piu lentoの日々 (piu lento days)

4年以上に及ぶ調査と実験・試行錯誤の末、分からないことは残って居るものの、耳の問題の原因が大体分かって対処できた。

過去のブログを調べたところ、2019年の10月末頃※から問題が起こり出した(以前あったものが ぶり返した)ようで、それから断続的に延々と続けて居た。

※このことから、問題は部屋(2020年に今のところに越した)やアンプ(2021年に今のアンプが出来た)には直接起因しないことが分かった。

症状

PCで演奏を再生して聴いていると、耳に以下の問題が起こることがある。

• 耳閉感, 圧迫感
  • 耳閉感と圧迫感は微妙に違う。耳閉感がひどくなると圧迫感になるのかも知れない。
  • 低周波音に曝されると起こるとのこと。 (→ 参照)
• 唾飲み時の違和感
  • 高所に行った時の感じ。
• 音が聞こえにくい感じ
  • 耳閉感や圧迫感のまま続けると起こる気がする。
  • 低周波音の被害のアンケートで症状を訴える方があったとのこと。 (→ 参照)
• 耳の痛み
  • (音が)よほど ひどい場合に起こる。
  • 低周波音に曝されると起こるとのこと。 (→ 参照)

なお、上は僕の耳の問題であり(一般の方に共通して起こるとは思えない)、過去の病気(突発性難聴)の後遺症かと推測している。そのためか、体調(「耳調」)の影響が大きく、今までの経験では冬(特に午前)に起こりやすい。血行の影響があるのだろうか?

妙なのは、耳鳴り(疲れているときや体調が悪い時に起こるようだ)と上の問題は独立なようで、耳鳴りしているからと言って上の問題が起こりやすい訳ではないことだ。いずれにしても調子は悪いのだろうが、問題の起こるメカニズムが違うのだろうか。

そして、耳鳴りは上の問題と違って演奏を聴いて居る時の嫌な感じが ほとんどないので、本稿での耳の問題には含めない。

原因(推定)

実験により、耳の問題の原因を推定した。耳に悪い順に示す。

• キツいフィルタ → 唾飲み時の違和感, 聞こえにくい感じ, 耳の痛み, 圧迫感
  • それらの何が悪いのかは分からないが、位相の急な変化(→ 例: 緑が位相)や歪みの増加が問題かと想像している。
• 超低音の過多 → 耳閉感, 唾飲み時の違和感, 聞こえにくい感じ, 圧迫感
  • 概ね50Hz以下の成分が関係しているようで、ある振幅(音量)を超えると「駄目」になるようだ。
  • 僕の耳が それらの成分に過敏なようなのと、部屋の特性(共鳴)で増幅されて耳に問題を起こすのではないかと推測している。
• 歪み → うるさい感じ, 唾飲み時の軽い違和感, わずかな耳の痛み
  • 再生音に歪みを加えて試行したが(後述)、明らかに歪んでいるとは分からない程度の小さい歪みでも耳に影響がある。

上記の外部要因以外に、上述のように身体や耳の調子(耳調)は大きい。調子が悪い場合は、いくら対処して居ても問題は起こる。今までの経験から、どういう訳か冬の午前は調子が悪いことが分かっている。

原因が上記以外にない確証はないが、上のポイントを対処したら(後述)問題が起こりにくくなったので、他にあるとしても大きな影響を及ぼすものではないと考える。

なお、今まで不思議に思って居たのだが、ヘッドフォン(オンボードのサウンド出力に繋いでいる)や車のステレオでは滅多に耳の問題が起こらないのは、超低音が出ない(ヘッドフォンや車のステレオ(純正のナビ)は元々低音は出ないだろうし、どちらも部屋のような共鳴はない)こととキツいフィルタを使っていないため※ではないかと推測している。ただ、歪みや雑音が多いので聴き心地は良くない。

※以前、ヘッドフォンに出す音に耳を保護するようなフィルタ(コンプレッサーなど)を掛けたら、却って耳がおかしくなった記憶がある。

それから、再生音中の微小な雑音(単体では聞こえない)では耳に問題は起こらないが、嫌な音(≒「音が悪い」)に感じる。雑音の種類によっては、一見、音が良く感じることがある。

対処

今までに以下の対処をした。なお、上述のように僕の耳の問題への対処なので、一般の方に共通して適用可能なものは少ない。ただ、一般論として正しいことはありそうだ。

• 部屋の特性補正用フィルタ(以下、補正フィルタ)の改良・調整
  • 使うソフトの選択
    • JACK(Linuxのサウンド処理系)のフィルタで耳に悪くないものは少なく、今使っているのは、"4-band parametric filter"と"High Pass Filter (One Pole)"である。
  • フィルタの特性をキツくしない。: 補正量を抑え、幅を狭くし過ぎない/傾斜を急にし過ぎない。
    • 4-band parametric filter: 最小バンド幅: 0.13, 最大ゲイン(絶対値): 9までにした。
    • High Pass Filter (One Pole): 傾きが緩いので良い。
  • 簡素化: 要素数を減らし、左右同じにした。
    • 当初は左右別で多かったが、今は4個にしている。 (→ 振幅のグラフ: 緑(HPFのカットオフ= 65Hz)を使っている)
      • ただ、今は4個でも多い気がして来た。(HPFは削れないが、)3個にできると良いが、減らすのが目的でないことを忘れてはいけない。
• 超低域(概ね100Hz以下)の抑制
  • 補正フィルタのHPF(低域カット): カットオフ周波数: 65Hz
    • 80Hzが安全だが、少しでも低域を増やしたいので、試行錯誤でギリギリまで下げた。冬の調子で調整する必要がありそうだ。
  • スピーカー(KEF Q300)のバスレフポートを塞ぐ。
    • 最近はポートを開閉した時の特性を比較して居ないが、以前の測定では、塞ぐと100Hz辺りから下がり出し、40Hz付近で6dB程度下がるようだ。 (→ グラフ)
  • DAC(サウンドカード: ASUS Essence STX II), アンプ(BA3886, 自作)のカップリング/フィードバック回路: カットオフ周波数: 約10Hz
    • 上記の補正フィルタのHPFとスピーカー自体の低域特性(公称の下限は42Hz, 実測は30Hz辺り)やバスレフポートを塞ぐことで超低域が抑制できるはずだし、約20Hz以下は聞こえないはずなので、これは不要な はずだが、実際にはサウンドカードとアンプを直結(DC)したりカットオフ周波数が低過ぎると耳に問題が起こったため、高目に制限した。
      • DACから直流に近い変動成分が出力され、後述の可聴域外(34kHz)の雑音と同様に可聴域に影響を与える(例: ふらつき・ドリフト)のではないかと推測している。
• PCのオーディオ(JACK, DAC)出力設定の調整
  • リサンプルしない。 → JACKとDAC(PCM1792A)は聴く演奏の主なサンプリング周波数の44.1kHzに設定している。
    • PulseAudioで最も品質が良いとされるリサンプラ(speex-float-10)を使っても音質が悪化する(少しだが、耳に問題が起こる)。
      • PCの負荷で変動する要素があるのかと想像している。
      • アップサンプルするとして、唯一使える96kHzが44.1kHzの整数倍でないのも、話を面倒にしている。
        • サウンドカードが88.2kHzをサポートしていないため、96kHzか192kHzを使うしかない。
        • PCM1792Aは192kHzでの特性が少し悪いので、余り好ましくない。
  • DACのフィルタ(sharp/slow)は余り関係なさそうだが、エイリアシングを抑えるためにsharpにした。
    • 僕は約15kHz以上は聞こえないので、エイリアシング成分が出ても聴感上の問題はなさそうだ。
    • アンプの改良前は44kHz, slowでないと耳に問題が起こったのが謎である。
      • Sharpとslowで超低域成分(直流の変動成分?)の出方が違うのかと推測している。
• 耳に/音の悪い機器・部品の排除, その他の改良
  • 排除した機器: (DACとして)Scarlett Solo Gen3(歪みと雑音が多い), (DACとして)DEQ2496(歪みと雑音が かなり多い), 以前試用した某DAC(さまざまな雑音があった)
    • 僕にすれば、最初の2つはオーディオ用途には使えない。最後のは それらよりはマシだけど、出来が悪くて買う価値はない。
  • 排除したDACの部品: 電解コンデンサ, リレー
    • 電解コンデンサ(カップリング回路)の容量が大きくて直流の近くまで通すために耳に問題を起こすことと、電解コンデンサ自体の音の悪さを排除した。
    • リレーは余り関係ない気がする(気分の問題)。
  • アンプ
    • 排除した回路・部品: DCサーボ回路, 電解コンデンサ, マイカコンデンサ, WIMAのコンデンサ(一部)
      • DCサーボ回路は直流の近くまで通すために耳に問題を起こすことと、大出力時に超低域で歪みが増大するので排除した。
        • また、オリジナルのキットの回路では、入力にダイオードがあって歪みを生ずるので、かなり以前にダイオードも撤去した。
      • マイカコンデンサ, WIMAのコンデンサは余り関係ない気がする(気分の問題)。
        • ただ、オリジナルのキットのマイカコンデンサの値は適切でなかったし、別の容量のWIMAらしきものの音は ひどいものだった。
    • クロストークの改善
      • 片チャネルずつ特性を測るだけでは分からないが、クロストークは(高域で増大し、)雑音や歪みのように働くのではないか。
  • ※アンプとサウンドカードの改良については別稿1, 2などを参照のこと。

