ある音響機器から別の音響機器に信号を送る場合には、普通ケーブルを使って信号を受け渡す訳なんだけど、この信号の受け渡しの方法にはバランス方式とアンバランス方式があるわけなんだな。結論から先にいうと、バランス方式の方が外部からのノイズに強く、信号の受け渡しには優れている。

9-6-1　ホット・コールド・グランド

図9-6-1　電球と電源

図のように交流電源（コンセントみたいなもんだと思っていればいい）と電球があったとしよう。



図9-6-2　ケーブル

この電球を電源で点灯させるためには図9-6-2のように、どうしても２本のケーブルが必要になるのは判るよね。音声信号の正体は知っての通り交流電力なので、音声信号の受け渡しも基本的にはこれと同じ事なんだな。



図9-6-3　信号の波形

ここで音声信号の代表として正弦波を選んで、縦軸を電圧に横軸を時間にしてグラフにすると図のようになる。山の部分は＋、谷の部分は−の電圧があるという言い方が出来るわけだな。



図9-6-4　信号の流れ

で、これをさっきの電球の図に当てはめてみると山の部分では図9-6-4の左、谷の部分では右のように電流が流れるわけだな。そこで山の部分の時（＋の電圧が出ている時）に電流が出ていく方をホット、電流が返ってきている方をコールドと呼んでいる。



図9-6-5　外部ノイズの混入

これで信号の受け渡しは確かに出来るんだけど（実際に交流を受け渡ししてるコンセントから電化製品の間のケーブルは2本でしょ？）、音声信号は非常に微弱な交流電力なので、このままでは外にうようよしてる電波や磁気などの影響を受けて、受け渡したい音声信号以外の不必要な信号（ノイズ）がケーブルにのっかってしまうのだな。


図9-6-6　バランス方式

それで音声信号のような微弱な交流電力を扱う場合には、２本のケーブルを金網状のもの（それ以外のものもある）でおおって外部からの影響を受けにくくするようになっているわけだ。これをグランドと呼んでいる。これは音声信号とは全く関係のないものなので、どこのつなぐかというと基本的にはなんと「地面」なんだな。（グランドという名前はここから来ている）実際には音響機器のケースなどの部分を0Vと決めて、これを地面の代わりとしている。またこのグランドは、ホットとコールドを外来の雑音から遮蔽しているので、シールド（Shield）という呼び方をすることも多い。で、このようにホット・コールド・グランドの3本を使って信号をやりとりすることをバランス方式といっているわけなんだ。

　　　
9-6-2　バランス方式

図9-6-7　信号の流れ

バランス方式がなぜ外来の雑音に強いかを説明する前に、図9-6-7の左のようにＡからＢに信号を送っているとき、ホット側から信号を送っているとすると、コールド側には同じ波形のものが返ってきてるわけなんだけど、考え方を変えて右のように、コールド側からは全く逆相の信号を出しているという見方が出来る。こういう考え方をした方が、音響機器のダイアグラムなどは理解しやすい。



図9-6-8　ノイズの混入

バランス方式がなぜ外来の雑音に強いかというと、例えば図9-6-8のように外部ノイズがバランス方式のケーブルに飛び込んできたとしよう。この時外来ノイズはホットコールドともに同じ位相で混入するわけだ。



図9-6-9　ノイズキャンセリング効果

ホットコールドともに同じ位相で混入したノイズが、バランス入力の部分に到達してバッファーアンプと位相反転アンプから出てくると図9-6-9のようになるわけで、それぞれをたすと、信号は倍になるけど、外来ノイズは逆相同士になるので打ち消しあってしまうというわけだ。これがバランス方式が外来ノイズに強い理由だ。

さて実際の音響機器では、このバランス方式で信号をやりとりするために、昔は入力と出力にトランス（正式には結合トランスフォーマー）という電子部品を使っていたんだけど、最近はトランスによる音質劣化や重量増加を嫌って、トランスを使わないトランスレス方式のものが多い。（D.Iなどアンバランス方式とバランス方式が機器の中で混在する場合などは、まだトランスを使う方が多いけど）

図9-6-10　トランスレス方式の出力と入力

それでトランスレス方式の出力と入力はそれぞれ図のようになっているわけだ。どんな音響機器でも内部ではアンバランス方式で信号をやりとりしている。これは音響機器は基本的に金属ケースでシールドされていて、やりとりする距離も数mmから長くて20cm位なので、外部ノイズの影響を受けにくいことと、バランス方式にすると回路が複雑になりすぎてかえって性能を落としてしまうからだ。それで、出力部分はそのアンバランス方式出来た信号を２つに分けて、バッファーアンプという増幅率0の前後の干渉を防ぐためだけにあるアンプを通してホット側を出力し、コールド側は、同じく増幅率0で入力された信号を逆相にするだけの位相反転アンプを通して出力する。（グランドは省略してある）

入力側はこの逆で、ホット側はバッファーアンプを通して、コールド側は位相反転回路を通してその2つを混ぜ合わせる。（実際の回路の多くはこの２つのアンプを、オペアンプ１つにやらせている）ちなみにここでは余り関係ないけど、2つの信号を足すんだから入力されてアンバランス方式になった信号のレベルはこの時点で2倍の大きさ（6dB増加）になっていることになる。

　　　
9-6-3　アンバランス方式

で、確かに信号をやりとりするのにはバランス方式がいいんだけど、コネクターやケーブルが割高になるし、音響機器も回路が複雑になるというデメリットがあるわけで、比較的安価な音響機器の入出力にはアンバランス方式が使われるのだ。

アンバランス方式というのは、バランス方式のグランドをコールドと兼用にして、ホットとグランドの２本で信号をやりとりする方法だ。バランス方式の時は信号の流れなかったグランドにも音声信号が流れるわけだ。このアンバランス方式は、みんなの周りにある機器にはよく使われている。オーディオ用のピンケーブルや、楽器用の２Ｐケーブルなどだな。またパワーアンプとスピーカーをつなぐケーブルのように信号レベルが十分に大きく、インピーダンスが十分い低いときにはバランス方式にしてもアンバランス方式にしてもさほど変わりがないので、安価に出来るアンバランス方式にすることが多い。大体スピーカーケーブルなんかはシールドもしていないでしょ？（スピーカーケーブルはシールドケーブルにすると逆に、静電容量の問題が出てくる）