ボクにもわかる地上デジタル - 地デジ対策編

外来ノイズ

作成:2004年11月
更新:2008年01月
液晶テレビAQUOS
液晶テレビAQUOSの内部構造
(中央やや左の金属に覆われている部分がデジタル部)

外来ノイズ

 受信電力が低い場合のノイズは、アンテナの利得を上げたり、ブースタやアンテナ部品などの追加や調整によって対策します。しかし、受信電力が十分なのに、外来ノイズが混入して受信できなくなる場合があります。
 ここでは、このような外来ノイズなどの他要因の対策について説明します。

ノイズの種類

 ノイズの種類には、以下の6つがあります。デジタル放送の場合は主に1と2の問題が多いのですが、例えばチューナからテレビへのアナログ信号にノイズが混入した場合は、3〜6が生じる場合もあります。

  ノイズの無い映像(比較用)


1)ブロックノイズ[Digital](映像の一部分に方形の映像が表示される)


(イメージ図)
  • 動きの早い場合や伝送速度が不足している場合に発生(正常な動作)。
  • 受信電力や品質(CN)が低い場合や、外来ノイズ等で、発生。

2)バーストノイズ[Digital](ブロック+画面の一部が静止画になる)


(イメージ図)
  • 受信電力や品質(CN)が低い場合や、外来ノイズ等で、発生。
  • ブロックノイズよりも、ひどい症状

3)スノーノイズ(画面全体がザラザラとした映像となる)


(イメージ図)
  • ブースターに強いデジタル波を受けた場合にアナログ波に発生する。
  • 受信電力が低い場合にアナログ放送で発生する。

4)ゴーストノイズ/現象(画像が横方向に2重に表示される)


(イメージ図)
  • 地上デジタル用のアンテナ追加によりアナログ放送に発生する。
  • アナログ波の反射や複数のアンテナでの合成によって生じる。
  • チューナとテレビのアナログ接続間の反射によって発生する。 (D端子接続でもケーブルが長いと発生する場合がある)
  • ケーブル(30m以上)の場合にアンテナ部品反射によって発生する。

5)パルスノイズ(多数の細くて短い横線が表示される)


(イメージ図)
  • 機器から発射される瞬時ノイズによりアナログ放送に発生する。
    (特に、駆動部のある機器や、大電力の機器、工場、ネオンなど)
  • チューナとテレビのアナログ接続間へのノイズ混入よって発生する。
    (D端子接続でもケーブルが長いと発生する場合がある)

6)ビートノイズ(画面全体に縞模様が表示される)


(イメージ図)
  • ブースターに大電力が入力された場合にアナログ放送に発生する。
  • また、デジタル機器から発生されるノイズによっても発生する。
       (プラズマテレビ、デジタルチューナ、パソコン、ゲーム機など)

ノイズ混入部位と対策方法

  ここでは、外部ノイズが混入する部位と対策方法を説明します。

1)アンテナが受信するノイズ
   __
   \/ ←ノイズ
    │   ┌────┐ ┌───┐ ┌────┐ ┌───┐
    └───┤ブースタ├─┤分配器├─┤チューナ├─┤テレビ|
  アンテナ  └───┬┘ └───┘ └┬───┘ └┬──┘
            └─────────┴──────┴──電源
 近所でも同様の問題が発生している場合は、アンテナにノイズが混入している可能性が高いです。工場、ネオン広告、アマチュア無線、電車、航空機などが原因となっている場合は、稼動時と非稼動時でノイズの比較を実施することで特定することが可能です。しかし、放送システムや各種基地局、高圧線、各種レーダーなど、常に妨害を出し続けるものに関しては、推測することは出来ても特定することが難しく、原因者との交渉も難しくなります。  近隣でも発生するような問題は、近隣地区が協力し合って原因を特定し問題を解決してゆく必要があるでしょう。