今回試したことと結果

これまでに目星を付けていた、キツいフィルタ, 超低音, 微小雑音と、追加として歪みについて最終的な確認をした。いずれもABX法のような客観的な比較方法でなく、自分で 状態が分かって比較している点で客観性は低い。ただ、「どちらの音が良い」という印象でなく身体的症状の発生を基準にしているので、完全に主観的なものではなく、今までに何度も同様の試行を繰り返して同様な傾向の結果を得られているので、再現性はある。

• キツいフィルタ
  1. CalfのEQ 5bandのLPF(HSフィルタ)をキツくして試した。
     • 設定: カットオフ: 15kHz, ゲイン: -36dB(最大), Q: 0.76(ピークができない程度にした) (→ 特性: 青: 振幅, 緑: 位相)
     • 結果: 約25分で問題(唾飲み時の違和感、聞こえにくい)が出た。 → Offにしたら治った。
  2. Jack rackのC*Eq4pのHPFをキツくして試した。
     • 設定: モード1(通常のPEQと思われる), カットオフ: 65Hz, ゲイン: -30dB, Q: 1.0 (→ 特性: 赤: 振幅, 緑: 位相)
     • 結果: 約30分で問題(少し耳が痛い。あと、少し圧迫感)が出た。 → Offにしたら治った。

•  超低音
  1. 補正フィルタのHPF(65Hz)をoffにして試した。
     • 結果: 約30分で少し圧迫感と軽い耳閉感が出た。 → Onにしたら治った。
  2. 補正フィルタのHPFのカットオフを50Hzに下げて試した。 (→ 特性(赤, 他のカットオフもあり: 65Hzは青))
     • 結果: 約30分で問題(軽い唾飲みの違和感)が出た。
     • 低域が増す感じはしたが、ブーミーな感じもした。
  3. 補正フィルタのHPFのカットオフを57Hzにして試した。
     • 結果: 約40分(途中休憩あり)で問題(少し耳が聞こえにくい)が出た。→ 65Hzに戻したら治った。
     • 考察: 問題が起こらないカットオフ65Hzとの周波数の差は8Hzと小さく、超低域の振幅の違いも高々2dBと小さいにも関わらず耳の問題が起こることから、超低域の量の耳への影響は かなりシビアなようだ。

 

• 微小雑音: 先日試用した某DACで見られた雑音3種類を模擬した。
  1. 中域(数百Hz-1kHz辺り)に広がる雑音
     • 設定: REWの信号発生器で概ね440Hz-1.2kHzに広がるホワイトノイズ(出力: -104dBFS, BU4フィルタで500-1000Hzの帯域制限)を出して再生信号に加えた。 (→ 再生音と雑音の比較)
       • 雑音の音量: -85dBFS (A)
         • ボリュームを最大にしても雑音は聞こえない。
     • 結果: 約40分で問題らしきもの(わずかに耳が痛い)が出た。→ 元に戻したら治った(すっきりした、嫌な感じがなくなった)。
       • 他に、音が悪い感じやわずかな耳閉感や超低音とは違う良くなさを感じた。
     • 備考: この雑音の発生原因は想像できないが、回路の設計や実装(要するに「出来」)が悪いのではないかと思われる。
  2. 8kHzと高調波
     • 設定: REWの信号発生器で高調波を持つ約8kHzの正弦波(7600Hz, -83dBFS, 歪み制御で6次まで-6dBの高調波を追加)を出して再生信号に加えた。 (→ 再生音と雑音の比較)
       • サンプリング周波数96kHzで試すと上述のように、リサンプラの問題で何が悪いか分からないため、44.1kHzで試した。そのため、2次高調波までしか出ていない。
       • 雑音の音量: 約-86dBFS (A)
         • ボリュームを最大にしても雑音は聞こえない。
     • 結果: 約40分で問題らしきもの(少し耳が変な感じ)が出た。 → 元に戻したら治った。
       • 約20分で高音が ちょっとキツい感じになったが、高域が出ているようにも感じた。
       • 最終的には、耳はおかしくないものの、聴きたくなくなったので中止した。
     • 備考: この雑音の発生原因はUSB(High speed)からだと思われる。光や同軸入力では起こらなかった。
  3. 34kHz辺りに広がる雑音
     • 設定
       • REWの信号発生器で概ね30k-40kHzに広がるピンクノイズ(出力: -80dBFS, BU8フィルタで30000-37798Hzの帯域制限)を出し、Jack rackのGlame Highpass Filter(カットオフ: 33000Hz, Stages: 2)で帯域を狭めて再生信号に加えた。 (→ 再生音と雑音の比較)
       • 雑音の音量: 約-86dBFS (A)
         • 可聴域外のせいもあり、ボリュームを最大にしても雑音は聞こえない。
       • 注: 雑音が可聴域外のため、これだけはサンプリング周波数を96kHzにした。
     • 結果: 約30分で問題らしきもの(軽い唾飲みの違和感, うるさい感じ)が出た。 → 元に戻したら治った(耳が楽になった)。
       • なお、再生音なしで雑音をスピーカーから出すだけでは、数分間では問題は起こらなかった。
     • 備考・考察
       • この雑音の発生原因はACアダプタ(スイッチング電源)だと思われる。実際に、DACの負荷を変えたらピークの周波数が変動した。
       • 可聴域外の雑音が聴感や耳に影響を与えるのは信じられないが、例えば、混変調のような仕組みで可聴域に影響を与えるのではないか。
       • Scarlett Soloは適切でないノイズシェイピングのために30kHz以上に雑音が出るので、その影響も これと同様と考えられる。
       • (4/27 8:33) 書いたあとで調べたら、スピーカーの超高域(約30kHz以上)の振幅特性が増大している(40kHzで約+10dB)測定結果があった。(出典: 中央辺りの"Im Zeichen des Z"のグラフ) 物理的に疑わしいが、グラフのキャプションによれば、おそらくユニットの共振によるようだ(Google translateでの英訳: "Resonance well above the audible range.")。もしそれが正しいなら、このような超高域の雑音の影響が増大する可能性がある。
         • これで思い出したが、FocusriteのサポートはScarlettから30kHz以上の雑音が出ていることについて、「普通にあることだし、可聴域外だから全く問題ない」(概略)と返答したが、実際に こういうスピーカーがあるのだから、全く問題ないとは言えないことは確かで、連中の見識の浅さが証明できた。
         • それとは別に、僕のスピーカーの思わぬ欠点(Scarlettと同様)が今頃見つかって ちょっとがっかりした。

• 歪み: 先日、Spofityの音量正規化を試していてい気付いた、増幅とリミッターでの歪みの影響を調べた。
  • 設定: 再生信号をJack rackのFast Lookahead limiterでリミッター付き増幅(ゲイン: 6dB, Limit: 0dB, Rel. time: 0.5s)して出力した。(→ 設定と歪みの比較: 試したのは濃紫)
  • 結果: 約25分で問題(聞こえにくい感じ)が出た。 → 元に戻したら治った(音が透き通った感じになった)。

 

