piu lentoの日々 (piu lento days)

昨年末から延々と続いている、聴いていて起こる耳の問題(耳閉感など)を解消または緩和するためのオーディオ系の改良に ようやく目処が立った感じで、一安心している。

それまで諸悪の根源(耳の問題の原因)と考えていた(実際に悪かった)大容量の電解コンデンサを「撤廃」したら、概ね耳の問題が起こらなくなった。ただ、電解コンデンサだけでなく、小容量のマイカコンデンサも悪かった可能性が高い。というのは、別の目的※で外したら＊、棚ぼた的に音が良くなったからだ。

※それを使う回路(フィードバックの超高域抑制)のカットオフ周波数が計算と合わない原因は これの容量がおかしいためではないかと疑ったため。ただ、外してもカットオフ周波数のズレは解消しなかった(測定時に付いていた他の要素の問題だった)ので、実際には原因ではなかった。が、そもそも設計の時点で適切な容量でなかった(小さ過ぎた)のは確かなので問題ない。

＊片方の脚を抜くとか切ったりして一時的に無効にして試したかったものの、工具が入りにくいところにあるため面倒になって無慈悲な鉄槌を下した思い切って破壊的に外した(ラジオペンチで ひねって「ブチ切った」)。

再利用できなくなっても良いか迷ったが、以下に書くようにマイカは音が悪いことが分かったので もう使うことなどなく、怪我の功名ですらある。

マイカコンデンサは高価なせいか 音が良いとされ、一部のオーディオ界で珍重されているが、誘電体吸収(簡単に書くと、コンデンサが放電し切らずに電荷が残ってしまう現象。 → 参照1, 2, 3)が大きい(電解コンデンサも大きい)ことによる弊害を考慮しているのか怪しい。※ そんな特性で いい音が出るのかも怪しい。実際、歪みがひどい(特性の良いセラミックよりも悪い)という感想を目にした。＊

まあ、音が良いと思う・感じる人は使えば良い。が、(他の部品もそうだが、)○○の一つ覚え的に、考え・検証なしに、あるいは、思い込みで採用するのは愚の骨頂だ。

※あと、想像の域ではあるが、マイカコンデンサの構造はセラミックコンデンサに似ているから、それと同様の問題(電圧に依存して電極が動く・振動する → 容量が変わる)が起こって、音が良くないのではないだろうか。

＊マイカコンデンサの歪みについての情報があった。: 「オーディオ設計の世界」の「キャパシタの発生する歪」の「―マイカを５種―」の項や他の項によれば、マイカは概ね歪みが良くない結果である。更に、左の"(5) SOSHIN CML2YB 132J3 (1300pF J)"の項に以下のような記述がある。

歪波形を見るとクロスオーバー歪のように、印加電圧が反転する所で段差が見えます。何個測っても同じなので、マイカの特性か？

そのページには「歪波形」の図は載っていないが、時間軸の普通の振幅の波形を示しているとすれば、この「段差」は誘電体吸収で起こっているのではないだろうか?

いずれにしても、歪みに関しては、マイカコンデンサは普通のフィルムコンデンサに負けていることが分かる。それどころか、一緒に比較されているセラミック(村田chip型)にも負けているので、上に挙げた感想は正しそうだ。

では、実際にアンプのフィードバック回路にマイカコンデンサが使われている場合に どのような問題が起こるかを推測すると、以下のようになる。

• 誘電体吸収のためにアンプの出力からフィードバックされた電圧が残り、それがアンプの負入力に入って、アンプの出力を増大させるか減少させる。 → 出力が歪む。
  • どちらになるかはコンデンサの出力の符号によるが、入力の逆になるとすれば、出力を増大させると思われる。
  • すると、大きくなった出力が またマイカコンデンサに入り、更に出力が大きくなるのだろうか。
    • ただ、フィードバックコンデンサのために直流近くのゲインは小さいので、それほど大きくならないのか。
• 誘電体吸収の他に、上述のセラミックコンデンサのような容量変化による歪みがフィードバックに加わり、アンプのゲインが歪んで出力も歪む。
• 誘電体吸収で生じる(残る)電圧は入力(アンプの出力)よりも低いだろうし、フィードバック抵抗で分圧されるのでレベルは小さくなるが、普通の歪み率の0.01%のようなオーダーは超えそうだ。

なんでこんなものをフィードバック回路に使ったかは分からないが、後述のように、このコンデンサを位相補償用と考えて(誤解して)、それなら容量が安定している(という定評の)マイカがいいと考えたのだろうか。あるいは どこかからのコピペを「良さげに変えた」(容量を小さくすればカットオフ周波数が上がって、帯域が広くなる)※とかか。

※似たようなことは、フィードバック中の大き過ぎる電解コンデンサ(MUSE ES)にも言える。データシートの例では10μFや22μFなのに、なぜ100μFもの大きなものにしたのだろうか? 大きいほうが(カットオフ周波数が下がって)帯域が広くなって良さげだと思ったのだろうか?

更に、その電解コンデンサに小さいコンデンサ(0.1μF, WIMA)が並列になっているのも解せない(電源では良く見るが・・・)。高域まで安定してフィードバックを掛けるようになのかも知れないが、自分で部品(コンデンサ)を決めるのだから、あらかじめ仕様・特性を確認して、使用する帯域でインピーダンスが充分に低いものを選べばいいのだ。

実際、MUSE ESのインピーダンスの実測例では2MHz辺りまで低いから、全く充分だ。一方、並列のWIMA 0.1μF MKP2の実測例では やっぱり2MHz辺りが谷になって居るものの、その手前(例: 100kHz以下)のインピーダンスはMUSE ESより随分高い。全然意味ない気がするがなあ・・・

間違っている!: 後述のように、これは位相補償用でなく超高域のゲイン抑制用なので、容量が ものすごく安定な必要はない。カットオフ周波数が可聴域の充分上になっていれば、(温度などで)多少上下に動いても大きな問題はないはずだ。容量の安定性を求めるにしても、そういう特性(や音)の良いフィルムコンデンサが使えるはずだ(そこでWIMAを使われる可能性もあったが)。

いずれにしても、偶然の結果ではあるが、マイカを捨てて音が良くなったのは とても喜ばしい。

あんなの飾りです?ｗ

 

以下、(ほとんど自分のために、)今までの経緯など(「何で やり出した?/これをしている?」)を整理する。

全体の流れ(経緯)

1. 音楽を聴いていると耳の問題(例: 耳閉感, 音が聞こえにくくなる)が起こることがある。
   1. 出来の悪い機器(試用した某DACと手持ちのScarlett Solo Gen. 3)で耳の問題が起こったので、原因(それらに特有の雑音が原因と考えている)を調べようとした。
      • 目星は付いたが、下の作業を始めたので未完了
   2. そうこうしているうちに(?)、通常の再生系でも起こるようになった。
      • 結局、通常の再生系の出来も悪いことが分かった。使用状況や耳の調子で問題が起こるようだ。
   3. 原因を調べ、対処しようと思った。
      • 最初はASUSのサウンドカード(Essence STX II。以下、ASUS)のDAC部の劣化だと思った(歪み率(特に2次高調波)に左右差があったので)。 (↓2へ)
        • 結局、歪み率の差は音質には影響はなさそうで、DACチップかI/V部の劣化・不調と推測している。それでも仕様の範囲内で、実際には問題ではないのかも知れない。
      • 上と前後して、耳の問題に関係あるかと思ってDACのフィルタ(sharpとslow)を比較した。
        • それまで使っていたslowよりsharpのほうが正しいことに気付いたものの、(44.1kHzの)sharpは耳に問題が起こるため、96kHzにデジタルのLPFを追加した。
        • が、処理が複雑で嫌なので止め、なぜか問題の起こらない96kHzのsharpにして音の良いアップサンプラを選んだ。
          • ついでに、部屋の特性補正フィルタも簡素化した。
          • この設定にした少しあとに、DAC出力にコンデンサを追加することを思い付いて下に繋がる。
2. ASUSのDAC部の対処・改良: 目処が立った。
   1. 電源・電解コンデンサの劣化?: おそらくなし。
      • 電源の問題なら左右差は起こりにくいため。
      • 出力のカップリングコンデンサと電源のバイパスコンデンサの劣化もなさそうだった。
        • バイパスコンデンサに別のコンデンサを追加しても、歪みの差は変化しなかった。
   2. 出力カップリング回路(容量の大き過ぎる電解コンデンサ)が悪いことが分かった。 → DC(direct coupling; カップリングコンデンサなし)で出力して外部にカップリング回路を付け、元の回路を無効化した。
      • クラシック音楽を聴くと(再生すると)耳閉感が起こり、ポップ音楽にすると途端に治まり、クラシックに戻すと再発することがあったのと、その前後に、大きいカップリングコンデンサは時定数が長いためにドリフト(周期の遅い振幅の変動)を起こることがあるという情報を目にしたのが、大きな電解コンデンサを疑う切っ掛けになった。
      • その後、長い時定数以外に、最初に書いた誘電体吸収の問題もあるので、電解コンデンサ自体が悪いことも分かった。
   3. ついでに、出力切り換えのリレーを直結にしてみた。
      • 耳の問題でなく、わずかにでも音の経路の接触抵抗を減らすため(気分の問題)。
   4. 大分良くなったが、まだ耳閉感が起こることがあるので、アンプも疑った。 (↓3へ)
3. アンプ(BA3886, 自作(キットを改変))の対処・改良: オリジナルのキットの設計は「ほとんど駄目」だったが、改良(修正)して ようやく目処が立った。 ← 今ココ
   • DCサーボ部(基板)が悪い。
     • 設計が悪くて性能が不充分で、弊害のほうが大きい。
     • そもそも、出力のオフセット(直流)をカットするだけのために、常に信号に手を加えるのはアホらしい。
   • フィードバック回路の設計が悪い。
     • 超低域抑制回路(DCサーボの代わり)が悪い。: 大き過ぎる電解コンデンサ(カットオフ周波数の設定)と音が悪そうなWIMAを使っている。
     • 超高域抑制回路も悪い。: 高過ぎるカットオフ周波数の設定と、誘電体吸収特性が悪く 音が悪そうなマイカコンデンサを使っている。
       • 説明書には このコンデンサを「位相補償用」と書いてあるが、何の位相を どう補償するのだろうか??
         • LM3886のデータシートには そんなことは書いてないが、「(高域のゲインを)補償するコンデンサ」とあるのを誤解したのか。以下に引用する。 (記号は回路図を参照のこと)

External Components Description

11. Cf⁽¹⁾ Compensation capacitor that works with Rf1 and Rf2 to reduce the AC Gain at higher frequencies.

1. • Zobelフィルタも今一つ。
     • カットオフ周波数がフィードバック(超高域抑制)と合っていない。
     • 音が悪そうなWIMAを使っている。

現状の設定・構成

• ASUSのDAC部
  • 出力のカップリングコンデンサ(AltCC): 0.44μF (UPZ 0.22μFx2) (元: FG 220μF)
    • カットオフ周波数: 7.2Hz (後段の入力抵抗が50kΩの場合) (元: 推定0.015Hz (抵抗: 推定50kΩ))
    • ※可聴域での位相ズレを減らすため、2/7に容量を2倍に増やした(元: 0.22μF)。それに伴い、カットオフ周波数が1/2になった。
• BA3886アンプ
  • DC(direct current)サーボ基板: 撤去
  • フィードバック回路
    • 超低域抑制コンデンサ(AltFBC): 9.4μF (ECQE 4.7μFx2) (元: MUSE ES 100μF + WIMA 0.1μF)
      • カットオフ周波数: 7.1Hz (抵抗: 2.4kΩ) (元: 0.66Hz)
    • 超高域抑制コンデンサ(AltHCC): 50pF (UPZ 100pF/2) (元: マイカ 15pF)
      • カットオフ周波数: 103kHz (抵抗: 22kΩ) (元: 343kHz)
  • Zobelフィルタ
    • コンデンサ(AltZobel): 0.11μF (ECQE 0.22μF/2) (元: WIMA 0.1μF)
      • カットオフ周波数: 145kHz (抵抗: 10Ω) (元: 159kHz)

注: 上では複数のコンデンサを組み合わせているが、そうする必要はない。単に、購入する時に最適な値が分からなかったため、組み合わせて ある程度の種類の容量を実現できるようにしたためである。また、少ない種類で複数の用途に使うことも考慮した。

実際、AltFBCは当初の計画の2倍にし、AltHCCは当初の3/2倍(3個直列→2個)にし、AltZobelは当初の1/2にした。また、ECQEをAltCCにも試したかったので、別に0.1μFを買う代わりにAltZobelの0.22μFの予備を使った。

お金をふんだんに使うなら、それぞれぴったりの容量のコンデンサを買って使えば1個ずつにできる。

現状の回路図

現状で感じている効果

従来より音が良い感じになり、耳の問題は ほとんど起こらなくなった(ただ、最後にも書くが、出やすい時間帯・状況があるようだ)。

今回も、いろいろなコンデンサ(AltFBC, AltHCC, AltZobel)を換えたり容量を調整するたびに音が変わったが、AltHCCのマイカコンデンサを除去した時が一番変わった気がする。高域や余韻のような細かい音の再現性が良くなり、耳が痛くなること、あるいは、キツく感じることがなくなった(音源や体調に起因する場合を除く)。

以下に、マイカコンデンサを除去したあとの印象・聴感の例(試聴中のメモより)を挙げる。

• 「原音に忠実」に近づいた(原音は分からないので、正確には そういう「気がする」)。
• 高音のキレがいい、あるいは、鋭い、あるいは、クリア(しかも うるさくない)。
• 音がいい。シンバルやハイハットの音が いい。リアルな感じ。
• 余韻のような細かい音が今までより ちゃんと(例: はっきり)聞こえる。
• 今まで定位が悪かった(左右どちらから出ているか良く分からない)※、1kHz辺りの正弦波が少し良くなった。
  • ※想像だが、部屋での反射と僕の耳の問題(左右の特性に差がある)が関係していると思う。
• 何となく、耳が痛くなる(高音のキツさ?)のはマイカコンデンサが悪かった気がする。外してから起こっていないし、音が いい。

動作確認と特性の測定

AltFBC, AltHCCの動作確認のため、アンプ単体(DC接続, ボリュームなし, アッテネータなし, アンプ入力: -30dBFS)での振幅-周波数特性を測定した。グラフでは、カットオフ周波数は線が水平のカーソル(-3dB)と交わるところで、左右チャネル共に低域(← AltFBC): 約7Hz, 高域(← AltHCC): 推定約94kHzである。それらは理論値の7Hz, 103kHzと合うか近いので、AltFBCとAltHCCは正しく動作している。

ちなみに、カタログなどで良く見る「周波数特性」(再生可能な周波数帯域)は、BA3886単体では、グラフより、例えば 20Hz-28kHz +0, -0.5dB と書くことができる。特に狙った訳ではないが、一応 可聴域をカバーしている。が、これ自体は それほど意味がなく、位相や歪みのほうが重要だと思う。

まあ、それらも、補正フィルタを入れたりすると豹変してしまうのだが・・・

なお、AltZobelはカットオフ周波数が145kHzと高いため、手持ちの機材では測定不能(下で追加検討)である。

次に、いつも測っている特性(振幅, 位相, 歪み率, 雑音(ノイズフロア))を測定し、改良前と比較した。更に、小・中・大出力時の歪み率を比較した(上の2番目以降のグラフ)。

以前にも書いたように、一般的な特性(振幅・位相・歪み)に、改良前後で聴感の変化の原因となりそうな差は見られなかった。※ 大出力時の超低域(30Hz以下)の歪みの増大は ほとんどなくなったが、それが聴感に影響しているかは疑問である。

※位相(ズレ)は悪化しているものの、改良後は音が良くなったと感じているので、大きな影響は ないようだ。そもそも、上述のように、聴く時には部屋の特性補正フィルタを入れていて、位相のズレは ひどいものになるから、こういう自然なズレ(時間的な遅れ)は余り影響がないのかも知れない。

