オーディオの極性に注意

このページの冒頭に出てきたこれは読まれましたか？　アメリカの免許制度（ＰＥＰで定義されている？）のもとでいかにパワーを出すか（管理するか）という記事なのですが、私には、ＤＣ（キャリヤ）からＰＥＰ（変調ピーク）に目線を変え、音声の極性を適正に選ぶと劇的にかわるよ　と書かれているように読めました。

つまり、①ＡＭ変調の（ＡＭ機の）動作は、ＳＳＢのようにピーク管理（ＡＬＣによる）で成り立っているのではなく、ネガティブ側に律則されるのだから、②変調波形に非対称があれば、極性を考慮することで、ネガティブ側が過変調に陥らない条件でピーク側をぐっと伸ばすことが可能。そのためには、③音声の性質に着目してこれを活用するよう、声の変調ピークでシステムを検討することがより重要。以下、本稿は、その目線の記事です。

極性；　表題のごとく、「オーディオ極性」と言うことなのですが、彼の記事の下の方の解説が大げさでもあり（図がばかばかしい）、最初のうちは「何のこっちゃ」と半分コ馬鹿にしていたのですが、ちょっと気になることがあって調べてみると、でるわ、出るわ。。。

①　"http://www.proaudio.com/product_info.php?products_id=52" 　Voice symmetry switch参照
②　"http://www.nu9n.com/am.html#6" 図６Ｃと図６Ｄ参照
③　"www.bruhns.us/APL/APL.html"　ASYMMETRICAL PEAK LIMITING
④　"http://amfone.net/Amforum/index.php?action=printpage;topic=29655.0"
⑤　"http://www.arizona-am.net/PHOENIX/NA7RH/6DQ5_Charlie_Pics_rev3.pdf" 　High level negative peak limiting circuit
⑥　UREI BL-40　業務用の機材
⑦　http://w4neq.com/htm/hamaudio.htm　（下から１／４くらいのところ）
⑧　"http://www.jrc.co.jp/jp/product/broadcast/mediumwave/product/jbc/index.html"　最近のはこうなってるんだ～
⑨　http://www.w3am.com/8poleapf.html (この記事中のhttp://www.w3am.com/SymmetraPeakBrochure.pdf)
⑩　http://www.radioassociates.com/　最近の変調モニタ

どういうことかというと、要は、声はシンメトリーではないらしい（上下対称ではない：　平均値を中心に、片方のピークの絶対値＝反対側の極性のピークの絶対値　ではない）　ということで、これを利用することを考えようとするとまず問題になるのが、「いつも」ほんとにそうなのか？　普通の人の声は「いつも」「同じ条件」になるのか？（ポジティブ側とネガティブ側がシンメトリーではない　とすると、これが、上側は上側、下側は下側で、いつも同じか？）　ということ。要は、オレの声はどうなんだということです。
もしいつも同じになるんだったら、お得な極性（ネガティブ側でゼロに落ちず、ポジティブ側が100％以上に伸びる極性）を選べばいいよ　というのは当たり前。で～も、そんなことないだろー（いつも同じじゃぁねぇーだろー）と思うからコバカにしていたものです。冒頭の記事（の一部）を、私はそのように解釈していました。
ここで、「お得な極性」というのは、つまり、音声は、正弦波と違ってシンメトリーではない　とするのだから、極性をうまく選んで、ぎりぎり過変調にならない条件（ネガティブ側が100%いっぱい）まで変調した時、ポジティブ側では100%以上まで、もっと出るようにできる極性　のことを言います。
反対に、不利な極性を選んでしまうと、過変調になる時（ネガティブ側が底を打つ条件のとき）のＰＥＰパワーは４倍に遙か到達しない。。。　ということです。

それでこういう時にやれることはひとつ；実験です。　気力を振り絞ってやってみますと（信じてないから、やるには気力がいる）、確かに私の声はシンメトリーではなく、いつも同じ条件で固定されているように見えます（オシロで見る）。自分の声でそう見えてしまうと、「あれだけ記事があるんだし、業務用の機器も出ているんだから、これは私の声だけではなく、みんなに共通したことなんだろう」　と、即座に納得。そういう目線で納得して調べると、本当に　でるわ、出るわ、、、
それで都合の良い極性を選んでア～ッとやってみると、反対の時に比較して随分様子が変わる。音質も違う。特に、低域を300Hzとかでカットせず、下の方まで伸ばしてやると、この非対称の現象が顕著に見える(ということは、低い成分に、そういったシンメトリーでない成分が含まれていると言うことでしょう)。低域の位相制御など、大体、上に羅列した記事の通りです。

