USBオーディオインターフェース接続時の残留雑音を-120dB(Noise Level)未満へ削減（無雑音化）するには ：JA2GXU

アマチュア無線/デジタルオーディオ
  • WS（ワークステーション）を含むパソコン類へUSBオーディオインターフェースをそのまま直接接続した場合、残留雑音が付いて回ります。何故なら、パソコン類は、デジタル機器であり基本的にオーディオの事は、略等閑視していますので、デジタル信号処理に伴う雑音が纏まり付きます。従いまして、オーディオ系へ接続する際は、デジタル機器からの高低周波ノイズは1Hz以上からMHz台の対策を特に検討注視する事が最低限必要な事です。（実際には、DCから数GHz台迄）
  • 特にWS（ワークステーション）を含むパソコン類のUSB 用端子に供給されているDC5Vは、通常PC用スイッチング電源ですので、リップル等の雑音によりオーディオ用途等には使えないレベルです。
  • アマチュア無線では、SDR機器が一般的に使用されていて、パソコン類に依るリモート接続も常用されています。この中で、USBオーディオインターフェースを接続した時の残留雑音問題は、略等閑視されています。 何故なら、雑音の中でのQSO（交信）ですので、USBオーディオインターフェースの接続時の残留雑音は余り問題になりませんでした。
  • 処が、HiFiSSBを遂行する場合及び微弱信号受信時は、このUSBオーディオインターフェースを接続した時の残留雑音問題は、等閑視が不可能なレベルになります。
  • 従いまして、このUSBオーディオインターフェースを接続した時の残留雑音対策（直流からGHz帯迄）を検討して、対策を講じた具体例を以下に示します。
  • 対策を講じたUSBオーディオインターフェース等を接続した時の残留雑音は、聴感域では, -120dB未満（無雑音）です。
  • 尚、USB-AケーブルからUSB-Cケーブル（要変換アダプター）へ変更する事は安定稼働の必須条件になります。それに伴い相当の残留雑音対策が出来ます。

ダイアグラム 1. USBオーディオインターフェース接続時の残留雑音対策用Noise Reduction フロー（評価試験用）

  • USB Noise Filter部は、内部電源と切り替えて外部電源DC5Vへ接続できます。
  • 外部電源用DC5Vの入力用コネクターは、USB Noise Filter部とUSB Isolator部に用意してあります。

1. USBケーブル

  • USB-Aケーブル使用の場合は、全てUSB-C4ケーブルと変換アダプターへ交換します。
  • USBオーディオインターフェースへの、USB-C4ケーブルからBオスコネクター変換の長さは、0.5mにします。
  • 使用するUSBケーブルは、USB-C型を使い最大全長は、合計で4m以下にします。
  • USB-CメスからUSB-Bオスへのアダプターコネクター及び、USB-CメスからUSB-Aオスへのアダプターコネクターを使って接続します。
  • 尚、USB-AケーブルからUSB-Cケーブルに接続変更しますと、途端に雑音が減り静かになります。
  • 参考用伝送速度は、USB-A：480Mbps、USB-C3：5Gbps、USB-C4：40Gbpsとなっております。

2. USBノイズフィルター

2－１.USB Noise Filter

  • 信号用コモンモード雑音フィルター
  • 電源用雑音フィルター（ノーマルモード／コモンモード）
  • 外部5V電源入力端子
  • FIDELIX社製　HiFi USB NOISE FILTER

2－2. Capacitor Array

  • コンデンサーアレー等を使った外部DC5V～25V、最大10A電源用リップル等雑音除去用フィルター
  • 本用途の電源容量は、DC5V1A程度になります。
  • 静電容量0.6Fスーパーキャパシター使用、超低周波類リップル等除去用
  • オーディオ用に重要
  • Elprico Capacitor Array

１－3. DC5V電源ユニット

  • 超低雑音DC5V電源ユニット
  • 12W DC5V 最大2.4A
  • 上記の1-2.Capaditor Arrayを使用する場合は、この容量が必要です。
  • 電源雑音：<-134dBV(0.2μV）
  • FIDELIX社製　ACアダプター　5V 12W

2. USB アイソレーター

  • ADuM3165を使用したUSBアイソレーター
  • 転送速度：480Mbps, 12Mbps, 1.5Mbps
  • 5V出力電流：400mA
  • 耐電圧：3.75kV rms
  • 遅延時間：71～600ns
  • グラウンドノイズ除去比：＞50dB
  • Nobsound U8PROを選択します。
  • 筐体にシールド構造が必要ある場合は、Tapping TP527を選択します。

ダイアグラム２. USBオーディオインターフェース接続時の残留雑音対策用Noise Reduction フロー ：オーディオ＆アマチュア無線用

ダイアグラム3．USBオーディオインターフェース接続時の残留雑音対策用Noise Reduction フロー ：アマチュア無線用

  • オーディオ用及びアマチュア無線用には、USB Noise Filter 部のDC5V内部電源と外部電源切替スイッチは、用意されていません。外部電源接続用のコネクターが用意されています。
  • 以上の対策を講じますと、Noise Reduction Levelが、120dB以上になり、雑音レベルが無雑音になります。

ダイアグラム４．USB-CスーパースピードとThunderbolt接続用フロー

  • USBのタイプ別伝送速度とコネクター形式について、下記の表を参照してください。
  • コネクターにアダプターが必要になる場合には、適切なアダプターを選定してください。
  • 要注意は、ThunderboltのAdapter2-3になりますので、確認が必要です。

表１．USBのタイプ別伝送速度とコネクター形式一覧表

  • 御質問等に関しましては、御手数で御座いますが、ja2gxu＠cpost.plala.or.jp （＠ → @）へ御連絡頂く様御願い申し上げます。