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オーディオトランスの巻数比

オーディオトランスの巻数比を計算して、ソースと負荷のインピーダンスマッチングに加えて、二次側の電圧と電流を計算します。

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公式

n=√(Z1/Z2),V2=V1/n,I2=I1×nn = √(Z₁/Z₂), V₂ = V₁/n, I₂ = I₁ × n
n— ターン比率
Z— インピーダンス (Ω)

仕組み

この計算機は、アイソレーション、インピーダンス・マッチング、バランス/アンバランス変換に使用されるオーディオ・トランスの巻数比とインピーダンス変換を計算します。オーディオエンジニア、機器設計者、放送技術者は、DI ボックス、マイクプリアンプ、およびラインレベルインターフェース用のトランスを選択する際に使用します。巻数比n = N_primary/N_secondary は電圧変換を設定します: V_out = V_in/n. インピーダンス変換はN二乗として変換されます: Z_out = Z_in/n^2. インピーダンスマッチングの場合、n = sqrt(Z_source/Z_load). ジェンセントランスフォーマーとルンダールの仕様によると、高品質のオーディオトランスフォーマーは20Hz〜50kHzの帯域幅（+/-0.5dB）、60〜80dBの同相ノイズ除去（CMRR）、定格レベルで0.01％未満のTHDを実現します。業務用オーディオ機器のトランス性能要件は、IEC 60268-4（サウンドシステム機器 — マイク）およびIEC 60268-14（サウンドシステム機器 — スピーカー）で定義されています。プロオーディオでは、歴史ある600オームのバランスライン規格（AT&Tおよび放送仕様による）が今でも一般的ですが、最新の機器ではAES48-2019（ネットワークおよびデバイスのAES規格 — AES3インターフェースの使用）に基づく真の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）が使用されています。

計算例

問題：250 kオームのギターピックアップをプロの基準に従って150オームのマイク入力に変換するパッシブDIボックストランスを設計してください。

解決策: 1。ソースインピーダンス: Z_source = 250,000 オーム (ギターピックアップ)

  1. 負荷インピーダンス: Z_load = 150 Ω (マイクプリアンプ入力)
  2. ターン比:n = sqrt (250000/150) = sqrt (1667) = 40.8:1 (ステップダウン)
  3. 電圧変換:1 V 入力-> 1/40.8 = 24.5 mV 出力 (-32.2 dB)
  4. ギターから見たインピーダンス:150 * 40.8^2 = 250 kオーム (ピックアップと一致)

実践上の考慮事項:

  • 商用DIトランス (Jensen JT-DB-E、Lundahl LL1935): 10:1 から 15:1 の比率が標準
  • 比率が高いほど一次巻線が多くなり、インダクタンスが大きくなり、LF応答が向上します。
  • 250 kオームでの 20 Hz における最小一次インダクタンス:L > Z/ (2*pi*f) = 250000/ (2*pi*20) = 2 H
  • プレミアムDIトランスは、10Hzまでのフラット応答で10H以上の一次インダクタンスを実現します

1:1 絶縁トランス (600 オームで平衡型から平衡型へ) の場合:

  • n = 1、電圧変化なし
  • 一次インダクタンスと二次インダクタンス:600 オームで 20 Hz で最小 0.6 H
  • CMRR仕様:標準60～80dB、プレミアムユニット (ジェンセン、ソウター) では100dB
  • 挿入損失:標準0.2〜0.5 dB (巻線抵抗損失)

実践的なヒント

  • ✓グランドループ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60〜80dBのCMRRが得られ、電源と負荷の間のガルバニック接続が切断されます。通常、50ドルのJensen製PI-2XX絶縁トランスを使用すれば、再配線に数百ドルかかるハムの問題を解決できます。頑固なグランドループの場合は、AES48に準拠したスター接地と組み合わせてください。
  • ✓DIボックスの巻数比を計算するときは、ゲインステージングにおける挿入損失（標準0.5〜2 dB）を考慮してください。15:1 の比率のパッシブ DI では、-23.5 dB の信号レベルと挿入損失が生じます。AESガイドラインに準拠したSNRを維持しながら、マイクプリアンプのゲインがこの減衰に対応できる十分なゲイン（60～70 dB）であることを確認してください。
  • ✓マイク入力トランスの場合、20 Hzまでのフラット応答を実現するには、一次インダクタンスが Z_source/(2*pi*20) を超えている必要があります。150 オームのソースインピーダンス: L_primary > 1.2 H プレミアムマイクトランス (Jensen JT-115K-E、Lundahl LL1538) は 2 ～ 10 H を実現し、フラットレスポンスを5 ～ 10 Hz まで拡張してルームトーンや亜音域をキャプチャします。
  • ✓トランスのCMRRは、巻線間のキャパシタンスにより、高周波（10kHzで40～60dB、1kHzで80dB）で低下します。RF 干渉 (GSM バズ、スイッチモード電源ノイズ) を除去するには、入力ケーブルにフェライトチョーク (10 ～ 100 uH) を追加してください。Jensenトランスフォーマーのアプリケーションノートによると、トランスとフェライトの除去率を合わせると80dB～1MHzを超えています。

