アンプ、パルスノイズで困っています。

質問

パソコンのＵＳＢから電源を貰いオーディオアンプを組んでいます。出力も同じパソコンのライン端子になります。
パチパチという周期的なノイズを押さえる電子回路を教えてください。

回答No.8

tance · ベストアンサー

Ano.3です。

ここまで来たら後は何とかなるでしょう。

上から目線のようで申し訳ありませんが、質問者様の回路センスの良さを
感じました。「回路全体を振り回す」という表現は初心者にはなかなかできる
ものではありません。それなりのご経験をお持ちか、センスが非常に良いか
です。

理論的思考に知識を体系化し、経験を加味して頑張ってください。

お礼

tanceさん
ご忠告ありがとうございます。
長い間お付き合いいただき感謝しています。
ネット社会は不思議なもので、今回適切な回答者に出会えたことに運命を感じます。

回答No.7

tance

Ano.3です。
原理的にはコモンモードチョークでノイズが入らないようにできますが、
実際には簡単ではありません。

そもそも線１本で入ってくる（出て行く）ノイズはどこかで空中を飛んでいます。
ほとんどの場合、静電容量により空中を通ります。この部分のインピーダンスは
かなり高いので、それを上回るインピーダンスを持ったコモンモードチョークが
必要となります。

例えば、10kHzのノイズが10pFの容量を持つ空間を通るときは約1.6MΩの
インピーダンスとしてノイズを通します。同じ周波数でこれ以上のインピーダンスを
持つインダクタは25Hとなり、ノイズを1/10にするには250Hが必要となります。
これはほとんど実現不可能な値です。

実際のノイズは単純なサイン波ではないので、話しはそう単純ではありませんが
広帯域の大インダクタンスのチョークが必要になることには違いはありません。

電気的に解決する方法は無くはないですが、必ずうまくいくとは限りません。
一つは、ノイズの周波数成分によっては、音声帯域に影響を与えないような
高周波カットフィルタでノイズ成分を減衰させる方法です。

もう一つは脳波計などで使われている方法ですが、高インピーダンス差動
アンプでとにかくひたすらノイズをキャンセルする方法です。これはオーディオ
帯域全体に適応するのは簡単ではありません。

やはりシールドをしっかりするのが定石かと思います。

お礼

専門的な知識など何回もご指導頂きありがとうございました。
授かった回答を無駄にしないようあれこれ頑張ってみます。
最終的にはシールド言う強い見方がありますので。

回答No.6

tance

Ano.3です。
マイクとケーブルがなければ回路のシールドが効くことが判った訳ですね。
ただし、念のため「ケーブルをつながなければ」という部分の詳細を
確認してください。ケーブルなしでもアンプの状態は変わらないのでしょうか。

確認のために、ケーブルもマイクも接続して、さらにケーブルを小さく
まとめてアルミホイルの中に一緒に入れてみてください。こうすれば
ノイズはなくなるはずです。

もし、これでノイズが出るようだと、以下の二つの要因が考えられます。
１．シールドは全く効果が無く、効果があったように見えたのは
　　ケーブルを抜くとアンプが正しく動作しなくなるためだった。
２．磁界ノイズが本当の原因で、アルミホイル（非磁性体）は効かなかった。

ケーブルを変えてみる前に以上の確認はした方が良いです。

また、ケーブル自体にアルミホイルを隙間無く巻き付けるとそれだけで
シールドとしては相当良質になります。この状態でもしノイズが出るようだと
最高級のシールドケーブルにしても効かないことになります。

補足

「ケーブルをつながなければ」アンプは正常でノイズがでます。この状態でアルミで覆うと消えます。
ご指摘の要因の１と２についての懸念はクリアーされました。
ご指導により、今回のノイズはケースをシールドすることで解決する状況ですが・・・パソコンのグラウンドに回路が触れるだけで、グラウンドを含めた回路全体が電気的に振り回されている状態の場合コモンモードコイルで解決するでしょうか？
よろしかったら、電気的に解決する方法を幾つかご提示ください。

回答No.5

tance

ANo.3です。　だいぶデバッグっぽくなってきましたね。

USBから電源をもらわなくてもGNDをつなぐだけでノイズが出ることが
判りました。

また、ボリウム以降は問題がないことが判りました。

そうすると、犯人はPCのボディ（GND)からやってきて、オーディオの
回路に入り、どこかへ消えていく途中にアンプを経由し、それが
増幅されてノイズになって聞こえる、ということになります。（向きは
この逆かもしれませんが）

このような場合、ノイズ源はどこにあるかこれだけでは判りません。

もしPC自体がノイズ源だったとしても、そのノイズがGND線１本を
通してアンプに入ってきたとして、帰路が不明です。ノイズだろうが
何だろうが、必ず信号は信号源に戻っていかなくてはなりません。

GND線１本でノイズが入るということは、帰路は空間と考えられます。
おそらくマイクの線と床等の間の静電容量が帰路ではないかと
思われます。

それでは、もう一つ実験です。マイクとアンプをまとめてアルミホイル
の上に置いてみてください。もちろんアルミホイルで回路がショート
しないように紙でも一枚敷いてください。また、アルミホイルと回路GNDを
接続してみてください。さらに回路の上をもう一枚のアルミホイルで
カバーするともっと明快な実験になります。（上下のホイルは電気的に
接続してください）

ノイズがPCからGND線を通してアンプ回路に入ってくるとします。
回路やマイクやそのケーブルをGNDでくるむと、ノイズがノイズ源に戻る途中に
回路を経由しないようになります。何しろノイズはGNDから空中を飛んで
地面等に戻るのですから、アルミホイルにくるまれた内部の回路を
通らなくてもアルミホイル表面から直接地面等に戻って行きます。