追加: スピーカーのバスレフポートを閉じる影響のチェック

上に加え、低域を減らすためにスピーカーのバスレフポートを閉じているので、冬などにスピーカー内部の温度変化の影響でコーンに圧力が掛かって(オフセットと同様の効果で音が悪くなって)耳に問題が起こる可能性(下を参照)を思い付いて試したが、関係なさそうだった。

温度変化でのスピーカー内の圧力変化の試算

ボイル・シャルルの法則: P(圧力)V(体積)/T(温度)= K(一定) を用いる。

スピーカー内部の温度が14℃(T₁)から7℃上がった(→ T₂)場合(冬の朝を想定)の、中の空気の圧力(P₁ → P₂)の変化率(ΔP)は、

P₁= K T₁/V, P₂= K T₂/V (Vはスピーカーの容積で一定)
T₂= T₁ +7なので、P₂= K (T₁+7)/V
ΔP= P₂ / P₁= (T₁+7)/T₁
T₁= 14なので、ΔP= (14+7)/14= 1.5倍

と、圧力が かなり大きくなってコーンに力が加わる可能性がある。

圧力変化の影響の検討

• • 圧力変化の結果、コーンが前後(上の場合は前)に動き、アンプのオフセット出力と同様にコーンの運動を制限する可能性がある。
  • ただ、「1.5倍」は大きく見えるものの、スピーカーの仕様・特性で全く影響がない可能性があるし(密閉型スピーカーでは当然のことである)、どこかから空気が漏れて(比較的短い時間で)外の圧力と同じになる可能性もある。

実際に、ポートにフィルム(PEのゴミ袋)を張って塞ぎ、暖房を停めて室温を1.3℃下げてみたが、フィルムの張りに変化は なかった。(→ 室温が下がる前, 下がった時) なので、このスピーカーは完全な密閉構造ではなく、どこかから空気が漏れていると推測した。同軸型ユニットなので、ウーハーとツイーターの隙間からか と思う。そもそも、これはバスレフ型なので密閉構造にする必要がなく、多少漏れても当然と思われる。

ただ、急な温度変化時の圧力を逃がすのは意味があると考え＠、今までの完全に塞ぐタイプのプラグ(純正品 → 写真: 黒いスポンジ)の代わりに、直径5mmくらいの通気口があるプラグを作って※交換した。なお、穴が小さいため、低域の特性には ほとんど変化がなく＊、聴感上の違いもなかった。

＠ただ、もし効果があるとしても、次の冬まで分からない

※ストローに古いバスタオルを切ったものを巻いた。

＊プラグからの漏れのせいか、左右別だと50Hz以下が少し(1-1.5dB)大きいが、両方出して測ると なぜか差がなくなる。部屋の特性の関係だろうか。

 

むすび

ひとまず、長年の謎と課題が片付いた(実際には次の冬まで分からない)。耳の問題が大きく、部屋の特性が拍車を掛けている感じだ。※ 設定や機材の問題もあるものの、おそらく、過去の病気で耳が敏感・過敏なために厳しくなっているのだろう。

※部屋に関しては吸音材で何とかなりそうに思われるが、超低域は そんなに生やさしいものではない。確か、数十Hz辺りでは数十cmの厚みが要る気がした。コンサートホールやスタジオの天井や壁の厚みとか そこに付いている拡散板(想像)を見れば分かる。

検索したら、ある波長の音の吸音に必要な吸音材の厚さの求め方として、波長/4や波長が出て来た。それらで例えば50Hzに必要な厚さを考えると、波長は6.8m※であるから、前者では1.7m、後者では約7mと、全く実用的でない値となる。

※吸音材でも空気中の波長で計算して良いのか分からない。吸音材の空間で吸収するからそうなのか。逆に、空気でないものには入って行かない(反射する)か。

しかも僕の場合は50Hzどころか20Hz辺りから対応したいから、天文学的だｗ まあ、吸音材の材質にもよるだろうから、あくまでも例として挙げたが、普通に吸音材で共鳴(反射)を防ぐのは難しく、部屋の構造から対処する必要がある(例: 共鳴しないように、平行な壁を作らない)。

実際、後者のページに載っている吸音材の特性は、最も良いものでも300Hz辺り以下には対応していない。前者のページには無響室で使われる吸音くさび(高いらしい)の例が載っている。が、超低域では性能が悪いようだ。(ただ、グラフでは平板の吸音材の60Hz台の性能が500Hzと余り変わらないことになっており、とすると1m以上もの厚さで測ったのか、測定結果には ちょっと疑問がある。)

まあ、残りは いずれも容易には解決できないことは分かったので、とりあえずは我慢だ。

 

その後の話 (2023/4/28 10:11)

いつものように、書いたあとで分かったことなどを書く。

マイクの特性について+補正フィルタは神聖にして変えるべからず。

本文に書いたように、部屋+スピーカーの補正フィルタを減らせないか検討していて、測定用マイク(Dayton audio EMM-6)の実測特性(製品にグラフが添付されていた)を見たら、意外に平坦でないことが分かった(グラフの縦軸のスケールが荒いために平坦に見える)。

更に説明書を見たら、測定データがダウンロードできることに(今頃)気付いたので、(買ったのは随分前だけど)試したらできた。ボケていたのか、最初は測定値の表記をリニア(基準を1とした時の比)と思い込んで、最大で2倍近い山("1.9")があると思い、それだと測ったスピーカーの特性も怪しいから補正フィルタの補正量が大き過ぎるのではと思って補正フィルタを再調整しようとした。

が、データをREWに取り込むためにdBに変換するコマンドを実行したら、エラーが出て(負の値があったため)、測定値がdB表記であることに気付いた。それであれば、最大1.9dB(1.2倍)と悪くない。実際、スピーカーの特性を補正しても大きな差は出なかった。 (→ グラフ: 緑(補正前)とベージュ(補正後), 灰はマイクの特性: 左のグラフと同じもの)

それでも、マイクの特性※が山になっている辺りの補正量を下げるとか なくせるかも知れないと試したが、意外にも無理だった。: 補正フィルタはHPF以外に160, 358, 790Hzがある。まず、160と358Hzの補正量をマイクの補正として2dBくらい減らした(出力は増加する)が、耳が拒否した(こもる感じ、耳が変な感じ)。更に、補正量を元に近づけても駄目だったし、358Hzだけ調整しても駄目だった。また、元々補正量が小さい790Hzを なしにするのも駄目だった。

※同時にスピーカーの特性も考慮しようとしたが、それは部屋で測定した値に含まれているので、考慮する必要がないことが分かった。

不思議なのは、そういうのを止めて元に戻すと変な感じが治るので、なぜかは分からないが、今の補正フィルタは少しでも変えては いけないようだ。＊ 他に、音の好みや慣れもあるのかも知れない。

＊その理由は分からないが、時間が経ってマイクの特性が変わった(平坦に近くなった?)とか、元々の補正量がギリギリで必要量より小さいのかと思う(確かに、なるべく小さくした覚えはある)。

スピーカーの超高域の共振について

本文に書いたように、使っているスピーカー(KEF Q300)は超高域に山がある(他者の測定結果がある)件について疑問が湧いた。

• 製品仕様での記述("Frequency response (±3dB): 42Hz-40kHz")と その測定結果(40kHzでは+8dBくらい)のどちらが正しいか。
• 超高域での増大が なぜ問題にならないか。

いろいろ調べてみたら、同じ製品ではないものの、同じメーカーのRシリーズの資料に、超高域(30kHz辺り)に山があるグラフが載っており(P. 15, Fig. 23)、ハードドームツイーターの共振をウェーブガイドで抑えている※という記述があるので、僕のスピーカーの測定結果も正しそうなことが分かった。つまり、仕様の記述が正しくなさそうだ。

実際、後継製品(例: Q350)の記述は"Frequency response (±3dB): 63Hz-28kHz"と、高域が低くなっている。上位機種(R3)では、"Frequency range (-6dB) 38Hz-50kHz"のように、(どんな音になるかは分からないが、)以前よりは正直に、増分(+XdB)を記載せずに共振する帯域を含めて書いてある。

※グラフを見ると、僕にすれば、抑えたって まだまだひどい。共振するなら100kHz以上にしたいところだ。(高価な素材でなく)アルミだから共振周波数が低いのかは分からないが＠、上位機種でも こうやって無理する理由が分からない。

