メインシステムのゲイン調整を行いました。

 オーディオ・インターフェース(RME fireface)とアンプのゲインの関係を整理すると、デジタルチャンデバとして高音質な出力レベルを如何に確保するかが問題です。アナログVUメータの0dBを基準とした最大レベルを 0dBFS(Full Scale)として判断して、デジタルデータの0dBを再生して、出力のレベルが+2dBV(約+4.2dBu)で出力されるように各チャンネルのレベルを調整します。そして、この出力レベルでチャンネル毎のドライバーの音圧を最適化する様に、アナログ出力チャンネルのアッテネータをオプティマイズする必要が有ります。

アッテネータの準備
 アンバランスの場合は、ポテンショメータ(potentiometer)をオーディオ・インターフェースとパワーアンプとの間に入れれば簡単に調整可能です。又、パワーアンプによっては、ポテンショメータが備わっているのも有り、その調整だけで済みます。完全差動アンプ(Fully-Differential Amplifiers)の場合は、かなり厄介で、チャンネル数だけ独立したバランス型のアッテネータを用意する必要があります。

 -16dBFSで大まかなレベルを合わせて、その基準からの+/-6dB程度の調整は、firefaceのデジタル・ボリュームに任せます。
 -16dBFSの基準合わせは固定のバランス型のアッテネータで実現して、インアウトのインピーダンスの整合を行います。

アッテネータの作製
 以下の様にユニバーサル基板を切断します。又、バランス型のアッテネータは、O型として、チャンネル毎に4本の固定抵抗で構成します。作製したアッテネータは、XLRプラグの中に仕込み、アンプの入力の直前で減衰する様に接続します。オーディオインターフェースの出力側で減衰すると、SNRが悪化します。アッテネータに用いる抵抗は金属皮膜で1/8Wで十分な耐圧ワット数で小型に作れます。事前に抵抗値を測定しましたが、廉価な抵抗でも1%の誤差範囲に収まってます。
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デジタル機器の基準レベル
 -16dBFS=0VUが一般的でありオシレーター、又は、1,000Hzの正弦波デジタルデータを基準信号として再生して、ピークレベルメーターが-16dBを示すように整えます。その時、firefaceの出力セティング基準を+4dBとして、アンプの音量を調整します。
 1,000Hz単音では、マルチチャンネルのレベルを同時に確認することが出来ないので、1,000Hz単音に200Hz、8,000Hzの変調を掛けて音源を作ります。

録音の国際基準
 デジタル機器の基準レベルは世界各国によって規定があります。基本的には0dBFSより20dB低いレベルポイントが基準(SMTPE、NAB)になっていますがこの基準レベルはダイナミックレンジの広いクラシックなどの録音を想定した値です。実際には音楽のジャンルや聴く環境を想定して、-18dBFS -12dBFS -6dBFSなどの基準レベルで録音されます。
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レベル合わせ
 1,000Hz単音に200Hz、8,000Hzの変調を掛けた音源をfirefaceで再生してTotalMIXでレベルを確認した結果、以下の様に-5dBuで各チャンネルで調整ができました。-5dBuの音はかなり大きな音ですが、限りなくこの値で快適な音量で聴ける様にアッテネートするすると、入り口から出口まで、デジタルデータのロスを最小限に調整する事が可能です。
①:ソフトウェアーチャンネル
②:アナログ出力チャンネル
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以下の様にゲインを調整すると、アナログ出力のフェーダーの減衰値を0dBとすると、最適な音量で音楽を楽しむ事が出来ます。
ウーファー: -21dBu
スコーカー: -24dBu
トゥーイータ : -26dBu