以下に特記事項やコメントを書く。

• 振幅の比較
  • 改良後に低域が下がっている※のは、AltFBCの影響である。コンデンサの容量を増せば増すほどカットオフ周波数が下がって改良前の平坦に近付くが、容量を大きくし過ぎるとドリフトが生じたり(推測)、コンデンサの音の影響を受けるだろう。＊
    • ※グラフの縦軸は拡大しているので、見た目ほど ひどくはない。
    • ＊もちろん、電解コンデンサを使ったら・・・
  • 改良前後に高域が少し下がっているのは、測定時に使用したアッテネータの影響と思われる。
    • 改良前はサンプリング周波数が44.1kHzだったので、下がる量が若干大きい。
    • 改良後のものには更にAltHCCの影響があるが、このグラフには出ていない。
    • なお、AltCCを2倍にしたものにはアッテネータを入れていないため、高域が少し良くなっている。他の測定結果も、アッテネータがない場合には この辺りにあると推測する。
• 位相の比較
  • 改良後に低域のズレが大きいのは、振幅と同様にAltFBCの影響である。振幅と同様に、容量を増せば増すほど改良前の平坦に近付く。
    • 振幅と違って位相のズレは結構大きく、看過できない感じがする。
  • カップリング回路(AltCC)を付けてAC接続にすると(薄水色, 薄ピンク)低域でのズレが大きくなるのは、コンデンサが増えるためで仕方ない。
    • → やっぱり、ちょっと気に入らないので、容量を2倍にしてカットオフを下げてズレを減らすことを検討・試行している。 (2/7 9:34) → 採用することにした。低域の位相のズレは、DCとそれまでのAltCCの間辺りになった。グラフを、その測定結果を追加したものに交換した。 (2/9 10:56)
  • 改良後の高域の位相が少しズレて居るのは、AltHCCの影響だろうか。
    • ↑高域の位相は測定のたびに変動するので、余り信用できないようだ。
• 歪み率の比較
  • 注: AC接続の測定結果はAltCCの容量を2倍にする前(0.22μF)のものである。 (以下も同じ)
  • 改良後のDC接続時(水色, ベージュ)の中低域(約800Hz以下)での歪み率の増大はADCのカップリング回路の問題と考えられる。同じ出力でAC接続(AltCC)した場合(薄水色, 薄ピンク)には増大は起こらない。
  • 一方、改良前(青, 赤)にあった超低域(30Hz以下)での歪み率の増大は起こらなくなった。
  • なお、今回の測定の高域(約4kHz以上)の歪み率が増えているのは、今回は前回の2倍のサンプリング周波数のため、高調波を求める帯域が広がったためである。
    • 例えば、以前は4kHzでは5倍高調波までだったが、今回は最大12倍まで求めることができる。
• 雑音の比較
  • アッテネータを通して測定しているため、実際の値は約12dB大きいため、それほど雑音レベルが小さい(≒ SNRやダイナミックレンジが大きい)とは言えない。ざっと見て、-100から-105dBFS(ざっくり計算すると30μV辺り?)くらいだろうか。
  • 50Hzの山は電源からの雑音、15kHz他の山はPCからと思われる。褒められたものではないが、スピーカーからは聞こえず、耳に問題を起こさないようなので、良しとしている。
• 出力と歪み率
  • 通常聴いている時の出力・特性は、グラフでは約19mW(青)辺りである。

ところで、改良前後で特段の差がなかったからと言って、測定が不要ということは全くない。それは、例えば「＊から放出される放射性物質は極めて微量なので、監視する必要がない」と言い張るのと同じことだ。少なくとも、どこかで間違って とんでもない特性になっていないことを確認する必要はあるし、今回の作業で交換したコンデンサが ちゃんと働いているか・カットオフ周波数が想定どおりか確認する必要はある。

とは言え、手持ちの機材の限界のために測れないものもある。※: AltZobelのカットオフ周波数はASUSの上限のサンプリング周波数の192kHzでは測れない。AltHCCは傾きを延長してどうにか推定できるが、無理がある。

※ここでも、「測れないから まあいいや」と済ますのは良しとしない。

その後、測る方法を考えた。: それぞれのコンデンサ(元のコンデンサ)に並列に同じくらいの容量のコンデンサを追加してカットオフを下げて測れば 以下のいずれかの結果が得られるはずで、元のコンデンサが働いているかが確かめられる。

• • 元のコンデンサが働いているなら、カットオフは合成した容量のものになる。
  • 元のコンデンサが働いていない(例: 断線, ショート)なら、カットオフは追加した容量のものになる(断線)か全く変わらない(ショート)。

この方法でAltHCCは確かめられたが、AltZobelは無理だった。というのは、カットオフが下がってもアンプのパワーバンド内ならアンプが頑張って振幅を保つからだ。

それで、AltZobelのカットオフを下げた状態(AltHCCは そのまま)でコンデンサまたは抵抗の両端の電圧を測れば、カットオフ周波数以上で電流が流れるため、電圧(振幅)が変わる(コンデンサは下がり、抵抗は上がるのではないか)だろうと考えたが、ここまでで力尽きた(面倒になったｗ)ので保留にした。代わりに、コンデンサの脚の根本(本体の近く)と基板のランドの導通をチェックすることで、とりあえずは良しとした。

写真

残件

• アンプの仕上げ
  • 代替コンデンサの固定や脚の絶縁など。
  • 測定結果などのまとめ
  • 資料の作成・更新
• ASUS DAC部の残り(続き)
  • DC(direct coupling)出力端子を付ける。
  • カップリング回路(コンデンサ)のアダプタを作る。 (← こんなイメージ)
    • DC出力とボリュームの間に入れる。
  • 電源on/off時ミュート機能をDC出力にも有効にする。
    • DC出力には元々のミュート機能が効かないため、電源off時に小さいポップ音が出る。
• 耳の問題が起こる原因調査の続き
  • 今回対処した(大きい電解コンデンサによる)超低域の変動(ドリフト)以外に雑音も原因だと考えているので、その検証を再開する。

その他(気付いたこと・メモ)

• いくらDACやアンプを改良しても、朝(朝食後?)に、ごく軽い耳閉感・唾飲み時の違和感が出やすいようだ。
  • 血圧や季節(室温)が関係ある? 疲れは関係ありそう。
    • 耳閉感は耳の血行に関係あるようだが、食後は腹に血が集中して耳では薄くなるのかも知れない。朝は その変化が特に大きいのか。
  • ただ、音によるものと違い、すぐに治る。
• 同様に、演奏自体の音が悪くて耳の問題を引き起こすことは ある。が、元々そういう音なので諦めるしかない。
• 今まで謎だったのは、ヘッドフォンに使っているPCのオンボードのサウンドでは耳の問題がほとんど起こらないことだが、オンボードなので出力のカップリングコンデンサの容量が大きくなくて、上に書いたような振幅の変動(ドリフト)を引き起こさないのではないかと推測している。
  • 他に、ヘッドフォンは(アンプへのラインでの接続と違って)インピーダンスが低いので、仮に大きなコンデンサを使っていたとしても、カットオフ周波数が高くなって(= 時定数が短くなって)変動が起こらないのかも知れない。
    • 例: カップリングコンデンサが100μFとした場合のカットオフ周波数, 時定数
      • ヘッドフォン(30Ωとした場合): 53Hz, 6.9ms
      • ライン(50kΩとした場合): 0.032Hz, 12s
• 測定時に、意外なものが原因で特性が想定とズレて、原因探しや対処に結構手こずった。
  • さまざまな超高域の低下要因: ボリューム(意外に効く), アッテネータ(抵抗), ADCのカップリングコンデンサ?(その前にあるアッテネータとの関係?)
  • (特にDCの場合)低域の歪みの増大要因: ADCのカップリングコンデンサ?(超低域での電荷が溜まる?)
• とても小さいコンデンサ(100pF)は、テスターでは容量が測れなかった。寄生容量の影響だろうか。
  • それでも、一応検品したかったので、複数個(8個)を並列に繋いで測ってから いくつか(4個)を外して再度測り、差分の平均値から1個あたりの容量を推測した。
  • それにしても、テスターの仕様上は測れるはずなのだが、どうして駄目だったんだろうか?
• 最初に「電解コンデンサを撤廃した」と書いたが、実は少し残って居る。: アンプのスピーカー保護部の入力のLPFに使っている。
  • ここには音は通らないが、アンプの出力から電流が流れ込むので、ASUSのカップリング回路を残したまま代替カップリングコンデンサを付けた時と同様に、何らかの影響はあるはずだ。
  • 流れ込む電流をシミュレートしたところ、低域(約500Hz以下)で影響がありそうだった。
    • スピーカーに流れる電流との比は約0.022%(-73dB)だった。
  • ただ、容量が22μFとそれほど大きくないせいか、音が通らないせいか、アンプのスピーカー出力に繋がっているせいか、聴感上の問題はなさそうだし、特性の違いもなかった。
    • 実使用時はスピーカーによる負荷変動が大きく、充分アンプが吸収するのではないかと推測している。
  • どうしてこういう構成にしたのか(今となっては、LPFはオペアンプの後ろでもいい気がする)記憶がないが、さすがに「ちょっと動かしてみる」訳には行かないので、保留にしている。

 

おまけ: ボツ+α写真集

いつか書こうと思って居たけど、音が悪くて無駄などで使う宛てがなくなったものを消化。

 

書いたあとでの話 (2/8 15:33)

「動作確認と特性の測定」の「位相の比較」に追記したように、カップリングコンデンサ(AltCC)を2倍の0.44μFにして試してみたら、確かに位相のズレは減ってDC接続(カップリングコンデンサなし)と それまで(1個)のの中間になったが、特に音は変わらなかった。

更に思い付いてDC接続※でも聴いてみたのだが、以前と同様に、なぜか・やっぱり音が駄目だった。: 荒さ(ザラついた感じ)やキツさや うるささを感じたものの、耳の調子のせいかと思って我慢して聴いていたら、少し耳が痛くなった(なかなか回復しなかった)。

※以前は駄目だったが、今は電解コンデンサもマイカコンデンサもないので、もしかしたら行けるかと思った。

推測ではあるが、入力にコンデンサがないために、DACから超低域の揺らぎ(ドリフト)や雑音が流れ込んで音を悪くしたり、耳に問題を起こすのではないか。あと、「歪み率の比較」に書いたように、中低域の歪みの謎の増大が関係あるのかも知れない。なぜ、AC接続だと歪みが減るのかも分からない。

他の原因として思い付いたのだが、DC接続の場合、DACの出力オペアンプの出力がボリュームを介すものの直接アンプに繋がっているため、振幅に応じた負荷変動が起こって、歪みが悪化したり音質が劣化するのかも知れない。※ あと、カップリングコンデンサがない場合、出力オペアンプとアンプが直流的に繋がっているのは なんか悪そうな気がする。

※そういうことがあるのかは分からない。: 実際、アンプの入力抵抗は大きいので、可能性としてはボリュームのほうがありそうだが、ボリュームがなくても低域の歪みは増大するので、アンプが関係していそうだ。

ただ、単に耳の調子が悪かった可能性(期待ｗ)もあり、まだDC接続を捨て切れない。AC接続で充分音が良いから そこまでの価値があるとは思わないが、仕組みがシンプルになるのが魅力だ。

そういう訳で、AltCCの正式版はアダプタにして着脱可能にするか、ASUSの元のカップリングコンデンサと交換しつつDC出力も付けるようにして、随時試せるようにしたい。

聴いて試す以外に、測定の時にDC出力は有用だ。

 

(2/11 9:01) その後、アンプ内蔵の、スピーカー保護回路の動作確認をした。ここは変更していないが、改良後の回路は以前と特性が変わっているので、それでも問題なく動くか確認したかった。

もちろん、保護回路は問題なく動く仕様だし、実際にアンプから出力しなくてもテスト回路でチェックできるが、実際に確認しなければ分からないことは ある。

改良後のフィードバック回路(AltFBC)によって超低域のゲインが抑制されているため、以前のように1Hzの正弦波を出力しても、最大振幅(-3dBFS RMS, 推定約1.3V※)でもオフセットと検出されずにミュートしなかった。

この時、手を抜いてスピーカーを繋げたまま出力したら、「ボツ」っという音が出て驚いた。調べたら、意外にコーンの動きが大きくて、何らかのタイミングでコーンが急に元の位置に戻る時に音が出たようだ(音を停める時にも、コーンの位置によっては出ることがあった)。

また、スピーカーは意外に感度が良いようで、1V程度でも大きく前後に動き(まあ、アンプが充分に電力(電流)を供給しているためだろう)、「ボツ」っという音も結構大きかった。

それでスピーカーを壊すのが怖いので、負荷を抵抗(大容量のもの)に換えた。が、そこでも「やらかし」たようだｗ チェックが終わって抵抗を外す時に、1個の脚1本が外れていることに気付いた。付ける時は問題なかったので、チェック中に外れたようだ。

推測だが、チェックの左右チャネルを切り替える合間に出力を切るのを忘れて居て、それなりに出力を掛けていた(最後の頃は15Hz, -8dBFS(推定出力: 約12W)の正弦波を試した)ために抵抗が熱くなって半田が外れたのではないか。聞こえないから気付かないが、なかなか危ない・・・

なお、最初にミュートしなかった最大振幅でのチェックのあとで耳閉感が起こったので、聞こえなくても耳に影響があることは確かだ。

※試行により、アンプの1Hzでの減衰(パワーバンドとの比)は約-22.5dBであることが分かり、また、事前の想定どおりに超低域でのアンプのゲインが抑制されていることが分かった(本来のゲインは10倍(20dB)なので、抑制によって概ね1倍になったと考えられる)。

どうやってDACから直流に近い信号を出すか試行錯誤し、デューティ比が100%に近い矩形波(1Hz, 99%)を出力することで「ほぼ直流」を出せた。そして-3.5dBFS RMS(推定約1.3V)でミュートした。これは保護回路の しきい値の+1.2, -1.4Vに合っているので、正常に動作していることが確認できた。

そして、上に書いたように、この確認では早速DC出力が活用できた。DC接続でなかったら、直流に近い矩形波はDACから出力も されないはずなので。

 

(2/12 8:23) 「出来た出来た詐欺」じゃないが、上で「看過できない」と書いた、低域での位相のズレが(音は全く問題ないものの)気に入らないので、「とりあえず試してみて、駄目なら使わなければ良い」という謎の論理でｗ、更にコンデンサ(AltFBC追加: ECQE 10μF, AltCC追加: UPZ 0.22μF(2個ずつ))を注文してしまった。

これらを追加すると、AltFBCもAltCCもカットオフ周波数が3.5Hzくらいに下がるので、幾らかは位相ズレが改善できるはずだ。

ただ、カットオフ周波数が下がると超低域の変動(ドリフト)も通りやすくなるのが気になるので、試して(聴いて)みないと分からない。だが、現状でも(耳の問題の原因と考えていた)10Hz以下が結構通っているけど問題ないので、大丈夫かも知れない。

そうすると、耳に問題を起こしていたのは超低域が通る・出ることでなく、(大容量の)電解とマイカコンデンサ(の誘電体吸収の害?)だったということになる(他に、DACとアンプを直結(DC接続)すると電気的な問題も起こるようだ)。

 

注釈

本文中の「DC接続」/「AC―」は冗長である。"DC"/"AC"は それぞれ"direct coupling"/"alternating-"の略で、既に接続の意味を含んでいるからだ。ただ、"DC"/"AC"だけだと直流/交流(direct/alternate current)との区別が付けにくいので、「接続」を追加した。

余談だが、「DCアンプ」のDCを「直流(まで増幅できる)」と解釈している方が居るが、それが正しいのか正しくないのかは分からない。 (僕も昔は そう理解していた。)

 

(-2/7 8:40 加筆・追記、修正、写真を追加など。煩雑なので、加筆・追記した日時を削除。; 2/7 9:34-10:25 低域の位相ズレと高域の歪み率の差について追記・補足, 「注釈」を追加; 2/7 10:59 振幅と位相のグラフを、DAC-ADC直結で正規化したものに交換し、特記事項を更新した。; 2/8 15:33 「書いたあとでの話」を追加; 2/8 17:55 振幅と位相の比較に加筆; 2/9 10:56 AltCCの設定を更新, 測定結果のグラフを交換, 13:40 BA3886単体の「周波数特性」他に加筆, 13:51 構成を若干修正, 15:55 題を修正; 2/11 9:01, 12:14 スピーカー保護回路の動作確認の話と関連写真を追加; 2/12 8:23 更なるコンデンサ追加の件を追加)

オーディオ系の改良、あるいは「作り直し」作業(主に耳への問題を改善しようとしている)は なかなかキリがなく、昨年末に書いたことの ほとんどが更新となっているうえに、新しいことも増えた。ちゃぶ台返しもあった。それでも、分かったことが少しずつ増え、耳にも良い方向に進んで居るので、そのうち終わりそうな感触ではある。

それにしても いろいろなことが あり過ぎて、今回も概略程度しか書けない。いつか、それぞれの詳細を書きたい(と書いておくｗ)。

 

サウンドカード(ASUS Essence STX II)のDAC部: カップリング回路

• 出力のカップリング回路(下図を参照): 随分試行錯誤して代替カップリング回路("AltCC")を調整し、ようやく、「マイベスト」や「ファイナルアンサー」は東信のUPZというコンデンサを抵抗なしにした場合でありそうなことが分かった。
  • カップリング回路周りの概略

DACの出力 → カップリングコンデンサ ―→ ボリューム → アンプ
                                                  |
                                                (抵抗)
                                                  |
                                                GND

• これまでに以下のような構成で試した。
  1. ASUSのオリジナルのカップリング回路("OCC")に、外付けのカップリング回路を追加(直列接続)
     • 「ちょっと試してみよう」の乗りだったが、意外に変化があったので、以下に繋がる・・・
  2. OCCを残したまま、DAC出力に代替カップリング回路(AltCC)を接続
     • この時は、OCCを残しておいても使わなければ(出力端子に接続しなければ)影響はないと考えていた。
  3. OCCを無効にしてAltCCを使用 (現在)
     • OCCでは抵抗でGNDに繋がっているために、弱いながらも電流が流れてDAC出力に影響があったので、OCCの手前で切り離して無効にした。