＠スピーカーの超高域での共振について更に調べたら、分割振動＊によるものだと書いている資料があった。(参照: P.9 「5.2 Tweeter(ツイーター)」) そこに示されたグラフは 上と同様に、アルミ振動板の23kHz辺りに山がある。そして、ベリリウム％には それがない。また、柔らかいから良さそうだと思って居たソフトドームも比較的低い周波数で分割振動を生ずるということなので、一概に、金属でなければ良い訳ではなさそうで、難しい。

＊詳しくないが、分割振動すると歪みになるのであって、ある周波数の出力が増大するのとは違う気がする(分割振動したら、基本波は弱くなるのではないか?)。まあ、用語は どうでも良い。

％大昔、ベリリウム(ヤマハ NS-1000M)やボロンやダイアモンドを採用したスピーカーがあって、良く分からずに憧れていたが、こういう問題に対処していたのかと今になって分かった。

結局、僕のスピーカーはハイレゾでは使い物にならないというか、使ってはいけないことが分かった。「超音波発生機」になってしまう。これに、30kHz以上で雑音が増大するScarlettを組み合わせたら最悪だ。

まあ、僕はハイレゾを使う予定が ないから実害はないが、今になってメーカーの思想が全く受け入れられないことが分かった。

あと、確証はないが、本文にも書いた、サンプリング周波数を96kHzにした時の印象が悪い問題に関係しているのかも知れない。

ハイレゾ音源やサンプリング周波数を96kHz以上にした時の問題に対処する方法を少し 考えたが、どれも今一つな感じだ。いずれにしても、サンプリング周波数が高い意味を削ぐので馬鹿らしい。

• • △ DAC出力の前にソフトのLPF(カットオフ: 20kHz辺り、以下同)を入れる。: 悪くなさそう(以前やっていた)だし、手軽に出来るが、結構低い周波数から振幅や位相に影響があった覚えがある(キツいものは音質を劣化させる)。あと、良いフィルタを選ぶ必要がある。
  • △ DAC出力とアンプの間にLPFを入れる。: 悪くないが、結構低い周波数から特に位相に影響がありそうだ。
  • × アンプの出力とスピーカーの間にLPFを入れる。: スピーカーのインピーダンスは周波数で変わるので、安定に動作させるのは難しそうだし、アンプに容量性負荷(LPFのコンデンサ)を掛けるのは良くないという話もあるので、簡単ではなさそうだ。

世の中(欧米?)には、「聞こえなければ問題ない」と考えるメーカーが結構あるのに驚く。

その点、日本のメーカーは昔から律儀・健気に頑張っており※、例えば、ヤマハ NS-5000は強い共振を防ぐため、ZYLONというものを使っている。(昔からいろいろ繰り返されて来た)そういう工夫が本当に効くのかは不明だが、イメージ的には良さそうだ。以下、上のページからの引用(太字は筆者):

We have chosen textile made of 100% ZYLON® — a synthetic fiber of exceptionally high strength, having acoustic velocity as well as the ability to reproduce the finest details of audio equivalent to those of beryllium but without a sharp resonance peak inherent in a hard material

※そういう、実益があるのかないのか分からないところで頑張るのが、欧米に馬鹿にされたり「ガラパゴス化」したり没落する原因なのだろうが、思想や技術的には間違っていない。

もし次にスピーカーを買うとしたら、こういう共振のないものにしたい。良く調べていないが、ソフトドームや(金属でない)コーンなら大丈夫そうだが、どうだろうか(上記のように、一概に柔らかい素材が良い訳ではなさそうだ)。 例えば、Fostex辺りが出していて人気のある、シングルコーンのフルレンジがいいのかも知れないな。

こういうことが、そこらの、一見何の変哲もないものが人気がある理由のひとつなのかも知れない。昔は何も知らず、安易に金属コーン・ハードドームを選んだが、僕も進歩したものだ。

 

PS. だから、僕はきっとスーパーウーハー満載で超パワフルに「ドゥオンドゥオン」鳴ってる車には乗れないだろうし、クラブとかDJ(想像)にも行けないだろうｗ そう言えば、昔(耳の病気以前)、ロックのコンサートに行ったことがあるが、超低域以前に耳栓がないと耐えられなかった。

とは言え、低音が嫌いな訳じゃなく(ある程度 低音が豊かな ほうが生演奏に近付く)、持論(収録された音を そのまま出すのが「いい音」)に従って可能な限り平坦に出したいとは思っている。それで、本文に書いたように、勝てないと分かっているチキンレースをする訳だ。

 

(20:43 吸音材について追記; 21:08 原因(推定), 対処に加筆, 構成を修正; 21:28 その他に補足・修正; 22:19 症状(聞こえにくい)に参照先を追加; 4/27 8:33 アンプとサウンドカードの超低域の抑制に補足, 構成を修正, 34kHzの雑音に加筆; 4/28 6:36 Q300の振幅特性のグラフを追加(引用); 4/28 10:11 その後の話を追加, 15:56 わずかに補足, 16:22-18:38 スピーカーの超高域での共振について加筆, その他を少し修正・補足)

全く「終わった詐欺」で、気付いたら前回から2か月も経って居た。が、今度は本当で、散らばっていた道具や電子部品を片付けて すっきりした。

前回書いた残件の、自作アンプBA3886やサウンドカード(ASUS Essence STX II)のDAC部の仕上げ作業をしていたら、例によって ちょっと気に入らないことや いくつかの謎・問題が出たので、追加作業をしたり手こずったりした。

前回以降の追加作業・苦労・謎

• アンプ本体
  • 前回から回路の変更はなく、確定したのだが、特性をチェックしたら以下の謎・問題が出た。
    • 50Hzの雑音(特に右が大きい): 謎
      • アンプ単体では出ないので、ボリュームやカップリング回路に関係しているようだが、解決できず。 (参照: グラフ: ベージュ: アンプ単体時の右, オレンジ: ボリュームとカップリング回路を接続時の右: 50Hz辺りに山がある)
        • ボリュームなどで雑音が入りやすいのは分かるが、右だけに出ることがあるのが不思議だ。
        • ベース(放熱板兼固定台)をGNDに接続したら雑音が減るかも知れないと試したが、予想通り、効果はなかった。 (→ 写真: 左下のネジと黒いコード)
          • 単純にGNDに繋げた金属板があるだけで雑音が防げる訳ではなく、少なくとも周囲を囲う必要はあるだろうし、そうしても、アンテナになって雑音を拾ったり、変動するGNDが雑音を撒き散らすことがあるとのことだ。
      • 気に入らないものの、かなりレベルが小さく聞こえないので、保留にしている。
    • クロストークが大きい(作った時より悪化した)。: 対処できた。
      • 入力のコードと出力部(コイル, コンデンサ)が近かったこと。+残る謎の原因?
        • → コードを基板に密着させていたのを、なるべく基板から離すようにしたら、悪化は解消し、作った時より少し良くなった。
          • 更に検討したところ、推測ではあるが、基板でなくコンデンサに近いのが悪かったようだ。 (詳細は後述)
          • コイルについては、作った時も同じコードの通し方だったので違うだろう。
    • なぜか歪みが大きいことがある。: 対処できた。
      • 入出力のコードの通し方が悪かった。: なぜか、電源フィルタ付近(特にアンプの下)を通すのが駄目なようだ。
        • 作業が終わってコードを綺麗にしようとしてアンプの下に挟むと なぜか歪みが増大して、上のクロストークの改善作業で随分遠回りした。
        • → コードをアンプから少し離すようにした。
    • 超高域での左右の歪みの差・左の歪みの増大 (参照: グラフ: 超高域での青系(左)と赤系(右)の差): 謎
      • 電源の弱さ・経路の非対称性、基板の非対称性、LM3886(アンプIC)の個体差によるのではないか。
        • ただ、電源の対処の試行に左チャネルに電源のバイパスコンデンサ(100μF)を追加しても変化がなかったので、電源は関係ないのかも知れない。
      • 出力に応じて歪みが増大し続ける訳ではなく、実用上の問題はないので保留とした。
    • 両チャネルで大出力時の高域での歪みの増大 (参照: グラフ: 実線: 片チャネル, 点線: 両チャネル): 謎
      • 電源の弱さかも知れないが、高域なので違う気がする。
        • 上の問題(左右の歪みの差)の対処の試行でも分かったが、電源ではないのかも知れない。
      • 増大した状態でもひどい値ではなく、LM3886のデータシートの値に近いため、大きな問題ではないと考えている。
    • 左右のカットオフ周波数(高域)の差: なぜか右が30kHzくらい低くなった。: 対処できた。
      • 右の測定用出力を取リ出す位置を間違えていた。。。 → 修正したら直った。
        • 本来の出力の手前にあるZobelフィルタの抵抗とコンデンサの間から取っていた。 (参照: 回路図: 右端の"Out A/B"から取るべきところを、その少し左の"AltZobel"の右辺りから取っていた。)
        • 超高域(約30kHz以上)ではZobelフィルタが効き出して流れる電流が増え、そのために信号を取り出している点の電圧が下がるために、カットオフ周波数が下がったように見えたと考えている。

