電話ハイブリッド

アナログ電話において、電話ハイブリッドは、公衆交換電話網(PSTN)の加入者線の両端にあるコンポーネントであり、双方向オーディオ パスの 2 線式と 4 線式を変換します。放送設備で電話発信者の放送を可能にするために使用される場合、放送品質の電話ハイブリッドは、放送電話ハイブリッドまたは電話バランス ユニットと呼ばれます。

ハイブリッドが必要なのは、アナログ一般電話サービス(POTS) の家庭や小規模企業の電話回線の性質によるもので、2 つの音声方向が 1 つの 2 線ペアに結合されています。電話ネットワーク内では、スイッチングと送信はほとんどの場合4 線回路で行われ、2 つの信号は分離されています。ハイブリッドは必要な変換を実行します。古いアナログ ネットワークでは、長距離リンクにリピータ アンプを挿入できるように 4 線への変換が必要でした。今日のデジタル システムでは、各音声方向を個別に処理して転送する必要があります。

アナログ回線にインターフェースされる電話中央局スイッチのラインカードには、ほとんどの加入者を接続する 2 線式回路に 4 線式ネットワークを適合させるハイブリッドが含まれます。

より優れた電話ハイブリッドとエコーキャンセラー（関連技術）の探求は、ベル研究所、NEC、その他の拠点 におけるDSP（デジタル信号処理）アルゴリズムとハードウェアの開発の重要な動機でした。

基本原理はインピーダンス整合です。着信信号は電話回線と、回線と同じインピーダンスを持つように設計された「バランスネットワーク」の両方に適用されます。発信信号は、2つを減算することによって生成され、これにより、着信信号が発信信号からキャンセルされます。^{[1]初期のハイブリッドは、位相をずらして接続できる追加の巻線を備えた}ハイブリッドコイルとして構成されたトランスを使用して作られました。ハイブリッドという名前は、これらの特殊な混合巻線トランスに由来しています。

効果的なハイブリッドは、トランスハイブリッド損失が高く、つまり、着信オーディオの比較的わずかな量が発信ポートに現れることを意味します。衛星、携帯電話、VoIP リンクの場合のように、伝送パスに遅延があると、漏れが多すぎるとエコーが発生する可能性があります。これは、話し手の声が遠端のハイブリッドを通過し、減衰が不十分な状態で自分の受信機に戻る結果です。ITU -T勧告 G.131 では、エコー遅延と振幅の関係と聞き手の不快感について説明しています。100 ミリ秒で、不満を表明する被験者が 1% 未満になるには、45 dB のリターン損失が必要です。

良好なキャンセルは、回線と正確に一致する周波数対インピーダンス特性を持つバランス ネットワークに依存します。電話回線のインピーダンスは多くの要因によって変化し、その関係が常にスムーズであるとは限らないため、アナログ ハイブリッドでは数 dB の分離しか保証できません。このため、最新のハイブリッドでは、デジタル信号処理を使用して、音声周波数範囲にわたって回線のインピーダンスを自動的に検出し、それに合わせて調整する適応型最小二乗平均フィルタを実装しています。送信信号としてホワイト ノイズを使用して測定すると、ハイブリッド間の損失は 30 dB を超える場合があります。

DSP ハイブリッドは、「ラインエコー キャンセラ」(LEC)とも呼ばれます。(この文脈での「エコー キャンセラ」という語句は誤解を招きやすいものです。エコー自体がキャンセルされるのではなく、非常に短い時間遅延を伴うアナログ ライン インターフェイスからの漏洩がキャンセルされるからです。これは、より正確には位相シフトと呼ばれます。ただし、キャンセルされないハイブリッド漏洩は、関連する伝送パスに遅延がある場合にエコーを引き起こすため、システムへの影響はエコーの減少です。)

ハイブリッドとキャンセラーは、エコー サプレッサーと組み合わせられることがあります。これらは、通常、会話の 2 者のうちの 1 人だけが特定の時点で話しているという前提で動作します。サプレッサーは、非アクティブな通話パスに損失を切り替え、双方向の同時会話を犠牲にしてハイブリッドのエコー キャンセリング効果を高めます。

VoIPシステムは本質的に 4 線式ですが、^[要出典] 2 線式回線とインターフェイスする場合はハイブリッドが必要です。VoIP PBX (構内交換機) をアナログ回線とインターフェイスするために使用される VoIP から電話会社へのゲートウェイには、必要な変換を実行するためのハイブリッドが含まれます。エンドツーエンドの VoIP では、2 線式回線への適応が必要でない限り、ハイブリッドは必要ありません。