•  現在のAltCCの順位(耳に合う&音が良く感じる順)※
  1. ○ 東信 UPZ(0.22μF, 抵抗なし): 馴染める音。高域は丁度良い。
     • UPZだけは、試し始めた時から ずっと悪い印象がなく、せいぜい「地味」とか「華がない」のようなものだけだった。特性からは そういうことが想像できず、全く不思議なコンデンサだ。
     • カットオフ周波数: 約9Hz
  2. △ パナ ECHU(0.1μF, 抵抗なし): 音が いい感じはするが、高域が わずかに強目で派手な感じ。
     • カットオフ周波数: 約34Hz: 高いが、実用的には問題ない。
  3. △ パナ ECPU(1μF, 抵抗なし): 悪くはないが、高域が弱目で物足りなくなる。
     • カットオフ周波数: 約3.4Hz (測っていないので推定)
  4. △- ECPU/2(2個を直列接続 → 0.5μF, 抵抗なし): わずかに耳に問題が起こる。行けるかも知れないが、あえて選ぶことはない。
     • カットオフ周波数: 約7Hz
  5. △- ルビコン PMLCAPx2 (合計0.2μF, 抵抗なし): 少し耳が痛くなる(1個(下記)よりはマシ)。高目の帯域が近く聞こえた。あえて使う理由はない。 (AltFBCのついでに買ったものが届いたので、少し試した。: 1/24 18:00)
  6. 以下は不可(耳に問題(耳閉感など)が起こる)
     • ECPU(1μF)+20kΩ: 以前(アンプのフィードバックコンデンサが有効の時)は1-2番目に良い印象だった(今はECPU/2と同じくらいかも)。
       • 他もそうだが、なぜか抵抗を付けるのは良くないようだ。
       • カットオフ周波数: 約11Hz
     • ECHUx2(合計0.2μF, 抵抗なし): 少しキツい。少し前までは一番良かったのだが、確か、アンプのフィードバックコンデンサを無効にしたら(後述)駄目になった。
       • 試し始めた時は2-3番目くらいに良い印象だった。
       • なぜか、並列接続も良くないようだ。
       • カットオフ周波数: 約11Hz
     • PARC Audio(1μF)+20kΩ: 買った時の聴感が悪くて死蔵していたもの。今回も諦めずに数回試したが、やっぱり駄目だった。
       • カットオフ周波数: 約11Hz
     • ルビコン PMLCAP (0.1μF, 抵抗なし): 耳に問題(痛みや耳閉感: どちらも軽い)が起こる。音が不自然な感じ。 (AltFBCのついでに買ったものが届いたので、少し試した。: 1/24 18:00)
     • ルビコン MPS(0.22μF, 抵抗なし): 高音が強過ぎて耳が痛くなる。シャリシャリ感がすごい。うるさい。 (AltFBCのついでに買ったものが届いたので、少し試した。: 1/24 13:38)
       • あるページの歪み測定結果で良好なので試してみたが、音は良くなかった。
         • おそらく、そのページは単一の周波数(1kHzだったか)だけで歪みを測定しているため、それ以外の帯域の歪みの発生状況が異なるためだろう。一般的な方法ではあるが、余り有効・便利ではない気がする。(僕からすれば古い方法だ)
           • 余計なことだが、その方はその実態に合わない結果をもとに何かしただろうが、失敗しなかったのだろうか?? (まあいいかｗ)
       • まあ、電力用なので音が悪いのも仕方ないだろう。それにしても、容量はUPZと同じで特性も他と同様なのに、音が全然違うのが謎だ。
     • WIMA MKS2もどき?(1μF)+20kΩ?: 音がひどい(高音のギラつき)。以前の聴感も悪かった。抵抗は記憶が曖昧(記録を調べるのも面倒)。
       • カットオフ周波数: 約11Hz
     • オリジナルのカップリング回路(ニチコン FG 220μF+50kΩ(推定), OCC): 不思議なことに、この件を始める前は問題ないことも多かった。
       • そう言えば、音が良く感じる時と そうでもない時があったのは、僕の耳・体調や気分の影響や気のせいかと思っていたが、本当に音が変わっていたのかも知れない。
       • 電解コンデンサなので、カップリング回路に使うのは今一つ無理があるから、その関係があるのかも知れない。
       • カットオフ周波数: 約0.0015Hz(単体の場合): かなり低い。そのため、時定数も約25秒と長い。
     • DC(直結, コンデンサなし)
       • 「コンデンサを排除すれば(≒ DC構成にすれば) いい音になる」とは全く限らず!、カップリング回路が必要なことがある。
         • そもそも、聞こえない領域を苦労して伝達・増幅して弊害を出すなんて何と馬鹿らしいことだと、今は思う。
         • でも、安直な・にコンデンサを入れると僕のようにひどい目に遭うので、そのリスクを事前に回避する意味では意味があるかも知れない。
         • が、直流付近から そのまま出しても耳に問題が起こるので、やっぱり意味がない。
         • だから、直流付近を綺麗に切る必要があるが、それは難しい。そういうところが腕の見せどころの一つなのかも知れない。
• 耳に合うものは、DACからアンプへの接続形態、アンプのフィードバック回路によっても変わる。今は、上記のように、DACとボリュームの間にカップリング回路を入れるのが一番良い。また、アンプのフィードバック回路のコンデンサ(詳細は後述)は無効(なし)にしている。
  • カップリング回路とボリュームの順序を入れ換える構成も試したが、アンプの入力抵抗(合成抵抗)が大きくなって出力のオフセットが増大するのと、雑音に弱くなるのに加え、手持ちには丁度良い容量のコンデンサがないので止めた。
• ボリュームやアンプの入力抵抗やフィードバック回路とAltCCのコンデンサの関係で、カットオフ周波数やアンプのオフセットや全体的な超低域の挙動が変わるようだ。

※注: カップリング回路は前後の機器(回路構成)によって特性・挙動が変化するうえに、僕の耳は変な音に過敏なようなので、上に書いた感想や順位は僕の環境だけのもので、一般的なものではない。

だから、良く「コンデンサの聴き比べ」(オペアンプなども)とかあるけど、全く同じ環境でないと、そういうのは余り宛てにならないと思う。傾向をつかむ材料にはなるかも知れないが(全く違うかも知れない)、おそらく同じ結果にはならないと思う。そういう点で、事前検討なしでコンデンサやオペアンプを気軽に交換するのには賛成しない。

交換するにしても、一気に全部交換するなんてのは全く良くない。コンデンサの役割も効き方も全部同じではない。全部交換してしまったら、どこが効いたか/効かなかったか分からないではないか。

それにしても全く不思議なことは、上のどの回路もカットオフ周波数以外の特性(位相、歪み、雑音)は ほとんど変わらないのに(下にグラフを載せる)、耳が駄目とか高域が強いだの弱いだのといった、聴感の違いが生じることだ。想像だが、動的な特性や、(単純な正弦波でない)複数の音が混じった場合の特性(例: 混変調歪み)に違いがあるのだろうかと思う。

それぞれのコンデンサの特性(例: tanδ, 周波数-インピーダンス/位相特性)が関係しているのかも知れないが、知識が足らず、分からない。

 

DAC(TI PCM1792A)のフィルタとJACK(Linuxのサウンドシステム)のサンプリング周波数

• 元: 44.1kHz /slow → 前回: 96kHz/slow → 今: 44.1kHz/sharp
  • 96kHz/slowで問題なかったものの、高品質なアップサンプル(speex-float-10)は負荷が高く、全体的な負荷が高い場合に音切れすることがあるので、止めた。
  • なぜか、耳の問題はDACのカップリング回路/AltCCやアンプのフィードバックとも関係があり(超低域の変動に関係があるようだ)、そこらを改良した今は44.1kHz/sharpでも問題ない。

さまざまな苦労の甲斐あって、ようやく、「普通」(デフォルト)の設定で問題なくなったようだ。

今までは その普通の設定で耳が駄目だったので どうしてかと思って居たし、他の人は良く大丈夫だと不思議に思って居た・・・

駄目だったのは決して気のせいや思い込みではなく、以前は44.1kHz/sharpにするだけで耳閉感が起こった(何度試しても同じ)のだが、原因が確定していないだけに証明が難しい。

それにしても、DACのフィルタやサンプリング周波数が耳の問題の起こり方に関係するのは謎だ。少し前までは以前書いたサンプリング定理を誤解した方の話から、ナイキスト周波数付近のAM変調成分が超低域に出て、それが耳に影響しているのかと思って居たが、そこまで高域が出ていなくても起こるので、そうではなさそうだ。

それに、元々44kHzではslowが良かったのだが、それだとエイリアシングの漏れが多いので、超低域に出るAM変調成分もsharpより多いはずなので、耳の問題が ひどくなるはずだ。だから、AM変調成分と耳の問題は関係なさそうだ。

それよりはDACチップの特性が気になって居る。データシートには可聴域外(20Hz以下, 20kHz以上)の雑音などは書いてないので、どうなっていようがTIは我関せずだ。

「我関せず」と言えば、Scarlett Solo Gen.3のフォーカスライトも同じようなスタンスで、仕様は20Hz-20kHzなのだが、30kHz以上で雑音が増大することを指摘しても、可聴域外だから全く問題ないと言われた。聞こえなければ いくら雑音を垂れ流してもいいのだろうか?

雑音といえども、仕様として書いている範囲外に それほど小さくない音を出すのは問題ないのだろうか? その論理なら、アンプが数百kHzで発振して とんでもない音量で超音波を出しても、壊れなければ問題ないことになりはしないか?

 

アンプ(BA3886, 自作(キットを改変)): フィードバック回路

• 前回: サーボ基板が使い物にならないので撤去した。 → 今: サーボの代わりのフィードバックコンデンサ※も容量が大き過ぎて耳に問題を起こすようなので、変更しようとしている(→ 代替フィードバックコンデンサ, "AltFBC")。それでも駄目なら撤去する。
  • ※超高域でのゲインを下げて発振を防ぐため、フィードバックループとGNDの間の抵抗(下図のRi)の前にあるコンデンサ(下図のCi)。

• • • オリジナルのキットの容量は100μFと大きい(抵抗Riは1kΩ)。 → カットオフ周波数: 約1.6Hz (推定) (上図のTIのサンプルでは約7.2Hz)
    • なお、僕はゲインを下げるために抵抗Riを2.5kΩにしている(抵抗Rfは22kΩ)。 → カットオフ周波数: 約0.64Hz (推定)
  • 替わりのコンデンサAltFBCはルビコンのPMLCAP(10μF)を注文中で(→ 結果は後述: 1/25 16:51)、今はコンデンサなし(抵抗をGNDに直結)で試しているが、オリジナルより随分良い。
    • 問題がないならコンデンサなしでいいのだが、直流まで増幅するために出力のオフセットが大きくなるためか、入力を開放した状態で電源をoffにするとポップ音が出るのが気に入らず、小さいコンデンサで試そうとしている。
    • それから、キットでは100μFに並列にWIMA(0.1μF, 外見は上記の1μFのものより本物らしい)が付いており、実害がないのは分かりつつも、ボーカルの「かすれ」(後述)の原因ではないかという疑いや、上記の「もどき」で懲り懲りなので、一緒に排除したい。
      • 同様に、出力に付いている発振防止回路のコンデンサ(WIMA 0.1μF)もPMLCAPに交換する予定だ。
  • このような状況から、前回同様、あのキットを作った人の見識や技術力に疑問がある。
    • 以前も疑ったが、別の人が作った(考えた)ものに安易に自分の色付けをしたり、良かれと思って(逆効果な)変更をしたのかも知れない。
    • フィードバックコンデンサの容量以外にも、「ん? 分かってない?」と思われるものがある。あとで詳しく書きたい。
      • これらは今にして気付いたことで、そのキットを選ぶ時には知識が全く足りなくて、何の疑問も感じなかった。。。
      • そういう点で、今のアンプが とりあえずちゃんと音が出ているのは、結構な僥倖かも知れない・・・

(1/25 16:51) 届いたPMLCAP(10μF)をAltFBCに試したところ、意外にも※AltCCの0.1μFと同様に耳に問題(痛みや耳閉感)が起こって駄目だった。

※フィードバックコンデンサも音に影響があるのが意外だが、上に自分で書いているように、フィードバックコンデンサでも耳に問題が起こることを疑って交換したのだから、「何を寝ぼけてるんだ!」で、何に換えても いい訳は ない。

そもそも、フィードバックコンデンサはアンプのゲインを決める(低い周波数ではゲインを減らす)ので、出力する音自体を通しては居ないものの、言ってみれば出す音を決めているので、音に影響しない訳がない。

特性を測ると、低域(概ね60Hz以下)の歪みが大きいのと15kHz辺りに雑音があるのが気になった。ただ、前者は他の場合にも出ることがあるが問題のないことが多く、後者は基板や配線などが悪いのだが、やはり他でも出ていて問題ない。コンデンサを直列・並列にしたり、部品の取り付け方や配線を いろいろ改良してみたが、耳の問題は解消できなかった。だから、上にも書いているが、普通の測定では測れない違いがあるのだろうと思う。

一つ気になるのは、PMLCAPはメーカーの技術情報でも低域の歪みが大きいことだ。特に、今回のように直列に使う場合が良くなく、500Hz以下で増大するようだ。＊ (→ 参照: PMLCAPのテクニカルノート: P.7 「高調波歪み率」のグラフ(右側))

＊実は、それが気になってAltCCに使うのを止め、同じくメーカーの情報で、通常使用時の振幅での歪み率が かなり小さい(→ 仮に低域で増大しても問題ないレベル)ECPUにした経緯がある。

そのグラフの形は僕の結果に少し似ている(歪みが増大し始める周波数は違う)ので、それが原因なのかも知れない。が、上にも書いたように、元々のフィードバックコンデンサやコンデンサなしの場合にも同様な歪みが出ることがあるので、それが耳の問題の原因なのかは確かではない。

結局、フィードバックコンデンサを改良する手立てが何もなくなってしまい、苦し紛れ、あるいは、いつもの思い付きで、試しにAltCCで却下したECPU(1μF)を2個並列にして使ってみたら意外に良く、今のところ耳の問題は起こっていない(いつものことだが、コンデンサを換えると「耳の感じ」の違いが劇的なので驚く)。ただ、合計容量が2μFと小さいため、カットオフ周波数が34Hzと高くなり、「ちゃんと」するには4-5個並列にしなくてはならず(→ カットオフ周波数は17または13Hzと、「まあ許せる」値になる)、なかなか大変だ。

とはいえ、偶然ながら(耳の問題を減らすため)部屋の特性補正フィルタで33Hz以下は切っているから丁度良いし、そもそもスピーカーの再生可能低限は42Hzだ。その関係もあって、この状態で低音が足りないとは全く感じないので、実用上の問題は全くない。気分の問題だ。

それにしても、「気分の問題」なのに、実用上不要な帯域までサポートして耳に問題を起こして、結局気分が悪くなるのは全く矛盾しているし、一体何のために頑張っているか分からないな・・・ うむ。

(1/25 19:09) まあ、(自称)技術者なので、制作するからには、「なんか分かんない・偶然だけど、丁度いいからいいや」じゃなくて、ある程度自分で考え・理解し・求めたとおりに動くものにしたい。それに、今の環境が変わっても そのまま使えるような汎用性を持たせたってバチは当たらないのではないか? というのを免罪符にするｗ

結局、仕事じゃなくて趣味で作っているってのが一番大きいｗ

それで、もう一回だけ別のコンデンサを試すことにして、パナのECQEを注文した。正直言って余り期待していないが、アンプで もう一箇所交換したい、出力の発振防止回路(Zobelフィルタ)用コンデンサにPMLCAP(MPSも)が使えなくなった(音が悪いため)ので、一緒に買い直すことにした。それが駄目なら、AltFBCはECPUを追加して4-5個並列にし、発振防止回路は現状のWIMAで我慢か。

(1/25 21:48) ちょっと思い付いて、PARC Audio(1μF)を上の暫定AltFBC(ECPUx2)に追加して、合計3μFにしてみた。これだとカットオフ周波数は22Hzになり(実測値は約24Hzだった)、少し「世の中のレベルに追い付いていそう」になる(それだけ。表面だけのこと)。

試す前から、「良いことはなく、あるとすれば悪いことだろうな・・・」と思って居たが、本当にそうだった。: 試聴開始して1分で少し耳が痛くなった。3分で耳が駄目なので止めた(あと、聴きたくなくなった)。

付ける前より音が良くない感じなのは確かだが、何が悪いのかは表現できない。ただ、外したら、明らかに音が違う(良い)ので驚いた(というか、安心した)。高域の抜けが良い感じ、あるいは、曇りが さっと晴れるような感じだ。

一応書いておくと、PARC Audioを けなすつもりはなく、逆に、「きっと、何かいいところがあるのだろう」と思って何度も試しているが、毎回駄目で がっかりしている。ネットでは良い感想が多いようなので、使う環境・回路の違いや僕の耳が過敏なせいだろうか。

これに限らず思うのは、音の良さで売るのなら、せめて詳しい特性を公開して欲しいとは思う。グラフ一つすらないってどうよ。「音の良さは数値には出ない」という考えなのだろうが、買う方としては一体何を宛てにすればいいのだろうか?: 良くある健康食品みたいに、「個人の感想」を信じろと?

