音声信号の流れ

音声信号の流れとは、音声信号がソースから出力までたどる経路のことです。 ^{[ 1 ]}音声信号の流れの概念は、音声ゲインステージの概念と密接に関連しています。信号の流れの各コンポーネントは、ゲインステージと考えることができます。

一般的な家庭用ステレオシステムでは、信号の流れは通常短くシンプルで、構成要素もごくわずかです。しかし、レコーディングスタジオやライブ会場では、信号の流れは非常に複雑になり、多数の構成要素が関与し、それぞれの構成要素が信号が目的の出力に到達しない原因となる可能性があります。システムの規模と複雑さが増すにつれて、信号の流れにおける各構成要素を把握することがますます困難かつ重要になります。

フィードバック（ハウリングとも呼ばれる）は、機器の出力が誤って入力に接続されたときに発生します。機器が信号を増幅している場合、増幅された出力は入力にフィードバックされ、そこで再び増幅されて出力に送られ、再び入力に戻って増幅され、出力に送られるというサイクルが無限に繰り返されます。フィードバックを防ぐには、信号の流れを理解することが重要です。

以下の例では、一般的な家庭用ステレオシステムでオーディオCDを再生する際の信号の流れを追跡します。

信号の流れにおける最初の構成要素は、信号を生成するCDプレーヤーです。CDプレーヤーの出力は、レシーバーの入力に接続されます。一般的なホームステレオシステムでは、この接続はアナログかつアンバランス接続で、RCAコネクタを使用して-10dBVのコンシューマーラインレベルとなります。レシーバーで適切な入力を選択することで、信号は内部のアンプに送られ、アンプは信号電圧をラインレベルからスピーカーが必要とする電圧まで増幅します。アンプの出力はスピーカーに接続され、スピーカーは電気信号を音響信号に変換します。

信号の流れを構成する要素の具体的な順序は、システムによって異なります。以下の例は、レコーディングスタジオでボーカリストを録音する際の典型的な信号の流れを示しています。

信号の流れにおける最初の要素は、信号を生成するボーカリストです。この信号は、逆二乗法則に従って音響的にマイクロフォンに伝わり、そこでトランスデューサによって電気信号に変換されます。音響環境では、HVACシステム、コンピューターのファン、交通騒音、エレベーター、配管など、他の物体も音を発することがあります。これらのノイズ源もマイクロフォンに拾われる可能性があります。したがって、マイクロフォンにおける音響信号対雑音比を最適化することが重要です。これは、不要なノイズの振幅を低減する（たとえば、録音中にHVACシステムをオフにする）か、逆二乗法則を利用することによって実現できます。つまり、マイクロフォンを信号源に近づけ、ノイズ源から遠ざけることで、信号対雑音比が向上します。

マイクロホンから送られた信号はケーブルを通ってマイクロホンプリアンプに送られ、そこでラインレベルまで増幅されます。これは、後段の処理機器の入力回路を駆動するためにラインレベルの信号が必要となるため重要です。一般的なマイクロホンが出力する極めて低い電圧信号は、後段の処理機器ではそのままでは処理できないためです。

この例では、マイクロフォンプリアンプの出力はEQに送られ、そこで音色を芸術的または技術的な目的で調整します。芸術的な目的の例としては、歌手の声を「より明るく」、「より暗く」、「より前に出る」、「鼻にかかったような音を抑える」などが挙げられます。技術的な目的の例としては、HVACシステムからの不要な低周波の雑音を低減したり、マイクロフォンを遠くに設置したことによる高周波の損失を補正したりすることが挙げられます。

