piu lentoの日々 (piu lento days)

耳の問題の原因調査と昨年末からのアンプ・DACの改良の草稿や余りを捨てるのも もったいないので、最低限の加筆・修正で公開して「消化」する。僕以外の方に有用かは不明だ。

最終的に「分かった」こととは異なる内容や今までの稿と重複している内容もあるが、発端や経緯や試行錯誤が うかがえる。

稿を書き出した順序や内容から、アンプなどの改良をし出し(てしまっ)た切っ掛けが分かった。: まず、冬になって耳の問題が起こりやすくなり、その原因を調べているうちに、DACのカップリングコンデンサの劣化を疑い、試しにコンデンサを追加したら効果があったことから始まったようだ。

なお、補足を「注: ＊＊＊ (2023/5/16記)」のように書いた。また、公開する時に図(主にグラフ)を追加しようと思って居たが、概ね却下したもの または公開した稿で更新しているので、以下には ない。

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「[耳・オーディオ] 耳の問題の原因が概ね分かった!」の余り (草稿: 2022/12/5-)

音が悪いと耳が辛くなる(耳閉感が多い)現象・症状

※身(耳)調の影響は大きい。それと外部要因を切り分けるのが難しい。かと言って、耳閉感が全部身(耳)調からのものという訳ではない。というのは、それまで調子は問題なかったのに、悪い音を聞いた途端に なることがあるからだ。

• ASUSで44kHz(フィルタ: slow)は問題なく、sharpだと危うい(昔は問題なかったが、近頃は ほとんど駄目)が、96kHz(sharp)なら問題ないので、超高域の量ではなさそう。
  • 可聴域ギリギリの高音域(15k-20kHz)での位相(か何か)の急変が関係あるのかも知れない。
    • 実際、中低域でも急なフィルタは駄目だった。 → 高域・位相とは限らず、どの帯域でも急なフィルタが駄目なのかも知れない。 (原因候補1)
      • それが何(歪み? 雑音? 位相?)に関係して耳閉感になるのか、まだ分からない。
      • 超低域(原因候補4)との関係が不明。独立なのか、超低域を補強するのか。12/31の投稿を参照。 (2023/1/3)
  • slowは問題ないが、特性が物理的に正しくないことが分かったので、使わないことにした。 (12/15)
  • なぜか、96kHzのslowが良かった。次は44kのslow。sharpは ほとんど駄目な感じ。12/31の投稿を参照。 (1/3)
  • 注: "ASUS": Essence STX II (DAC);  "44kHz", "96kHz": サンプリング周波数; "sharp", "slow": DACのフィルタの特性 (2023/5/16記)
• また、Scarlett(96kHz)は駄目だったので、全体的な歪みと雑音の量も関係あるではないか。 (原因候補2)
  • 信じられないことに、それらの上限は とても低いようで、Scarlettの歪み: -94dB, 雑音(DR): 108.5dB(A)※では駄目だ。
    • ※ScarlettとASUSの差は約16dBなので、ASUSの約6倍。
    • 更に、(昔の?)CirrusのDACやADC(Scarlettのはコーデック)は、駄目なノイズシェイピングで可聴域外の雑音が多いせいか、耳閉感が起こる。
      • → 20kHz以上を落とす簡易なLPFを試したが失敗した。。。
        • LPF自体の性能(落とし方)の問題か、出力回路のドライブ能力の制限のために歪みが増えるためかは不明。
  • ASUSは歪み: -110dB, 雑音(SNR): 124dB(A)なので、仮に その2倍まで耐えられるとすると、歪み(THD+N): -104dB, 雑音(SNR, DR): 118dB(A)くらいだろうか?: ここらはCDの限界を超えているから、どうも信じられない。
    • 雑音の質(アナログ(ホワイトノイズなど)とかデジタル(量子誤差)とかのタイプや周波数的分布)にも関係するのかも知れない。
      • 例: 上のCirrusの可聴域外の雑音。
    • あと、小音量・SPの近くで聴いているのも関係あるだろうか。
    • 車とかヘッドフォンの音(特性・性能)は随分悪いはずなのに耳閉感が起こらないのが、謎。
      • アンプと関係ある?
        • 微細な雑音や歪みまで忠実に増幅するため?
        • 本当に発振していない? (以前測定した時は、100kHz辺りまでは大丈夫だったが・・・: スピーカーの上限が40kHzなので、100kHz以上は出なさそう。ただ、それより低い音が変質する可能性はある。)
          • 音を出していなければ症状は出ない。 → 発振していないか、音に合わせて発振することがあるか。
          • 音を出していても、「駄目なこと」(上記・下記)をしなければ問題ない。 → 発振していない可能性が高い。
  • 超低域(原因候補4)との関係が不明。独立なのか、超低域を補強するのか。12/31の投稿を参照。 (2023/1/3)