(1/27 19:43) 届いたECQE(4.7μF)を試して驚いた。期待していなかったのに、すごく音が良くなったのだ。もちろん、耳閉感や耳の痛みはない。EPCU(2μF)の時より音が はっきり・くっきりした感じだ。最初は わずかに耳にキツかったのが気になるが、少ししたら慣れたので、大丈夫そうだ。普通の特性も全く問題ない。AltFBCはECQEに決まりだ。「期待していない」などと書いたのは全く悪かった。

また、基本的にはZobelの交換用に買ったECQE(0.22μF)をAltCCにも試してみたら、これも良かった。もちろん、普通の特性もUPZと変わらない。ただ、全体的な雰囲気はUPZと変わらないものの、UPZのほうが音が好み(高音だけでなく、低音も わずかに豊かな感じ)なので、AltCCはUPZに決まりそうだ。

現在の聴感での順位を、AltFBCとAltCCの組み合わせで書く。まあ、ほとんど選択肢がないのだが・・・

1. AltFBC: ECQE (4.7μF), AltCC: UPZ (0.22μF) (以下、AltFBCとAltCCの記載順序は同じ。同じ容量の記載は省略する。)
   • フィードバックのカットオフ周波数(理論値): 14Hz (以下、カットオフ周波数はフィードバックの理論値)
2. ECQE, ECQE (0.22μF): 上とほとんど同じ。気分や好みや気のせい。
   • カットオフ周波数: 14Hz
3. ECPUx2 (合計2μF), UPZ: 「可能」(まあまあ、悪くはない)ではあるが、上を聴いてしまうと、敢えて選ぶレベルではない。
   • カットオフ周波数: 33Hz
4. (以下は許容できない)
   • ECPUx2+PARC Audio (合計3μF), UPZ: ECPUx2の まあまあだった音が、駄目になってしまった。
     • カットオフ周波数: 22Hz
   • PMLCAP (10μF), UPZ: 耐えられない音。。。
     • カットオフ周波数: 6.6Hz

僕には明らかにUPZが良い(今となっては ほとんど「一択」)ので、当初からAltFBCもUPZにしたかったのだが、容量が足りない(最大0.22μF)ので、残念ながら無理だ。それで、代わりを いろいろ試して、ようやくECQEが見付かった。

それから、今までの経験から、定説とは違い、必ずしもPPのほうがPEより音が良いとは限らなさそうだ。あと、チップコンデンサは良い音になるものが少ない傾向だ。それにしても、どうして こんなに音が違うのだろうか。なぜ、聴くに耐えない音のコンデンサが あるのか?

(1/28 6:50) 昨夜、ECQEの音に気を良くして、Zobelにも試してみた。さすがに、音には特に変化はなかった(悪化もせず)。特性も振幅以外は変わらなかった。振幅は、概ね想定のカットオフ周波数(72kHz)に近い、約88kHz(推定※)となった。位相にも変化はないため、問題なさそうだ。

※約96kHz(サンプリング周波数を192kHzの上限)近くになると、測定に使ったASUSのDACやADCの限界(仕様の上限は90kHz)のためか、(アンプを通さず直結にしても)元々の振幅が下がるため、正しい値が得られない。それでアンプの測定値を直結のもので正規化すると真の値に近づくが、上限近くはスロープが振動しているような形状になって正しい値が得られないため、推定値である。

なお、想定の周波数との差が大きいように見えるが、部品(抵抗とコンデンサ)の値の誤差や周囲の部品や接続した外部機器(スピーカー、ASUSのADC)の影響によるのではないかと推測している。

この構成(AltCC: UPZ(0.22μF), AltFBC: ECQE(4.7μF), 代替Zobel: ECQE(0.22μF))で数日間聴いてみて大丈夫そうなら、最後に残ったフィードバックの超高域のゲイン低減用コンデンサをUPZ(100pF)に交換し※、全体的に正式版にしたい。

※この部分は手が届かないので、部品の脚を切って「ちょっと試す」ことができない。

まあ、駄目だった時はどうするかという問題はあるが、その時に考えよう。

前回以降に出た新たな問題

• アンプのフィードバックコンデンサの影響 (上にも記載)
  • サーボを外した少しあとでフィードバックコンデンサを有効にしていたが、それで大分音が悪くなったようだ(当初は気付かなかったが、以降、耳の問題が増えた)。
    • 無効にしたら耳の問題が随分改善した。聴感的にも、音がすっきりした気がする。
  • ただ、この状態だと直流まで増幅するため、アンプの出力のオフセットが増大するのと、DACの超低域の変動(推測)の影響が防ぎ切れない感じ(推測)はある。
• オーディオインタフェース(ScarlettやASUS)のADCの入力カップリングコンデンサの影響
  • 大容量のようで、アンプ出力のオフセットの電荷が溜まって、あるいは、時定数が大きいために音(超低域)がふらつく(推測)のが良くない感じ。
    • ScarlettやASUSの振幅-周波数特性の下限は それぞれ20Hzや10Hzなので、そもそも対応範囲外の領域を測ろうとしていたので無理はあるのだが、接続した先に影響を及ぼすのは いかがなものか・・・
  • それが測定対象のアンプに影響を及ぼし、耳に問題を起こしていた。
  • そのため、再生音の超低域の特性を正しく・頻繁に測定することができず、今は聴感(耳に問題が起こるかどうか)だけに頼っている。
    • これを良しとはしていないが、測定できる機器がないので仕方ない・・・
    • この問題が分かるまでは、低音(80Hz)の正弦波や実際の演奏(クラシック, ポップ)の超低域(録音には入っていなさそうな帯域: 約0-20Hz)の振幅から、試しているAltCCのコンデンサの変動抑止能力を調べ・比較していた。 → 破棄した測定結果の一部を最後辺りに載せる。

 

再生音と耳の問題について

当初はDACの超低域の変動＊が耳の問題を引き起こす一因と考えていた。それが、試行を続けているうちに、それらやカップリング回路と耳の問題は余り関係がなく、耳や身体の調子によって起こり(要するに「不可避」)、起こったら治るまで待つしかない感じなのか※と諦めモードになっていた。

＊この稿を書く時、あるいはカップリング回路の調整をしていて思ったのは、現代のデジタル技術の粋()であるDACでも昔のレコード時代にあったサブソニックフィルタの類が要るのかということだ。おそらく同じ現象・問題だと思う。でも、誰も言わないのを見ると、僕のDACが劣化して変動が大きくなっているのだろうか?

いや、手持ちの別の機器(Scarlett)でも、別のDACの試用でも同様なことはあったから、今でもあるのではないか? ということは、多くの人は感じないのか。

※ただ、起こりやすい(誘発する)・起こりにくいものや音が悪いものは確実にある。どうしてか・何が違うのかは まだ分からない。あと、体温や身体の活度にも関係ありそうだ。: 朝など、体温が低いとなりやすい感じだ。

が、近頃はそうでもなさそうなことが分かって来た。大きなコンデンサによる超低域の変動(DACのカップリング, アンプのフィードバック, ADCのカップリング※)は耳に効くようだ。

※ADCについては全くの想定外で、それまでの超低域の変動成分の測定結果を破棄する羽目になった(ちゃぶ台返し)。その変な測定結果のために、上に書いたように「余り関係がない」と思いつつあった。

不思議なのは、こういう話を聞いたことがないことで※、僕の耳に問題・原因があるのだろうと思う。ある種の音に過敏なのではないだろうか。そして、過敏という点で似たようなことが過去にもあったことを思い出す。

• アンプ(ビクター A-X5)のライン出力にビデオデッキ(三菱, 電源off状態)を繋いでいると、ピアノ曲(内田のK.333 (1985)の頭辺りの単音(音が少ないの意)で鋭く弾く部分(記憶が あやふやになっているうえに今聴くと印象が違うが、おそらくこの辺り)で歪みを感じた。
  • 修理に来た人(当時はビデオも訪問修理してくれたようだ)は分からず・・・
  • 推測だが、ビデオデッキがoffの場合、入力部にある素子(コンデンサ? トランジスタ?)がアンプの信号に影響を与える(クリップさせる)のではないか。
• 電子ピアノ(カワイ PW800)に、1個だけ音が歪んでいるキー(中央のA辺り)があった。
  • やはり、修理に来た人は分からず・・・
    • 自分でも、故障ではないし、修理(調整)もできないだろうなと思いつつも問い合わせてみた。
  • 明らかに隣のキーとは音の感じが違っていたのだが・・・

※検索していて近いと思い、ヒントになったのは、低周波音での健康被害である。僕が「耳閉感」と書いているのは その症状である。

 

現状・効果

まとめると、ASUSのDACのカップリングコンデンサをUPZ(0.22μF)に換え、アンプのフィードバックコンデンサを無効にしたところ、耳の問題(例: 耳閉感)は滅多に起こらなくなった。ただし、上述のように、午前中や疲れている時など耳の調子が悪い時(推測)は起こることがあるが、それまでよりずっと軽い。

音も良くなったように感じるが、いかんせん、通常の特性(振幅、位相、歪み、雑音)は何も変わっておらず、機器の性能・仕様の限界のために 疑っている超低域の変動の測定もできず、客観的な比較・証明ができないので、あくまでも「個人の感想」である。

(1/28 7:09) その後、フィードバックコンデンサをECQE(4.7μF)にし、出力の発振防止用コンデンサをECQE(0.22μF)に換えたところ、その前に暫定的にECPU(1μFx2)をフィードバックコンデンサにしていた時より随分音が良くなった(詳細は上を参照)。数日間聴いてみて大丈夫そうなら、フィードバックの超高域のゲイン低減用コンデンサをUPZ(100pF)に交換し、全体的に正式版にしたい。

 

書いたあとに見付かった問題 (1/26 11:54)

アンプの代替フィードバック(AltFBC)や発振防止回路(Zobelフィルタ)用コンデンサなどを追加注文したあとに思い出して それらの耐圧を確認していたら、公称値が数百Vと高いものでも高周波の交流については意外に小さいことが分かった。: 例えば、今回注文したパナ ECQE 0.22μF 250VDCの交流の許容電圧は、100kHzで約5Vrms, 200kHzで約3Vrmsでしかない。アンプの出力の最大振幅は約±15V(約10Vrms)なので、最悪の場合はコンデンサが壊れるが、そこまでひどいことは なさそうだと思った(その前に耳が壊れるか、電源の容量オーバーで落ちる?)。

とは言え、念のため、アンプが どのくらい高い周波数まで増幅できるのか調べようと、フィードバック回路中にある超高域のゲインを下げるコンデンサ(上図のC_f)でのカットオフ周波数を調べようと思った。

ところが、(以前も書いたように)アンプICのLM3886のデータシートの式が謎だ。下に示す。

"External Components Description"のR_f2の項にある、カットオフ周波数f_cの計算式(ママ):

f_c = [R_f1 R_f2 (s + 1/R_f2C_f)]/[(R_f1 + R_f2)(s + 1/C_f(R_f1 + R_f2))]

式に不明な変数sがあって困っていたのだが、たまたま全く別のフィルタの特性を計算するページを見たら、どうやら周波数らしいことが分かり※、式が何か間違っている感じだ。この式はカットオフ周波数でなく、そのフィードバックの伝達関数(G(s))を求める式なのではないかと思う。

メーカーは修正せず、ユーザーも気付いて居ないのは謎だが、分かり切ったことなので飛ばしているのか、分からないけど とりあえずそのまま作っているのか、うやむやにしているのか。

※アンプを作る時の検討でも、"s"には見覚えがあったのだが、周波数だと分かって すっきりした。周波数fに2πを掛けたものだったか? 「角周波数」? (習ったのは大昔のことだし、不真面目だったので すっかり忘れて居る・・・)

伝達関数からカットオフ周波数を求める方法が分からない(怠惰なので考えていない)が、どうやら、その式から見るに、コンデンサ(C_f)と抵抗(R_f2)によるカットオフがコンデンサのない抵抗(R_f1)だけのフィードバックによって上がるだろうから、それらを「平均」※しているのではないかと推測した。(→ その後、式の意味が分かったので、下にカットオフ周波数の求め方を書く。)

上の式で、G(s)が与えられている(何らかの定数, 想定ゲインG)として変形して、回路のゲインがGとなる角周波数sを求めるようにすると、以下のようになる。

s= ((1 - R_f1 G )/C_f) / (G (R_f1 +R_f2) - R_f1 R_f2)

また、今回の回路に合わせてR_f1= R_f2= R_fとすると、カットオフの角周波数sと周波数f_cは以下式で求められる。

s= (1 - R_f G)/(C_f (2 R_f G - R_f²))
f_c= s/(2π) (Hz)

※データシートのサンプル回路でのコンデンサC_fと抵抗R_f1, R_f2の値を上の式に当てはめてカットオフ周波数f_cを求めると、

R_f= 20k, C_f= 50p, G= 0.71 (カットオフの-3dB)
s= (1- 20*1000 * 0.71)/(50/10¹² * (2 * 20 * 1000 * 0.71 - (20 * 1000)²))
= 710000
f_c= 710000/(2*3.14)= 113057 (Hz)

と、カットオフ周波数は約113kHzとなり、この式は当初想像した相加平均でなく、相乗平均を求めていたことが分かった。

そして、データシートの問題の式の"f_c"は"G(s)"などの誤りで、説明としては以下のよう感じが正しそうだ。

... A high frequency pole (lowpass roll-off) exists at angular freq. s in the next eq., where G= 0.71 (← -3dB):

G= [R_f1 R_f2 (s + 1/R_f2C_f)]/[(R_f1 + R_f2)(s + 1/C_f(R_f1 + R_f2))]

うむ。我ながらスッキリした!!!

そして、キットとデータシートのサンプル回路(Test Circuit #2)での、単体(コンデンサ+抵抗)と合成(抵抗だけの回路との相乗平均= データシートの式を変形した式(上記)で求められる値)のカットオフ周波数を求めてみた。少なくとも単体は正しいだろう。

• キット (15pF+22kΩ)
  • 単体: 482kHz
  • 合成: 340kHz
• データシートのTest Circuit #2 (50pF+20kΩ)
  • 単体: 159kHz
  • 合成: 113kHz

キットの300kHz以上は余りにも高い。100kHzでも充分なのに意味が分からない。ここでも不用意に部品の値を変えている感じだ。「帯域は広ければ広いほどいい!」といった馬鹿な考え?

それで、カットオフ周波数やコンデンサの容量はどのくらいが良いのか更に検討した。LM3886のオープンループ周波数応答のグラフ(データシートのFigure 49, 下に引用)を見ると、約100kHzまでは位相は概ね90°で一定だが、それ以上はズレが増し、約3MHzで180°になる。データシートのカットオフ周波数(120kHz辺り)は これに合わせてアンプの安定性を高めようとしているのだろう。

ところが、キットは400kHz近い。まあ、その辺りでも位相は115°辺りなので実害はないだろうが、「何考えてんの?!」だ。これは超音波用アンプじゃないよ?

他と同様に実害はないけど気になるので、気に入っているUPZ※を追加注文し、運良く間に合った。そして、「パンドラの箱」が閉じられるのが更に先になったｗ

※50pFがないので100pFにした。: それでもカットオフは約51kHzと充分な計算だ。それでも、もし低過ぎる場合には直列接続して50pFにできるように、多目に買った(一個16円と安いので できた)。

結局、このキットはLM3886以外は ほとんど全取っ替えだ。まあ、趣味だし勉強になるから いいけど、結果的には このキットは「駄目なもの」だった気がする。さまざまな変な値の部品には作った方の意図があるのかも知れないが、そうであれば それを資料に書くべきだ。その点で、作った方は技術者では ない感じがする。

そもそも、特性が一切書いてない時点で違う。キットだって、参考特性を載せてもバチは当たらない。とは言え、どういう訳か、載せているキット(それどころか、完成品の基板でも!)は滅多にないが。

(1/31 17:39) その後、各種コンデンサ(フィードバック(超低域制限, 超高域制限), Zobel)を交換して気付いたのだが、フィードバックの超高域制限("HCC")とZobelのカットオフ周波数は

HCCのカットオフ ≦ Zobelのカットオフ

の関係を満たさないとZobelが働かないことに気付いた。Zobelが働いて振幅が下がった途端に それがフィードバックされて、アンプがゲインを上げて振幅を元通りにするからだ。

オリジナルは当然駄目(HCC= 15pF: 340kHz > Zobel= 0.1uF: 159kHz)だ。当初の案(HCC= 100pF: 51kHz < Zobel= 0.22uF: 72kHz)や作業の容易さで変更した＊最初の実装(65pF: 79kHz < 0.22uF: 72kHz)は良かったものの、カットオフを上げたくなって※変更した実装(15pF: 340kHz > 0.22uF: 72kHz)は駄目だ。

＊オリジナルのコンデンサ(15pF)が手の届きにくい場所にあるのと 外すと再利用できなくなるので、まずはどんな感じか試そうと、50pF(100pFを2個直列)を並列に付けた。

※どういう訳か、実際のカットオフが理論値より低かった(約70%の55kHzだった)ため。

いつものことながら、思い付きで変更すると碌なことがない・・・ 再検討して実装し直す予定だ。

まあ、Zobelが働かないものの音は良いので、ちょっと安心している。

(2/1 22:49) 上のZobelの記述の前提に誤りがあった。超高域でゲインを下げるのはフィードバックの超高域制限用コンデンサ(HCC)で、Zobelは関係ない。完全には理解していないが、アンプの負荷(例: スピーカー)が超高域では開放のような状態になってアンプが発振することがあるので、それを防ぐため、Zobelは超高域で負荷になるようだ。 (→ 参照)