参考情報:「導入編-CATV

2)ブースタが発生するノイズ
   __
   \/ 
    │   ┌────┐ ┌───┐ ┌────┐ ┌───┐
    └───┤ブースタ├─┤分配器├─┤チューナ├─┤テレビ|
  アンテナ  └(ノイズ)┘ └───┘ └┬───┘ └┬──┘
            └─────────┴──────┴──電源
 受信電力が高いにも関わらず、CN比が悪かったり、アナログUHF放送にビートノイズが入っていれば、ブースタのノイズの可能性が高いです。
 ブースタとアンテナの間にフィルタを挿入したり、ブースタを低い利得のものに変更する、あるいは、強入力特性の良いデジタル対応ブースタに変更するなどで対策を行います。詳しくは「基礎編-相互/混変調」等をご覧ください。

3)アンテナケーブルから混入するノイズ
   __
   \/  ┌───‥・ ┌───‥・┌ ノイズ
    │  ↓┌────┐↓┌───┐↓┌────┐ ┌───┐
    └───┤ブースタ├─┤分配器├─┤チューナ├─┤テレビ|
  アンテナ  └───┬┘ └───┘ └┬───┘ └┬──┘
            └─────────┴──────┴──電源
デジタルAV機器やAV機能つきパソコンで発生したノイズがアンテナケーブルを経由して、混入する場合があります。
 テレビ(チューナ)以外のアンテナ線を、全て外してみて、ノイズが改善されるかどうか確認してください。
 対策方法の詳細は、後述のフェライトコアでの対策をご覧ください。
 また、分配器などで、接続していない端子がある場合は、ケーブルにノイズが混入しやすくなりますので、分配器の不要な端子にはダミー抵抗が必要です。(ダミー抵抗の作り方は自作部品参照)

4)電源から混入するノイズ(電話線も)
   __
   \/ 
    │   ┌────┐ ┌───┐ ┌────┐ ┌───┐
    └───┤ブースタ├─┤分配器├─┤チューナ├─┤テレビ|
  アンテナ  └───┬┘ └───┘ └┬───┘ └┬──┘
            └─────────┴──────┴──電源
                          ノイズ
 家庭内の機器からノイズが電源を通して混入する場合があります。この場合は、テレビ以外の機器をオフにして改善されるか確認してください。
 また、電源コンセントのプラグの向きを変えたり、延長コードを加えたり、あるいは、延長コードを外したりしてノイズ量に変化が無いか確認てみます。
 ただし、全ての機器の電源を落とすことで、後述の5や6のノイズも改善されますので、これで改善が確認できた場合でも、電源からの混入の可能性が高いだけで、必ずしも電源が原因とは限りません。
 電源からのノイズ対策方法は、電源フィルタやフィルタ付マルチタップ、フェライトコア付の電源ケーブルなどを使用します。

5)テレビやチューナに直接混入するノイズ
   __
   \/                   ↓ ノイズ ↓
    │   ┌────┐ ┌───┐ ┌────┐↓┌───┐
    └───┤ブースタ├─┤分配器├─┤チューナ├─┤テレビ|
  アンテナ  └───┬┘ └───┘ └┬───┘ └┬──┘
            └─────────┴──────┴──電源
 テレビやチューナに、直接、混入するノイズがあります。この場合、原因となる機器を遠ざけるか、配置を変更するしかありません。
 実際には、原因となる機器に接続されたケーブルから放射されることも多いので、後述のフェライトコアでの対策で効果があるかもしれません。
 安易にアルミ箔を巻いたりすると、かえって悪化する場合があるばかりか、例え効果があったとしても、アルミ箔の端が機器内部やコンセント部に触れてしまい、思わぬ事故の原因ともなりかねません。アルミ箔での対策は、絶対に、やめましょう。

6)アンテナ部品(分配器など)が受けるノイズ
   __
   \/      ↓ ノイズ ↓
    │   ┌────┐ ┌───┐ ┌────┐ ┌───┐
    └───┤ブースタ├─┤分配器├─┤チューナ├─┤テレビ|
  アンテナ  └───┬┘ └───┘ └┬───┘ └┬──┘
            └─────────┴──────┴──電源
 アンテナ部品(混合器、ブースター、アンテナコンセント、分配器、アンテナコネクタ等)に、外来ノイズが混入する場合があります。
 このような場合は、シールドタイプのアンテナ部品等に変更することで対策が出来ます。
 また、分配器や混合器に未使用端子があれば、ダミー抵抗をつけておく必要があります。ダミー抵抗が無い場合はケーブルにノイズが混入しやすくなるためです。