その後の追加

• 雑音(34kHzなど)の結果 → (原因候補3)?
  • 34kHz → (3-1)
  • 8kHzと高調波 → (3-2)?
  • 1kHz以下の広い雑音 → (3-3)?
• DACのカップリングコンデンサの劣化による超低域の変動? → (原因候補4)
  • DACのフィルタ(slow, sharp)や超高域の量や補正フィルタの傾きは無関係??
  • ただ、ASUSは そうでも、他のDAC(DS-200), インタフェース(Scarlett, DEQ)は無関係では。
  • なぜか、本当にコンデンサで音が違う。 (12/22) (DACのフィルタの稿に書く?)
    • 以前買って使わなかった黄色いものは悪くなかった(最初は少し違和感があった)が、WIMAは全然駄目だった。 (どちらも1uF)
      • 注: 「黄色いもの」: PARC Audioのフィルムコンデンサ (2023/5/16記)
    • 特性は全く同じ。
    • その前の電解コンデンサとの相性?
• コンデンサの劣化とは関係なく、容量が大き過ぎて超低域がスピーカーから出て来て・あるいは超低域が変動して耳閉感が起こったようだ。12/31の投稿を参照。 (2023/1/3, 2/7) → (原因候補4)
  • 気付いた切っ掛けは、クラシック音楽を掛けると耳閉感が出て、ポップ音楽にすると消えたこと。それがリピートした。 (1/3)
  • カップリングコンデンサをフィルムに換え、アンプのフィードバックの電解コンデンサもフィルムに換えた。 (2/7記)
• アンプのフィードバックのマイカコンデンサは音が悪いことが分かった。それが耳閉感に関係していたかも。 →  フィルムに換えた。 (2/7記) → (原因候補5?)
  • 誘電体吸収のため。 (2/13記)
• 音以外に耳の調子によるものはある。朝、食後に問題が起こりやすい。  (2/7記) → (原因候補6)
  • 太い道路の自動車(朝の通勤時間帯は渋滞する)の低周波騒音? (2/13)

 

新DAC: 今のところ、手が出せる価格帯で可能な製品が ほとんどない。: iD4とAXE I/Oだけ(ESSとサポートがクソなところを除外した場合)。だが、どちらもCirrusなので超高域の雑音が駄目っぽい。

注: "iD4": Audient社; "AXE I/O": IK Multimedia社; "ESS", "Cirrus": DACのチップメーカー (2023/5/16記)

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「三歩進んで二歩下がる? オーディオは作っては壊し? (今のDACのフィルタの謎解き → なぜか他のフィルタを作り直し)」 (改良の発端の頃の草稿: 2022/12/11-)

僕のオーディオシステムはソフトの割合が結構多いので、ハードを いじらなくても、主に部屋の影響の補正関係の調整や改良ができる※のだが、それで却って堂々巡りみたいなことをしている。ソフトなので、指を動かすだけで いくらでも作り直しができるのが痛し痒しだ。

※この前提は、基本的に出力装置(DACやアンプ)が音を そのまま出すこと、(何度も書いている、)無色透明・無味無臭なことである。そうでなかったら、何を補正するのか分からなくなってしまう。

 