いずれにしても、 HCCのカットオフ ≦ Zobelのカットオフ のほうが良さそうだ。でないと、Zobelは発振を防ごうとしているのに、アンプはパワーバンドなのでZobelに対してガンガン パワーを掛けそうな気がするからだ。(どういうメカニズムで発振が起こるか分かっていないので、想像である。)

その件も踏まえてHCCとZobelの設定を検討し直し、以下で試している。HCCのカットオフ周波数については、可聴域での位相のズレをなるべく減らしたくて、当初の考え(50kHzくらいで充分)より高目にした。

• HCC: 50pF (UPZ 100pF/2) + 22kΩ → カットオフ周波数: 理論値: 103kHz, 実測値: 77kHz
• Zobel: 0.11uF (ECQE 0.22μF/2) + 10Ω → カットオフ周波数(理論値): 145kHz

(余談) HCCのカットオフ周波数の謎(上記)の原因を確かめたくて随分苦労した挙げ句に、オリジナルのコンデンサ(15pF)を破壊して取り外した(手の届きにくい場所に付いているため)。なお、実際にはオリジナルのコンデンサは謎とは関係なかった。そもそも(上述のとおり)小さ過ぎて無意味なので、無駄に外しても悔いはない。

 

その他

今使っている機器以外に、今までに耳に問題の生じた機器では、上のような大容量のカップリングコンデンサによる超低域の変動が起こっていたのではないかと想像している。ただ、それ以外に、雑音(超高域など※)でも耳の問題は起こるから、更に調べる必要はある(そういうのが、この「パンドラ」のそもそもの始まりだった気がする)。

※耳の調子もあるのだろうが、測定で超高域の雑音を目にしたものの、小さいからと気にせず出していたら、すぐに耳に来た。

それから、新年に買ったデジタルテスターは、アンプやDACのオフセットやカップリングコンデンサに溜まった電圧の測定に役立っている。上記のように、手持ちのADCでは正しく測れないことが分かったためである。クリップ付きリードもフルに稼働している。測定以外に、テスト的に部品を付けたり、端子を短絡させるのにも使える。線が細くて長いため雑音は乗るが(それが上記の超高域の雑音)。

 

参考: コンデンサの超低域の振幅変動抑止能力の比較 (破棄した測定結果)

AltCCの振幅変動(ゆらぎ)抑止能力を比較するため、低音(80Hz)の正弦波や実際の演奏(クラシック, ポップ)の超低域(録音には入っていなさそうな帯域: 約0-20Hz)の振幅を測定していたが、上述のように、測定に使ったインタフェース(Scarlett)の入力のカップリング回路の影響があることが分かったので破棄した。

それでも、グラフを見ると それぞれのAltCCのコンデンサの違いが出ているようだし、聴感にも合うことが多かったので、参考までに測定結果の例を載せる。いずれもアンプのフィードバックコンデンサが有効な場合のものである。

どういう訳かコンデンサ間で差が生じており、いずれでも10Hz以下のピークは概ねECPUが一番大きく、変動抑止能力が良くなさそうだと推定していた(それは聴感に合っていた)。

そして、得られた測定結果は疑わしいものの、測定・評価方法は それなりに正しいのではないかと考えている。直流から測れるスペアナがあれば確認できる。

 

おまけ: 録音の瑕疵?について

上記の過敏な耳に関連しているかも知れないが、以前からポップ演奏のボーカルの音で ちょっと気になることがある。

• ELO: Last train to London (1979): 0'48"辺りからのサビの"Last train to London"からの声(摩擦音)が かすれる。
  • 検索しても出て来ない。
  • 公式のAudio(上)では かすれが聞こえる(これも15kHzで切られているが、公式MVより音質が良い)。
  • YouTubeの公式MVでは かすれは小さい。高域を落としているせいか(15kHzで切られている)。
  • カップリングコンデンサによって聞こえ(かすれの強さ)方が違うように感じたので詳しく調べたら違いはなかったので、気のせいだと思う。
    • 最初のrepeat("Last-")のかすれが一番目立つ。それ以降は小さくなるので、全部同じと思って聞くと差があると感じることがありそうだ。
• Wings: With a little luck (1978): 1'14"辺りの"And a little luck, we can clear it up"の"we"に雑音(金管楽器かシンセ?)らしきものが被る。
• John Lennon: #9 Dream - Remastered 2010 (1974): 曲を通して、ボーカルの声(摩擦音)が かすれている。

 

という訳で、まとまりがないし、以前の伏線(じゃないけど)の回収もできないが、少しずつ書こう。

 

PS. 参照のため、すごく久し振りに内田のモーツァルトのピアノソナタ(K.333 (1985))を聴いたが、結構いい(まあ、それはそうだ)。昔は大好きだった。ただ、今聴くと音(録音)が当時の印象に比べて ちょっとくすんだ感じなのが妙だ。そういう音作りだったのか、今は僕の耳が不調なのか、オーディオが不調なのかｗ

あ、思い出した! ピアノの音を ちゃんと出すのはすごく難しいんだ。これもそれではないか?

PS2. 草稿とかメモには書いたけど、いかにもなので使わなかった文言(を消化するｗ)

認めたくないものだな(コンデンサに音があるなんて)

いいもの(コンデンサ)もある、だけど、―

意図していた訳じゃないのだが、近頃の稿がオーディオの話ばかりになって居るとおり、延々と続いている作業に、自分でも「何でこれを始めたんだったっけ?」と確認するくらいだ。大晦日の今日ですら いじって居たが、ようやく大丈夫そう、あるいは、許せる音になった(気がする※)。

※耳や身体の調子で聞こえる音の感じ(耳に合うかどうか)が変わるので、なかなか安心できない。

→ その後、大きな問題が起こっておらず、意外にも音も随分いい感じになったので、ひとまず大丈夫そうだ。 (1/3 7:58)

細かい話は あとで書きたいが、結局、オーディオ再生系のほとんど全部(ソフトもハードも)に手を入れた感じだ。全部作り直しとまでは行かないが、そういう部分もある。主なものを以下に示す。

以下で「感じ」のような表現が多いのは、今のところは特性のような値や理論が出せず、自分の印象・感想でしか良し悪しを表現できないためである。更に、おそらく僕の耳は過敏なようなので、それに合うことが音の良し悪しとして一般的かどうかは分からないこともある。

それから、オーディオで良く見る「数値で表せない音の良さ」のような言い方に近いが、そうではない。僕としては、適切な理論・測定方法が見つからない・実施できないだけで、何かしらの値で(定量的に)音の良し悪し(≒ 忠実度の高さ)が表せると考えている。

• サウンドカード(ASUS Essence STX II)のDAC部
  • 出力のカップリング回路: オリジナルが駄目な感じ※なので、コンデンサの手前から出力を取り出して、外付けの暫定版(AltCC2a)を自作した。 → 耳閉感・音が聞こえにくくなる症状の防止に かなり効いた。
    • ※コンデンサの容量が220μFと大き過ぎるために、超低域(直流から30Hz辺りと推測している)の変動が出力されて耳閉感を引き起こしている感じ。
    • 使ったコンデンサ＊の歪み特性が今ひとつ(とは言え、今は結構いい音になっている)なので、年明けに良さそうなもの(パナのECPU)を買って正式版を作りたい。
      • ＊以前買って気に入らずに死蔵していた、PARC Audioのフィルムコンデンサ 1μF
      • カップリング回路は実際にはHPFになっており、カットオフ周波数は後続の回路で変化することがあるが、参考までに単体と僕の環境(()内)での値は以下になる。 (→ グラフ: 振幅特性の比較)
        • オリジナル: 0.015Hz (0.030Hz)
        • 暫定版(AltCC2a): 8.0Hz (11Hz)
      • 細かくなるが、手持ちにWIMAのコンデンサ(MKS2?)も あって試したが、ものすごく音がひどかった(高音がギラつく感じ)ので止めた。
        • 1度だけでなく、数回試して いつもそうだった。どうしてかは分からないが、電源用で音を通しては いけないのかも知れない。
        • ↑書いたあとで調べたら、偽かも知れないものが出回っているようで(→ 参照)、マーキング(ロゴなし、天面に数字)や音の悪さが僕のと合う。。。 あとでもう少し調べたい。 (1/1 13:20)
          • ↑真偽・偽物については上のページと その関連ページ以外に情報がなかった。その情報が正しいにしても そうでないにしても、メーカーのロゴのないもの・音がおかしいもの(、あるいは、同一型番で数種類の音のもの)が正規品として出回っている(いた)時点で※、そのメーカーの信頼性はマイナスだ。
            • ※僕のは店で買ったのでなくキットに入っていたものなので、実際にはWIMAでない、色と形が良く似た偽物というオチも充分あり得る。
              • ↑キットの説明書を見たら、その1μFはWIMAとは書いてなく、しかも、どうでもいいところ(音は通らない)に使われていたので、本当に良く似たものだったのか(無指定で使われたものが あれだった? 「訳あり品」??)。それで音がひどかったのかな・・・ うむ。
          • いずれにしても、僕は あの音も色も懲り懲りで(それが正規品だったのなら なおさら!!)、使うにしても どうでもいい電源だけだ。 (1/1 20:35)
    • コンデンサの音を排除したいのでコンデンサなし(直結)も試したが、DACから直流(オフセット)や超低音が出るようで※、どうしても耳に合わなかった。
      • ※理論的には、I/Vのあとのバッファ(LPF)で打ち消されるはずだが、劣化のために どこかがアンバランスになっているのではないか。
    • (他もそうだが)この件については別途詳しく書きたい。
  • 出力切り替えリレー: 接点が音に良くない(という情報・定説がある)ので、試しにI/V変換部のあとの2個を排除した(直結した)。
    • 予想通り 特性は全く変わらなかったものの、確かに音が変わった(特に高域が少し良くなった)。
  • DACチップのデジタルフィルタ: なぜか、sharp(デフォルト, 遮断特性(傾き)が急)よりslow(傾きが緩やか)が音が良さそう(「slowでないと駄目」に近い)なことが分かった。 → 音のキツさが和らぐ以外に、sharpは音が悪く感じる。
    • それらの違いは超高域(ナイキスト周波数付近)だけだと思って居たが、実際にはそうでもない感じで、超低域にも影響があるのかも知れない(まだ良く分かっていない)。 (→ 参考グラフ: 右端の落ち方が違う)
    • サンプリング周波数44.1kHzのsharpが良くなさそうなのは分かるが、(理論的にはあり得ないのだが、)どうしてか96kHzのsharpも良くない感じだ。

• JACK(Linuxのサウンドシステム): 上のDACのフィルタの関係でサンプリング周波数は44.1kHzでなく96kHzが良いので、変えた。
  • なぜか44.1kHzのslowより96kHzのslowのほうが音が良い印象だ。
    • 44.1kHzのslowはエイリアシング成分が漏れて超高域(20kHz付近)の音が劣化するが、僕には聞こえない帯域である。それ以外に何か違いがあるようだ。
  • 本当は44.1kHzの整数倍の88.2kHzが良いのだが、サウンドカードがサポートしていないので96kHzにした。
  • 無駄にアップサンプルしているが、急なフィルタは音に良くないのは確かで、その急な部分が44.1kHzでは可聴域ギリギリ(22kHz近く)だけど、96kHzなら聞こえないところ(48kHz近く)に移る点で音に良さそうだから、全くの無駄ではなさそうだ。
    • なお、更に周波数を上げて192kHzなどにすると、DACの歪みが増えるなどデメリットがあるので、96kHz辺りが良さそうだ。
• 部屋の特性の補正用フィルタ: 一新(簡素化)した。 → 音のボヤけが結構減った感じ。
  • 左右を別の設定(補正値)にすると良くない気がしたので、同じにした。
    • 左右別に細かく補正しても意味がなく、大体合わせればいいようだ。
    • 別にすると、左右で音が変わってしまう(位相差の影響が大きそう)弊害が大きい感じだ。
    • あと、そもそも、音に対する処理は なるべく少ないほうが良い。
  • 超低域をカットするフィルタを、パラメトリックイコライザでなく緩いHPFにした。
    • HPFのほうが低域の歪みが随分小さいため。
  • 以前書いた、DACの歪みの左右差を補償する処理(HD2C)を止めた。
    • この差が本当に起こっているのか(測定時にだけ起こっているのでは?)疑問なのと、補償処理によって低域と高域の振幅と位相特性が劣化し、かつ、左右でアンバランスになるためである。
    • そもそも、歪み率が充分小さいので、左右に差があっても大きな問題でないこともある。
      • が、いつか解決したい。

• アンプ(BA3886, 自作(キットを改変)): サーボ基板が使い物にならないので撤去した。 → 耳閉感・音が聞こえにくくなる症状の防止に結構効いた感じ。
  • (耳閉感や動作が)どうも怪しくて いろいろ調べたら、設計(回路)が「なってない」感じで、付けても大した改善がなく(オフセットや超低域の低減能力が低い)、メリットよりもデメリットのほうが多そうなので外した。
    • まあ、良く分からず・考えず・テキトーな売り文句を信じて買った僕が悪い。: 微小なアンプの出力オフセット(数十mV)を補正するだけのために、出力に常に補正信号を加算するのは愚の骨頂でしかない。
      • 実際、追従性が悪いために、超低域と中高域の歪みが悪化していた。
    • これに ついては(も)いろいろ書きたいが、長くなるので別にしたい。

 

以上の成果として、耳のトラブル(耳閉感・音が聞こえにくくなる症状、音が悪く感じる現象、痛み)が起こりにくくなるとともに、随分音が良くなった感じだ。前者は確認継続中だが、音の良さは従来比2-3割増しくらいか。試した中には効果のないものや逆効果なものもあったが、上に書いたものは全部効果があった。

どういうふうに良くなったかというと、(毎度書いているが、)音がクリア・ストレートに聞こえる、以前は分からなかった繊細な部分が聞こえる(≒「情報量が増した」)、高音が良いといった感じである。

ただ、そういう感想は、音が悪くなっている場合(例: 歪みが増した)にも出るので難しい。その場合は、長く聴くと耳が痛くなったり、キツく感じたり、不自然な感じがして来るので分かる。

そして、CDなどには想像以上に さまざまな音が入って居るようだが、残念なことに長らく気付かず、こうして再生系を改良して初めて気付く。そういうことが今までに何度もあったことに驚くとともに、一体全体どのくらいの音が入っているのか考えると恐ろしいものがある。

ただ、いつも書くが、一つ明記したいのは、どれも音を「自分の好み」にするためでなく、スピーカーから出て来る音が自分の耳に合わなくて(例: 耳閉感が起こることがある)聴き続けられなくなるのを解消しようとして やっている。だから、音源(収録された演奏)の音は可能な限り そのまま出し(それが僕の「いい音」の定義)、音と一緒に出て来る(まだ明確にできていない)「耳に悪い要素」を減らす方向だ。

僕は、スピーカーから出すのは音源そのものだけにしたいと考えている。だから、音源の音が悪かったら悪いままで聴くより仕方ないと考える(あるいは、リマスターされるのを待つ)。

そういえば、以前、ダウンロードで買った曲の音が悪くて、自分でリマスターもどきをしたことがある。個人的には、明らかに音源の音がおかしいなら、再生系で音を変えるよりは音源自体を直すほうが ありかと思う。

それから、以前(サウンドカードを買った時)は問題なかったのに、どうして耳のトラブルが起こり出したかを考えると、サウンドカードの劣化、アンプを交換して特性が変わった(かなり向上した)こと(+余計なサーボがあったこと)、自分の耳の調子の変化(経年的なものと日々の時間的なもの)が絡み合っているのではないかという仮の結論になっている。が、まだ続きそうだ・・・

 

(1/3 7:58) 最初に追記したように、その後、耳の問題が ほとんど起こっていないので、現在の構成・設定で ひとまず大丈夫そうなことが分かった。そして、随分 紆余曲折して見付けた、耳閉感の原因の一つ(超低域の変動)が正しかったようで一安心だ。なお、耳の問題の原因は他にもあると推測しており、追って それらの確認を再開したい。

 

という訳で、まさに取って付けますが、来年も(こんな感じと思われますが、)よろしくお願いします。

 

(2023/1/1 7:52-12:19 加筆・修正, 写真・図を追加, 構成を改良; 13:20, 20:35 WIMAについて加筆; 1/3 7:58 現状で問題なさそうなことを追記)

去年の年末に自作アンプBA3886のボリュームを修理した時に、ボリュームの素子を換えた都合で内蔵アッテネータの構成も換えた。すると、何となく音が変わった気がした。それで、作ってから半年後(今頃)にアンプの特性を測って完成時の状態と比較する予定だったので、ついでにアッテネータの特性も調べた。

すると、アッテネータは問題なかった※のだが、アンプの小出力(振幅)時の歪みが増えていた。＊ 増えたと言っても充分小さいので実用上は問題ないので、それで終わりにしようとしたが、やっぱり、どうして増えたのか気になった。

※だからと言って音が変わらないとは限らないが、とりあえず、特性に問題はなかった。

＊例えば、出力が約11mWの時、1kHzの歪み率が完成時の1.3倍になっていた(0.0072% → 0.0093%)。

ボリュームなしでも同様なので、この歪みの増大が音の変化(かも)に関係している訳ではないが、半年でアンプに使っている素子が劣化したりしていたら良くないので、詳しく調べた。

結論としては、歪みの増大の原因は使用したサウンドカード(特にADC)の性能の限界と、雑音(の変動)による測定値の変動によるもので、アンプには問題ないと推測している。

