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歪率と音質の関係2

以前こちらの記事にて歪率が最重要課題ではないということを書きましたが、今回は逢瀬が歪率を無視している設計ではないことを示しておきたいと思います。次に示すデータは正式な測定機によるものではないため、完全に正しいデータではなくあくまで目安の歪率にとどまりますが、特定の測定条件に特化して歪率を減らす試みが可能であるという一例だとお考えください。

また共通の注意点として画像のFFTには表示されておりませんが測定系依存の低周波ノイズの影響で+Nは一定より良い数字が出ませんので基本THD表示を元に判断しています。


図1

図1に示したデータは試作DACのアンバランス出力を測定したものです。I/V変換と差動合成にはそれぞれ逢瀬ディスクリートオペアンプを使用しています。このような測定結果は部品の公差、個体差を微調整することで、ディスクリートのアンプを使った場合であっても達成が可能です。もちろんディスクリートオペアンプの内部設計において部品の個体差の影響があっても高いオープンループゲインを稼げるような設計を心がけていますが、最終的な手作業による調整が必須であるのは差動の精度についてはやはり部品の個体差の影響を排除できないからです。


図2

図2は別の試作DACでICオペアンプをI/V変換、差動合成に使用したものです。ディスクリートのほうが優秀であるのは、そもそも測定器そのものに誤差がありその誤差を含めて調整可能なディスクリートの優位性からかもしれません。正確な原因は不明ですが測定器そのものが正式なものではないため正しい測定器で測定した場合は上記と全く異なる結果になる可能性もありえることを断っておきます。

どちらにせよ本測定に限定すれば概ねDACのスペックに近い数字は得られています。ICオペアンプの最大の利点はもともと内部の精度が高く個別での調整が不要のため量産において個体差が少なく安定したスペックを確保しやすいところかと思います。

前回に書いたように歪率による音質差というのは比較的小さいと逢瀬では考えていますが、上記のように決して歪率を無視した設計をしているわけではありません。たとえ音質面で歪率が10%以下の比重であったとしても、逆に言えば10%の重要性はあるわけです。(注意:10%というのは感覚的なたとえ話で実際の話ではありません)ですので、より音質的に重要な対策とトレードオフでない場合であれば、歪率も決して無視をしてよいわけではないと考えています。

もちろん歪率以外にも重要な音質を決める要素は多数あり、全てにおいてバランスよく対策することがトータルの音質のためには重要であるということだと思われます。

5/11ヘッドフォン祭りに出展いたします

上の写真は現在のWATERFALL Integrated試作品です。5/11のヘッドフォン祭りにエミライ様ブースにてこちらを出展予定です。フロントパネルの仕上げとノブがイベント合わせのため正式版ではなく間に合わせ状態ですが、製品ではこのあたりは製品情報にあるようなイメージ画像の通りアルミ削り出しによる仕上げになりシルク印刷も入ります。今回の展示はあくまで仮ということでご容赦ください。

WATERFALL Integratedの製品情報はこちらをご覧ください。

こちらの製品はヘッドフォンアンプがメインではないので果たしてヘッドフォン祭りでどこまで実力を発揮することができるのかは不明ですが、ヘッドフォンアンプ部もUcdパワーアンプを流用していますので、一応おまけの範疇にとどまらない高いクオリティに仕上がっていると自負しております。もちろんスピーカで聞くのとはわけが違いますがWATERFALL Integratedのクオリティの一端を知ってもらうきっかけになれば幸いと思っております。

是非この機会にWATERFALL Integratedのサウンドを体験てみてください。当日は(間に合いましたらば)逢瀬のカタログ配布も行う予定です!

Ucdの独自カスタマイズについて – その1

もし未見の方は、まずは逢瀬がクラスDアンプを選んだ理由の記事を御覧ください。

逢瀬で採用しているクラスDアンプであるUcdモジュールは、もともとのデフォルト状態であっても特性は十分ですが、オンボードのICオペアンプバッファとレギュレータの質は十分とはいえません。そこでWATERFALL Compactではこの部分をオリジナルのディスクリートバッファアンプと電源回路Refine Unitに置き換えています。これにより分離とキレにおいて数段優れた音質として改善させしています。

ここまでは製品情報でも簡単に触れている部分ですが、ではこのディスクリートアンプ、そしてRefine Unitとは具体的にどのようなものか、何が優位性なのか、ということについてもう少し掘り下げて書いてみたいと思います。