DACのフィルタの謎

(いつも困っている)耳閉感の原因調査をしている時に、サウンドカードのDAC(PCM1792A)のデジタルフィルタのsharpとslowの違いを調べたら、思わぬことが分かった。: sharpは きっちりと減らすべき成分を減らすのだが、slowは超高域で大量に漏らしているのである。その成分はナイキスト周波数(サンプリング周波数の1/2)より上なので、僕の普通の測定では分からなかったことで、たまたま、スイープ信号や正弦波で調べていて気付いた。

それでいろいろ調べたら、slowの「漏れ」は既知のことだったようだ。

そんなに漏れがあるのに、僕の耳に合って耳閉感を起こさなかったのが不思議だ。 想像だが、漏れた成分の位相が逆になっていて、ナイキスト周波数の反対側の成分(本来の音)とうまく打ち消しあっているのだろうか。僕の環境では、そこまで測定するのは難しい。それでslowの緩いカーブが実現できているのだとしたら、TI(BB)のエンジニアはすごいと思う。

逆に、以前も書いたが、サンプリングレートが44.1kHzの場合は きっちり漏れないsharpが耳にキツいのも謎で、まだ良くわからない。これも想像だが、やっぱり急なフィルタ(の謎の副作用)が良くないのではないかと思っている。更に想像だが、調べていて、sharpにある長いプリ・ポストエコー(リンギング)の影響かも知れないとも思うが、はっきりしない。そもそも、このプリ・ポストエコーを含めてDACの音が構成される理論なので、見た目はおかしくても※必要なんだと思う。

※slowとsharpのインパルス応答を比較すると、slowはプリ・ポストエコーがほとんどなくて綺麗だ。ただ、必ずしも それが正しいとは限らない。

正しい処理(フィルタリング)を実装してみた。

44kHz+slowの音は耳に合うが、ナイキスト周波数の上の漏れが多いのは物理的に「正しくない」気がするので、アップサンプリング(96kHz)と耳閉感を抑えるため、超高域を減らすslowに似せた特性の LPFを使うことにした。 (→ 参考? → 参考?: 偶然だが少し似たシステムがあった)

趣味なので、別に正しくなくても、耳に合って気分良き聴ければいいとは思うが、物事はなるべく綺麗にしたいという気持ちもあるので、敢えて苦労・苦闘した。

LPFは いろいろ試行錯誤して、音が悪くならず(耳を痛めず)、特性がslowに近くなるものを見付け・調整した。

これのインパルス応答はslowほどではないものの結構綺麗で、プリエコーがほとんどない。

まあ、全くの酔狂ではあるが、これがうまく行けば、あとでDACを買い替えた時に、仮にそのフィルタが耳に合わず、更に切り替えできなくても、この方法で音を調整できそうだから良い。

この音をしばらく試して問題なければ「一段落」となり、載せる図などを集めて文章を整えれば終わりのはずだったのだが、、、

ちゃぶ台返し! (フィルタ関係を ほとんど全取っ替え)

そのLPFを いろいろ確認・調整・改良している うちに、位相や振幅の周波数変化や左右差が大きいのは良くない(要するに、音に対する処理は最低限にしたい)と考えて、(苦労した)上のフィルタも(その前にちょっと思い付いた)HD2Cも止め、補正フィルタも左右統合して、処理を随分簡素化した。

部屋の特性補正用のフィルタの超低域(< 100Hz)の歪みが増大しているのが気になって、上で使ったフィルタにしてみたら うまく減ったのが切っ掛けだった。

注: HD2C: ソフトでDACの2次歪みを補償する(しようとした)処理 (2023/5/16記)

スピーカーから出した実際の特性は分からないが、聴感は良い。何となく、音がよりクリアになり(音が「一皮剥けた」感じ)、よりストレートに聞こえるのにキツくなく、却って聞きやすくなった気がする(例によって、たまたまとか耳の調子とか気のせいの気はするが)。

→ 実際の特性は問題なかった。その後、微調整したり長く聴くにつれ、本当に音がクリアになったのを実感している。いつものように、今まで聞こえなかった音が更に聞こえるようになった。「情報量が増した」ってやつか。

左右の特性(特に位相?)を揃えるのは重要そうだ。 (12/22)

その代わり、HD2Cも止めたので歪みは全域で左右がアンバランスだ。ただ、歪みが増大しているといっても、RがLの約2倍になって0.0012%程度なので、大きな問題ではない(実際、HD2Cを入れる前も気にならなかった)気がする。それでも何とか解消したくて、原因と対処案を考えている。が、それはソフトではできないので、貴重なサウンドカードを壊す可能性もある・・・ (12/13 17:37)

更にどんでん返しが!

