インピーダンスブリッジ

オーディオエンジニアリングとサウンドレコーディングにおいて、高インピーダンスブリッジ、電圧ブリッジ、または単にブリッジ 接続とは、負荷インピーダンスがソースインピーダンスよりもはるかに大きい接続のことです。^{[1] [2] [3]} 負荷は、電流を最小限に引き込み、または影響を与えながら、ソースの電圧を測定します。

デバイスの出力（図では電圧源 V _Sと出力インピーダンス Z _Sで構成）が別のデバイスの入力（図では負荷インピーダンス Z _{L ）に接続されると、これら 2 つのインピーダンスが}電圧分割器を形成します。

${\displaystyle V_{L}={\frac {Z_{L}}{Z_{S}+Z_{L}}}V_{S}\,.}$

出力インピーダンスZ _Sが可能な限り小さい電圧源を使用し、入力インピーダンスZ _Lが可能な限り大きい受信デバイスを使用することで、信号レベルV _{L を}最大化できます。このとき（通常は少なくとも10倍）、これはブリッジ接続と呼ばれ、次のようないくつかの効果があります^[4]。 ${\displaystyle Z_{L}\gg Z_{S}}$

• 利点:
  • インピーダンス整合によって生じる6dBの減衰を低減し、必要な増幅量を減らし^[5]、高い信号対雑音比を維持することにより役立ちます。^{[6] [4]}ただし、代わりにトランスを使用してインピーダンスを整合させ、より良い信号対雑音比を提供することができます。また、6dBの減衰はアンプ内で簡単に補うことができます。
  • 複数の負荷を同じ電源に接続することを容易にします。^[5]
  • ソースデバイスから引き出される電流を減らすことで、電力の無駄を省き、歪みを減らすことができます。また、ワイヤを流れる電流が減ることで抵抗損失も減ります。^[4]
• デメリット:
  • Z _{L が}増加すると、Z _S || Z _{L （} Z _Sが支配的）の結合並列インピーダンスがわずかに増加するため、環境ノイズのピックアップが増加する可能性があり、これにより、浮遊ノイズが信号ノードを駆動しやすくなります。
  • インピーダンスの変化による信号の反射。しかし、オーディオ周波数の場合、20kHzでの1/4波長は約2500メートルなので、スタジオ内のオーディオ回路は真の伝送線路にはなりません。^[4]

インピーダンスブリッジングは、ソースデバイスが不変の出力インピーダンスZ _Sを持つラインまたはマイクレベルの接続で、不要な電圧減衰と電流引き込みを避けるために一般的に使用されます。幸いなことに、現代のオペアンプ回路（および多くの古い真空管回路）の入力インピーダンスZ _{L は}、これらの信号源の出力インピーダンスよりもはるかに高いことが多いため、これらの電圧信号を受信して​​増幅するときにインピーダンスブリッジングに適しています。現代の回路設計では出力インピーダンスが本質的に低いため、インピーダンスブリッジングが容易になります。^[4]

ギターのピックアップやハイインピーダンス マイクなどの非常に高い出力インピーダンスを持つデバイスの場合、 DI ボックスは、高出力インピーダンスを低いインピーダンスに変換することでインピーダンス ブリッジングを助け、受信側デバイスに法外な高入力インピーダンス (長いケーブル配線でノイズが増加するなどの欠点) を必要とせずに済みます。DI ボックスはソース デバイスの近くに配置されるため、長いケーブルを DI ボックスの出力に接続できます (DI ボックスは通常、ノイズ耐性をさらに高めるために アンバランス信号をバランス信号に変換します)。

最大電力伝送定理 § 電力伝送の最大化と電力効率の比較 で説明したように、純粋に抵抗的な出力インピーダンスR _Sを持つ電圧源から純粋に抵抗的な負荷インピーダンスR _Lに電力を供給する効率 η は次のとおりです。この効率は、インピーダンス ブリッジング、 R _{S の}減少、および/またはR _Lの増加によって増加できます。 $${\displaystyle \eta ={\frac {1}{1+R_{\mathrm {S} }/R_{\mathrm {L} }}}\,.}$$

ただし、最大電力をソースから負荷に転送するには、最大電力転送定理に従ってインピーダンス整合を使用する必要があります。

• 減衰係数
• インピーダンスマッチング