電子工学において、モーターボーティングとは、オーディオ機器や無線機器で発生する低周波寄生振動（出力電圧の不要な周期的変動）の一種であり、スピーカーやイヤホンからの音声出力において、モーターボートのエンジンがアイドリングしているような「プッププップ」という音として現れることが多い。[1] [2] [3] [4]これは、特に無線トランシーバーや旧式の真空管 オーディオ機器、ギターアンプ、PAシステム で発生する問題であり、回路内の何らかの不要なフィードバックによって引き起こされる。オーディオ機器や無線機器の増幅装置は、様々なフィードバックの問題の影響を受けやすく、出力に特徴的なノイズを引き起こす可能性がある。モーターボーティングという用語は、可聴範囲を下回る1～10ヘルツ[ 3]の周波数の振動に適用され、個々の振動はパルスとして聞こえる。場合によっては、スピーカーのウーファーコーンがゆっくりと振動している様子が視覚的に確認されることもある。 [2]
モーターボートは、不快な音を出すだけでなく、オーディオ出力波形のクリッピングを引き起こし、出力に 歪みを生じさせる可能性があります。
発生
オーディオ機器の低周波寄生振動はさまざまな原因で発生しますが、頻繁に発生する機器の種類は次のとおりです。
- ステージ間の結合が容量性（RC）または誘導性（トランス）である旧式のオーディオアンプ。[5] [6] [7] [8] この設計は主に真空管機器で使用されています。[8] モーターボーティングは真空管エレクトロニクスの時代を通じて問題となっていましたが[5]、1970年代に真空管機器が最新のソリッドステート設計（直接結合）に置き換えられたことで稀になりました。[8] 近年、ギターアンプや家庭用オーディオシステムにおいて伝統的な真空管式オーディオ機器の人気が再燃したことで、モーターボーティングの問題が再び発生しています。この問題は、旧式の機器の電源回路で使用されている旧式の「ウェット」電解コンデンサの電解液が蒸発することで発生する場合があり、また、アンプ段が電源レールを介したフィードバックに敏感な年代の機器でも発生することがあります。この問題は、コンデンサを交換/アップグレードすることで改善できます。
- 新旧の設計を問わず、たとえ直結型のオペアンプ回路であっても、電源レールを介したフィードバックによって、低周波数で振幅が変化する超音波振動（スクイギング）が発生することがあります。これは、振動が蓄積されるにつれて電源電圧が低下すること（電源リザーバコンデンサに起因する長い時定数）によるもので、高周波の基本波は聞こえないにもかかわらず、低周波の振幅が聞こえるという現象です。このような問題は診断が困難な場合があります。[9] [10]
- 無線送信機、特に市民バンドやFRSなどの双方向無線機のトランシーバーに付随するオーディオ機器には、自動利得制御（AGC）やスケルチノイズ制御機能が備わっています。時定数の長いAGCまたはスケルチ回路の故障は、低周波振動を引き起こす可能性があります。また、最初の原因と併発することもある別の原因として、送信機から受信機のオーディオセクションに強い無線周波数（RF）信号が漏れ、クエンチング振動を引き起こすことが挙げられます。これはRFI（無線周波干渉）の問題であり、RFを遮断するためのシールドやフィルタリングが不十分なために発生します。
理論
すべての電子発振と同様に、モーターボーティングは、トランジスタや真空管などの増幅装置からの出力エネルギーの一部が、正のフィードバックに適切な位相で装置の入力回路（または増幅回路の前段）に再び結合されるときに発生します。これは、増幅段の出力から入力まで、回路を通る不要なフィードバック パスがあることを示しています。バルクハウゼンの安定条件によって与えられる発振の技術的条件は、発振周波数でのフィードバック ループ（増幅装置とフィードバック パスで構成）の周囲の合計ゲインが 1 (0 dB) で、位相シフトが360° の倍数 (2πラジアン) でなければならないことです。ほとんどの増幅装置、トランジスタ、真空管は反転型であり、出力信号は入力と 180° 逆位相であるため、フィードバック パスは残りの 180° のシフトに寄与する必要があります。
多くの種類の寄生振動は、微小な電極間容量（寄生容量）や、隣接する配線間または回路基板上の電子部品間の相互インダクタンスによって引き起こされ、意図しないフィードバック経路を形成します。しかし、これらは通常、機器の通過帯域の上限またはそれ以上の周波数で高周波の振動を引き起こします。これは、フィードバック経路内の微小リアクタンスの位相シフトが周波数とともに増加し、高周波でのみ顕著になるためです。モーターボートのような低周波の振動は、段間結合コンデンサ[6]や変圧器、あるいはフィルタコンデンサと電源変圧器の巻線[ 6]など、時定数の大きいデバイスまたは回路が関与していることを示唆し ています。
