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真空管アンプの安全設計:傾向

3:実例 〜ライブでの感電〜


マイクでの感電

危険なマイク

ギタリストならば誰しもマイクに唇が触れてピリピリと感電したという経験はあるのではないでしょうか。

実例としてどのように感電が起きるのかという原理とその対策を説明します。



簡単な例による原理解説

Fig:1」に単純なPAシステムの一例を示しました。

危険なPAシステム
Fig:1

2Pコンセント

ミキサー,パワーアンプ,ギターアンプといった3台の機材があります。

ちょっと見づらいのですが「Fig:1」ではアースのついていない「2Pコンセント」を使っています。

AC電源とそれぞれの機材の内部回路は安全のために電源トランスによって絶縁されています。 (ミキサーとパワーアンプは配線で結ばれていますので同電位です)

それぞれの機材はお互いに絶縁されています。つまり抵抗値は無限大です。ですから電気は流れず感電は起きないように思います。

確かに,直流的には絶縁されています。。。

しかし,交流的な目でよく見なおしてみましょう。

原因は電源トランスによって発生する「シャーシ電位」

電源トランスや配線には浮遊容量があります。 浮遊容量は小さなコンデンサの無数にぶら下がっているのと同じことです。 浮遊容量は交流をに対しては抵抗と同じようにふるまいますので,50Hz〜60Hzの交流を完全に絶縁できずに通してしまいます。

このような漏れ出してしまう電流を漏洩電流と呼びます。いわゆる「漏電」です。

直流的には抵抗値が無限大で絶縁されていても,交流は漏れだしてしまうのです。 銭湯に行ってみましょう。男湯と女湯が壁で仕切られていても声は聞こえます。これと同じです。

ですから,機材のグランド(金属筐体)が電源から直流的に浮いている(テスタで測ると抵抗値が無限大)状態でも交流電流は漏れていますので その機材は交流的に見ると電位を持ちます。

シャーシ電位
Fig:2

Fig:2」の電圧「ec」を「シャーシ電位」などと言い,電圧としては交流で数ボルトから数十ボルトの電圧になります。

この「シャーシ電位」は各機材ごとにさまざまな値をとります。

電位差があれば電流が流れるわけで,この「電位差」が感電の原因となります。

シャーシ電位は非常に重要

このシャーシ電位を正しく理解するとアンプを取り巻く様々な問題に対して理論的な考え方をできるようになります。

感電の問題はもちろん,機器間の接続によるノイズの問題,アースの取り方,接地方法,バランス接続の必要性,アンプ内のグランド処理などが関係してきます。

「交流」と「インピーダンス」は難解で理解が難しいですが,シャーシ電位が機材ごとに異なると言う事実はテスターで簡単に確認できます。

その方法は,まずテスターをAC測定レンジにします。
片方のリードをアースに接続します。(もしくは自分の手で持ちます。)
もう片方のリードを機材のシャーシなど金属筐体やコネクタ部分に当てます。
もし,機材のアースが接続されていれば0Vを示すはずです。
アースが接続されていなければ0V〜100Vを示します。
もし,2Pプラグでコンセントに接続をしているのならば,プラグの向きを変えてみてください。
出てくる電圧に変化があるはずです。これはいわゆる「コンセントの極性合せ」です。

なお,他の機材と接続されていると,接続されている機材の影響が出てきます。 シャーシ電位をより正確に知りたければ,接続を外して単独の状態で測定する必要があります。

感電の仕組み

危険なPAシステム
Fig:3

Fig:3」は「Fig:1」の機材を二つのグループに別けたものです。 PAアンプとミキサーは信号線で接続されているのでシャーシ電位は同じになります。 当然,マイクも同じ電位となります。

しかし,ギターアンプとギターはミキサーのグループから独立しているため,ミキサー達とは異なるシャーシ電位を持ちます。 この二つのグループには電位差があるのでギタリストがマイクに触れると感電することになります。

