すべてを支配する一つの輪：ラジオとラップトップを「ハードな方法」で接続する

Lyskでは、軍用の音声通信を処理・分析しています。つまり、ラジオをコンピューターに接続するということです。これは通常、AUXオーディオケーブルで行われます。一方には堅牢なラジオ用の独自コネクタ、もう一方には一般的なミニジャックプラグが付いています。 ウクライナのHimera軍用無線機を、Himeraの独自コネクタ経由でMacbookに接続した様子。 私たちのソフトウェアを実行するために配線を正しく行うことは、驚くほど困難です。「ケーブルを差し込むだけ」というわけにはいきません。そして、オシロスコープを持って装甲車の中を走り回るのは、確かに楽しいものです。しかし、オシロスコープを使うとき、私たちは何を探しているのでしょうか？一般的なオーディオケーブルでは、一体何が伝送されているのでしょうか？さらに重要なのは、0.7746 Vrmsとは何で、電話オペレーターがこれとどう関係しているのでしょうか？まずは、一般的なアナログオーディオケーブルに関するクイズから始めましょう。 「ジャック」コネクタ、ミニジャックの前身はどこから来たのか？ オーディオ信号はACかDCか？ 一般的な電圧範囲は？ 想定されるインピーダンスは？ コンピューターの音量設定は電圧に線形に影響するか？ すべてを支配する一つの輪…それとも二つの輪だったか？ 異なるミニジャックケーブル。輪の数の違いに注意（出典）。 配線を使用する場合、オーディオは通常、ミニジャックプラグ付きのケーブルを使用してコンピューターとの間でやり取りされます。3.5mmミニジャックは、文字通り1870年代の電話交換機のプラグの小型版です。そのプロセスがかつてどのようなものだったかのイラストについては、このビデオをご覧ください。 交換台オペレーター（出典）。 140年以上にわたり、プラグはサイズとワイヤーの数において多くの変更を経てきましたが、その原理は同じでした。それは、穏やかなラッチ機構を備えたスティックです。 さらに多くのオーディオケーブル、今回は同じ輪の数だがサイズが異なるもの（出典）。 現在、3つの一般的なジャックサイズがあります。 6.35mm（1/4インチ）：フルサイズジャック - 航空、オーディオファイル機器、楽器で一般的に使用されます。 3.5mm（一般的に1/8インチと呼ばれる）：ミニジャック - Sony Walkmanや携帯電話以来、最も一般的なバリアントです。 2.5mm（サブミニジャック）：最も一般的ではありません。Motorola T34トランシーバーやBose QCヘッドフォンで見かけました。 TRSはTip Ring Sleeveの略です。TRRSは、ご想像の通り、Tip Ring Ring Sleeveの略です。使用している3.5mmミニジャックには、ワイヤーの数を示すTRSとTRRSのバリアントがあります。歴史的に、コンピューターヘッドセットは2つの別々のTRSミニジャックプラグを使用していました。1つはステレオヘッドフォン用、もう1つはマイク用です。しかし、現代のエンドユーザーデバイス（電話、ラップトップ）は、TRRSによるイン/アウトヘッドセットの組み合わせをサポートする傾向があります。 CTIAに基づくTRRSピン配置。古いOMTP配線では、最後の2つが入れ替わります：Ring 2がマイク、Sleeveがグラウンド。 TRRSプラグの特定のピン配置は、技術的にはメーカー依存ですが、CTIA/AHJは一般的な現代の標準です。標準的なTRRSヘッドセットプラグでは、出力はステレオですが、入力はモノラルです。標準的なコンシューマーヘッドセットでは問題ありませんが、私たちのユースケースではこれは制限となります。ステレオ入力が必要です。 外部サウンドカードドングルを介してMacBookに接続されたオーディオケーブル。 この問題を回避し、ラップトップのADCチップを（時々起こるのですが、聞かないでください）焼損させないために、私たちは安価なAXAGON ADA-17 USBオーディオドングル（1個あたり約10ユーロ）を使用しています。これはCM6533チップに基づいた興味深いデバイスです。2つの別々のミニジャックTRSソケットがあり、1つはステレオ出力用、もう1つはステレオ入力用です。昔ながらの方法です。私たちにはぴったりです！ VrmsはACの世界の王様 オーディオはACを使用して伝送されます。堅牢な無線機を扱い始めたとき、私たちは当然の疑問を抱きました。無線機の電圧範囲は、コンピューターのオーディオと互換性があるのだろうか？コンピューターの一般的なオーディオ電圧範囲とは一体何だろうか？ 電圧を持つサイン波（出典）。 しかし、まず単位についてです。AC信号では、電圧は通常Vrmsで測定されます。これは、マルチメータで「V」と「AC」を選択したときに表示される値です。ピーク電圧よりも優れた単位です。