation guidelines - Section 2: Earthing and cabling"
[2] "EMC for Systems and Installations", Tim Williams and Keith Armstrong, Newnes, 2000, ISBN 0 7506 4167 3 (www.newnespress.com)
[3] "Bonding cable shields at both ends to reduce noise", Keith Armstrong and Tony Waldron, EMC + Compliance Journal, May 02 (www.compliance-club.com)
[4] Journal of the AES: Volume 43, Number 6, 1995
[5] "The Keith Armstrong Portfolio", EMC + Compliance Journal, www.compliance-club.com/KeithArmstrongPortfolio
[6] "Designing for Interference-free Audio System Components", Tony Waldron, EMC + Compliance Journal, July 02 (www.compliance-club.com)

Tony Waldron is Technical Manager for CADAC Electronics PLC. Sound Designer at The Royal Danish Theatre in Copenhagen (1979-81) and Head of Sound at The National Theatre, London (1983-89).
www.cadac-sound.com

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2003-01-19