• • その他の作業
    • 交換後のコンデンサが結構大きく、また、並列接続などで数が多くて取り付け強度に不安があったので、ハリ玉と ひっつき虫の混合物(またはブルタック)で止めて補強した。 (→ 写真: 白いもの)
      • それらは熱で柔らかくなるが、作った時に温度センサをLM3886に固定するのに付けたブルタックが問題なさそうなので、大丈夫そうだ。
        • ただ、夏に状態を確認する予定だ。
      • また、余り期待しては居ないが、フィルムコンデンサが振動するのが良くないようなので、多少は防振できそうだ。
    • 同様に、クロストークの改善(上記)のために入力のコードを浮かせたため、基板に半田付けしている部分が力に弱いので、ハリ玉などを付けて動きを制限して補強した。 (→ 写真: 白いもの)
    • LM3886をベース(放熱板兼固定台)に固定する押え板をDVDケースを切ったもので作り直した。
      • それまではPCケースのベイのトレイのレールを加工したものを使っていたが、厚くて基板の配置が不便なので作り直すことにした。
      • LM3886はネジ止めする部分が薄いので、そこにも板を密着させて押さえる力を高めるため、2枚重ねた。
        • ただ、付けてみたら厚くした部分は わずかに厚かったようだ。
      • 思い付きで始めたため、実寸を全く測らず、データシートのサイズと大体の想像で作ってしまったが、結束バンドを通す切り欠き部を調整したのと上記の重ねた部分以外は問題なかった。
      • DVDのケースの素材(PP)の耐熱性が気になったが、調べたら大丈夫そうだった。
    • 最終的な特性の測定時に、なるべく「綺麗」な特性を手軽に測りたかったので、アンプ基板に測定用出力コネクタを追加した。 (→ 写真: 下部に出ているコードとコネクタ)
      • その接続先(右チャネル)が誤っていて、上記の左右のカットオフ周波数(高域)の差の問題が起こった。。。
      • コネクタに測定用ピンコードを付けることで、簡単に測定できるようになった。
    • 同様に、最終的な特性の測定時に、なるべく「綺麗」な残留雑音を手軽に測りたかったので、アンプの入力をショートするピンプラグを作った。 (→ 写真: 上・中)
      • 同様に、ASUSのADCの入力をショートするミニプラグも作った。 (→ 写真: 下)
      • どちらも、手持ちの「使えない」部品でテキトーに作った。

• • 改良後の回路図 (入力部(下記のカップリング回路とボリューム)を含む)

• カップリング回路 (ASUSとアンプを接続する部分)
  • カットオフ周波数が少し低いためか、わずかに耳に問題が起こりやすい感じだったので、少し高くした。
    • カットオフ周波数(後段の抵抗が90kΩの場合の理論値): 約4Hz → 約5.4Hz
    • アンプと組み合わせた場合(実測値): 約7.0Hz → 約9.4Hz
    • コンデンサの容量: 0.44μF → 0.33μF
      • 0.22μFと0.22μFx2個直列を並列接続した。
        • 合成容量= 0.22 + 1/(1/0.22 + 1/0.22)= 0.33
    • 高くなったとは言え わずかな差(約2.4Hz)なので、実は耳の調子の問題だったのかも知れず、本当に効果があったのかは分からない。
  • 正式版を作ったあとに、アンプ同様にクロストークが大きい落とし穴が見付かった。
    • ケースに入れたため、左右チャネルのコンデンサが平行に密着して干渉するようなので、約90°に配置し、GNDに繋いだ網線(VGAケーブルのもの)を間に入れて隔離(シールド)したら改善できて、最終版となった。
    • ※変遷を おまけに載せた。
  • なお、本アダプタのコンデンサをASUSのカップリングコンデンサにする(置き換える)ことも考えたが、ASUSもアンプも接続先や構成が変わる可能性があり、その時にはコンデンサの容量を調整する必要がある可能性があるため、それが容易な外付けにした。

• ASUS (サウンドカード, DAC)
  • 新たな問題はなく、正式なDC出力化とそれに伴う電源off時のポップ音の防止のための改造をした。
  • 改造の目的・期待する効果・概要
    • 出力のカップリングコンデンサ(220uF, 電解)の音質への影響の排除
      • コンデンサの排除 → 出力のDC化
    • LPF出力から出力端子までの間の部品の音質への影響の排除
      • 出力抵抗(100Ω), コンデンサ(容量不明), その他(抵抗?)の排除
    • リレーの接点(3個/チャネル)の音質への影響の排除
      • 出力切り換え用, ミュート用の接点の直結化
    • 出力のDC化に伴う電源on/off時のポップ音の防止
      • 改造後もミュート機能が働くようにした。
  • 改造前後の回路図

• • 改造箇所の写真

作った時(2021/6)・前回(2023/2)からの変化

特性は作った時と ほとんど変わりない(悪化したものはある)が、音は確かに良くなっている(主観的印象)。それに加え、以前から書いている、耳の問題(耳閉感)が起こりにくくなった。

• 特性の違い
  • 良くなったもの: 歪み率(特に大出力時の超低域(参照: 改良前: 30Hz以下で増大 → 改良後))とクロストーク(少しだけ)(参照: 改良前 → 改良後)
    • 比較
      • 歪み率 (20Hz, 約8W, 片チャネル出力): 約1/7になった。
        • 作った時: 約0.02%
        • 改良後: 約0.003%
      • クロストーク (L→RとR→Lの平均): 1-2dB程度減った。
        • 作った時
          • 1kHz: 約-99dB
          • 10kHz: 約-78dB
        • 改良後
          • 1kHz: 約-101dB
          • 10kHz: 約-79dB
    • 歪み率はDCサーボ(の作りの悪さ)による。クロストークは上述の入力のコードの引き回しが大きかったようだ。
  • 悪くなったもの: 振幅(低域の下限が少し高くなった)と位相(低域(100Hz以下)のズレが大きくなった)
    • 比較
      • 振幅特性: 下限が約6倍になった。
        • 作った時 (入力: DC): 3Hz-20kHz※: +0, -1.1dB
          • ※サンプリング周波数44.1kHzで測定したため、上限が正しく測れなかった。
        • 改良後 (カップリング回路接続時(入力: AC)): 17Hz-42kHz +0, -1dB
      • 位相 (30Hz): ズレが約8倍になった。
        • 作った時 (入力: DC): 約2.5°
        • 改良後 (カップリング回路接続時(入力: AC)): 約21°
    • 悪化したのはDCサーボを止めてコンデンサ(カップリング, フィードバック)にしたためで、予期したもので異常・問題ではない。
    • なお、グラフでカップリング回路+ボリューム(水色, ピンク)の高域の特性が悪いのは、ボリューム※に起因する。ボリュームの寄生容量が関係しているのかと推測している。
      • ※カップリング回路単体の特性を測りたかったが、後続に約90k-100kΩの抵抗がないとカットオフ周波数(低域)が変わってしまうので使った。