どういうことかと言うと、アンプの出力(振幅)が小さい時は、当然ながらADCに入る信号も小さい。そのため、ADCの雑音成分の割合が増えてダイナミックレンジが狭まる。これが歪みの測定にも影響する。

全高調波歪み率THDは、入力の正弦波の電圧をV₁, そのn次高調波の電圧をV_n (n= 2..M)とすると、以下のようになる。(→ 参照)

THD= sqrt(ΣV_n²)/V₁ (n= 2..M)

※THD+Nはsqrt()の中に雑音電圧の成分N²が入る。

ここで、ADCで取り込んだデジタル信号を処理する場合、分母となる入力V₁の振幅が小さいとTHDの精度が落ちる(= 求められる歪み率の下限が大きくなる)。

例えば、上の例の、アンプの出力が約11mWの時は、ADC入力の振幅は約0.30Vとなる。それをデシベル表示すると-22.4dBとなる。それが分母に来るので、簡単に言うと、求められる歪み率の下限がこの分だけ上がる。

周波数対振幅・歪みのグラフ(下図)で考えると、入力(上の線)が小さくなると下に下がるので、中段の歪みの線(ほぼ変わらない)との間隔(= 歪み率)が狭まって、測定可能な歪み率の下限が大きくなる。また、一番下のノイズフロアにも近くなるので、その点でも精度が下がる。

ADCの仕様上の歪み率は、入力(1kHz)が-3dBFSの場合に0.0002% (-113dB)だが、DACとADCを直結して測ったところ、入力が-10dBFS以下※の場合には歪み成分の量は概ね-106dBFS(上のグラフでも分かる)で一定であった(この値は仕様より大きいが、DACとADCの歪み率が乗算されるためだろうか)。これをADC固有の「歪み量」と考える。

※入力が-8dBFSでも同様と思われるが、未確認である。ただし、-6dBFSでは増えた。どこかが飽和するのだろうか。

入力が-22.4dBの場合のADC固有の歪み率は約0.0055%であり、これが測定可能な歪み率の下限となる。一方、測定された値は0.0072%や0.0093%で、下限の1.3-1.7倍と、ほとんど余裕がなくて精度が悪そうだ。個人的には少なくとも10倍は欲しい。

もし充分な精度を得ようとしたら、ADCの前にゲインが20倍程度の超低歪みなアンプを入れるのだろうが、そういうものは持っていない(買えばとても高いだろうし、新たに作るとしたら、その歪み率が確認できない)し、そもそもPCのサウンドカードで高精度に測ることに無理があるので、そこまでする意味は少ない。

そして、この余裕のなさのために測定値(歪み率)が変動するのではないかと推測している。実際、何度か測り直したら、完成時の値が得られたこともあった。

不思議なのは、測るたびに歪み率が少しずつ増えたことで、ここから何か分かるかも知れない。

変動の原因を推測すると、サウンドカードに加わる(DACから出る、あるいはADCに入る)雑音の量が時間とともに変動するのではないかと考えている。サウンドカードはPC内にあるので、雑音の状況は いろいろな要因で変動しそうだ。特に、電源からの雑音が怪しい。

そして、特性測定ソフト(REW)は測定のために音を出す前に雑音を測定して減算してTHDを求めているはず(推測)だが、もし音を出している時にホワイトノイズのような雑音が出たら・入ったら、それは歪みとして扱われるので、歪み率が大きくなってしまう。もし減算していない(THD+N)なら、雑音成分は全部歪みになる。

 

いずれにしても、今のところ、アンプには問題ない可能性が高いことが分かったので、ひとまず安心した。

正確な測定のためには もっといいサウンドカード・ADC(例: 24ビット= 約144dBの精度のもの)が必要だが、そもそも今はほとんど売ってないし、アンプの測定のために買うのも馬鹿らしいので、壊れるまでは保留する。

 

(他に、一緒にスピーカー(部屋, 設置)の特性を測った時に もう一つ謎が出て、やっぱりちょっと苦労したのだが、長くなったので別にする。)

 

PS. ボリュームを修理してから少し経って、今日の夜辺りから音が良くなってきた(修理・交換直後の ちょっと活きが悪いとか鮮やかさが足りない感じがなくなった)気がする。そして、再び(いつものように)細かい音が聞こえるようになった。本当に音が変わったのか、慣れなのか、耳の調子が良くなったのか、それ以外かは分からない。

そして、もし本当に音が変化していて、それがボリュームに関係があるとすれば、全くの想像だが、使っているうちにボリュームの抵抗の表面が滑らかになって抵抗値が安定したとか雑音が減ったせいかも知れない。ボリュームには機械の要素があるので、ある程度の慣らしが要るというのは ありそうではないか。 (1/6 20:41)

先日書いた、ボリュームを最小にしても左から音が出る現象は、ボリュームの素子(可変抵抗器)の故障(接触不良)だった。正確には、僕の改造の仕方が悪くて※、入力のコード(ミニジャックは接触が悪くなって嫌なので、ピンジャックのコードを出した)を動かした時にコード経由＊で素子の端子に力が加わり、端子と抵抗の接触が悪くなっていた。

※ただ、記録を見たら(すっかり忘れて居たが、)最初に作った時も、一時的に接触不良になっていた(その時は測り直したら直ったので、「何かの間違い」と片付けた)ようなので、元々の製品の作りも良くないと思う。ボリュームの端子と出力のピンジャックの端子が近過ぎて、きつく曲がったコードの力が掛かりやすいのだ。

＊コードには抜け止めを付けていたのだが、コードが硬いため、コードが貫通するケースの穴を支点にして中で動いて居た。こういうのは慣れた方には常識かも知れないが、僕は機械とか構造の知識に乏しくて想像できなかった・・・

ボリュームの抵抗は炭素などで端子と半田付けはできないから、カシメで圧着している(+導電性ペースト?)のだが、そこに力が掛かると動いて接触が悪くなるようだ。 (→ 構造の参照: たまにエラーになるかも)

手持ちのアルプスのものを見たら、端子と抵抗の間に黒いものが塗ってあるようで(壊れたもの(海外製)は銀色か何も塗ってないか)、何となく、そういうところがアルプスが(割高だけど)いいと されている理由なのかも知れないと思った。

昔のTVなどを「叩くと直る」っていう不思議な現象の原因の一つには、こういうことがあったのかも知れない。まあ、これ以外にも、チャンネル切り替えスイッチなど機械的な接触部分は多いし、当時は真空管もあったから、それ以外のこともあるだろう。

そんなことは全然想像できなかったのだが、検索したら問題の現象が起こることがあると分かり(→ 参照)、確かにコードを左右に動かすと音の漏れ方が変わった。それで、試しに端子部をラジオペンチで挟んだりして(ここで力を入れ過ぎると、抵抗が割れてオシマイ)端子が抵抗に密着するようにしたら、直った。

近頃は寒くなったので、元々硬かったコードが より硬くなって、力が伝わりやすかったのだろう。

めでたしめでたし。

などと安心するほど おめでたくはないｗので、どう修理するか考えた。: 接触不良になった端子のところに導電性ペースト・塗料などを塗るのが簡単(安直)そうだが、既に接触が悪くなっているうえにペーストがどれだけ持つか不明だから、耐久性や安定性に疑問がある。しかも結構高く(送料を含めて400-1000円)、新しいボリュームを買うほうがマシだ。

それで、元々アンプで使おうと買ったものの使わずに仕舞っていたアルプスのものに交換することにした。これは抵抗値が元のより大きい(100kΩ, 元は10kΩ)ので そのまま交換できないが、新たに買うと高くて(送料込みで500円以上)もったいない(しかも、今は年末年始なので すぐには来ない)ので、回路を修正して使うことにした。

回路は、元々はアッテネータとボリュームを一体化させたもの(ボリュームの入力の前に抵抗を入れた)にしていたが、新しいボリュームは抵抗が大きいため、同じようにすると追加抵抗がかなり大きくなる(数百kΩ)ので良くないと考え、アッテネータを別に追加することにした。

そして、アッテネータを入れる場所(ボリュームの前か後(アンプの前)か)を考えた。: 前に入れると弱まった信号をボリュームで調整するので雑音の点で少し不利だと考えて、ボリュームの後にした。ただ、アッテネータがボリュームの抵抗とアンプの入力抵抗の間に入るから それらの相互作用があるので、問題があったら直すことにした。

アッテネータのゲインを元の-15.6dB(約1/6)に近くしたかったので、手持ちの抵抗でできる、10kΩと47kΩで-15.1dB(約1/5.7)とした。ボリュームに付けてチェックしてみたら、ゲインが想定より少し小さい(-16.5dB)せいか※、音が小さいようだった。おそらく上に書いた相互作用の影響なのだろうが、実用にならないほど音が小さい訳ではないので これにした。

抵抗値を変えたら大きくできたが、片方の抵抗を2本並列にする必要があって面倒なのと、両チャネルで聞いたら(上の時は片方だけだった)それほど小さくなかったので、止めた。

※書いたあとで気付いたが、数字を見ると差があるように見えるものの、実際には0.9dBしか違わないから設計どおりだったと言えるし、聞いても小さくなったとは感じないはずで、単なる思い込みとか片チャネルだったせいだろう(片チャネルだと音量は1/2, -6dBとなる)。

(1/4 12:35) その後、やっぱり もう少し大きいほうが良さそうな気がしたので(クラシック音楽で不足しそうな気がした)、ゲインを-12.3dB(約1/4.1)にした。ゲインは計算やシミュレーションから ずれるうえに、計算上同じゲインでも使う抵抗の大きさによって変わるので、試行錯誤し、10kΩと25.5kΩ(51kを並列に2本)を使った。

聞いた感じでは音量は余り変わらない気がするが、ポップ音楽のボリュームが1目盛り(11時→10時)くらい下げられるようだ。また、音は変わらない(良く言えば、落ち着いた感じ)ので、修理する前は左の接触不良のために変(不自然)な音になっていたのではないか。

それから、今回の問題を再発させないため、構造を改良することにした。最初に書いたように、ボリューム(素子)の端子と出力のピンジャックの端子が近過ぎて、コードが きつく曲がって力が加わりやすいので、ボリュームを180°回転させて、ボリュームまでのコードにゆとりを持たせてカーブを緩やかにすることにした。更に、コードをボリュームに固定して、仮にコードが動いても端子には力が伝わらないようにした。

(1/3 14:00) その後、コードをボリューム(素子)に固定すると力が掛かって良くない気がした(例: ケースが歪んで移動電極と抵抗がズレる)ので、ケースに自作アンプBA3886で余ったボスを貼り、それに結束バンドで固定した。

ボリュームを回転させて取り付けると、ボリュームの回り止めの突起がケースの穴に入らなくなるので、突起を折り取り、ボリュームとケースの間に薄いゴムを貼って代わりにした。 (写真: ボリューム右側の黒い四角。左右に2個付けている。)

なお、ケースは台形で前が低くなっていて、ボリュームの端子がケースに接触しないか不安だったので、ブルタックを使ってチェックして端子の曲げ方を調整した。(→ 写真: 一番下の端子の上の薄灰色) 更に、端子に付近のケースにクリアフォルダーや絶縁テープを貼って、端子がケースに接触するのを防いだ。

また、実際に作ってみると、コードが硬くて曲がりにくくて端子に力が加わるようなので、ボリュームの回転量を180°より大きくした。回転させて取り付けた おかげで、ケース内の配線が随分すっきりした。

組み上げて、雑音と周波数特性(振幅, 位相, 歪み)を確認したら問題なかったので、仕上げて完成した。と思っていたら、今朝、起きる頃にコードの抜け止めを付け忘れたことに気付いたので付けて、本当に完成した。

例によって ちょっと気になるのは、最初に曲を聴いた時に、音が違う(レンジや左右の広がりが狭い)感じがしたことだ(聴き続けたら直り、逆に、低音が出るようになったと感じた)。これは、元のは接触不良で音が変になっていたのが直って(わずかに)音が変わったためなのか、上記の相互作用の影響なのか、疲れのせいか、毎度の気のせいなのか分からない。あとで、スピーカーやアンプの特性の確認をする時に、ボリューム(+アッテネータ)+アンプの特性もチェックしたい。

(1/4 13:24) ボリューム(+内蔵アッテネータ(ゲイン変更前))+アンプの特性をチェックしたが、問題は なかった。だから、音が違って感じるのは、上に書いたように接触不良で音が変(不自然)になっていたのが直ったためか、接触不良だった左チャネルの音量が大きくなっていて、音のバランスが狂っていたためだと思う。

→ チェックで生じた ちょっとした謎について、別の稿に書いた。また、今(1/6夜)になって、音が変わった感じは直ったようだ。 (1/6 20:47)

 

余談

「1dBの左右音量差でも気になる人が居る」とか書いてあるページがあったが、眉唾だ。仮に分かったとして、それがどのくらい音楽演奏の質や音質に影響を与えるのか疑問だ。頭を少しでも動かしたら、1dBくらい簡単に差が出そうなものだし、単なる音量差なんて脳がいくらでも補正すると思う。

確かに、左右の音量差があると楽器などのバランスが変わって演奏の印象も変わるだろうが、頭や身体の移動による影響を排除するため、それらを(レースカーのシートベルトのように)ガッチリ固定し、空気の動きによる変動も排除するため、空調も停めて聴く必要があるだろう。

そこまで気にしたら、コンサートなんて まず行けないねｗ

そもそも、そんなことより、部屋やスピーカーの特性による周波数ごとの(左右どころか片チャネルでも)音量差は1dBなんてものじゃないと思うが、それは気にならないのか?? 「別の話」?

実際、僕のボリュームを直す直前は、常用する音量での左右の音量差は10dB以上あったが、音に関しては特に気にならなかった(ちょっと鈍感過ぎるがｗ)。

 

(1/3 14:00 入力コードの固定方法を変更した件を記述し、写真を追加。)

自作アンプBA3886の完成から半年近く経った。※ 僕が作ったのに、今まで(覚えている限り、)何も問題が なかったのが、とても意外だ。もちろん音はちゃんと出るし、雑音が出たこともない。疲れ以外で耳閉感が出たこともない。それから、直流が出力されることはなかったようで、通常使用時に自動ミュートしたことはなかった(もちろん、スピーカー保護機能が壊れている可能性はある)。更に、天面をシートで塞いでいるおかげで、内部に埃が溜まることもない。そういうことから、アンプは「ちゃんと」動いているようだ。

まあ、半年で壊れたら目も当てられないがｗ

※最初は、完成から半年経ったと思って題もそういうふうにしていたが、良く調べたらそうでないので半端になった。まあ、年末の締めということでｗ

それどころか、おそらく、このアンプの音への慣れか僕の耳の調子の関係か気のせいだとは思うが、近頃は演奏の細部が とても良く聞こえるようになり(例: 小さい音が、曲の他の音に紛れずに聞こえ、毎度書いている「発見」がある。音量が小さくても ちゃんと(悪い音でなく)聞こえる)※、なかなか満足している。記憶の限りでは、前のアンプとは大違いだ。

書いてから思い出した。おもしろいのは、元(録音など)から音が悪い演奏は、本当に音が悪く聞こえる。今までも感じていたかも知れないが、より はっきり分かって、「ひどいなあ」と思ってしまうことすら あるようになった。＊ まさに、昔のフィルムのCMのように、「そうでない方は それなりに」であるｗ (17:27)

＊SpotifyのDaily mixのように いろいろ掛かる場合、音が悪い演奏を聞くとアンプの調子が悪くなったかと心配するのだが、次の曲では直るので そうでないと安心する。

ただ、誤解しないで欲しいのは、僕は音質が悪いと嫌な気分にはなるが、それと演奏の良し悪しは全く別だ。音が悪くたって いい・乗れる演奏は いっぱいあるし、音が良くたってクソな演奏は多い(こっちのほうが多い)。 (17:36)

※こういうのは、良く「エージングの効果が出た」と言われるが、僕は信じていない。というのは、エージングとして例えば数百時間の使用で素子の特性が微妙に変わって音が良くなるとしたら、逆に悪くなることだってあるはずだが、それについて話す人が居ないからだ。

ただ、近頃、ほんのちょっと気付いたことがある。ボリュームを最小にしても、左から わずかに音が出る(以下、「漏れ出る」)のだ。少し調べてみたら以下のような結果となり、アンプではなくボリュームの問題と推測している。

• ボリュームの前で左右チャネルを入れ替えると、反対側のチャネル(右)から漏れ出るようになる。
• ボリュームなしで とても小さい音※を出して試すと、左右で聞こえ始める音量に格段の差はない。

※1kまたは2kHzの正弦波を使った。2kHzのほうが聞こえやすいようで、-90dBFSくらい(アンプのゲインを考慮すると、スピーカー出力は約-70dBFS)から聞こえた。この時、アンプの入力は約78μVで、スピーカー出力は約780μV, 0.076μWと、とんでもなく小さい(計算が間違っていないかと心配になる)が、聞こえることに驚く。そんなに小さい量なら、どこかで漏れても仕方ないように思う。