「でるわ、出るわ」のキーワードは、asymmetry とか　peak limiter　とか、negative peak　とかです。英語のページは充実しています。。。super modulation　なんていうキーワードで引くと、すごい送信機が出てきたりする。。。とにかく検索してみてください。
君ーぃ　そんなことは当たり前じゃぁないか～っ　と言わんばかりに、どんどん記事が出てくるんです。

ところが、実に、日本語の記事がひとつも見つからないんですね～、これが。。。　　ということは、ＡＭ変調について、オーディオ極性云々は、日本では語られてこなかったと言うことか。もしかすると、このページが本邦初のページなのかもしれません。海外には、上記のようにたくさんあります。

ＡＭ華やかなりし昔はどうだったのでしょう？　早くから、あれだけアメリカで記事が出ているのだから、日本でも何か言われていても良さそうなもの　と思うんですが。キーワードが思いつかないだけか？　でもそれは、ここに掲げたキーワードが日本語化されて一般に定着していないと言うことでもある。　　ＴＸ-８８Ｄのハム音（ここの真ん中へんの（２））やドライブ不足、Rgの問題、あるいはスクリーングリッドＡＣ電圧の位相遅れ問題に続く、小生が見つけた、昔はどうだったか　という疑問その２です。

参考までに、日本語で「AM変調」、「リニアリティー」などと入れると、少しは出てくる。

さて話をもどして、「極性の適正化」。
このことは、極性を正しく調整すればよい（反転してみて良い方を選ぶ）というだけのことなので、それだけならベリンガーの機材を使えばボタンを押すだけで実現できてしまう。何てことないのですが、ものを作る　という観点からは結構大変な問題を含んでいる。ＡＭ100％変調ではＰＥＰ出力はキャリヤの４倍と言われるけれども、キャリヤの4倍というのは正弦波で変調したとき　であって、音声ではそうはならない。音声を相手にする送信機にあっては、正弦波での状態は設計の目安にするとしても、音声の特徴（統計的性質）に合致するよう設計しなければならない。。。。（この辺の言い回しは本業の影響）
つまり、①変調機出力は音声のＰＥＰを考えると、終段入力の半分よりもっと（もっと）あって良い（正弦波で変調する定義では終段入力の半分で良いが）、②終段まわりの耐圧もそれなりに要る　ということでもありましょう。

さてそれで、実際に、私の送信機でトラペゾイドを書いてみると、普通にしゃべっていても、何かの拍子には、電圧でキャリヤの2.5倍も出ていそう　とみえる（もちろん極性をあわせてネガティブ側が過変調にならない状態に調整する）。この電圧から換算すると、送信機が正しく動作していたら、音声ピークでは、何とキャリヤの６.２５倍も出ていることになります！　私の813機ではキャリヤは120Ｗくらいだから、ＰＥＰ出力は750Ｗにもなる。。。　ＰＥＰ電力計で見たわけではありませんが、おそらくそうなっているでしょう。

上の写真は、普通にしゃべった時のピークに近い状態をとらえたトラペゾイド波形です（そこそこ綺麗と思いません？）。左は基準で、無変調状態。センターが少し右にずれてしまったようですが、縦軸は２目盛りにあわせています。一方右の写真は、ネガティブ側がクリッパーにかかる寸前ですが、これを見ると、しゃべると左右が非対称に伸びることがわかります。ポジティブ側は、ネガティブ側に比較して大きく左に振って（＞２目盛り。逆にネガティブ側は＜2目盛りしか振っていない；　これこそ「非対称性」）、縦のピークは５目盛り弱まで伸びています。基準に比べると2.4倍から2.5倍くらいと言えるでしょう。横軸は変調機出力そのものですから、要するにしゃべり声が左に伸びている；これがつまりポジティブ側にあっているからピークが伸びているわけです。反対にすると、すぐにネガティブ側が当たってしまって、さっぱりだめになる　ということもおわかりいただけると思います。

それはともかく、声を伝える側波帯の電力はどのくらいでしょう？　側波帯成分とキャリヤ成分はベクトル合成されますから、2.5のうちの1.5が側波帯成分　とすると、その半分の2乗がＵＳＢ、ＬＳＢそれぞれの電力になる。つまり、それぞれ、0.75^2＝0.56。つまり、キャリヤの0.56倍が各側波帯のＰＥＰ電力になるということで、大体キャリヤの半分（-3dBおち）になる　ということであります。。。キャリヤを120Ｗとすると67Ｗ。　正弦波では1/4 の30Ｗでそれ以上はネガティブ側が底を打って過変調になりますが、この例では67Ｗです！　極性を選ぶだけで30Ｗが倍の67Ｗになりましたhi。