• 音が良くなったと感じる原因: 定かでない。
  • ASUSの出力のカップリングコンデンサ(電解コンデンサ)とアンプのDCサーボを撤去したのが一番大きく、次は上記のクロストークの改善※だと推測している。
    • ※クロストーク悪化の原因の、コードを基板に密着させて固定したのが いつからかは、調べないと定かでないが、その時に音が悪くなったが気付かず、今回直して良くなったと推測する。
      • ↑過去の写真を調べたら、作った時(2021年)には既にコードが基板に近い状態だった※ことが分かった。
        • ※当時はアンプ基板の隣にサーボ基板があったため、スペースが狭くてコードを浮かせられなかった。
      • だから、作った時からクロストークは悪かったようだ。確かに、作った時に書いた資料での結果は悪かったが、2022年の更新版の資料での結果(上を参照)は それほど悪くない。 → まだ他に謎があるのかも知れない。
        • 更新版でクロストークが良くなった経緯を調べたら、実は最初から悪くなかった。
          • 今回、特性を比較する時に参照した資料(PDF版)が古かったため、良くないクロストークが載っていて最初は悪かったと思って居たが、(このブログにも載せているように、)正式版の資料(Zim)では正しいクロストークになっている。
        • 結局、クロストークは元々悪くなかったのに、今回の改良時に一時悪化したようで、それが謎である。
          • フィードバックコンデンサ(左チャネル)や高域ゲイン抑制用コンデンサ(右チャネル)の直近に入力のコードを通したのが、良くなかったのかも知れない。 (→ 参照: 入力のコード(黒)がフィードバックコンデンサ(茶)や高域ゲイン抑制用コンデンサ(赤)に接して通っている。)
  • また、(以前の稿に書いたように、)カップリング, フィードバック, 超高域のゲイン抑制回路に使うコンデンサの品種を、可能な限り聴感が良いものに選別・交換したのも効いたと思う。
    • Zobelフィルタでも選別したものに交換したが、効いているかは不明。
• 耳の問題が起こりにくくなった原因: 超低域(概ね10(-30)Hz以下の帯域と推測している)の変動(ゆらぎ)が減ったためと推測している。
  • 超低域が「出過ぎる」 ASUSの出力のカップリングコンデンサやDCサーボを撤去し、カップリング回路やフィードバック回路を調整することで超低域を抑制した。

実際に聞いてもらって説明しないと音の違い(客観的には「良くなった」とは言えない)を示すのは難しいが＊、なるべく有名で幅広い手段で聴けそうな演奏で、以前との違いが顕著※と感じた例を示す。全般的には、高い小さい音や余韻の響きに違いが出やすい印象だ。

＊しかも、改良前の音は出せないから説得力がない。

※「顕著」とは言っても かなり些細な違いでしかないので、全く差が分からない可能性はある。 (「分かるかなぁ、分かんねえだろうなぁ」の域?ｗ)

なお、YouTubeでは聞こえ方が違って分からないものばかりなので、Spotifyか他のサービスかCDなどを参照されたい。

• A Walk In Taormina (Eric Serra, 1988): 低音のパーカッションやオルガンの響きが それまでと全然違って聞こえる。
  • 一番違いが大きく感じるものだが、この表現では客観的には違いが分からない・・・
• 夢先案内人 (山口百恵, 1977): 右でほぼ通して鳴って居る、すごく小さいシンバルとかハイハットみたいな「シャッ」という音が聞こえた。 (4/13 11:16)
• Day Tripper - Remastered 2015 (The Beatles, 1965): イントロのギター(左側)の、弦が少し かすれるような音(ピックで弦が擦れる音?)が聞こえるようになった。
  • YouTube版では聞こえ方が違う。
• Drive My Car - Remastered 2009 (The Beatles, 1965): 上と同様に、イントロの小さいギター(左側)の かすれるような音が聞こえるようになった。
  • これもYouTube版では聞こえ方が違う。
• 風立ちぬ(SEIKO STORY〜80's HITS COLLECTION〜) (松田聖子, 1981): 時々左で小さく「シャンシャン」と連打されるパーカッションが はっきり聞こえるようになった。
  • YouTube版では余り聞こえない。
• Urgent (Foreigner, 1981): 時々(例: 42秒から)左で鳴る、変わった音(パイプを叩いてるような音)のパーカッションが聞こえるようになった。
  • YouTube版では聞こえ方が違い、上の音は はっきり聞こえる。なお、公式版は音が悪くて駄目。

まとめ

いろいろ謎は あるものの、とりあえず片付いた。改良の効果なのか、耳の問題の緩和のためにPCからの出力に入れているHPFのカットオフ周波数を少し低く(80Hz → 65Hz)して、超低域を増やしても※大丈夫なようだ(確認中 → OKだった。ただ、実際には超低域は減っていた。詳細は下を参照)。

※実際には、そうしても低音が増すと感じることは なく(部屋の特性のため、低域に出にくい帯域がある)、気分の問題である。チキンレース的な「どこまで行けるか!?」のようなものだｗ

これで前回書いた残件の2/3が終わり、最後に残った、(そもそも やっていた、)(再生)音による耳の問題の原因調査の続きが ようやく(?)再開できる(けど面倒だ・・・)。

 

その後

(4/18 15:45) HPFのカットオフ周波数を以前より少し低くした65Hzで しばらく聴いてみて大丈夫だったので、スピーカーでの特性を測ってみたら、予想以上に「いい感じ」だった。

というのは、なぜか、前回に比べて低域(60Hz以下)が少し(30-50Hzで約2dB)下がったのだ。※ (→ グラフ: 灰: 前回, 緑: 今回) しかも、カットオフ周波数を少し上下させると30Hz辺り＊が前回と同じくらいに大きくなるので、期せずして この部屋の特性に最適になったようだ。

※理論的には、HPFのカットオフ周波数を下げると低域が大きくなるはずだが、部屋の特性やフィルタ間・スピーカー間の相互作用(位相?)が関係しているのだろうか。

＊この辺り以下の超低音が耳に問題を起こすと考えて、下げようとしている。

偶然だとは思うが、聴感(耳の問題の起こりにくさ)も考慮して65Hzにしたのが合っていた。また、まとめに書いたように、これで低音が増すと感じなかったのは実際にそうだったので、それなりに耳が正しいのかも知れない。

 

(4/24 9:04) 昨日、HPFのカットオフ周波数でも「チキンレース」をしたｗ 別件(再開した耳の問題の原因調査)の途中で、ちょっと思い付いた。カットオフを下げると低域が増すかも知れない(→ 比較グラフ)以外に、補正フィルタによる低域の位相の変化(→ 位相のグラフの最高と最低の差)を減らすことができることが分かったからだ。位相の変化を減らすと音が良くなる根拠はないが、そういう気がするではないか。

カットオフ周波数を20-80Hzで変えて50Hz以上での位相の変化量を比較したところ、60Hz辺りで最小になるようで、この点でも、元々の設定の(、耳で決めた)65Hzは正しかったようだ。

が、「少しくらい下げて(低域を増して)も大丈夫なんじゃね?」という悪魔の囁きが聞こえて、カットオフを50, 55, 57.5Hzで聴いて試した。: 確かに低域が増して聞こえたが、50Hzにした場合はブーミーに聞こえることがあった。だから、部屋の特性(共鳴)で、超低域を多く出すと増強されてしまうのかも知れない。

更に、超低域が増強されるためか、いずれでも耳が駄目だった(例: 軽い唾飲み時の違和感、少し耳が聞こえにくくなった)ので却下して、元の65Hzに戻した。

なかなか敏感・過敏だ。でも、耳に再現性があることが確認できた。そして、今回も思い付きは失敗した。。。

 

付録: 代替カップリング回路(AltCC)評価用アダプタについて

この作業の初期に、ASUSのカップリング回路の代わりを試行錯誤する(主にコンデンサを取り替えて試す)ために、2種類のアダプタを作った。1つは普通の大きいコンデンサ用(#1)、もう1つはチップコンデンサ用(#2)である。以下に簡単に説明する。

#1: このアンプを作る時に買ったものの使わなかったスピーカー保護回路の基板と部品(ターミナル)を流用した。: カップリング回路を構成するコンデンサや抵抗をコード用のターミナルにネジ止めするようにした。

なお、基板のパターンや穴の都合でコンデンサ用のターミナルを付けられる場所に制約があり、入出力の左右が逆になった。

#2: チップコンデンサは小さい(1-2mm角)ため容易に取り替えられない※ので、試すコンデンサを基板に半田付けし＊、それぞれに入力を繋ぐためのピン(ポスト)を立てておき、入力用コードに付けたジャックを試したいコンデンサに対応するピンに挿すことでコンデンサを選択できるようにした。 (→ 写真: 上側)

※チップにリード線を半田付けして脚を付けることで、普通のコンデンサ同様に交換することも考えたが、脚からチップに力が掛かって破損する可能性があったので止めた。

＊1種類(PMLCAP)は あとから付けたのだが、なぜか間違って裏面に付けてしまった。 (→ 写真: 左寄り上下の4つの紫・銀色の四角)