放送スタジオ設備では、機能部分という名称が全体を指すようになり、電話ハイブリッドは電話回線をスタジオオーディオシステムに接続するために必要なすべての機能をパッケージ化したデバイスであり、電話回線とスタジオ機器間の電気的および物理的なインターフェイスを提供します。これらのデバイスには、ハイブリッド機能に加えて、ダイナミクス制御、フィルタリング、イコライゼーション (EQ) などの処理が含まれることがよくあります。大きく異なる音源からのスペクトルの一貫性を維持するために、パラメータを自動的に調整するダイナミックEQを備えたものもあります。^[2]電話の音声を伝送するスピーカーと電話回線に信号を送るマイクとの間に音響パスを設定できるように、 音響エコーキャンセルを組み込んだものもあります。

スタジオ アプリケーションでは、ハイブリッドは特に優れた送信から受信への分離を必要とします。ホスト オーディオがハイブリッドの出力に多すぎると、いくつかの欠陥が発生します。ホストの音声が歪むのは、電話回線が送信オーディオの位相を、周波数ごとにさまざまなシフトで戻す前に変更するためです。元のオーディオと漏れオーディオはコンソールでミックスされ、さまざまな周波数で同位相または逆位相で結合します。これが発生すると、位相キャンセルが一部の周波数に他の周波数よりも大きく影響するため、ホストの音声は空洞またはチープな音になります。オーディオ フィードバックは、発信者の音声をスピーカーで聞く必要がある場合に発生する音響結合によって発生する場合があります。回線が会議され、複数のハイブリッドのループのゲインが 1 より大きい場合、フィードバックの「歌声」が聞こえます。漏れが非常に大きい場合、コンソールの電話フェーダーが両方の信号に影響を与えるため、オペレーターはホスト オーディオと発信者の相対レベルを制御できません。

最新のハイブリッドで使用されているデジタル信号処理技術は、分離要件に対応し、補助機能を実装します。ISDN およびVoIP の電話会社接続では、理論上はハイブリッドは必要ありません。ただし、片側が ISDN または VoIP である通話は、通常、もう一方のアナログ回線で終了するため、ライン カード上の電話会社ハイブリッドと電話機自体の両方から、かなりのエコーが発生します。マイクがイヤピースの出力を拾うときの音響結合も、エコーの潜在的な発生源の 1 つです。アナログ回路間の電気的ピックアップ (クロストーク) も、エコーの 1 つです。VoIP の場合によくあるように、遅延が長いと、低いエコー レベルでも聞こえることがあります。

スタジオ用途の電話ハイブリッドは、通常、ラックマウントユニット^{[3] [4] [2]}で、電話回線用の RJ 型コネクタと、スタジオ機器接続用のXLR コネクタのバランスアナログまたはAES3オーディオ入出力を備えています。ユニット内に 1 つ、2 つ、またはそれ以上のハイブリッドがパッケージ化されている場合があります。POTS、ISDN、または VoIP 電話回線のいずれかに対応するバリエーションがあります。ハイブリッドには、オーディオ機能に加えて、自動応答/切断、DTMF検出/生成、発信者 ID検出などの追加機能を含めることができます。

フィードバックを回避するために、電話ハイブリッドにはミックスマイナス付きのミキシング コンソールから信号を供給する必要があることに注意してください。

安価なアダプタの中には、電話機と受話器の間を接続するものがあり、ボタンで受話器またはアダプタのいずれかを起動できます。これらは、電話機からの音声を処理せずにそのまま渡す単純な受動デバイスです。

一方、複数の回線を処理し、コンピューターに接続して、プロデューサーがどの回線に誰がいるかを追跡したり、ホストと通信したり、通話の順番を管理したりできるシステムもあります。

電話ハイブリッドは、生産インターコム システムを PSTN に接続するためにも使用されます。

POTS コーデック、ISDN コーデック、および IP コーデックは、接続の両端に特殊な機器を設置できる場合に、リモート ブロードキャストに使用されます。POTS コーデックはアナログ回線で動作し、ISDN コーデックは ISDN 回線で動作し、IP コーデックは IP 接続を提供できるリンクで動作します。これらは、両端でオーディオ データの圧縮と解凍を行います。この方法で、最大 20 kHz のオーディオ帯域幅を実現できます。圧縮は、多くの場合、MPEG MP3またはAACを介して行われます。

オートパッチは、アマチュア無線家が無線機器と電話回線を接続するために 使用する電話ハイブリッドです。

• 適応型フィードバックキャンセル
• リモートピックアップユニット

• ITU-T勧告: シリーズG
• 電話ハイブリッドを 2 x 2 行列としてモデル化する