倍か？　いや倍じゃない。 67Ｗは正しいが、30Ｗは正弦波の場合ですね。音声で、不利な極性にしてしまったらどんなことになるか？を比較対象にしなければ意味ありませんね。
私の場合、正しい極性では150%になりますから、逆にするとピークは1 / 150%にしかならない；　それ以上にするとスプラッタします。これは、ピークパワーで見ると、 1.5^2 ： 1/1.5^2 ＝ 2.25 ： 0.44 となり、実に5倍も違ってきます。つまり、 67Ｗに比較すべきは、67 * 0.44 / 2.25 = 13.2Ｗです。受信機のAGCにもよりますが、 「声の大きさ」がはっきり違うぐらいの差になるのではないかと思います。

以上、魔法のような話ですが、別に何も小細工はしていない。冒頭に述べましたように、音声の性質を考慮して目線をＰＥＰに変え、ＡＭはＳＳＢと違ってネガティブ側が律則事項になっているだけだからポジティブ側は実はいくらでも伸ばせる（ＳＳＢは真逆で、ピークはＡＬＣで押さえられてしまう）　と考えを変えるだけ。半田ごてを持ち出して来ずとも、極性を適切に選んでやるだけで以上のようなことになります；劇的にかわる！　ほんまかいな。。。と内心思いますが、間違えはないでしょう。ホンマです。音声信号の性質が勝手にそうしてくれる（なんで、 67Ｗ×２＋ 120Ｗ＝750Ｗなのか　という人もいるかもしれませんが、あってます。「局免受けてないだろ、、、」という声？　オーバーパワー！？、いやそれも大丈夫）。

それで、音声は正弦波のように上下対称ではなく、その性質を積極的に考慮することでＡＭ波のＰＥＰ電力を大きく伸ばせそうだというのが、これまでの結論ですが、さてその伸びた電力はどこから来るのか？
ポジティブ側を伸ばす力はどこから来るか　というと、変調機から来る；　そうです、変調機から来るんです。

そうすると変調機出力はどのくらいになるか？
終段での大電力変調に使う変調機出力の基本的なrequirementは、側波帯電力の合計÷終段効率ですから、私の上の例で言うと（終段効率を60％として）、
67Ｗｘ２ ÷ 60％＝ 223Ｗ
が変調機出力と言うことになります。
終段のRF入力は大体200Ｗですから、終段入力とほとんど同じぐらい出ている　と分かります。

そんなことを言ったって、にわかには信じがたい？
ポジティブ側を伸ばすと言っても100％以上はダメだろ！　とのお叱りが聞こえそうですし、変調機の出力は終段入力の半分で良いと言われてるじゃないか！　とも。　一般に（歴史的に）、変調機の出力は終段入力の半分あればよい(つまり、 30Ｗ x 2 ÷ 60％＝ 100Ｗ）　と言われており、それ以上は過変調のもとで、少々の余裕があればよい　というのがこれまで言われてきた定説です。
これに対し、ここでは、ポジティブ側は100％以上に伸びる（伸ばしても問題ない）。その力は変調機から来る。だから、変調機にはもっと（もっと）力があっても良いんじゃないか　と言っているわけです。ですから、「にわかには信じがたい」といわれても不思議でも何でもない。

じゃあ「何が違うのか」というと（何が違うから、結論が違ってきているのかというと）、これまでの「半分でよい」　という考えは、"正弦波" でちょうど100%変調かけるにはどうしたらよいか（100％の評価指標はネガティブがボトムを打つことと思います）　に立脚している一方で、今、ここでは、正弦波とは異なる性質を持つ音声波に適した設計をしようとしている点　が異なる。
音声信号は、正弦波とは異なる統計的特徴を持っている。ここで活用しようとしているのは、正弦波では、平均値を中心に上下のピーク振幅が等しいが、音声波では等しくない　という性質。
その「等しくない特徴」を利用して、振幅が小さい方をネガティブ側にあわせ、ちょうどネガティブがボトムを打つ設定にすると、ピークはどうなるか？　当然 100％を超えてきますよね。。。　その電力は変調機から来る。だから変調機にはピークに相当する大きなパワーが要る　といったことです。