それぞれのコンデンサは2個ずつ実装されているので、入力用コードを2本のピンに繋ぐことで2倍の容量で試すことができる。また、少し工夫して2個のコンデンサを直列接続にすれば、1/2の容量で試すことができる。

なお、基板に半田付けした場合、いずれかのコンデンサを正式に使う時に再利用できない※が、基板ごと使うつもりで居た。

※半田付けしたものを基板から剥がすと熱で破損する可能性が高いので、無理だ。

以下に写真や回路図を示す。

使ってみて分かったのは、これらは確かに便利でミノムシクリップなどよりはずっと安定だが、(半田付けに比べると)ターミナルやポスト・ジャックの接触が今一つなせいか、雑音が入りやすかった。また、#1は何度もコンデンサをターミナルに(キツく)付け外しして力が掛かったせいか、最後には右チャネルが断線してしまった。

だから、本来は毎回コンデンサを半田付けして試すのが一番良いが、何度も繰り返すとコンデンサも基板も駄目になってしまうから、難しいところだ。

他に、良くあることだが、入出力のコードも切れやすかった。コードが動きにくいようにベースに固定して居たが、それでも半田付けした部分が折れてしまう。試行用なので そこら辺にあったテキトーなコードを使ったのだが、硬かったのが良くなかった。硬いコードは大嫌いだ。

 

おまけ

作業で思ったこと

• 今まで ない方が・なくても良いと思って居た、パワーアンプの前のプリアンプとかバッファアンプの必要性が分かった気がする。
  • パワーアンプの入力にボリュームやカップリングコンデンサ(CC)がある場合、音源(DACなど)の出力の構成(例: カップリングコンデンサ)によっては周波数特性(特に低域)が変わることがあるため。
  • → バッファ(プリ)アンプのあとにボリュームやCCを付ければ影響がなくなりそう。
    • ただ、バッファの入力を どうするかが問題かも。: DC? 入力抵抗は なしじゃないと無意味?

 

今回の改良関係の費用

• 約8500円 (通販4回)
  • 送料抜き: 約7200円
    • 実際に使った分: 約2000円※
    • ※コンデンサを「取っ替え引っ替え」、買っても使わなかったりしたため、効率は30%未満と悪い。

 

正式版カップリング回路アダプタの変遷

本文に書いたように、一旦出来てからクロストークの問題が発覚したため、配置などを試行錯誤した。その過程の写真を載せる。

いつものように、作業中と終了後の作業机の比較

ボツ(未使用)写真集

 

(4/11 6:10 ASUSの改造内容の回路図のPCM1792Aの出力-I/Vを修正, 少し修正・加筆; 7:58 おまけのレイアウトを修正, 若干加筆; 11:40 アンプ(入力部を含む)の回路図を追加, 回路図をPNG形式に変更, その他の作業などを追加・加筆, 写真を追加, レイアウトを改良; 12:25 少し補足; 13:44 ボツ写真を追加; 15:12 入力のコードの通し方やクロストークの変化の経緯を調べた結果、その他を追記; 4/12 8:20 ボツ写真を追加, 作った時との特性の比較を追加; 4/12 12:26 代替カップリング回路(AltCC)評価用アダプタについてを追加, 13:24 正式版カップリング回路アダプタの変遷を追加。とりあえず、この稿も完成。; 4/12 18:12-21:07 少し加筆・修正他; 4/13 11:16 聞こえ方が違う例に「夢先案内人」を追加; 4/15 13:24 ボツ写真を追加; 4/18 15:45 スピーカーの特性の測定結果を追加)

去年の夏に2または3(あるいは それ以上)回目の修理をしたMicrosoftのマウス※のホイールが もう駄目になった。: 数日前に、急にホイールの回転が重くなった。その時は、都合良く、季節の変わり目のせいで一時的なものかと思ったが(生き物じゃないんだよｗ)、直るどころか回転しなくなるようになって耐えられなくなった。見たら、前回の修理でホイールに巻いて貼ったゴム(輪ゴムを切ったもの)が緩んで＊、特に繋ぎ目の厚い部分が穴の縁に接触して回らなくなって居た。

※もう十年以上使って かなり古い。貴重だとか思い出があるとか性能が良いとかではなく、他に いいものが見付からないのだ。だから、「使い勝手が良い」が一番近い理由だろう。

＊緩みはしたものの 繋ぎ目はしっかりしていたので(→ 参照: 写真: 下)、ホイールへの接着がうまく行けば、ゴムでも充分行けそうだ。

壊れるたびに気付くが、ホイールは意外に重要で、動かないと かなり不便だ。だから、面倒だけど取り急ぎ直すことにし、どう直すか考えた。: 穴を広げて接触しないようにするのが一番楽そうだったが、更にゴムが緩んで また接触したりズレたりしそうだったので、前回の修理の時に使おうと思って買った(けど気が変わって使わなかった)、大きい熱収縮チューブ(写真: 輪ゴムの上の黒い四角)を使うことにした。

ホイールの幅より少し広目に切って、被せて熱すれば万事うまく行くはずだったが、今回も そうは問屋が卸さなかった。

買う時に径を良く確認しなかったため(したつもりだったが、甘かった)、予想以上に大きく、随分余った。ホイールの径は約2cmなので、3cmのチューブなら大丈夫そうだと思って買ったが、たった1cmの差なのに大き過ぎた。

そう言えば、2.5cmが欲しかったけど なかった気もする。

チューブの径が表示より広いのかと思ったが、不思議なことに、実際に幅を測って径を計算すると正しかった※ので、この幅・余りで正しいようだ。まあ、僕にはその辺りの工作の勘がなくて結構失敗している(例: コードの長さがパツパツ・長過ぎ)から、そういうことなんだろう。

※チューブの直径の求め方: 半径がrの時、直径は2rで、チューブの円周の長さは2πrである。一方、チューブを平らにして測った幅をwとすると、その2倍が円周だから 2w= 2πr → 直径2r= 2w/π となるはず。

余談: 数学が苦手なので、上は おぼろげな記憶や勘から導いたが、今はAIに聞けば分かるのだろうか?＾＾

実測ではwは約5cm(外側)だったので、直径は2*5/3.14= 約3.2cmとなり、チューブの厚さを考慮すると、内径は表示どおり約3cmと推定できる。

余りにも余りが大きいので、果たして熱して ぴったりになるか心配したが、50%まで縮むとあったので半田コテで根気よく熱したら、時間は掛かったものの なんとかなった。ただ、縮む限界なのか微妙に緩かった。あと、周の幅方向の片側の余りが穴に接触するので切った。また、切っていない側に余裕がなく抜けやすいので、両面テープで貼った。※

※ここが弱点で、そのうち剥がれてズレる気がしている。

終わってから気付いたが、チューブをもっと広く切って、抜けやすい側にも充分な余裕を保たせれば良かった。両方とも縮みを考慮したつもりだったが、ホイールの周の断面は片側が斜めになっているので、縮めた時にチューブが片方(切った側)に寄ってしまったようだ。

まあ、少し前の操作感が嘘のように軽く回転するようになった※うえに、ゴムと違ってツヤまであって見た目が本物のように良くなったので、「しばらくはヨシ」である＾＾ あと、余りとかズレの問題を除けば、熱収縮チューブを使うアイデア(指サックを切るとか、結構いろいろ考えた末に思い付いた)がうまく行ったのも気分が良い。

※ということは、繋ぎ目以外も結構前から擦れていたようだ。: 確かに、写真を見ると、ゴムの繋ぎ目でない角も穴に当たっている。

ただ、軽過ぎて ちょっと調子が狂うので、もう少し重くても良かった。と、いつもながら贅沢なことを思っている。

最後に いつもの余談を書くと、ケースを止めるネジが1個なくなった。: 組み立てる時に落ちて、どこかに行ってしまった。

いつもは探せば見付かるのだが、今回は駄目だった。(エネルギー保存則とは違うが、普通の物は自然に消滅することはないので、)こういうのは忘れた頃に思わぬところから出て来るはずだが、一体どこに行ったのだろうか?