実際に回路を金属のケースに入れることで外来ノイズを減らすことは
通常よく行われることです。問題はマイクケーブルです。良質の
シールド線であればアルミホイルと同じ効果があります。

この、金属で囲うこと（シールド）でもノイズが減らないとすると、さらに
新たな実験が必要になります。

補足

ご指導ありがとうございます。
台所のアルミホイールで実験しました、シールド線ケーブル接続では効果がありませんでしたが、ケーブルを抜いてアンプ部のみで試すと成功しました。
今回の対策には良質のケーブルに交換する必要がありそうです、アンプ部は金属ケースに格納しても良いですが、これと同じ効果を電子回路的に解決出来ないでしょうか？チョークコイルなどで可能でしょうか？
パソコンにアースを取っても効果はあるでしょうか？住居の関係で現実には不可能ですが・・・
敵は空間をさ迷うエイリアンでしたかバグ取りではなくエイリアン退治とは？どうりで明確な駆除方法も無いのが判りました。
回路的に対策できることがありましたら、ご教授ください。

回答No.4

tance

ANo.3です。

何らかの形でPCが関わると出るのですね。
それではGNDをつないだだけで出るのかどうかを見てみましょう。
電池とヘッドフォンでノイズの無い状態にしておき、回路のGNDと
PCのGND（ジャックの金属部等）をつなぐだけで出るのでしょうか。

また、PCはノートですか？もしそうならPCのACアダプタ無しでは
どうでしょうか。

GNDをつないだだけで出るノイズは大抵やっかいです。
良質のコモンモードチョークが効くはずです。

オーディオアンプのゲインはどのくらいあるのですか？
もしボリウムがあるなら絞れば消えますか？（ボリウムの
位置にもよりますが、初段から乗っているのかどうかが
判ります）

入力のコモンモードチョークは無いよりは良いと思いますが
原因によっては何とも言えません。

それより、USBからの電源にコモンモードチョークとさらに
ノーマルモードフィルタを入れてみるのが先のような気がします。
PCのライン入力も同様です。両方同時にやらないと意味が無さそうです。

この類の問題は、このような所へ投稿して一辺で解決することは
希です。いろいろ実験をして、情報を総合してだんだん判っていく
というものです。

補足

毎回丁寧にありがとうございます。

電池とヘッドホーン結線でUSBのマイナス部分を当てるとでます。
パソコンはデスクトップです。
利得は総合で30dB未満のマイクアンプです。
ボリュームは入力側ではなく、出力側ですが絞ってもノイズはそれにつれて小さくなります。
フレッドボードをマイナスに落とすと低減します。
トランスの２次側（アンプ側）に10Ω程度をパラると低減しますが所定の利得を稼ぐとホワイトノイズが目立ちます。
ちなみに、２次側をショートするとシャーノイズが発生します。

回答No.3

tance

トラブルシュートをするには情報が少なすぎます。まずはUSBからの電源を
他の電源に変えてどうなるかを見てください。新品乾電池３本直列で
やってみてください。

そのほか、「原因の切り分け」という作業を最初にやらなければなりません。

何をやるかはハードの作りやその他の事情によってちがってきます。
「あれをやってみよう」というアイデアが大事です。

たとえば、
アンプの入力をショートしてもノイズはでるのか？
特定のソフトが動作しているときだけ出るのか？
他のパソコンではどうか？
PCのライン入力ではなく、イヤホンで直接聞いてもノイズは出ているか？
ノイズは何かの動作に同期していないか？（たとえば、マウスの動き）
PCがノートなら、ACアダプタを外しても出るか？

このようにいろいろな情報をたくさん集めて犯人を追い詰めて行くのです。
もちろんオシロスコープなどがあれば格段に重要な情報が集まります。

なお、通常のPCが出すノイズはパチパチいうような長周期のノイズでは
ありません。もっと高周波のスパイクノイズが短い周期で出ます。
耳には聞こえない程の高い周波数です。それがいろいろ混じって
ビートなどを起こすとシャーとかピューとかいうノイズになることがあります。

高度なアナログの知識があればPCからのノイズも相当除去できます。
PCで制御する脳波計（数μVの信号を扱う）もあります。

私の勘では、USBから直接入ってくるノイズとはちょっと違うように思います。

補足

丁寧なる回答感謝します。
ノイズの種類は拍手のようなパチパチと言う１秒に２，３回の間隔で周期的に出ます。
ヘッドホーンと電池では出ませんが、パソコンと電池ではでました。
USBとヘッドホーンでもでます。
結果、パソコン接続でもUSB供給でも対策が必要です。
オーディオ信号を取り込むために入力トランスの変わりに10mHのコモンモードトランスを使っています。
信号系のコモンモード又はノーマルモード対策のコイルが必要でしょうか？
適当な入手先や型番を教えてください。

回答No.2

misawajp

優秀なノイズ発生器であるPCから電源を取るなどと考えることが無知の証明

アナログ回路を軽視した報いです

回答No.1

fjnobu

電源からのノイズか、パソコン出力からのノイズか、オーディオアンプが出しているノイズかを分析します。
それに対応する、ノイズ取り回路を追加する。

補足

さっそくの回答ありがとうございます。
マイクとか測定器等の入力信号の種類によってノイズが出たり出なかったりします。
オペアンプの差動増幅を試しましたが、うまく出来ませんでした。