マルチチャンネルボリュームの代替策
 マルチチャンネルのボリュームは、悩みの種です、今回、SPL Volume8で玉砕状態となりましたので、従前の方法に戻す事にしました。RMEの製品の場合、内部処理をフローティング・ポイント46ビット(倍精度浮動小数点数)でDSP処理を行っているため、フェーダーを絞ることにより、ビット深度が浅くなることによる音質の悪化は、最小限にコントロールされています。そこで、各チャンネルのフェーダーを連動して、一括して音量の調整が可能となります。又、出力は、バランスのままで高いSNRのままメインアンプに出力する事が可能です。
A:ソフトウェアーからの出力
B:グルーピングされて、どのフェーダーを動かしても総てのグルーピングされた出力チャンネルが連動します。
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今後の予定
 やはり、操作性を考えると、マルチチャンネルのボリュームがベストだと思います。何とか実現したいと思います。


 

パリの騙し絵

パリ在住の妹から久し振りに騙し絵が送られて来ました。

 消防署の建物の裏側で、19世紀頃のものなのか馬車の消防車、ちゃんと車体にはパリ市の紋章も見えています。絵の反対側の正面には本物の消防車が何台も外から見えています。昔から市の建物だったらしく、左上のパリの紋章が付いている所までが本物の建物で、そこから左右両方の建物が絵の中で続いています。
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© 2016 Mari S.

 梯子に登った消防士が救助しているのは… この救援要請、現実に結構あるのだとか。
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© 2016 Mari S.

 絵の中の橋は、ヴェネツィアのため息の橋(Ponte dei Sospiri Piazza San Marco, Venezia, Italy)​​の様な感じですね。

べリンガー ケーブルテスターCT100

6-in-1のケーブルテスター
 べリンガー製で2,980円(三年前は1,700円だった)で廉価です。RCAケーブルとかACセパラ、インレットケーブルの結線を間違える事は少ないと思いますが、バランスのキャノンとTRSケーブルを6本程作製すると、1番のシールドは間違えないにしても、ホットとコールドは、一寸自信無いです。一本々テスターであたれば良いのですが、シールドがグラウンド(金属のフレーム)に接触しているか等のチェックをあわせて行うと、結構手間がかかります。そこで、このケーブルチェッカーの登場となるのですが、とても便利です。
 ケーブルチェックの機能の他に、テスト信号(440Hz、1kHz)のシグナル・ジェネレータとファンタム電源のチェック機能があります。
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TRSとXLRの結線をチェック
対角線上にLEDが点灯すれば正当な結線と判断できます。ショートしていると、他のLEDが点灯します。金属フレームとの接触もわかります。
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 なければ無いで済みますが、ケーブルのチェック時間を大幅に短縮する事が出来て良いと思います。
 単に導通のみでLEDを点灯していません、アッテネータを入れると違った点灯をします、マイコンチップが搭載されている様で、結構複雑な動作をします。

添付のマニュアル
 添付のマニュアルは、英文と中華です。日本語の怪しいマニュアルがサウンドハウスのホームページに貼り付けてありますが、この訳が酷くて、読むと解らなくなります。かなり程度の低い文系の方が、この機器の動作を理解しないで訳した物だと思います。

新マニュアル
 以下の様にべリンガーケーブルテスターの操作方法を纏めました。

1.ケーブルテストモード1
被テストケーブルの片方のプラグを任意の「Out」ジャックに挿し込みます、そして、もう片方のプラグを任意の「In」ジャックに挿しこみます。
(端子の両端が違う形状のケーブルでもチェックが可能です)
差し込んだ結果、In、Outそれに対応して、挿し込まれてた端子を指し示すLEDが点灯します。もし、対応するLEDが点灯しない場合は、ケーブルの導通がとれていません。断線している事を表します。
この時「Grounded Sheld」LEDが点灯した場合は、キャノン外側フレームと1番ピン(シールド)が接続されている事を表します。
「Grounded Sheld」LEDが点灯したケーブルを使うと、1番ピンがフレームグラウンドに落ちる事を表します。これはノイズ対策上大切な要件です。