ＡＭをピーク電力でとらえると、音声波では極性をあわせると、正弦波より大きな値を得ることができると言えそうだから、それをやってみようや。。。　ということですから（というように話を発展させているので）、設計に対する考え方が正弦波の場合と違ってきても何ら不思議はなかろうと、ひとり、思っています。

again、私の場合どうかというと、
私の811A p-pでは、ピークで200Ｗ以上も出しているんでしょう。変調トランスがどうかなという心配はありますが、「813だけではないよ、俺も忘れないでくれよ～」　と、811A が「トリタンを輝かせて」がんばりを見せてくれているのだと感じます。
要するに、変調機出力は終段入力の半分ではなく、ほとんど終段入力と同じぐらいあっても良い　かな？。

実はこの変調機、、、　
もともとは、807p-pで、従来の考え方に従って、200Ｗ入力の機械の半分、つまり100Ｗ出すことを目標にしていたものを、終段が完成した際にもうちょっと「余裕」がほしいと、今の811Ap-pに改造したもの。タマも大きいし、３極管だから頭がハードクリップされずにそれなりに伸びる（伸びているんだろう）と言うこともあって、今、大きなパワーを出してくれているのだと思いますが、昔の807p-pの状態のままであったなら、以上は、実験したとしても気づくことすらなかったかもしれない。変調機側でピークがクリップされてしまい、とてもこうはいかない。。。　そういう意味では、811A p-pを、意図的に、もっとがんばれるように改修してやるとどんなことになるのか　意図してやってみたいですね。

要は、強い音は、すべて変調機に依存しているということ。でっかい音を出したければ、キャリヤを強くしてそれにあわせて変調機も増強する　というのは当たり前として、極性を適正化し（asymmetryをうまく活用して）、変調機だけでっかいものを準備して（従来の定説の倍！）、パワーをばんばん終段管に送り込む　というのも手だということです。
そういえば、昔の製作記事にも、「変調機は余裕を見て15Ｗに」など　とは書いてありましたね；　しかし、当時の製作記事に言う「余裕」は、ここで述べているような「余裕」とは少し意味が違っていただろうと思います。私が807p-pに対して思った「余裕」も、ココで述べたような「余裕」とは違います。いずれにしても、10Ｗのキャリヤに15Ｗではまだ（まだ）不足で、20Ｗ要る（そういう設計指針の提案があってもよかったハズ）、、、、　と思います。極性のことも見たことありませんし。　

それで、67Ｗと120Ｗを直接目で見たいわけですが、うちでは無理。それこそ、ＹＺ OMに周波数軸上で見ていただかなければなりません。
もちろん、平均値型のＡＧＣだけを備えた普通のＡＭ受信機でも、120Ｗのキャリヤが音声に応じて480Ｗじゃあなくって750Ｗにまで増えるんだから、Ｓメータは相当ぴくぴくするはず。周波数ドメインでなくても、針の動きで見てても(多少は)違いが分かる変調になると思います。
ＱＲＰ電力計は準備できたし、次はＰＥＰ用がほしいな　と思う今日この頃であります。いや、ＳＤＲのがほうが楽しいか！

考察（１）：　SSBではどういうことが起きるか？　まさしくトークパワー問題です。しかし、SSB Genのフィルタで低域がカットされると、結果的に極性はあまり関係ないかもしれない。それよりALCとの関係は？？　ＳＳＢは常にピークで管理されるから、ここで述べたようなテクニック的なことは有効ではないでしょうね。
ＳＳＢ機から出す低電力変調＋リニヤアンプのＡＭはどんなものか？　ネガティブ側の過変調についてはＡＭのnatureであって終段変調と同じ条件である一方、ポジティブ側がＡＬＣで管理されてしまうから、結局どっちの極性にしてもおいしさは出ませんですね。これがリニアアンプ方式の限界か；もともとＡＬＣ＝ＰＥＰで設計するから。

考察（２）：　クリスタルマイクは高域を良く拾い、通信の明瞭度が高いと言われる（人気のShureの444はダイナミックマイクではあるが、意図的にそういう特性に作っていそう）。この場合、音声の低域成分は少なくなるから非対称は現れにくくなる。結果的にここで述べたＰＥＰの考えは適用できにくくなるはず。とすると、パワーは出ないのに明瞭度は高い　ということになる。はてさて、パワー（ＰＥＰ）と周波数特性と、どっちが大事なのか？　両立する方法はあるのか？　ノイズ下の劣悪受信環境で了解度が高いというのは、実際何が起きているのか？　パワーに支配される物理的なＳ/Ｎ（だけ）ではなく、周波数特性に起因する主観的な何かが影響するんでしょう。ウ～ン、、、、　