ゴーストの対策方法

ゴースト1)D端子ケーブル

 デジタル波でゴーストが生じている場合は、チューナからのD端子ケーブルの映像信号に反射が発生しています。テレビとチューナを接続する信号ケーブルをインピーダンスが正しく調整された正規のケーブルへ変更することで対策が出来る場合があります。また、ケーブルを購入する場合は、なるべく長さが短くなるようにします。ただし、D端子コネクタから直角にケーブルが折曲がってしまうような場合は、かえって、劣化する場合がありますので、適度に余裕が必要です。
 また、AVアンプやセレクタを経由している場合、直接、接続して改善されるかどうか、確認してみます。D端子のAVセレクタでのゴーストやノイズ発生、場合によっては、同期外れなどの問題もあります。

ゴースト2)アナログ放送

 アナログ波のゴーストは、一般には、直接のアナログ波と、山やビルでの反射波の2つ(もしくは3つ以上)が重なり合って、2重(3重)映りが生じる現象です。デジタル用のアンテナを追加したような場合は、混合器によって、2波の電波が混合されて発生する場合もあります。混合によるゴースト対策方法は、混合器をご覧ください。
 また、分配器などでゴーストが発生する場合があります。近い機器で反射が発生しても、ほとんど影響はありまんが、長さが30m以上の区間で反射があれば、直接波と反射波の合成によるゴーストが発生する場合があります。
 例えば、アンテナから一番遠いテレビコンセントとアンテナに一番近いコンセントに30m以上の差がある場合は、最も遠い未使用のテレビコンセントにダミー抵抗で終端することで反射が軽減される場合があります。
 未使用のテレビコンセントからの反射は分岐器(方向性結合器)の阻止結合度の値が高いほど少なくなります。また、自動終端されるコンセントは反射が発生しなくなります。
 同様に、離れた部屋に置いてある分配器やアンテナの混合器などに空き端子がある場合も、ダミー抵抗で終端することで改善される場合があります。
 原因が分からない、もしくは、対策が大変な場合は、ゴーストリデューサ(GR)機能で対策するのが良いと思います。

フェライトコアでの対策方法

 フェライトコアとは、磁性体を筒状にしたものです。通常は、筒を半分に割って2つになった形状にしてあり、ケーブルを挟み込むことが出来るようになっています。


フェライトコア

 磁性体を同軸ケーブルに巻くことで、同軸ケーブルのGND側に流れる高周 波ノイズを低減する効果があります。
しかも、内部芯線(中心導体)には、影響が無いので、本来の受信信号が弱まらない点でも、優れた対策部品です。
GND側にノイズが流れる現象を同相モード(コモンモード)ノイズと呼んでいます。同相モードとは、本来は、信号線とGNDに全く同一のノイズが混入することを指しますので、厳密には、同軸ケーブルの場合は同相ではありませんが、考え方は、同軸でも非同軸でも同じです。

                  ↓ノイズ
    信号 →────→──→──→──→──→──→
             平行線         同相ノイズ
    GND→─┬──→──→──→──→──→┬─→
         ┷        ↑ノイズ   ┷
         GND              GND

         ┏━━━━━━━━━━━━━━━┓同軸線
    信号 →─╂………………………………………╂─ 
         ┣━━━━━━━━━━━━━━━┫  
    GND→━┻  →  → ↑ノイズ→  →┻━→ ノイズ
         GND              GND

 同相モードノイズは、特に、波長の1/10以上(UHFなら6cm以上)のケーブルで生じやすい現象です。これは、ケーブルの長さが6cm以上になると、ケーブルで接続された機器間のGNDの電位が等しくなくなり、このケーブルのGNDで高周波信号を受信できる「アンテナ」として、動作してしまうためです。
 しかも、このケーブル(アンテナ)は、機器に直接接続されているので、機器から放射されるノイズを、直接に拾ってしまいます。
 そこで、ケーブルのGNDを流れる高周波ノイズを低減するフェライトコアが高い効果を発揮するのです。