2.ケーブルテストモード2
間欠的な断線、接触不良で不安定なケーブルの状態を調べる方法
「Cable Tester」にスイッチをスライドするとき、Resetボタンを押します。
結果、ケーブルの接続状態の表示が保存されると同時に、「Intermittent」のLED表示が消灯します。そこで、被テストケーブルを色んな方向に動かしてストレスを与えLEDの表示を見るます。断線、接触不良、短絡等により導通の変化が生じた場合、それが切っ掛けで、その部分に該当するLEDが点灯して、不安定な状態の個所(線)を知らせます。
リセットが押されるまで、接続の不安定個所を累積(一回でも生じたら)
LEDの点灯で知る事が出来ます。

3.ケーブルテストモード3
壁の中に配線されたパッチケーブルをテストする場合に有効なモードです。
このモードは、被テストケーブルをケーブルテスターに片方しか挿せない場合に使う方法です。

・Resetボタンを押しながら「Cable Tester」にスライドさせます。
・OnのLEDが点滅してInstalled Cabele Tester Modeになっている状態を確認します。
・対応するOut端子に被テストケーブルを接続ます。
・LEDがCable Tester Modeと同じ動作をするので、ケーブルの断線、結線の間違の試験が出来ます。LED点灯しない場合、断線している事が想定で出来ます。

4.テストトーンモード
テスト信号をケーブルテスターのOut側に出力して、それを活用することにより、導通を知ことが可能です。
 
・「Test Tone」にスライドスイッチをセットします。
・信号の強さは、+4dBu、-10dBu、-50dBuの3レベルで、「Test Tone Level」のスライドスイッチで選択します。-50dBuはマイクロホンケーブルの試験に最適です。
・信号の周波数は、Resetボタンを押す事により、1kHz、440Hzの何れかの選択が可能で、その状態をLEDの点灯で表示します。
・テスト信号は、正弦波ではなく、歪んだ矩形波もどきです。

5.ランプテスト
ケーブルテストを行うに前に全LEDの点灯試験を行う事をお勧めします。
Resetボタンを押しながら、「Test Tone」モードにスライドスイッチをセットすると、全LEDが順番に点灯/消灯してLEDランプが正常か否かの確認を行う事が出来ます。

オーディオ装置の脱PC化 その2

 オーディオ装置の脱PC化を目指して、マルチチャンネルボリュームを投入しましたが、残念ながら一歩前進/二歩後退です。SPL Volume8の為を思い多くを語らない方が良い様な気がします。しかしギャングエラーの件についてはソールエージェントのエレクトリに問い合わせたところ、先方も承知している件なので、まあ良いかなと思います。
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チャンネル間のギャングエラー
 8チャンネルの1番目と最後の8番目のチャンネルで低レベルでかなりのギャングエラーが生じます。実はクロストークの良化を狙って、左右のトゥイータを一番遠くの1と8チャンネルに割り振りしたところ、ボリュームのレベルを0%にしても、右チャンネル(8番目)から音が漏れます。レベルを上げて50%程度にすると解らなくなります。これは固体の問題かと思い、エレクトリに問い合わせたところ、仕様の範疇とのことです。これには一寸興ざめです。ところで、%表示のスケールとはどの様な意味なのでしょう。音圧の場合は、一次関数では無いと思うのですが、・・・・

バックラッシュ
 ギャングエラーとあわせて、バックラッシュが生じます。ボリュームノブを50%から下げていっても、最後の8チャンネル目のレベルが下がるのが一寸遅れます。これは各チャンネル毎にボリュームのシャフトの固定に遊びが有るようです。これも困った現象です。

7.1チャンネル・ボリューム
 このボリュームは、能率の高いホーン等を用いたマルチウェー・システムでは、調整に難儀すると思われます。想像するには、7.1チャンネル・サラウンドの製作過程で、スタジオでのパワードモニター・スピーカーで検聴するために開発された様な気がします。極論ですが、フロントのL/Rチャンネルが定位すれば、他のチャネルは味付け程度ですので、レベルの誤差は容認できる訳です。