考察（３）：　もう一台ＡＭ機を作るとすると、どの辺に目標を置くか。たとえば各側波帯電力が100Ｗ出るＡＭ送信機は（これは、SSB受信機で聞くなら100ＷのＳＳＢと同じ力を持っている。100Ｗ出力のＳＳＢが当たり前の現在、最低限必要なパワーとも言える）、上記と同じように考えると、キャリヤが180Ｗ出る送信機があればよいことが分かります。まあ、200Ｗが目標でしょうか。　も　ち　ろ　ん、このときのピークはＫＷのオーダーに乗ってくるのであります。広帯域のＡＭ受信機で聞いたら、それはもうすっごく強い信号と感ずることでしょう
しかしキャリヤ200Ｗというと、我が813でもほとんど上限といえます（ＲＣＡのスペックシートには、正弦波で変調したCCS条件とアマチュア向きのICAS条件が載ってますが、CCS最大はキャリヤ出力180Ｗ）。もともといっぱいまでやりたかったので、余裕ある電源は搭載していますが、ＲＦ系のコンデンサの耐圧は不足。この向上を行えば実現可能でしょうが、しかしやっかいです。そうそう、変調機の増強も必要になりますね。

考察（４）：　どうせなら、正弦波で100Ｗの側波帯が出せるように　と考えると、キャリヤは400Ｗ。その状態で本稿に述べた音声のasymmetryを考慮すると、各々の側波帯は200Ｗ以上出るといえましょう； FTdx401の世界です。ピークは正弦波で1.6ＫＷ、音声だと2.5Ｋ！！　4-400が2本要りそうで、命がいくつあっても足らないか。。。　家の再考も必要になるかも。でもこれだと、まじめにＤＸに通用するでしょうね。

考察（５）：　送信機をしっかり作って（十分な耐圧をとって）、大きな変調機で力を送り込んでやるとして、その変調機はどのくらいのものが要るか。
正弦波だろうが音声のピークだろうが、基本は、側波帯の合計電力÷終段効率　の出力がいるから、（３）の例だと100Ｗ×２÷50％＝400Ｗにもなる。ただしこれはＰＥＰの話し。正弦波連続では200Ｗ。（４）の例だとその倍になる・・・正弦波400Ｗ、ＰＥＰ800Ｗ！　この、400Ｗとか800Ｗとかいうのは、ホントの、声のピークのＰＥＰだから、多少気は楽だけれども、結局は、よく言われる、変調機出力は終段入力の半分で良い　　ではなくって、終段入力と同等要る　ということになることがわかる。これが変調機の設計目標だろう　と思えます。「余裕を持って6BQ5をPPする」では、まだこの目標には届きませんね。。。

考察（６）：　非対称性を増やしてピーク電力を増強するというようなＡＭ用スピーチプロセッサがあっても良いように思いますがＨＷ？　頭に示した参考ページにも良く似たものがありますが、ピーク電力を増やすという意味で積極的に非対称性を取り扱いにいくような提案ではありませんですね。これはＳＳＢ用には無意味。（１）で述べたようにＡＬＣで押さえられてしまうからです。

このページは、(私が調べた範囲では国内では見つけることができなかった）「声の極性からみたＡＭ」について、「声の極性」を、「ＡＭ音声」の「側波帯成分のＰＥＰパワーを増やすこと」　に関連づけて書いたものです。
①音声の極性に注意しましょう（表題にもありますようにこれがメイン）、②そうすれば、ボトムを打たない範囲で、声のＰＥＰパワーを「スマート」にふやせますよ、③そのためには変調機に（もっと）根性を　といった建て付けになっています。
本文中に、私が調べたキーワードや参照した海外文献、また、私の声で実際にやってみたトラペゾイド波形も示していますので、考察と併せて味わっていただければと思います。
なお、このPEPパワーの増加と了解度の関係は本稿では何も考察していませんので悪しからず。PEP電力が伸びるんだから声も大きくなるだろう　ぐらいのことです。また本稿は、コンプレッサーなどを用いる音声処理とは無関係で、声の、ネイティブの性質を活用する　ということだけですので、この点にも注意してください。

　本稿で述べた、大きな変調機を使うことは、無手勝流では成立しません。少なくとも、自分の声の性質、特に「極性」を知ること、どこをどう触ったらそのasymmetryがどう変化するか把握すること、そして変調状況の確認手段を持って常に確認しながら送信すること　が必要でしょう。つまり、ポイントとなる点を理解した上でかつ、それをきちんと把握、管理しつつ電波を出すような、ある意味、息が詰まるような思い、を、この上なく楽しいと感じられるヒトでないと、危ないと思います。

　
私も、国賊パワー研究家だ～っ。。。　
　　註：　音声のPEPを云々しましょう　という研究家！　　　　それで、ここに話しをもっていくのは行き過ぎでしょうか？？

オーディオ極性の適正化