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オーディオトランスの巻数比

ソースと負荷間のインピーダンス整合のためのオーディオトランス巻数比と二次電圧・電流を計算します。

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公式

n = √(Z₁/Z₂), V₂ = V₁/n, I₂ = I₁ × n

n — Turns ratio
Z — Impedance (Ω)

仕組み

オーディオトランスは、信号源と負荷間のガルバニック絶縁とインピーダンスマッチングを行います。巻数比 n = N/N2 によって電圧変換 (V₂ = V/n) が決まります。電流は逆に変換 (I₂ = I× n) になります。インピーダンスは巻数比の 2 乗 (Z2 = Z/n²) として変化します。インピーダンスマッチングを行うには、n = √ (Z/Z₂) が必要です。クラシックオーディオでは、600Ωの平衡ラインインピーダンスを使って最大の電力伝達を実現し、絶縁には 600:600 のトランス（1:1 の比率）を使用し、マイク/ラインブリッジには 600:10 kΩ のトランス（n≈0.245、つまり 1:4.08 ステップアップ）を使用します。DI（ダイレクト・インジェクション）ボックスは、トランスを使用して高インピーダンスの機器信号（約500 kΩ）をバランス200～600 Ωのマイクロフォン・レベル出力に変換します。また、オーディオトランスは DC を遮断し、コモンモードノイズ除去 (CMRR) 機能も備えているため、グランドループを排除するのに最適です。

計算例

600 Ω の平衡ライン出力を 8 Ω のスピーカーにマッチさせます (仮説)。
ターン比: n = √ (600/8) = √75 = 8.66:1
つまり、プライマリーのターン数はセカンダリーのターン数が 8.66 倍多いということです。
一次側電圧が 1 V RMS の場合:
二次電圧 = 1/8.66 = 0.115 V RMS
1 mA 実効値の一次側電流の場合:
二次電流 = 1 mA × 8.66 = 8.66 mA RMS
伝達される電力 (理想的なトランス): P = 1 V × 1 mA = 1 mW
確認: P = 0.115 V × 8.66 mA = 1 mW ✓
DI ボックス (250 kΩ のインストゥルメント → 150 Ω のマイク入力) の場合:
n = √ (250000/150) = √1667 = 40.8: 1 ステップダウン

実践的なヒント

  • ✓バランス変換/アンバランス変換のハムの除去には、オーディオトランスを使用してください。オーディオトランスを使用すると、40～60 dBの同相ノイズを除去できるため、長いケーブル配線で50/60 Hzのハムが発生するグランドループが遮断されます。
  • ✓DIボックスの巻数比を計算するときは、変圧器の挿入損失がゲインバジェットで考慮されていることを確認してください。優れた設計のアクティブDIは、極端なインピーダンス比ではパッシブ・トランスのDIよりも優れていることがよくあります。
  • ✓マイク入力トランスの場合、磁化インダクタンスは定格入力インピーダンスで20Hzを超えるのに十分高くなければなりません。次の点を確認してください。f_low = R_load/(2π × L_Mag)。150 Ω の入力で 20 Hz の場合、L_mag ≥ 150/(2π × 20) ≈1.2 H

よくある間違い

  • ✗インピーダンス比と巻数比を混同すると、インピーダンス比は巻数比（n²）の2乗に等しく、n自体ではありません。4:1 の巻線比は 16:1 のインピーダンス比になります。
  • ✗完全なインピーダンスマッチングによる電力の最大化への期待 — オーディオ (電圧源システム) では、最大電力伝達が最大電圧伝達ほど重要ではありません。オーディオでは、ソースへの負荷を避けるため、ブリッジ (負荷インピーダンスがソースよりはるかに高い) が推奨されます。
  • ✗トランスの周波数応答を無視 — オーディオトランスの帯域幅制限は、磁化インダクタンス (低周波ロールオフ) と漏れインダクタンスと巻線キャパシタンス (高周波ロールオフ) で決まります。安価なトランスは50 Hz以下または10 kHz以上でロールオフします。

よくある質問

1:1 絶縁トランスは、信号のレベルを変化させずに伝送しますが、信号源を負荷からガルバニック絶縁してグランドループを遮断します。信号トランス (非ユニティ比) は、インピーダンスと電圧レベルの分離と変更の両方を行います。すべてのオーディオトランスは絶縁機能を備えており、その比によって変換が決まります。
はい。一次側で平衡出力を接続し、二次側をシングルエンド (アンバランス) 出力として使用すると、信号が変換されます。トランスはバランスラインに存在するコモンモードノイズを除去し、トランスの巻線バランスの CMRR (通常は 60 ～ 80 dB) でクリーンなアンバランス信号を生成します。
600Ωは、初期の電話ネットワークで一般的な銅線インピーダンスを介して最大の電力を伝送できるため、当初の電話および放送規格でした。最近のほとんどの機器はインピーダンスマッチングではなく電圧ブリッジ (高入力インピーダンス) を使用していますが、最近のオーディオ機器は主にレガシー機器との互換性とバランスライン規格のために600Ωを使用しています。

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