テスターをAC測定レンジに設定してギターの弦とマイクの金属部にテストリードを当ててみてください。 そこに電位差があれば感電する可能性があります。個人差がありますが,10V以上の電圧が出ていると知覚可能です。

このようなシャーシ電位に起因する感電は,電流が非常に少ないので日常生活の中で感知されることは稀です。 手で触れても感じない程度の弱い感電でも,唇は湿っていますしとても敏感なのでピリピリと感じます。

このような電位差を消すためには二つの機材を何らかの配線で結ぶことで解消できます。

対策は2つ考えられます。


対策1:やっつけてきな対処療法

危険なPAシステム対策1
Fig:4

Fig:4」のようにマイクのシールド線とギターのシールド線を結ぶ方法です。 こうすることによってミキサーのアースとギターアンプのアースを等電位にすることができます。

クリップ付ケーブル

具体的には大きなクリップを両端に取り付けた配線材を用意して,一方をマイクのシールド線の金属部分に噛ませます。 もう一方はギター用のシールド線の金属部分かギターアンプのシャーシを噛ませます。

自動車用のブースターケーブルが使えると思います。本来なら色は緑がいいのですが・・・

マイクとギターの電位差を解消するという意味では確実な方法ですが,アース線を接続するという手間がかかります。

野外ライブなど電源の状況がよくわからないなか,ギタリストが自分自身の手を煩わせることによって積極的に感電から逃れることができる方法です。

欠点としては,マイクラインにそれぞれの機材の電位差による微弱なノイズ電流が流れますのでノイズが発生する可能性があります。

#:この方法は奥田民生氏のシステムで見たことがあります。


対策2:3Pコンセントを使った簡単な方法

危険なPAシステム対策2
Fig:5

3Pコンセント

そしてもっと簡単なのが3Pコンセントを使用してそれぞれの機材をアースにつなぐ方法です。

Fig:5」ではちょっと見づらいのですがアース付の3Pコンセントを使っています。 それぞれの機材の電源アースは内部でシャーシに接続されています。 3Pコンセントを使うことによって電源経由で電位差を解消します。

電源を3Pコンセントからとるだけで感電を防止できますので簡単で確実な方法です。

ライブハウスなどの固定設備において,細かいことを気にせずに手軽に安全を確保できる方法です。

ただし,信号線と電源線という2系統のグランド配線が存在するのでグランドループが形成されることによりノイズが発生する可能性があります。


対策は設備側で行うのが基本

Fig:4」は対処療法的な方法です。 基本的に「Fig:5」の方法,つまり設備側に3Pコンセントを設けてそのまま使用するのが安全な方法です。

Fig:4」のような場当り的な対策を行わないと感電するような状況は,それはそれでとても危険な状態である証です。ぜひとも避けたい状況です。

3Pコンセントを使用していればまず安全と考えてよいですが, 野外ライブで電源敷設が適当に行われていたり,古い建物で電気設備が怪しい場合はこの限りではありません。

自己防衛策

危険を感じたときはテスターをAC測定レンジにしてPA用のマイクとギターの弦の電位差を確認してみてください。

テスターを持ち歩いているギタリストはなかなか見ませんが。。

#:私の機材ケースにはテスターと半田ごて,ニッパー,ラジオペンチが入っていることがあります。。

10V程度なら我慢できると思いますが,50Vも出ていたらマイクに唇が当たるとしびれます。

マイクにスポンジのカバーをかぶせるといった消極的でも一番効果的な対策もあります。

プロのPA屋さんでも電源にまで精通しているとは限りません。 ギタリスト側が知識を持って自己防衛するしかありません。


まとめ

アースやグランドに流れる交流を正しく理解するのは難しいのですが,感電が発生した場合,原因は必ず存在します。

このつかみどころのない問題の正体は「シャーシ電位」です。

感電を防ぐためには「アース」の接続方法が重要です。正しくアースを接続すれば安心・安全です


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