カスタマイズその1…独自ディスクリートオペアンプによるバッファアンプ

Ucdアンプのコアはフルディスクリート構成であることは前回お伝えしたとおりです。Ucdのパワーアンプ部はIC=集積回路を使用しない個別素子によるアンプ回路であるということです。しかしUcdのパワーアンプ部はそのままではゲインが低いこと、入力インピーダンスが低いこと、これらの特徴があります。そのため汎用的なパワーアンプとして仕上げるためには、入力にもう一段バッファアンプを入れることが必要であり、これによりパワーアンプとして十分なゲインと入力インピーダンスの高さを確保しているのです。

ですのでこのバッファアンプのクオリティが音質に与える影響は非常に大きいものがあります。アンプの半身はこのバッファアンプといっても過言ではありません。はっきり言ってデフォルト状態ではUcdにとって十分なものではありません。使用されているのは今となってはやや古い設計となるICオペアンプである5532です。採用例も多く特性面から言えば特別悪いICではないものの、Ucdアンプの素性からするとトータルの音質はこの5532によって制限されているといってもいいような状態といえるでしょう。

そこで逢瀬ではこのボトルネックを改善するため独自のディスクリートバッファアンプを開発しました。17の能動素子を組み合わせた高いオープンループゲイン(動作条件により120dB~140dB程度)、FET入力でありながらローノイズ(約3nV/√Hz)、低バイアス電流(約1nA)なアンプであり、通常のICオペアンプと同様NFBを大量に掛けて特性を確保する設計となっています。また入力回路にはFET+カスコードブートストラップ回路を使用しているのでアンプの入力段として最適なハイインピーダンス入力に強い、特にバッファアンプ用として安定した性能を確保しやすい設計としています。

ではなぜディスクリートアンプを採用したのでしょうか。現代においてICオペアンプで特性上優れた製品はいくつも存在します。それで十分ではないかというのは当然の疑問だと思います。

しかし耳で比較した結果によれば、どれほど優れた特性のICであってもディスクリートオペアンプとICオペアンプの間には、原因は不明ですが超えられないベールのようなものがあります。逢瀬で実際にオペアンプの特性を測定し比較した結果によれば、特性の優れていないディスクリートオペアンプであっても、最高特性のICオペアンプより、音質上で言えばクリアで分離のよい音=逢瀬にとっての高音質であることがわかっています。測定特性以外による音の変化、その理由ははっきりしていませんが、様々な実験結果からの仮説はいくつかあります。

ここから先は厳密な理論や検証のとれた結果ではないことを断っておきますが、仮説として現在逢瀬が有力視しているのは配線による音質差です。まずディスクリートではGND、電源、これらの導体は銅線であり、絶縁は空気やレジスト基板です。それに対してICというのは半導体の上にすべての回路が入っています。半導体は導体や絶縁体になったりするので、このような性質を利用することによりICとして様々な複雑な回路を形成することが可能なわけですが、便利な反面、半導体は絶縁体としても導体としてもディスクリート構成に比べて不完全なことが原因ではないかということです。

オーディオでは電源ケーブルや信号ケーブルを変えることで音が変わりますが、銅線、銀線などで音が変わる世界ですから、ICによる音質変化は信号・電源ケーブル、シールドをシリコンに置き換えた変化のようなものではないかという話です。思えば新日本無線のMUSES01、02ではICの足に銅を使用していました。これが耳による選定ならばこのような対策が無効だとは思いません。技術系の方からは何かと物言いの入りやすいMUSESシリーズですが、もしかしたら半導体上の配線による音質劣化を少しでも和らげようという試みだったのかもしれません。後継の8820、8920は足が銅線ではなかったように記憶していますので内部でも色々と音質上の対策がされているのではないかと思います。

脱線しましたが、WATERFALL Compactで採用されているディスクリートオペアンプによるバッファは、Ucdの本来の実力、音質を取り戻すために必要と判断し採用したものだということです。逢瀬ではこのようなカスタマイズを一つ一つ手作業で行なっています。

もう一つのカスタマイズ、電源=Refine Unitについては次回以降の記事にて触れたいと思います。

逢瀬がクラスDアンプを選んだ理由

WATERFALLシリーズであるWATERFALL Compact、WATERFALL Integratedのパワーアンプ部には共通してD級=クラスDアンプを採用しています。国内では通称としてデジタルアンプと呼ばれることもある方式です。国内では一時期のブームがあったものの最近では落ち着いてきた印象があります。