肝心な音
 やはり音に色づけがされます。何とオペアンプは、古典的で非オーディオ用のSTマイクロのTL072CP(Pch J-FET単価20円)が使われていて、音としては、ストレートで開放感が有るのですが、聴感上のSNRが悪くノイジーで荒っぽさを感じます。極めて短絡的に例えるとPAの音で歪っぽくオーディオの音ではないと思います。残念ながら、投入したボリュームを外してfirefaceの電子ボリュームに戻す事にしました。
基板上に設計者の「ヴォルフガング・ノイマン」の名称がシルク印刷されてます。
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設計者のノイマンさん
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ところで中身の作りは
 何と開腹して最初に目に入ったのが、小型ブルーのアルプス電気製8連のカーボン・ポテンショメータです。これはRK18型でOEMで初期の廉価なAVアンプに良く使われていたもので、サーボモータと連結してノブがモータで回転するひと昔前の定番製品です。
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 オーディオ製品の肝の電解コンデンサーはJAMICONとB3Cという名称の聴いたことも見たことも無いコンデンサーで、電源は2,200μF程度の小容量、低容量のコンデンサーは、最近見ない円盤型のセラミックコンデンサーです。又、ミュート・リレーは日本製ではなく中国製ですので、使用している受動部品は殆どローエンドです。上代 81,000円ですが、コスト(部品代)は、1割に満たないと思います。

回路構成
 入出力ともバランスとうたってますが、バランス入力をアンバランスに変換するバッファー(アンプ)の後にカーボン・ポテンショメータで音量レベル調整を行い、その後アンバランスからバランス出力に変換する低インピーダンス・バッファーを配置して、なんちゃってバランスを実現しています。これ以上コストダウンできないほど合理化されている仕組みである事が、素人の私でも想像できます。 

実装
 何故、D-SUB25とスネーク・ケーブル(ブレークアウトケーブル)なのか疑問に思ってました。開腹してアルプスのポットの次に気になったのは、中身にかなり余裕が有る(スカスカ状態)ことです。
 デファクトスタンダードであるノイトリック製XLR(キャノン)レセプタクルの横幅が25mmですから8個横に並べて入出力2段であれば、200mm(25mm×8)であり、外形寸法(W×H×D):215 x 80 x 220 mmに充分収まる事になります。ましてTRSプラグでしたら全く問題ないと思われます。これを無理してD-SUB25に拘るのはひとえにコスト削減の目的のためのD-SUB25でしかありえません。ちなみにD-SUB25コネクターは、秋葉原で25円で、キャノン、TRS16個分の100分の1程度の価格です。
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結論と今後の問題
 SPL Volume8は、納戸送りより早いところ里子に出した方が幸せになれそうです。しかし購入したスネーク・ケーブルが無駄になりました。・・・今となれば、一番廉価なHOSA製(大陸製)を購入していて良かったです。
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 短気は損気と良く言ったもので、マルチチャンネルのボリューム探しの旅に出た方が良さそうです。