      フェライト┌──┐
         ┏━┿━━┿━━━━━━━━━━┓同軸線
    信号 →─╂…│→…│…………………………╂─ 
         ┣━┿━━┿━━━━━━━━━━┫
    GND→━┻ └──┘          ┻━
         GND              GND
 まずは、ケーブルの長さを変えてみたり、ケーブルを手で握ってみて、ノイズの変化を見てみましょう。ノイズに変化があれば、ケーブルがアンテナになってノイズを受けていますので、フェライトコアの効果が期待できます。
 ノイズを発生させている機器の電源ケーブルや、その他の信号ケーブルにも、フェライトコアを挿入することで、ノイズを低減できることがあります。
 これは、ケーブルがノイズの送信アンテナとなってしまっているためです。
また、フェライトコアの挿入位置も、色々と変えて、もっとも、効果のある部分を探す必要があります。

 ただし、フェライトコアの効果は、フェライトコアのメーカや利用方法によって、様々です。かつては1個1000円以上と効果でしたが、最近はパソコン用のサプライ品として安く手に入るようになりました。下記は、ケーブルの直径の適用サイズ順に並べたフェライトコアです。

  メーカー名   型名  適用サイズ  価格
  エレコム    NF-01LG 3.0〜 5.0 mm ¥
  サンワサプライ TEL-NF1 4.7〜 5.3 mm ¥
  サンワサプライ AD-NF5  4.5〜 5.5 mm ¥
  エレコム    NF-37SS 3.0〜 6.6 mm ¥
  サンワサプライ AD-NF65 6.0〜 7.0 mm ¥
  ロアス     DSL-FC01  〜 7  mm ¥
  サンワサプライ AD-NF75 6.5〜 8.5 mm ¥
  エレコム    NF-59S  5.0〜 8.7 mm ¥
  サンワサプライ AD-NF9  8.0〜10  mm ¥
  サンワサプライ AD-NF10 9.0〜11  mm ¥
  ロアス     DSL-FC02  〜11  mm ¥
  エレコム    NF-72S  7.0〜11.8 mm ¥
  サンワサプライ AD-NF13  12〜14  mm ¥

電子機器内のノイズ対策方法

 デジタル機器からノイズの対策の最終手段は、機器内部のノイズを削減することです。しかし、失敗すると機器を壊してしまうばかりか、改造によって機器から発火して思わぬ災害が発生する場合もありますので、十分に注意して実施してください。(当方は一切の責任を負いません)

 改造の主なポイントは、(1)直流電源ラインへのコンデンサの追加、(2)分断されたGNDパターンの接続です。
 追加するコンデンサは100pF〜220pF程度で、耐圧が電源電圧よりも高いコンデンサを使います。下図のようなチップ型のセラミックコンデンサがノイズを抑える効果が高く、また、基板の絶縁層を削るだけで半田づけが出来るので作業性も良好です。
 分断されたGNDパターンとは、電源ラインや信号線でGNDパターンが分かれてしまっている部分を指します。このような部分ではノイズが放射しやすくなります。(シミュレーション図も参照)

ノイズ対策を実施した電子機器のプリント基板

 下図は、対策前後の概略的な電磁界シミュレーション結果です。対策後はノイズが放射しにくくなっていることが分かります。

ノイズ対策したプリント基板の電流分布(シミュレーション)

 電磁界シミュレーターでの解析は、ゲーム感覚で直感的に電磁波の性質を理解できるようになりますが、あくまでゲームの世界です。解析のための解像度を変えるだけで結果が大きく変わりますので、実際の電磁界の世界と一致させようなどと考えると、手間、時間、費用の点で、素人の趣味の範囲では無くなってしまいます。SONNETのシミュレータの場合、入力データが単純だと無料版で計算できますが、入力データが増えるにつれ高価なシミュレータが必要になります。無料の範囲で使いこなすには、SONNETに慣れるしかないでしょう。