出来た時には漏れていなかったように思うので、ボリュームの素子(例: スライダーの位置ずれ、抵抗値のずれ)か、ボリュームに内蔵したアッテネータの抵抗や配線の被覆や半田が経時劣化でもしたのだろうか?※ 面倒なので、まだボリュームの中を見てはいないが、年内にスピーカーからの再生音の特性の測定(・調整)とアンプの特性と動作のチェックをする予定なので、その時にアンプやボリューム単体のゲインに変化や左右の差がないか調べてみたい。 (その結果は ここに追記したい)

※そういえば、近頃は寒くなったので、経年劣化でなく温度による変化＊なのかも知れない。そうであれば、ボリュームの素子、特にスライダーが一番怪しそうだ。

＊完成直後の8月と今の平均的な室温を比べると、大体5℃くらい低い(27 → 22℃)。

(12/30 19:29) 近頃、ボリュームの問題が悪化した(漏れる音が大きくなった)ので調べたら、ボリューム(素子)の端子と中の抵抗の接触不良が原因であることが分かったので、素子の交換などをして直した。接触不良は経時劣化で起こったものではなく、僕が改造した時の構造の不備が原因だった。詳細は別途書く予定。 (→ 書いた)

それから、上の件や それ以外の作業をしていたため、年内にはアンプの特性の確認はできず、年明けにする予定だ。

 

PS. 少し前に考えたことを思い出したので書いておく。: サウンドカードに電子ボリューム(デジタルでない、出力振幅を変えるもの)が内蔵されていれば、外付けボリュームが不要になって※、上のような問題は起こらず、音質も多少は向上するはずだが、まだ調べていない。 → 調べたが、残念ながら なさそうだ。あれば資料や図に書いてあるだろうし、コスト上昇と音質劣化の原因になるので、わざわざ付けるとは思えない。

※その代わり、USBなどのボリュームノブが要る。

(「本当にこれで終わりだ。」の舌の根の乾かぬうちにｗ追加)

自作アンプBA3886の電源・ミュート通知ランプの光を見やすくするための導光を改良した。ストロー+マスキングテープだと光が弱いので、何とかしたかった。調べると、光はプラなどの透明な棒の中を通る(屈折率の関係で棒が曲がっていても通るらしいから、管より棒のほうが良さそう)とのことだったので、(今はコンビニでは左のページにあるような透明なプラのフォークは手に入らないので、)アクリル棒などを買って加工してみようと思った。

疲れでパワーがなくてしばらく店に行けなかったのだが、昨日、眼科(別途投稿予定)からの帰りに100円ショップに寄った。が、なぜか、そういう素材系のものがほとんどなくなって居て、アクリル棒なども全然なかった。使える可能性があったのは、光る耳かき(光の通る先端部を使おうと思った)とタオルハンガー(透明なポリカーボネート製)程度だった。別の店でも同様だったので、光る耳かきを買って来た。

余談: 店で見て居たら、光る耳かきは独り者には全く無用の長物であることに気付いた。自分の耳の中が光っても見えないではないかｗ それでスマフォで見られるものが売られているのだろう。ただ、それにしたって鏡みたいに左右逆(かどうか不明)など結構怖い気がするが・・・

とりあえず光らせてみたら、予想以上に強烈に明るくて驚いた。まるでライトセーバーのようだ。※ だからでもないが、なるべく非破壊的に分解しようと思った。意外にうまく行き、ほとんど時間が掛からずに、無傷で先端部(導光棒)を外せた。

※本体まで煌々と光るので、先端の透明な棒の意味があるのかとか、これを使って耳かきをしたら目がおかしくならないか、ちょっと疑問だｗ ただ、パッケージの絵に偽りがないどころか謙遜しているのに、感心したｗ

試しにアンプのランプの上に付けてみたら結構明るかったので、導光棒底部のバリを取り、ブルタックでちゃんと付けてみた。明るくなると思って棒の先端のシリコンのカバーを外したが、明るさにムラが出るのでカバーを付けた。そのほうが明るさが均等かつソフトになっていい。それから、ミュート時の赤は やっぱりいい色だ。この色は妖しくて癖になるｗ

当初は、うまく使えるようなら、少し曲げて底部がLEDの真上に来るようにしたり、先端を切って丁度いい高さにしようと思って居たが、そのままでも、少し斜めに付いて居るけどLEDの光がちゃんと受けられ、上部全体が光って見やすいので、外れるとか何かにぶつかるとかの不都合がなければこのままにしておくことにした。結局、ほとんどポン付けで うまいこと行ってしまった。それから、光り方が、大昔に欲しかったヤマハ A-5などの羊羹的なランプに似ていていい。

これで、机で椅子に座った状態でも、少し身体を動かせば電源・ミュートの状態が分かるようになったし、遠くからでも状態が分かるようになった。

 

なお、残った本体はちゃんと光るのでスポット的に照らすライトに使えるが、そういう用途があるのか不明だ。更に、先にオーディオ用の光ファイバを付ければ奥まったところも照らせそうだが、そんな用途があるのかも不明だｗ

この稿では、自作アンプBA3886の製作に関する、今まで出していなかった素材をまとめて出す。製作に関しては本当にこれで終わりだ。

使わなかった話と写真

• スピーカー端子の固定
  • 元々の横長の穴にテキトーに付けただけだと、着脱の時に端子が回転してズレるので、ケースをヤスリで削ってちゃんと取り付け穴を作った。そこに端子の広い部分が嵌って固定できた。
  • なぜか、端子の間隔は2.54cm(1インチ)くらいがしっくり来たので そうした(つもり)。人間工学的にいい単位なのだろうか?
• 小さいリレー2個がスキー板みたいに大きな箱に1個ずつスカスカに入って、2個口で送られて来た・・・
  • 間違ってレール(?)2本分(数十個)頼んだかと心配した。
  • 送料無料だからいいけど、ある意味嫌がらせ??
• ミノムシクリップ付きコードの修理: 駄目になったミノムシは自作したものではなかった。コードが金具に圧着されているところの手前(クリップの反対側)が折れて接触不良になっていた(事前に予想していた圧着部ではなかった)。そのため、引っ張ると簡単にちぎれた。駄目なものは直し、残りは補強した。
  • しかし、直したものもすぐに反対側が駄目になったので、もう寿命と判断し、新しく買うことにした。
  • → 新しいもの(秋月)はつるつる滑って親指を痛くした?? 右の親指の外側だけが痛む。 → しばらく使わずに居たら痛みは軽くはなったが、まだ治らない。他に原因??
    • 滑る以外にバネが硬いせいもある。
    • → 滑りは台所用アルコールや洗剤では落ちないが、ディゾルビットならなんとかなりそうだが、全部にやるのは面倒なので、そのままにしている。
• 基板の固定
  • 放熱のためにLM3886をベースに付けているので、基板がベースに垂直になっていて固定が難しかったが、ネジ穴に細長いプラ板(DVDケースの背を切ったもの)を付け、それをベースの端とベースを固定しているゴムスポンジの間に挟んで、基板が動きにくくした。
• 最後のピンジャックの交換
  • シンプルな2連のピンジャックが、無事ケースに接着できた。
  • これなら、着脱の際に中心電極が回転して線を傷めることはない。
• ランプの光を延長: 雑音の少ない置き方にしたら、電源・ミュート通知ランプがヒートシンクの陰になって見えなくなったので、とりあえず、ストローの導光管を付け、上端のマスキングテープで散光した。それまでの散光フードは外した。
  • 余っているオーディオ用の光ファイバを使おうかと思ったが、難しそうなので、断念した。
  • 暗い(薄い)が、点いていることは なんとか分かる。
  • ミュート時の赤は、いつもながらいい色だ。
• ボリュームの入力をピンジャックに
  • 雑音の入りにくい8-oneのコードをボリュームの入力にも使いたくなったので、入力をピンジャックにした。
  • 元々アンプの入力に使っていた、中心電極が回ってしまうピンジャックを使った。
    • 期待せずに瞬間接着剤を付けたら、なぜか まあまあ付いていた。
    • まだ弱いが、このコネクタはあまり着脱しないので良しとした。
  • それを、(なぜか手元にあった)ピンプラグのカバーに嵌めた。
    • これも弱いが、あまり着脱しないので良しとした。
• 部屋(スピーカー)での測定結果
  • アンプを換えてもスピーカーでの特性はほとんど同じだった(上(LR)中(L)下(R)、それぞれ2本ずつの線が交換前後の特性)。
  • それでも音が違うのは、動的な特性や複数の音が混じっている場合の挙動が違うせいだろうか?
  • (アンプには関係ないが、)以前からあるLの120Hz辺りの広く深い谷をなんとかしたいが、どうにも難しい。
• 片付いた作業机の様子
  • さまざまな物がなくなって、随分すっきりした。今はもっと片付いている。

細かい工夫や発見・トラブル・アイデアなど

• コイルの作り方: キットの説明書には「10回」と大雑把な指定しかなかった(直径は「鉛筆」、ピッチの指定はなし。インダクタンス値の指定もなし)ので、別の回路図で想定されるインダクタンスの値を調べ、便利なページで正確な巻数、直径、ピッチを確認した。
  • まあ、大雑把なものでいいのだとは思うが、基準を明確にしたかった。
• サーボ基板を繋ぐコネクタを壊した。
  • キットの説明書に何も注意がなかったので、長いコネクタ(3つに分割して使う)をニッパで普通に切り分けたら外装が割れてしまった。。。
  • → かなり苦労して補修したが、接触不良を疑って新しいものに交換した。
  • 上のコイルもそうだが、説明書の写真が不鮮明で見にくかったり回路図の描き方もいい加減(線が接続されていない箇所がある)だったりして、このキットは(箱に比べて)随分大雑把な印象だ。
    • 線が接続されていないってことは、手描きの回路図をドローツールで清書したのだろうか? 当然、シミュレーションもしていないのだろうか。
• (ヒートシンクを使おうとした時) 基板の奥行きがわずかに(<1mm)広く、LM3886の下部とヒートシンクの接触が不充分だった(隙間ができた)。 → ヒートシンクに力を掛けてLM3886の脚を曲げて外に出した。
• 何回もの修正・変更で、コンデンサなど大きい部品の外装が(間違って触れた半田コテの)熱でボロボロ・・・
• 電線は見た目は細くても大電流が流せる。
  • 例: AWG22(径: 約0.6-0.7mm)でも7A前後も流せる。
  • ただ、電源のインピーダンスとは別かも。
    • 過渡特性の関係なのか。特にコネクタは良くなさそうで、大出力時に超低域の歪みが増える。
• 電源電圧は±12Vか15Vか? → 検討して±15Vにした。
  • DC-DCコンバータの出力は固定(30W)で、それを電圧と電流に按分(?)する(P= IE)のとLM3886の電圧降下の関係で、15Vのほうが最大出力が大きくできるため。
    • 12Vでは電流に比べて電圧が低いため、電源容量に無駄ができてしまう。
    • 書いたあとで気付いたが、ステレオなので左右で同時に大きな音が出る場合が多いことを考えると、電流が多目に取れる12Vのほうが良かったのかも知れない(誤差の範囲かも知れないが)。 (7/6 7:37)
      • まあ、そもそもそこまで大きな音量で聴かないので、実用上は関係ないことは確かだ。
• 内部のモジュール間の接続にXHコネクタを使ったのは大正解だった。PCの電源で言えば「フルモジュラー式」で、作業や調整や確認の時に半田付けなしで手軽に着脱できるのが良い。
  • ただ、線やコネクタの容量は充分でも電源のインピーダンスが上がるようで、大出力時に中低域の歪みが増えたので、GNDはコネクタなしで直結の線を追加した。
  • あと、入力やスピーカーの音を通す線は接点を減らすために直結にしたので、手軽にできない作業もある。
• ブレッドボードは便利だが、意外に部品が載らないし、込み入ってくると配線に手こずる。そして、GNDと電源のラインがあったほうがいい。ないと、足りなくて苦労する。あと、ジャンパ線も15本では全然足りない。関係ないけどミノムシも足りない。直しても足りないｗ
• エネループは単3ですら強力で、ショートさせると本体もコードも熱くなる。
  • 気付かないでいると、コードの被覆が溶けるのでは?
• 作業中に工具や部品が落ちそうになった時、咄嗟に取ろうとしないほうがいいのかも。
  • 鋭利なものや熱いものの場合、危険 (例: ナイフやドライバーが太腿に刺さる、火傷する、潰れて壊れる)
• 段々細くなる半田
  • 太いと横に流れることがあるし、無駄に使うから良くない。
  • 元々は確か1.2mmだったのが、1mm(アンプを作る時に補充) → 0.8mm(最後に補充)となった。
• 先端が磁石の工具は全然良くない。特にラジオペンチ。
  • 部品やリード線をセットして放そうと思っても くっついたままそのまま戻ってしまうので、苦労が水の泡になる。
  • 使おうと思うと、先端にリード線の切れ端がくっついていて汚らしいし、危険。しかも簡単には外れないから面倒。
• ハリ玉よりブルタックのほうが柔らかいうえに強くて良い。
  • ただ、剥がしたあとにくっついて少し残ることが多い。柔らかいためで、その分付きがいいので、一長一短。
  • 白でなく薄い水色なので、見えるところに使う場合は問題になるかも(そういう想定のものではないが)。
  • 量も多く、割安な感じ。
• 半田吸い取り器が全然吸い込まなくて がっかりした。なぜ??
  • その後、使い方を思い出して なんとかなった。ただ、少し弱い感じ。ピストンとシリンダーの隙間が大きいせいか?
• 基板から外に出している線が折れやすい。
  • 半田の付いた部分が硬く、付いていない部分との境目辺りが弱いようで、何度も線を動かすと切れる。
  • → 接着剤ではうまく保護できず、ブルタックを被せて動きにくくした。
    • 本当は、半田の付いていない部分(被覆)を基板に固定すべきなのだろう。
• 「海苔」音源(例: ELT)が以前より普通に聴けるのは、歪や雑音が少ないとか、低域の再生能力(← 歪 ← 電源)が上がったせい?
  • それでも、疲れている時は長くは聴けない。

使えたもの/使えなかったもの

• 最も使えたもの
  • 回路シミュレータ: アナログ回路は詳しくないので、これがないと何も試せなかった。
  • ブレッドボード: 半田付けなしで回路を動かせるのは すごく便利だった。
  • XHコネクタ付きコード(ラジコン用): (上述のとおり)
• 最も使えなかったもの
  • プラのメッシュ: 電源コードをまとめるのに使おうとしたが、使わず。
    • 触るだけで端がバラける(そうしているうちに、使うところがなくなりそうだった)。それを固定する方法が不明。
    • 僕の確認不足だが、太過ぎた。
  • Scarlett Solo
    • アンプの測定には特性が悪過ぎる。歪みや雑音がサウンドカード(ASUS Essence STX II)の10倍くらい大きい。

参考にした・便利なサイト・ページ

• LM3886関係
  • Circuit Basics: A Complete Guide to Design and Build a Hi-Fi LM3886 Amplifier: 「LM3886アンプの作り方」的な記事
    • 僕の知識不足のせいか、変な点・腑に落ちない点はある。
  • Neurochrome: Taming the LM3886 Chip Amplifier: LM3886アンプの細かい話
• 電子回路関係の計算・シミュレーション
  • カシオ: 計算サイト, 特に 比・倍率→dB, dB→倍率
  • 大川電子: CRローパス・フィルタ計算ツール
  • Paul Falstad: Circuit Simulator Applet: ブラウザで動く回路シミュレータ
    • 簡単な回路図を描くのにも便利だった。
  • Pronine Electronics Design: Single-Layer Air Coil Calculator: 指定条件でのコイルの作り方
• その他
  • 機械技術ノート: 熱伝導率一覧(金属・ステンレス・アルミ・空気・樹脂など）: 放熱を検討する時に役立った。
  • バッテリースペース: AWG 導線のサイズと許容電流について

ためになった&なかなかスゴいページ

• nabeの雑記帳
• new_western_elec
• 木村: 私のアンプ設計＆製作マニュアル
• 通電してみんべ
• Audio Design: コラム
• Benchmark: 技術資料

※以前の投稿で紹介したページは省略した。

指向や考え方などが違うせいか、ページ間で記述が異なる・矛盾していて、どれを採用すればいいか迷うこともあった。例: GNDの処理(1点GND)について

いいパーツの店(通販)

• 秋月電子通商
  • 基本は ここ一択だが、意外にない物もある。
  • メール便もやってくれるとありがたいが・・・
• 宮崎電子パーツ
  • 一度しか使っていないが、他の店よりもメール便の送料が安く、欲しいものがそれなりに揃って居た。

 

(7/5 5:14 画像ギャラリーがなくなっていたので、復元した。; 7/5 5:57 加筆・修正; 7/5 6:15 画像を追加; 7/5 9:46 少し加筆・修正; 7/6 7:37 少し加筆)

当初は他のいくつかの製品・自作アンプと比較しようと思って居たのだが、僕の測定はPCを用いた簡易的なもので、もちろん較正している訳ではなく、公平・客観的な比較ができないので止めた。