まずクラスDアンプの音質の特徴を言えばアナログアンプと比べて量感は少なめで中低域があっさりしており、分離が良い、透明感があるというような感じでしょうか。スイッチング電源と組み合わされることも多く、駆動力があると評価されることも多いです。逆に高域はアナログアンプに比べて良い特性、質感を出すのが難しく荒さが目立ちやすい方式だと思います。

一時期のブームを考えると今更クラスDアンプ?と思われるのも無理がないかと思うのですが、個人的にはこのアナログアンプとは異なる音質を持つクラスDアンプの音、省電力、省スペースが可能な先進性、これらの特徴に可能性を感じていました。そしてやはりその音質に惹かれたから、というのが逢瀬のラインナップでクラスDアンプを中心に据える主な原動力となりました。もちろんアナログアンプで省電力を目指すのも良いと思いますが逢瀬はクラスDアンプの可能性に注目しました。上記のような弱点さえ克服出来れば従来達成できなかったような理想のアンプが出来上がるはずだと思ったわけです。

先日歪率が音質において最重要ではないという記事を書きましたが、個人的な経験的ではクラスDアンプの場合は歪率特性の良さと高域の綺麗さにおいてアナログアンプよりも強い相関関係があると感じました。一事が万事ではない、耳で判断しなければわからない、このようなことはオーディオでは日常茶飯事です。いままでの比較結果からはクラスDアンプの場合は歪率が優秀なアンプのほうが音が綺麗である可能性が高いということだけです。

クラスDアンプにおいて歪率はアナログアンプよりも強く音質に影響を与えているか、高周波領域において歪率が悪いアンプは歪率以外の要因で劣化をしている可能性があると考えています。(もちろんそれだけが絶対に正しいとは言い切れないですが)

例えばクラスDアンプでは高周波をカットするために通常は出力にフィルタ回路がありますが、それによってスピーカインピーダンスによる影響を受け、実際にスピーカから出力される周波数特性は通常大きく変動してしまいます。参考までに次のような測定データがあります。メーカは伏せますがクラスDアンプにおいて周波数が変動している様子がわかるかと思います。左上がアナログアンプ、それ以外は全てクラスD方式です。

この表の中で右上にあるHypex社のUcdと左下のアンプのみが周波数特性の変動を押さえたクラスDアンプだといえると思います。しかしこのようなクラスDアンプの欠点をうまく処理しているアンプを0から探すのはなかなか大変でした。なれない英語を使って海外から各種取り寄せて組み立てて比較。そのような日々がしばらく続きました。

そして現在逢瀬のメインで使用しているパワーアンプ部、Ucd=Universal Class Dと呼ばれるHypex社による独特の方式のアンプに出会いました。国内ではほとんど知名度がありませんが海外ではそれなりに知られたパワーアンプモジュールです。このUcdアンプは全てディスクリート、アナログ回路で作られておりデジタル制御ではありません。ですので厳密にはデジタルアンプという呼び方は正しくありません。アナログ回路によるMOSFETスイッチングアンプでしょうか。

またUcdモジュールは周波数特性の変動がないだけではなく、クラスDアンプとして非常に優れた高域特性を持っており、低域と高域で歪率特性がほとんど一定です。このような歪率特性を持つクラスDアンプは非常に稀であり、このような特性を実現することはほとんど類を見ない事例です。

実際にはほかにも一部で近い特性のアンプも見つけましたが動作の安定性や入手性などから、逢瀬の最初のラインナップではUcdを採用することとなりました。Ucdモジュールはそのままでも十分優秀な音質を持っていますが、逢瀬ではそれに独自の対策を施し更なる滑らかさと音の分離を持つ製品として仕上げました。

類まれな特性によって生じるクラスDアンプとは思えないような滑らかな高域、それとクラスDアンプそのものの音質である高い分離の良さと透明感、この奇跡のような両立がついに可能となったのです。もし機会がありましたらば、是非ともこの理想のクラスDアンプの音質を体験していただきたいと思います。

歪率と音質の関係1(音声ファイルによる比較)