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、インピーダンスはnではなくn^2に変換されます。4:1 の巻数比では 16:1 のインピーダンス比が得られます。10:1 のインピーダンス比を実現するには、sqrt (10) = 3.16:1 の巻数比を使用します。この混乱により 2 ～ 10 倍のインピーダンス・ミスマッチ誤差が発生し、信号損失または周波数応答の異常が発生します。
  • ✗オーディオシステムでは最大の電力伝達が期待されます。RFとは異なり、オーディオでは電圧ブリッジングを使用します。負荷インピーダンスは電源インピーダンスの10倍で、負荷が最小限に抑えられます。10 kΩの負荷に600Ωのソースを接続した場合、マッチング終端を使用した場合と比べて損失はわずか0.26dBですが、ソースのインピーダンスの変動に対する耐性は得られます。AES48によると、現代のプロフェッショナルオーディオではインピーダンスマッチングは推奨されていません。
  • ✗トランスの周波数応答制限を無視すると、オーディオトランスの帯域幅は、磁化インダクタンス（LF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（HFロールオフ）によって制限されます。600オームで20Hzまでフラットなトランスを10kΩの電源から駆動すると、100Hz以上でロールオフすることがあります。IEC 60268-4に準拠した実際の動作インピーダンスで帯域幅を確認してください。
  • ✗DCカップリング用途でのトランスの使用-トランスは本質的にLFロールオフを伴うAC結合です。直流信号や周波数成分が非常に低い信号 (サーボ、耐震) には、アクティブバランス回路が必要です。トランスのLFロールオフは、 f_low = R_load/(2*pi*L_primary).で通常-3 dBです。

よくある質問

1:1 の絶縁トランス (n=1) は、ガルバニック絶縁を行いながら、信号レベルを変化させずに渡します。IEC 61558では通常1500～4000Vのブレークダウン電圧が発生します。CMRR は標準で 60 ～ 80 dB で、グラウンド・ループを遮断して 50/60 Hz のハムを発生させます。信号変圧器 (n が 1 と等しくない) は、絶縁変換とインピーダンス変換の両方を行います。すべてのオーディオトランスは絶縁されており、その比率によって電圧/インピーダンスの変化が決まります。プレミアム 1:1 ユニット (Jensen、Sowter) は、メーカー仕様に従って 0.001% のTHD、0.1dB未満の挿入損失、100 dBのCMRRを実現しています。
はい。平衡型ソースを1次側に接続し、2次側をシングルエンド出力として使用すると、信号が変換されます。トランスは本質的にコモンモードノイズを除去し、Jensenの仕様ではCMRRが60～80dBです。センタータップ接地オプションにより柔軟性が高まります。接地されたセンタータップはCMRRを低減しますが、ヘッドルームを6dB向上させます。最良の除去効果を得るには、2次側フローティング (疑似平衡出力) のままにしておきます。これは、ラジアルエンジニアリングおよびカントリーマン設計によるプロ仕様の DI ボックスの標準アーキテクチャです。
AT&Tの電話規格（1920年代）は600オームで、当時の銅ケーブルで最大の電力を伝送できるように最適化されていました。放送局や録音局では、SMPTE と AES の仕様に従って機器の相互運用性を確保するためにこの方式が採用されました。最新のオーディオでは、AES48-2019に従い、600オームのマッチングではなく電圧ブリッジ（10 kΩ以上の入力インピーダンス）が使用されています。600 オーム仕様は、主にレガシーとの互換性を保つために引き続き採用されています。ほとんどのプロ仕様の機器は「600Ω終端用に設計」と指定されていますが、高インピーダンスへのブリッジングと同じ（多くの場合より優れている）のブリッジング性能を発揮します。

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