すると、以前書いたまとめのコメントでほとんど「全部」だ。としては味気ないので、少しコメントを追加する。その中で、参考程度に他の製品の値も書く。

全般的にBA3886の特性・性能は期待以上(当社比ｗ)となって充分満足しているが、以下だけは あえて言えば「もう少し何とか」したかった。

• 消費電力: 無音時でも5W近いのは、気にはならないが、現代としては「食い過ぎ」な気はする。
  • メーカー製品の例: ヤマハ A-S501の待機電力は0.5W, DENON PMA-30は0.2W, TEAC AI-503は0.5W以下
    • ただ、これらは待機・スタンバイモード(実質的にoffの状態)の場合と思われ、再生中で無音の時はもっと大きいのだろう。
    • どの製品にも非スタンバイ時の無音時の値が書いてないということは、それほど小さくないのかも知れない。 (検索すれば、誰かが測った値があるかも知れない)
      • → 検索したら、上記の機種はなかったが、PMA-30に近いPMA-60の実測値が出て来た。デジタルアンプにも関わらず、無音時 12-13Wと随分大きいので安心したｗ
        • そして、スタンバイモードは、車のアイドリングストップと同様に、単なるスペック・規制逃れだけのための欺瞞だと感じた。
      • それから、BA3886に近い、(普通の)AB級らしいトランジスタアンプでは9Wというものがあったので、BA3886の5Wは、まあ、「そんなにおかしくない」と推測できる。
      • 一方、小さいデジタルアンプで1.1Wというものもあったので、5Wは小さいとは言えないのは確かだ。
      • 他には、AVアンプはとんでもない大食いのようで、無音時でも40W近くあるようだ。それどころか、80W以上もある製品すらある。一体何に使っているのだろうか。チャネル数が多いのと、ビデオ回路があるせいだろうか?
• ゲイン: 5倍程度(以下)にしたかったが、アンプIC(LM3886)の制限で、10倍以下にはできない(発振してしまうそうだ)ので どうしようもない。
  • 入力にボリューム+アッテネータを入れて、全体的なゲインを小さくしても充分な特性が得られたので、良しとしている。
• クロストーク(チャネルセパレーション): 現状(約92dB @1kHz, 約77dB @10kHz)でも充分良いが、10kHzで80dBくらいだと「完璧」な気がする。ただ、メーカーの製品でも高域はそれほど良くないようだ。
  • 例: A-S501: 50dB以上 (10kHz)
    • なお、消費電力で挙げたその他の製品には記載がなく、その他の特性についてもヤマハほど詳しく書かれて居ない(それどころか、上に挙げなかった一般的なオーディオ機器でも、ヤマハ以上のものは見当たらなかった)が、どういう思想・指向なのか推して知れそうだ。
  • それから、BA3886のL→RとR→Lの漏れ量に差があるのは、アンプ基板とスピーカー端子の位置関係によるのかも知れない。
    • アンプ基板のL側のすぐ脇(距離約3cm)にRのスピーカー端子があるので、Lの信号がRに漏れやすいのではないか。
• アンプICの温度: 消費電力と同様、もう少し低いといい気がする(現状は、無風時に室温+18℃前後)。が、電源のDC-DCコンバータはもっと熱いので、アンプだけ冷たくても仕方ない。

 

次に、個人的に最も重要と考えている歪みに関して分かった、興味深いこと(カタログに書いてない歪み率の推測方法)を書く。

歪みを測定していて気付いたのだが、どういう訳か、歪みの量(歪み率ではない)は出力が変わってもそれほど変化しなかった。もちろん、出力が限界近くまで大きくなると増大するが、それより充分に小さい場合では ほぼ一定だった。不思議に思って調べたら、例えば、AB級アンプのクロスオーバー歪みの量は振幅によらずほぼ一定という情報(Benchmark社)や、残留雑音(→ THD+NのN)の量がほぼ一定なために、小振幅時には歪み率が増える(→ 歪み量がほぼ一定と解釈した)という情報(new_western_elec)があった。

特性測定ソフトREWで測った「歪み」がTHDなのかTHD+Nなのか未だに判然としないのだが("THD"と書かれているし、歪みのグラフとは別にノイズフロアのグラフが描かれるので、THDだと思っては居る)、いずれにしても、歪み(THDまたはTHD+N)の量は小出力時には ほぼ一定なのは確かそうだ(もちろん、そうでないアンプもあるだろう)。そこから、カタログに書かれていない、小出力時の歪み率を推測する式を考えた。

ある出力P(振幅はA)での歪み率をRとすると、歪み量Dは以下となる。

D= A * R

※書いていて、歪み量は振幅でなく出力に比例するのかも知れないと思ったが、最初の考えどおり振幅を用いる。

一方、振幅Aは負荷をLとすると、

P= A² / L → A= sqrt(P * L)

となり、L= 8Ωの場合、A= sqrt(P*8) V となる。

ここで、小出力時にはDが一定と仮定すると、Pとは別の出力P'(振幅A')での歪み率R'は、以下のように推測できる。

R= D / A → Dが一定とすると、R'= D / A'

L= 8Ωとし、A'を置換して、 R'= D / sqrt(P' * 8)

Dを置換すると、

R'= R * sqrt(P * 8) / sqrt(P' * 8)

となる。

※これは要するに、典型的な歪み率のグラフ(→ 例: ページ中のグラフ)の左側の右肩下がりの直線に近い部分の(小出力での)値を推算する。

上の式の妥当性を いくつかの例で検証・推算してみる。以下での歪み率は すべて1kHzでの値である。

1. LM3886(データシート)の歪み率のグラフ(Fig. 23: 1kHz, 8Ω, Vcc= 28V)で試す。 → 式が成り立つ。

※1W付近で歪みが少し増大しているので、その手前の0.7Wでの値を用いる。

• 0.7W: グラフより約0.005%
  • 0.1Wでは、推定0.013%: グラフでは約0.015%: 概ね合っている。
    • 計算: 0.005/100 * sqrt(0.7*8) / sqrt(0.1*8) *100
  • 0.01Wでは、推定0.041%: グラフでは約0.04%: 合っている。

2. 以前のアンプSAYA SP192ABの歪み率のグラフで試す。 → 式が成り立つ。

※1kHzのグラフは余りにも値が小さく、形状も普通でなくて妥当性に疑問があるので、20kHzを使う。

• 1W: グラフより約0.009%
• 0.2Wでは推定0.02%: グラフでは約0.02%: 合っている。
  • 0.1Wでは、推定0.028%
  • 0.01Wでは、推定0.090%

小出力時(0.01W)の歪み率はBA3886の10倍程度と推測でき、実測値の傾向と合っている。

3. new_western_elec 「アンプの歪率カーブの読み方」のVFA-01の歪み率のグラフ(上から2番目)で試す。 → 概ね成り立つ。

• 1W: グラフより約0.0028%
  • 0.1Wでは、推定0.0089%: 本文の記載は0.007%: 少し大きい。
  • 0.01Wでは、推定0.028%: グラフでは約0.022%: 概ね合っている。

4. オーディオデザインのコラム「パワーアンプの性能・音質比較」のDCPW-100とB社セパレートアンプの歪み率のグラフで試す。 → 1Wからの推算は成り立つ。 (7/5 11:33追加)

• DCPW-100: 1W: グラフより約0.001%
  • 0.1Wでは、推定0.0032%: グラフでは約0.003%: 合っている。
  • 0.01Wでは、推定0.0010% (グラフはなし)
• B社: 1W: グラフより約0.008%
  • 0.1Wでは、推定0.025%: グラフでは約0.02%: 合っている。
  • 0.01Wでは、推定0.080% (グラフはなし)

※1Wからの推算は成り立つが、表に書かれている1kHz 80Wの歪み率からの推算値は数倍になった。グラフを見ると、DCPW-100では約10W以上で右下がりでなくなり、B社も傾きが変わっているためだと考えられる。そのため、定格出力に近い大出力での値からの正確な推算は難しいようだ。

5. メーカー製品の(、カタログに書かれていない、)小出力時(0.01W)の歪み率を推算してみる。

• ヤマハ A-S501
  • カタログ値: 45W時、0.019％以下 → 0.01W時、推定約1.3%以下
• DENON PMA-30
  • カタログ値: 定格出力-3dB時、0.05％ → 0.01W時、推定約1.6%
    • 「定格出力-3dB」の意味が不明だが、電力比として定格出力(20W)*0.5= 10Wとした。
• TEAC AI-503
  • カタログ値: 1W時、0.005%以下 → 0.01W時、推定約0.050%以下

あくまでも個人的な推測だが、カタログ・仕様に大出力時の歪み率を載せているものは、その値が かなり小さくないと、小出力時の歪み率は良くなさそうだ。もちろん、それらが特別な技術・回路を使っていて(例えば、デジタルアンプの特性はAB級とは違う可能性が高い)、小出力時の歪みを低減させている可能性もある(であれば、カタログにもそのように書くし、小出力時の値も出すはずではあるが・・・)。

すごく穿ったことを書くと、まず、

メーカーは、良い機能やスペックは必ず出す

ことは確実だ(じゃなかったら、何のために新しい技術・製品を作っているか分からない)。とすれば、カタログのテンプレートにならって定格出力時の歪みを載せたとしても、他製品に比べて小出力時の歪みがすごく小さければ、それも出すはずだ。値どころかグラフすらも出していないということは、小出力時の歪みは良くないと想像できる。

そのことは技術者もメーカーも百も承知だけど(そりゃあ、社内で測ったグラフを見れば一目瞭然だ)、(今までの流れで作っていては)どうにもできないので、(いかにも目をひく)大出力向けの機能や性能をうたって、(一般ユーザーにとって最も重要な)小出力時の特性については(知ら)なかったことにして(、なおかつ、大出力時の話を書くことで、ユーザーには小出力でもいかにも良さそうに思わせて)いるのではないだろうか? (あくまでも僕の想像だが、そうだったら全く嫌だね)

また、当然のことかも知れないが、最大出力が大きなアンプより、小さなもの(しかも、カタログでの歪み率が小さいもの)の方が小出力時の歪み率が小さそうだ。要するに、やたらに出力が大きいアンプは良くなさそうだ。 → 大は小を兼ねない。

ちょっと違うけど、車に例えれば、大排気量・大パワーの車は いいと言われるが、小排気量・小パワーの車の「おいしいところ」(大抵は回転数の高いところ)をキープして走るほうがおもしろいのに通じるかも知れない。実際には、排気量・パワーに関わらず、トルクが大きい車が一番楽だし走りやすいと思うがｗ

もちろん、歪み率が大きい/小さいからといって音が悪い/良いとは言えないが、僕は、歪みは少ないに越したことはないと思うので、仮に次にアンプを買うとしたら、上の方法で選別してみたい。

 

最後に、このBA3886を作る時に、いくつかの候補の中から、特に歪みに着目してLM3886を採用したのは正解だった。そもそもデータシートでの(小出力時の)値が良く(歪みが少ない)、自分の測定結果もそれに反せず良かった。

そして、BA3886の音が良く(正確には、再生能力が高く)感じる原因が歪みの少なさにあるのか(あるいは、雑音の少なさかも知れない)は不明だ(し、そもそも音がいいのか悪いのかも確かでない)が、少なくとも、数値上は当初の期待・要望に違わないものが出来た。

そういう点で、BA3886は技術的には成功だったと言える。

 

(7/5 11:33 歪み率の推算例を追加、例の番号を修正)

新アンプBA3886が出来上がり※、撤収モードになった。最後に手こずったのはアッテネータの謎であった。

※理系的に正確に書けば、完了度は98%くらいだｗ

最終的なアンプの特性などを測った時に、クロストーク(チャネル・セパレーション: 左右チャネルの漏れ具合)が意外に悪くて気になった。原因を調べたら、なんと、測定用にスピーカー出力とサウンドカード(ADC)の間に入れたアッテネータだった(使わない場合は、クロストークはそれほど悪くなかった)。大層な名前だが単なる抵抗の組で、スピーカー出力の電圧を下げているだけなのだが、それを入れるとクロストークが数十dB悪化する。

それで、検索して調べてみると(→ 参照)、クロストークには容量性と誘導性のものがあるそうで、それらをなくそうと、アッテネータ両端のコードを短くしたり左右の抵抗の間隔を広げてみたが、全然効果がなかった。

それで、いつものように いろいろ推測しつつ試してみた。

まずは、サウンドカードのADCへの入力にミニプラグ・ジャックを使っているのが悪いのかと考えた。※

※検索して良く出て来たのだが、ミニプラグ・ジャックは左右のGNDが共通なのだが、そこに接触抵抗があるとクロストークが悪化するとのこと。(→ 参照1, 2, 3)

それで、サウンドカードの入力にピンジャックを追加して※ミニプラグを止めてみたら、かなり(約18dB, 約8倍: 改善量のグラフ: 黄緑→緑・紫)良くなって びっくりした。正直に書くと、ピンジャックにするまでは「実際にはそんなに関係ないよ」と思って居たが、全く間違いで、ミニプラグ・ジャックは本当に良くない。想像だが、良く書かれている接触抵抗以外に、細いプラグ(外径3.5mmなので、中は1mmくらい?)の中をLRの+が本当に「密」に通っているから、その部分で漏れるのではないだろうか? (容量性?)

※以前買ったが汚くて却下したピンジャックを加工して、昔使っていたサウンドカード(ESI MAYA44 XTe)を捨てる時に外しておいたパネルに貼った。アンプの特性測定用アダプタに使ったら特性は問題なかったので、こっちも頻繁に使わないから多少汚くてもいいと考えた。返金されたのに使うのはズルしているようで心苦しいが、こちらから「使えないから返金しろ」と言った訳ではないので、(本来の用途に使うのを諦めて)捨てる代わりに使ってみるのは、まあ許されるのではないか。

随分改善できたものの、「まだ甘い」とか「もう一声」の感じだったので更に試行錯誤したら、アッテネータの抵抗が大きいと漏れが大きくなることが分かった。それまでは、抵抗が大きいほうが電流が小さくなって電力を消費しないから、測定対象への影響が少ないと考えて、47kΩと10kΩ(ゲイン: 約1/5.7)にしていた(→ 回路図)。その10kΩの両端の電圧がADCに入るのだが、クロストーク測定の場合はADCに入力信号がない(とは言え、アンプは0Vを出している)うえに抵抗が大きくて(インピーダンスが高い)開放に近くなって、反対のチャネルからの漏れが入りやすくなると考えた。 (誘導性?) 実際、抵抗が大きい場合は雑音が入りやすいので、ADCの入力が開放に近い状態になっているのだろう。

で、抵抗値をカットアンドトライしたら、3.3kΩと680Ω(ゲイン: 約1/5.9)だと、ミニプラグを止めた時と同様に(約18dB, 約8倍: 改善量のグラフ: ベージュ→黄緑)良くなった。

ミニプラグと抵抗で合計約36dB, 64倍(グラフ: ベージュ→緑・紫)も良くなった計算で、アッテネータを通してもサウンドカード単体(グラフ: 灰(最下部))と同様の特性となり、予想以上の効果だ。

「うまく行った!」と思いつつ、念のために、改良したアッテネータで大出力時の通常の特性を測定してみたら、別な問題が発覚してしまった。。。 今度は中低域の歪みが約2倍に大きくなってしまった。(グラフ: 青→緑・オレンジ) この原因は今でも分からないが、アッテネータの抵抗値(約4kΩ)は比較的大きいものの、低域などで比較的大きな電流が流れると抵抗の直線性が悪くなって歪みが出るのかと想像している。ただ、調べてもそういう情報はないので、確証はない(まあ、そんな抵抗は全く使えないな)。あと、計算上はあり得ないのだが、低域では抵抗の容量(W数)をオーバーするのかも知れない。オーバーしなくても、発熱で抵抗値が変化するのかも知れない(これも、前述と同様に使えないな)。あるいは、スピーカーの逆起電力と(← 負荷を抵抗にしていたので、これはない)DCサーボの挙動に影響するのかも知れない。

そういう訳で、クロストークが悪化せず、しかも、歪みが大きくならない辺りまで抵抗値を増やすことになった。再び試行錯誤して最適(折衷案的)な抵抗値を探したところ、手持ちでは20kΩと4.7kΩ(ゲイン: 約1/5.2)であることが分かったので、アッテネータを作り直した。(特性: 歪み: グラフ: 水色・ピンク, クロストーク: グラフ: 水色・ピンク)

結局、アッテネータの抵抗値に関して以下のようなことが分かった。

• 抵抗大: クロストークが増える。雑音が増える。大出力時の歪みが減る。
• 抵抗小: クロストークが減る。雑音が減る。大出力時の歪みが増える。

 

「本当に これで終りだ」と思っていたら、サウンドカードに追加したピンジャックにコードを挿す時に、接着していたパネルからジャックが剥がれてしまった※ので、針金で固定し直して一件落着となった。

※プリットという強力接着剤で貼ったのだが、いつもながら、付きがいい場合と悪い場合の差が激しい(好き嫌いが激しいのか?)。ただ、今回はピンプラグを抜き挿しする時の力が大きくて、ジャックが貼ってあるパネルが歪んだ(たわんだ)ために剥がれたこともありそうだ。

※ずっと、線の取り回しの関係でジャックの左右配置が逆になってしまったと思って居たのだが、今見たら正しい。やはり、疲れているようだ・・・

 

これでようやく 半田こてを置くことができそうだ。まあ、山口百恵のように引退する訳じゃないけど、しばらくは遠慮したいｗ てなことを思っても、大抵は何かトラブルがありそうだ。

それから、ハードにはハードなりの面倒さはあるものの、ソフトのような面倒さがない(「回路をちゃんと考えて、部品をちゃんと接続すれば動く」的な)のがいい。とはいえ、詳しくないと今回のような謎で苦しむのか・・・