真空管回路における一般的な原因は、プレート電源回路を通じたフィードバックである。[2] [6] [4] 電源は各真空管のプレート回路に直流電流を供給するので、電源配線（電源バス）は段間の意図しないフィードバック経路となることがある。電源内のダイオード真空管整流器の出力（プレート）インピーダンスは高いので、低周波でのフィルタコンデンサのインピーダンスの上昇は、出力段で引き込まれる電流の低周波振動が電源電圧の振動を引き起こし、それが前の段にフィードバックし、[2] [6] [4]システムをサブオーディオ発振器にすることを意味する場合がある。これは、不適切な電源フィルタリングまたはデカップリングによって引き起こされる。 1960年代の機器で使用されていた電解コンデンサには液体電解質が含まれており、数十年の間に乾燥して静電容量が減少し、漏れ電流が増加したため、これが原因であることが多い。
提案されている解決策の一つは、古い電解コンデンサをすべて交換する「コンデンサ交換」である。[4] [11] より根本的だが包括的な解決策は、最新のIC電圧レギュレータを追加するか、電源全体を最新の安定化電源に交換することである。[4]
無線機器では
無線送信機を含む機器では、送信機からの強力な無線信号がオーディオ回路や受信機回路に侵入する無線周波数干渉（RFI）によってモーターボーティングが発生することがあります。自動利得制御（AGC）を備えた受信機のオーディオ回路には、長い時定数のフィードバックループがあり、オーディオ段のゲインを調整することで、話し声の違いなどによるオーディオレベルの差を補正します。 双方向無線機でノイズを除去するために使用されるスケルチ回路も同様にフィードバックループを備えており、高周波ノイズが検出されるとオーディオをオフにします。
聞こえない無線周波数（RF）送信信号が受信機のオーディオ信号経路に誤って混入すると、AGCまたはスケルチ回路が作動してゲインが低下することがあります。その後、回路の時定数によって設定された遅延時間の後、回路は再びゲインを上昇させ、無線信号の振幅が再びゲイン低下を引き起こすまで続きます。この繰り返しサイクルがモーターボート音として聞こえます。
例えば、27MHzの市民バンドラジオを車に搭載し、車の12V DC電源に接続している場合を考えてみましょう。電源線からの無線ノイズをバイパスするデカップリングコンデンサが欠落しているか不十分な場合、あるいは長い電源線がアンテナからのRFを過剰に拾ってしまう場合、RF送信信号が電源線を介してラジオの受信回路に入り込む可能性があります。これがモーターボート現象の原因となります。
参考文献
- ^ サウスウェールズ州アモス;ロジャー・エイモス (2002)。 Newnes 電子辞書、第 4 版ニューネス。 p. 205.ISBN 0080524052。
- ^ abcd Van der Veen, Menno (1999). 現代のハイエンド真空管アンプ：トロイダル出力トランスフォーマーをベースとして. Elektor International Media. p. 15. ISBN 0905705637。
- ^ ab Dailey, Denton J. (2013). Electronics for Guitarists, 2nd Ed. Springer. p. 163. ISBN 978-1461440871。
- ^ abcde ジョーンズ、モーガン (2011). バルブアンプリファイアー、第4版、エルゼビア、p. 467. ISBN 978-0080966403。
- ^ ab この問題はラジオの黎明期によく見られた：Westcott, OD (1927年8月). 「"モーターボート" とは何か、そしてなぜ」(PDF) .ラジオニュース. Experimenter Publishing Co.: 149. 2013年7月7日閲覧.
- ^ abcde Bouck, Zeh (1927年3月). 「Motorboating Cured」（PDF） . Radio Engineering . 7 (3). ニューヨーク: Radio Engineering Publishing Co.: 614–615 . 2015年1月9日閲覧。
- ^ ダンカン、ベン (1996).高性能オーディオパワーアンプ. ニューネス. pp. 191. ISBN 0080508049.
モーターボート。
- ^ abc Self, Douglas (2012). オーディオパワーアンプ設計ハンドブック, 第4版. CRC Press. p. 7.42. ISBN 978-1136123733。
- ^ 古い送信機のトラブルシューティングのヘルプ
- ^ EL34 PP モーターボートに関する質問
- ^ Keen, RG (1997). 「Motorboating」.真空管アンプのデバッグページ. GEO Guitar Effects Oriented ウェブページ. 2013年7月3日閲覧。
{{cite web}}: （ヘルプ）内の外部リンク|work=