昨夜寝る前に、96kHzへのアップサンプルは良くない気がした。というのは、96kHzは44.1kHzの整数倍でないので、複数のサンプルが混じるためだ(まあ、高精度な処理をすれば実害はないのだが)。

それで、44kHzに戻ることを考え、その時のフィルタをどうするかと、slowとsharpフィルタのエイリアシング成分の漏れを再度比較するためにグラフを見返していたら、おかしなことに気付いた。入力している周波数のエイリアシング成分でない、更に高い周波数に大きい漏れがあるのだ。どうも、測定時に意図しないレート変換があったようで、どうやら、測定のために44.1kHzのテスト信号を再生する時にALSAが48kHzに変換していたようだ。

が、それでも、slowフィルタが良くないことには変わりない。

それで、結局、一番最初に戻って44.1kHzでsharpフィルタで試すことにした。これが耳に合わないなら、96kHzにアップサンプルするか。。。 (12/15 7:39)

だがしかし、まだまだｗ

やっぱり44.1kHzとsharpフィルタは駄目で、数時間で耳に来た。耳閉感が起こり、音が悪くも感じた。それで96kHzにしたら、耳は嘘のように治り、音がクリアになった。それから丸一日聴いているけど、問題は起こっていない。

全く謎は深い。

その後、アップサンプルに使うリサンプラを比較して、PAのものだとspeex-float-10が一番良さそうだった。なお、soxr-vhqが良い説が強く、最初はそれにして居たが、比べたら1kHzくらいからの位相の遅れが気になるので止めた。speex-float-10はsoxr-vhqの半分くらいだった。

また、GMBはPAにもJACKに出せるので、JACKに出す時に設定するリサンプラGstreamerのaudioresampleの引数を変えてPA(speex-float-10)と比較したら、特性の測定が難しいこともあって、明確な答えが出なかった。今は、小さな差ではあるが、雑音は多いものの歪みが少ない(まだ結果に自信がない)ので、PAに出すことにしている。 (12/16記)

注: "PA": PulseAudio(Linuxのサウンド系), "JACK": JACK Audio(Linuxのサウンド系), "GMB": gmusicbrowser(Linuxの音楽再生アプリ) (2023/5/16記)

まだまだ!

(出力の追加コンデンサで、なぜか耳閉感が出なくなった話。あと、コンデンサの音の話)

注: 「出力の追加コンデンサ」: ASUSのDAC出力にコンデンサを追加したこと。代替カップリングコンデンサの最初。 (2023/5/16記)

 

最後に言い訳じみたことを書くが、僕は決してオーディオの音を良く・好みにしようとして こんなことをしている訳ではない。部屋の作りとスピーカーと聴く位置で音が変わるから補正は必要だし、DACは そのままの音で問題なければ何もしないが、たまたま元々の音が耳に合わない(例: 耳閉感)※ので、仕方なく調整しているのだ。まあ、おそらく一般の方は全く関係ないことで、僕の耳が過敏とかちょっと病気なためだろう・・・

※記憶をたどると、サウンドカードを買ったばかりの頃は問題なかったが、ここ数年で合わなくなったようだ。アンプを自作に換えたのと時期が合うのが気になる。: アンプが劣化して雑音が多いのか、逆にすごく良くなって微細な音(雑音まで)も聞こえるようになったのか・・・

 

(あと、ScarlettのLPFも書く? Focusriteへの問い合わせの結果(やっぱりクソだった)と一緒に別にする?)

注: 「ScarlettのLPF」: ScarlettのDACから30kHz以上の雑音が出ていたので、外付けのアナログLPFで抑制しようとしたけど うまく行かなかった話。 (2023/5/16記)

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)