イコライザーの出力はコンプレッサーに送られます。コンプレッサーとは、芸術的または技術的な理由で信号のダイナミックレンジを操作する装置です。

コンプレッサーの出力はアナログ-デジタル変換器に送られ、そこで信号がデジタル形式に変換され、コンピュータなどのデジタル録音機器に送信できるようになります。

以下の例は、教会で歌うボーカリストの信号の流れを示したものです。

信号の流れは、前の例と同様に、歌手、マイク、マイクプリアンプ、EQ、コンプレッサーから始まります。この例では、この信号はミキシングボードに入力され、そこから様々な出力にルーティングされます。ミキシングボードには、メインミックスバス（ハウスサウンドシステムに送る）、モニターミックスバス（歌手用のモニターミックスを作成するために使用）、補助ミックスバス（ロビーと託児室に送る2つ目のミックスを作成するために使用）が備わっています。

この例では、架空のロックコンサートにおける信号の流れを詳しく見ていきます。この例では、コンサートは生で観客が集まるだけでなく、テレビで生中継され、録音も行われ、コンサート終了後すぐに録音のコピーが一般に販売されます。そのため、各マイクからの信号は、会場の音響システム、演奏者用のインイヤーモニターシステム、放送システム、録音システム、そしてロビー、トイレ、舞台裏エリアの5か所に送られ、演奏エリアの外にいる人々も演奏を聴くことができるようになっています。

会場の音響システムは、「フロント・オブ・ハウス」、別名「ミックスポジション」と呼ばれる位置から操作されます。この位置は通常、観客席の後ろにあります。

インイヤーモニターシステムは、ステージ片側の舞台袖に配置されたモニターミキシングエンジニアによって制御されます。モニターミキシングエンジニアは演奏者とコミュニケーションを取る必要があるため、演奏者の近くにいることが不可欠です。モ​​ニターミキシングエンジニアの位置はしばしば「モニターワールド」と呼ばれます。

放送用ミキシングは、公演会場裏手の駐車場に設置された中継車から制御されます。

録画システムは、放送車の隣にある別のトラックに設置されます。

この例では、ロビー、トイレ、舞台裏の音響ミックスは、舞台裏にいるアシスタントステージマネージャーによって制御されます。

この5分割を実現するために、マイクスプリッターと呼ばれる機器を使用します。マイクスプリッターは、信号を5分割し、コンデンサーマイクやアクティブDIボックスにファンタム電源を供給し、5つの出力間のアイソレーションを提供することでグランドループを防止するなど、複数の役割を果たします。グランドループの防止は、グランドループの深刻度が距離とともに増大する傾向があるため、非常に重要な機能です。この例のように、相互接続された大規模な音響システムネットワークでは、グランドループが危険なほど深刻になる可能性があります。そのため、グランドループを防止するためのアイソレーションは極めて重要です。

まず、スプリッターから観客席までの信号経路をたどってみましょう。信号は通常、オーディオマルチコアケーブルを介してスプリッターから出て、フロントオブハウスの位置へと送られます。ここで、マイクレベルの信号はマイクプリアンプに入力され、信号電圧がラインレベルまで増幅されます。この例では、マイクプリアンプはミキシングボードに組み込まれています。ミキシングボードには、プリアンプの後にライントリムが備わっているのが一般的です。これにより、ラインレベルになった信号の振幅を調整できます。これは、芸術的または技術的な理由で行われる場合があります。ライントリムの典型的な用途は、マイクプリアンプによって意図的に過剰に増幅された信号を減衰させることです。信号を過剰に増幅すると、プリアンプが歪み、状況によっては望ましいサウンドが得られる場合があります。

ラインカット後、信号はミキシングボードのEQ、フィルター、コンプレッサー、リミッター、ディエッサー、ディレイ、リバーブ、その他ミキシングエンジニアが選択する信号処理機能によって処理されます。処理された信号はミックスバスに送られ、ステージから送られてくる他のすべての信号とミックスされます。信号のバランスはフェーダーで調整されます。

ミックスされた信号はミキシングボードの出力の一つに送られ、スピーカーコントローラーへと送られます。この装置は、パフォーマンス会場に設置された音響システムに合わせて信号を最適化します。その後、信号はアンプラックを経てスピーカーへと送られます。