まあ、力が掛かる訳でもなさそうで、3個のうち2個で止まっているから大丈夫だろう。

→ (3/15 5:53) 見付かった。: 落とした時に その辺りで姿が消えたので怪しいと思って居た、足元のゴミ箱だった。ただ、中ではなく、中に入れているレジ袋の外に出した部分に引っ掛かっていたようだ。ゴミ箱を傾けて少し揺すったら落ちて見つかった。道理で いくら床を探しても見付からなかった訳だ。それにしても、良く、ゴミ箱の中を見た時に落ちなかったものだ。

 

(3/17 18:18 若干加筆・修正)

前回同様、細かい工夫的なものを。良くある「裏技」と違い、どれも必ずしもうまく行くとは限らない。

1. 眼鏡のネジロック(になるか?)

運転用の眼鏡は構造が今一つなのか、右側のネジが緩みやすい。今までに2回、危うくネジが外れそうになったことがあった。車内で掛けるので、外れて落ちたら まずネジは見つからないだろうから、ネジロックで固めたかった。

しかも、2回目は運転中に、右側に虫みたいなものが見えると思ったらネジが緩んで抜け掛かっていたので、結構危なかった。

が、それだけのために安くないものを買いたくなかった(どうせ、しばらくしたら乾いて固まる気がしたし)。そこで考えたら、木工用ボンドが浮かんだ。

強度が弱そうだし、水にも弱そうだが、ガッチリ固まらなさそうなのは好都合かも知れないので、緩む側のネジの上下に塗って試してみた。それから、緩みが分かるように、マジックで印を付けた。 → それから約4か月経ったが、印はズレていないので、まだ緩んでなさそうだ。また、塗ったボンドは剥がれずに残って居るようだ。でも、1年は見ないと駄目な気はする。

2. PCケースのリセットボタンを修理した。

今のPCケース(Antec P150)は元々プラ部品が弱かった※うえに10年以上使っているため、ある時リセットボタンを押したら、脚(支え兼バネ)が折れて中に落ちて(入って)しまった。

※例: 買ってほどなく、光ドライブベイのイジェクトボタンのバネ(プラ)が折れた。

リセットボタンは滅多に使わないから そのままでも問題ないが、外見が良くないので、ちょっと直した。

折れた脚をどうするかだが、2本のうち残って居る側は折れたところを接着剤で貼り、取れてしまった側は、柔軟性と耐久性のありそうな結束バンドの切れ端を貼ってみた。

いかにも弱そうで、すぐ剥がれそうだが、数回押した限りでは大丈夫だったので、これで様子を見ることにした。まあ、滅多に使わないので、見た目が良ければ問題ないｗ

3. (即席)ヘッドフォン掛けを作った。

ヘッドフォンはPCの上に載せていたのだが、アンプの改良をしていて場所がなくて置き場所に困ったので、PCに掛けるようにした。作ったあとに見た、こういう製品※に似たイメージである。

※いちゃもんになってしまうが、これだと、ヘッドフォンが重いとディスプレイが傾く気がする・・・

ヘッドフォンが邪魔にならなければ充分なので余り手間を掛けたくなかったのだが、結局 3回作り直した。

最初のプロトは、アンプに使ったリレーが入っていたレール(プラ)※を安直にPCケースに載せて、針金と耐震ジェルシートで固定した。: 実用上は充分だったので、この線で見栄えを良くすることにした。

※プラだけど、パイプになっているうえに溝があるせいか、それほど弱くないようだ。

次はレールの代わりに竹製の菜箸を使った。ナチュラルな感じは良かったが、箸は丸くて安定しないのと、滑り止めに使ったコードの被覆(灰)が若干目立つのが気に入らなかった。

そこで、レールを復活させ、針金を銀(ステンレス)に、ジェルを透明なものにして目立たないようにした。: まずまずで、改良したい点はある(例: ヘッドフォンが滑り落ちないようにしたい)が、まあ これで良かろうｗ

4. 「ワセリンをハンドクリームに」を試し始めた。

去年、白色ワセリンをハンドクリームなどの代わりに使うことを書いたが、少し前まで本物のクリームが残っていたため、近頃ようやく試し出した。

今のところは悪くない。使用量はクリームより少量で いい感じだ。ただ、硬めなので、均等に伸ばす(広げる)のは少し面倒かも知れない。

心配していたベトつきは ひどくない。逆に、顔に関しては本物のクリームよりいい気がしている。本物は帰宅したら顔を洗わないとベトつきが嫌だったが、ワセリンはそれほどでもない。

5. 複数の店で どこが安いか分からない時に (ドル・コスト平均法の実生活応用版?)

近くの複数の店で同じもの(例: ペットボトルのコーヒー)が売っていて、どちらが安いか分からない時の案である。

いくら店が近くても戻るのは面倒・無駄なので※、一方通行・一筆書きで考える。また、ものは多少多目に買っても良い(保存の効く消耗品)とする。

※もちろん、このために その店に行くのでなく、全部の店で それぞれ買うものがあって、ついでに買うというスタンスである。

その時、それぞれの店で1個(同じ数であれば可)ずつ買えば、どちらが安くても大きな損はしない。常にそれらの店の平均価格で買える。ただ、最安では買えないので、すごい得もしない。

なお、本当のドル・コスト平均法は一定の額での購入を繰り返すので、この場合なら、いつ安いか分からないものは、連日のように同じ数(本当は額)ずつ買うことになる。が、頻繁に店に行くのは面倒ではある。

と書いて気付いたが、定額購入ならガソリンは これに向いているのだろうか? 一月なりに使う量が分かっているなら、それを分割して小まめに定額で(例: 隔日で千円ずつ)入れ続ければ いいのか? なんか怪しいし、面倒だ。。。

しょうもない(セコい)ｗ: 実際に迷った時に、投資で良く言われている方法を思い出して使えそうだと思ってやってみている程度である。本来は、事前に それぞれの店の価格が分かればいいが、スーパーなどはチラシでしか分からないから仕方ない。

強引かも知れないが、ここから言えるのは、「sin, cosなんて実生活で使うことなんてないから、教える必要ない!」とかいうのは間違っているということだ。いろいろな理論や技術の使い方が分からない・分かろうとしないだけで、使おうとすれば いくらでも応用できて、便利になる(かも知れない)のだ。

実際、前にも書いたかも知れないが、やり玉に上げられるsin, cosを使えば、例えば、ディスプレイの対角線や縦横の長さの概算が できる。他には、精度は落ちるが、ある程度距離の分かる遠方にある物の大きさ(例: 高さ)だって求められるし、逆に、大きさが分かっていれば距離が求められる。

そういうことを考え・想像もせず、一見分かりやすそうな極論を言う輩は、まあ、(いつも書いてるので略ｗ)

そして、そういう技術を使って何かの値を導き出すには、それらの式に入れるための値が必要だ。その結果の精度を上げるためには、どうしても、入れる値を正確に測定すること必要なのだ。それが僕が測定マニアである原因の一つだろうか?

 

おまけ: 臭(くさ)い食べ物の後始末

きっと みんな知っているとは思うが、近頃気付いたこと。: ニンニクとか豚骨とかの臭いのキツい食べ物の容器を そのままゴミ箱に入れると、例えゴミ箱に蓋が付いていても、そのゴミを捨てるまで部屋に臭いが漂い続けてしまうが、スーパーの薄いポリ袋に入れて口を縛れば大丈夫だ。

他に、焼魚の残った部分や刺し身の つま は時間が経つと臭くなる(特に夏)ので、同様に袋に入れると良い。

良くある消臭スプレーは不要!

臭いを封じ込めて出さなければ臭わないのは当たり前のことだが、今まで数十年気付かなかった。

まあ、僕は近頃 臭いなどに過敏になったようなので、そういうのが より気になるのかも知れないから、普通の方は気にならないのかも知れない。

 

PS. 全く関係ないが、おまけに書いた臭いという点では、柔軟剤か芳香剤か分からないが、部屋の外にまで臭いが出て来る人が居て(部屋の近くを通ると臭うことがある)、(嫌ではあるけど文句を言うつもりはないが、)良く「大丈夫」だと思う。

まあ、大丈夫(というか、そういう臭いが好きなのだろう)だから使っているのだから、何も問題はないのだろう。が、何十年か経って問題が出ないのだろうか? 例えば、大音量に曝され続けると耳は難聴になるから、鼻は「難臭」になるかも知れないし、脳や神経が おかしくなるかも知れない。

 

(3/1 13:47 わずかに加筆)

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)