また、下図のように、元々のコンデンサに重ねてコンデンサを追加すると、ノイズが減少する場合があります。

ノイズ低減用のコンデンサを追加する

 一般的に、AV機器からのノイズが問題になることは、まず、ありません。
 パソコン用の機器やAV機器でも電子式AVセレクターのようなアクセサリーといった小物からのノイズに悩まされる方が多いでしょう。
 AV機器は、もともとノイズに影響されやすいため、予めノイズが発生しないように設計されているからです。

パソコンの放射ノイズ

 パソコンを分解しても、たくさんの金属板が入っています。しかし、放送受信や無線通信を行なうには、十分に低減しきれていません。
 これを確認するには、実際にロッドアンテナ式のテレビやラジオを近づけて、チューニングしてノイズを見つける方法があります。この状態で、金属物に手を触れてゆくとノイズが発生している部位が特定できます。

 パソコン本体のノイズ対策グッズも多く売られていますが、効果の低いものが多く、テレビやラジオに混入するノイズを十分に低減でき無い場合が多いと思います。
 このため、パソコン本体のノイズを対策するのは、むづかしいので、予め、国内のAV機器を製造している家電メーカー(Sony,Sharp,Panasonic)のパソコンを購入したり、消費電力の少ないノートパソコンを使用するなど、ノイズの少ない可能性を追求するしか無いのが現状です。

(追加情報)

方式編-
ワンセグ概略
    ワンセグUSBアダプタに受けるノイズについて


USBチューナーのメタルシールド

 USBチューナーの内部は下図のようにメタルシールドで覆われています。

シールドに覆われたUSBチューナ
シールドに覆われたUSBチューナ

 シールドのハンダ付けの位置が1箇所しかない点に不安があり、シミュレーションにて調べてみました。下図の一番上(1)が市販の状態で、(2)以降が、シールドのハンダ付けの位置を変更した場合の電流分布です。

シミュレーション結果

 (2)ではハンダ付けの位置をノイズ源であるパソコンに近い側に移動させてみました。しかし、メタルシールド上のノイズがアンテナに回り込んでしまうことが判明しました。当初の位置がデタラメに設定されていなかったことが分かります。
 次に、市販状態に加えてアンテナに近い側をハンダ付けしてみました。本体中心部分の青い部分が、若干、濃くなってアンテナへの回りこみが低減されていることが分かります。さらに、周囲をハンダ付けすると、アンテナが接続されている付近からの回り込みを、若干、防げることが分かりました。
 しかし、どちらも大きな改善は無く、もともとの市販状態のハンダ付け位置が、生産性と性能を最も両立させた「適切な設計」になっていることが、分かりました。

 このシミュレーション結果に基づいて、少しでも改善できるかどうかを確認するために、実際にハンダ付けをしてみました。アンテナに近い部分のハンダ付けは、メタルシールドを曲げ、基板のGND部分を削って、メタルシールドを組み立ててから、隙間からハンダ付けを行いました。

実際にハンダ付けをしてみた
実際にハンダ付けをしてみた

 受信が不安定な状態で対策前後を比較しましたところ、映像が途切れる頻度に改善が見られましたが、明確な差を実感できるほどの改善はありませんでした。また、本機では受信品質(CNR)の測定が出来ない上、基板が小さすぎて減衰器を挿入することも出来ないので、どれだけの改善があったのかを調べる方法が見つかりませんでした。作業が終わってから、映像の途切れる回数を、例えば30分間くらい、測っておけば良かったと思いました。

△注意:改造すると保証が受けられなくなります。安全にも配慮が必要です。

△注意:改造によっていかなる損害が発生したとしても、補償しません。

 ノイズとは関係ありませんが、メタルシールドが波打つと下図の部分が接触してショートする可能性がありますので、下図のような絶縁が必要です。

要絶縁保護部


関連情報

受信電力が低い場合:
  
分配器 ブースタの効果 回線設計

受信電力が十分  :
  相互/混変調 混合器 混合器 フィルター 自作部品


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