オーディオ装置の脱PC化 その1

 パソコンの操作は得意な方ですが、音楽を聴く場合パソコンなんて野暮なものを使いたくない、安らぎの時間までマウスやキィーボードを操作したくないです。パソコンの操作はもう沢山と言った感情が音楽を聴きながら沸いてきます。パソコンはメールを打ったり、調べ物をしたり、書類の作成するだけで充分です。そして、再生しながらパソコンの状態に気をやる自分がいます。
 しかしCDの枚数が増えて来ると、サーバーに音源を格納して、そこから再生するネットワーク・プレーヤーは必要ですが、オーディオ装置のルックスを持った機器を使いたいですね。
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一つの解
 音楽再生のデマンドをパソコン操作からipadに移行してパソコンとの接触を極力避ける方法が現実的かと思われます。しかし残された問題として、オーディオ・インターフェース(デジタルチャンデバ後段)の音量調節をどの様に実現するかが、最大の課題である事は、従前どおり変わりありません。
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バランス伝送路のマルチボリューム
 マルチチャンネルでバランス(平衡)の音量調節を考察すると、その条件に叶ったもので、まともな機器は殆ど存在しません。Texas InstrumentsのコンシュマーユースのPGA2311AというボリュームICを用いた8チャンネルのボリュームを自作した事がありますが、音の良し悪し以前にダイナミックレンジが狭くて、サチュレーションを起こして、ピアノのアッタック等が歪むことが多々あり、作製して即納戸の肥やしになった事があります。又、アンバランスとバランスの場合、圧倒的なSNRの良さから、バランスの要件は外せません。片やPGA2311Aに対してシーラスロジックCS3310は電源電圧が高く使いづらいですが、Jeff Rowlandでも実績があり、PGA2311Aに比べて音に潤いがあるので、シーラスロジックCS3310で再作製を考えましたが、入手が困難なので諦めました。
製作記録はここです。

バランス伝送路のマルチボリュームの結論
 バランス伝送方式のリレーによるボリュームの自作を考えましたが、残された歳月がそれ程無いことと、その様な事に力を注いでいると、趣味の音楽を楽しむ時間と、大切な旅行の時間を失う事になりそうなので、マルチボリュームの件は、妥協策としてSPL Volume8で手を打つ事にしました。本心はリレー式のフルバランスのボリュームの方が優れていると思っています。
 SPL Volume8は、8チャンネル連動(ステレオ4Way)のバランス(平衡)の音量調整を行うために開発された機器です。通常DAコンバータやサウンドカードの多くは音量調整の為に、デジタルデータの下位ビット列をシフト(Right Shift)することにより桁落ちさせて調整を行います。しかし、その方式によって細部(ディテール)の信号を必ず音を失う事になり、激しい音質の劣化が生じます。又、アッテネータでない極普通のポテンショメータ(potentiometer)の場合、調整するレベル(抵抗値)によりインピーダンスの変化が生じて、ニアリティの悪化と後段のアンプの特性によりチャンネル間のバランスが崩れます。それをアクティブ・アナログ回路によって、定インピーダンス化を実現して、音の良し悪しとは別にボリュームに纏わる諸問題を解決しているとの事です。
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SPL Volume8の使い分け
 SPL Volume8には、リモートコントロールが付いてません、そこでRMEのデジタルボリューム、プレーヤーのボリュームを以下の様に使い分けて、ビット落ちによる音質低下を防ぐ方式としました。
 firefaceのアナログライン出力は3段階のアナログ回路での出力ゲイン切り替えが可能で、その選択はfireface Settingsから行います。そのゲインレベルは以下の仕様であり、+4dBuを選択すると、最新のEBU規格に準拠しており、SPL Volume8との連動で最適化がなされます。

リファレンス     0dBFS@    ヘッドルーム
-10dbV      +2dBV      12dB
+4dBu      +13dBu       9dB
Hi Gain      +19dBu      15dB

・基本的なオーディオ・インターフェースのアナログ出力は、+4dBuの出力で最大音量となるようにアンプ入力のアッテネーションを行う。
・大幅な音量の調整は、アナログのSPL Volume8で行い、ミュート機能等を使い立ち上げ時、終了時の安全対策として用いる。
・通常の微細な音量調整は、+/-6dB程度は、プレーヤーのデジタルボリュームを用いる。


プレーヤーソフト
 プレーヤーソフトは、ipadアプリの「MonkeyMote 4 foobar2000 HD」を用います。foobar2000を制御するソフトなので、再生する音源はfoobar2000の要件に従います。音源はのフォーマットはFLAC、ALAC(Apple Lossless)、で有る事が必要です。
 このアプリとfoobar2000のプラグインについての詳細について触れません。
 詳細はここです。
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肝心な音と、操作性につい
 音に関しては、foobar2000を直接操作したほうが、圧倒的に音が良いと思います。プラグインのモジュールにボリュームスケールの連動機能が有り、恐らくこれが悪さして悪化していると想定されます。試しにipadアプリのコンフィグレーションのボリュームを無効に設定したところ、大分改善される事が解りました。
 操作は、聴きたいアルバムアートから曲を選んで、キュー(待ち行列)に登録(ワンタッチ)すると順次再生されて、とても気持ち良く聴くことが出来ます。