本日は歪率と音質の関係について書きたいと思います。オーディオのスペック表などで伝統的に用いられている歪率、THDですが、その音質差を実際の音声ファイルにて比較出来る形にしてみたいと思います。簡単なテストなので厳密性はひとまずおいて気軽に聞いていただければと思います。

ちなみに歪率を悪化させるのに使うエフェクトはFocusrite社のLiquidMixという畳み込み演算によるエフェクターをそのまま通過させたものです。アナログ機材を実際にレコーディングした波形応答を元にした演算処理のため、周波数特性やレベルは原音と全く同じではなくてわずかに変動してしまっているのですが、なかなか綺麗に足せない高調波をそれらしく足すことができます。まずは実際に1kHzのサイン波を通過させる前と通過させた後のWaveSpectraによる歪率の画像を次に示します。


図1.LiquidMix通過前


図2.LiquidMix通過後

このようにエフェクターを通過させるだけで大幅に歪率が悪化することがわかると思います。しかも「音に良くない」といわれる奇数次倍音が大きく出ています。見るからにこれは音が悪そうですね。

しかしサイン波のままでは実際の音楽での変化はよくわかりませんから、簡単な音楽ファイルにこれらと同じエフェクトを通過させてみましょう。次の3つのファイルは音楽の断片素材であるパートごとのループ素材を組み合わせてMixしたものです。1-3のうち画像のようなエフェクターを通過させたものが2つ、1つは何もしていないファイルです。フォーマットは44.1k、24bitのWAV形式です。

いかがでしょうか。
早速答えですが、1が原音、2はManley Massive Passive、3はAmek Angela Consoleという機材を元にした音です。図2はファイル2と同じもの、ファイル3も図2と似たような感じです。

聞いた印象は人によって異なる部分もあると思うのですが、私の感想で言えば上記の画像から受けるような「すごく悪化しているイメージ」よりも大きく音は変わっていない、または若干色がついた程度に感じます。強いて言えば1の原音ファイルが少し引き締まったクリアな音ですが、解釈を変えれば色気不足とも言えそうです。しかも歪の大きさ自体ではなくレベル差(3が若干大きいです)や周波数特性の僅かな変化のほうが音に影響している程度は大きいかもしれません。

このようにデジタル演算で歪率を再現してみましたが、ほとんどの方は実際のオーディオ機器における変化はこれよりももっと大きいと感じられていると思います。これはオーディオの音の違いの原因というのはもっと様々な要素があり、歪率以外にもさまざまなあらゆる要因で音は常に変化しているということではないでしょうか。

開発においても歪率のみが変化した場合は当然このファイルの違いと同じ程度の変化を感じます。しかし歪率は実際のオーディオ機器開発における音質判断にとっては「最も重要ではない」というのが逢瀬での結論でした。もちろん歪率を無視しても良いということではなく、最重要課題ではないということです。もし、より大きな音質差を生む要因があったとしてそれが歪率の悪化とトレードオフの関係にあった場合、歪率ではなくもう一方の要因を選択することでトータルな高音質を目指すということになります。そのような科学的に完全に解明されていない音の違いの原因を解明し、一つ一つ対策をしていくのはオーディオ開発者の役目だと思います。

もちろん上記のファイルを聴いて全く違う感想を持った方もいるかと思いますが、逢瀬ではこのような考え方で開発を進めているという参考例となればと思います。

歪率と音質の関係についての記事は今後ももう少し続きます。

製品の取扱に付きまして

Blogはイベント&展示情報、開発中の話、オーディオの話、音楽の話等、ホームページより気軽に書き進めて行きたいと思っております。

最初の記事は製品の取扱についての重要なお知らせとなります。トップページにも記載がありますが、合同会社逢瀬の製品の取り扱いにつきましては基本的に次の通りとなります。

逢瀬の製品は直販は行なっておりません。販売については株式会社エミライ様の取り扱いとなっております。販売、ご購入についてのお問い合わせは株式会社エミライ様までお願い致します。詳しくは逢瀬ホームページの「お問い合わせのページ」をご覧ください。

逢瀬はまだ非常に小さい会社でスタートを切ったばかりです。何分この業界のことも余りわかっておらず、営業と販売については全面的に株式会社エミライ様にご依頼することとなりました。国内メーカーとしては異例の展開だと思いますが、当面このような体制にて進めて行きたいと思っております。

お客様にはご不便をお掛けすることもあるかと思いますがよろしくご理解の程お願い致します。

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