なぜなら、実効エネルギーをより良く定量化するからです。VrmsはVoltage Root-Mean-Squareの略ですが、完璧な正弦波のVpeakの0.707倍と考える方が簡単です。 要するに、オーディオではACを使用し、ACを使用する場合はVrmsを扱っているということです。 典型的な電圧は存在しない 「典型的な電圧」という質問は、落とし穴です。人々が混同する2つの異なる電圧があります。 まず、フルスケール電圧があります。これは、特定の音量設定でチップを飽和させる電圧です。DAC（デジタルオーディオコンバーター）が、正規化されたフロートで±1.0のデジタル値（フルスケール）をアナログ電圧にマッピングするときです。したがって、フルスケール電圧は、信号が飽和してクリッピングする点です。このメトリックは、音量を100%に設定し、出力端子にマルチメータを接続して測定できます。コンシューマーグレードのハードウェアでは、約1.25 Vrmsであることが多いです。 次に、公称動作電圧があります。これは信号のベース振幅です。ハードウェアは通常これを定義しませんが、公称信号の標準として-10dBVがあります。これは文字通り、1Vよりも10dB低い公称電圧を意味します。計算すると、公称信号は0.316 Vrmsになると予想されます。予期せぬ音量のピークを許容するために、フルスケール電圧制限を厳密に下回って動作する必要があります。フルスケール電圧を超える信号を生成すると、クリッピングが発生し、信号処理に壊滅的な影響を与えます。しかし、私たちの対象信号が静かすぎてもいけません。なぜなら、低い音量では静かな音の精度が失われ、ノイズフロアに近くなるからです。 つまり、スケール上の適切な場所に信号を配置して動作させる必要があるということです。良いニュースがあります！その範囲をどれだけ効果的に使用しているかに敏感な、よく知られたメトリックがあります。この特定のメトリックはdBFS（フルスケール未満のデシベル）として定義されています。実際には、信号の大部分、または信号の平均レベルが、フルスケール電圧から0.25離れていることを意味する、少なくとも-12dBFSで動作したいと考えています。 フルスケール電圧と公称動作電圧を組み合わせると、典型的な測定値が意味をなし始めます。フルスケール1.25 Vrms、公称0.316 Vrmsです。 -10dBV（0.316Vrms）の公称信号が-12dBFSの場合、フルスケールは1.25Vrmsです。 測定したほとんどのハードウェアは-10dBV標準を使用しており、-12dBFSで動作しています。はっきりさせておくと、コンシューマーメーカーはこれらの標準を明示的に述べていません。しかし、ドキュメントの行間を読み、いくつかの実験を行った後、これは大まかに正確であると考えています。いずれにしても、3.5mm出力の最大電圧は約1.25Vrmsと測定されるはずです。 この扱いにくい単位は、初期の電話規格からの名残です。 「-10dBV標準」について議論しましたが、それだけではありません。もう1つの一般的な標準は、+4dBuレベルと呼ばれる1.228 Vrmsの公称信号です。これはプロフェッショナルな標準であるため、より多くのヘッドルームが必要です。12dBFSでは不十分です。例えば、-18dBFSで動作する+4dBuは、10 Vrmsのフルスケールに達することがあり、これは少数のオーディオインターフェースで観察されました。 しかし、1.228 Vrmsは奇妙な数字であり、「+4dBu」のdBuとは何でしょうか？基準は0 dBu = 0.7746 Vrmsです。なぜこの特定の0.7746 Vrmsなのでしょうか？それは、600Ωの負荷で1mWを生成するAC電圧だからです。なぜ600Ωなのでしょうか？それは、初期の電話回線が物理的にそうだったからです。 ここが混乱するところです：600Ωという数値は、0.7746Vという数値がどこから来たのかを説明するだけで、dBuの定義の一部ではありません。古い電話の世界では、すべてが600Ωで整合されていました。そのため、レベルは実際の電力（dBm、0 dBm = 600Ωへの1mW = その負荷での0.7746V）として測定されていました。現代の機器は整合された600Ω負荷を使用しないため、「負荷への電力」は無意味です。しかし、誰もがその馴染みのある0.7746Vというレベルを望んでいました。そのため、dBuは後に、負荷を取り除いた同じ電圧として定義されました。「u」はunloaded（負荷なし）を意味します。この扱いにくい単位は、初期の電話規格からの名残です。 USBドングルは静かです。 コンシューマーエレクトロニクスの典型的な公称電圧がわかったので、実際のハードウェアについて議論できます。もちろん、それは-10dBVに完全に準拠しているわけではありません。 私の測定値