今後について
 この方法で、飽きるまで聞き込んでみます。そのうち気に入ったデジタルチャンネルデバイダーの入手できたら、何時でもパソコンを無くす事ができますので、脱パソコン化が容易に実現できそうです。
 オーディオ装置の脱PC化 その2では、肝心な音のインプレッションと、このSPL Volumu8を開腹して設計と使用部品を確認したいと思います。
以下は、Volume 8 Model 2618の内部で、レーザトリミング硫酸抵抗器らしき物が窺えます。
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難しいUSBのノイズ対策

 現在、RME firefeceをオーディオインターフェースとして用いていますが、既に導入済みUSBアイソレーター(雑音絶縁器)のintonaに拘わる動作が思わしくありません。常時起きる問題ではなく、間欠的に生じる為、原因追求に至るまで時間が掛かりました。
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現象
 以下の様な現象が生じます、問題切り分けの為にintonaを経由しないで使用すると、問題点の総てが解消します。この事は、RME firefeceだけに拘わる問題であり、ごく普通のDACでは、問題が生じていません。

 ・総てのアナログポートから音声信号が出力されない。
 ・44.1kHz以上のハイサンプリングに限り出力がされない。
 ・アナログポート3,4で異常な発信が起きる。
 ・極めて稀にWindows7自体がハングアップする。
 ・前回終了時の設定内容が引き継がれない。
 
考えられる原因
 USBの情報伝送方式には、以下の4種類があり、機能毎に使い分けられています。そして、RME firefeceを繋いだホストを立ち上げる場合、最初にホスト(ドライバー)とRME firefeceがコントロール転送を用いてステータスの一致化をはかっており、その後、totalMIXというRME firefeceの制御ソフトを立ち上げる事により通常の使用状態となりますが、その当初に何らかの原因によりステータスの不一致(矛盾)が起きる様です。
 
 ・コントロール :主に装置とホスト間の状態遷移等の手順
 ・インタラプト :ホストポーリング/アドレッシングの調歩同期手順
 ・バルク :冗長検査が行われ、速度より正確性を優先した手順  
 ・アイソクロナス :ビデオ、音響機器の再送を行わない手順

なぜステータスの不一致が起きるか
 intonaの二次側(スレーブ側)のバスパワー供給は、センダー側(ホスト側)からのバスパワーによる電源機能がレィディー状態となり、トランス経由で二次側に供給されてからレシーバーが使用可能となります。そこで初めて通信が可能となります。時間にして、7秒程度の遅延ですが、コンピューターにとっての7秒とは、非常に大きい値で、RME firefeceの設計時のスレショルド値は、そこまで遅延することを想定してない思われます。そこで、情報取得のタイムアウトが生じて誤動作につながると想定しました。

取り合えずの対策
 現時点での最も安直な解決策としては、使用を止める事ですが、折角良質な音を聴ける状態に改善して来たので、何とか無い知恵を絞って考えてみました。

解決策は
 intonaの二次側にクリーンな5Vを別途供給して、品質の悪い二次側のバスパワーを用いない方法が考えられます。intonaに内部のDCDCコンバータの使用を止めて、二次側専用のクリーンなDC5Vを供給するコネクタと切り替えスイッチを設ける改善そろそろ考えたいと思います。

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 最近作製したipad専用のDACです。左のUSB(タイプB)はクリーンな5Vを供給するバスパワーコネクタで、右側のUSB(タイプA)は、ライトニングケーブルのデジタル信号コネクターです。この様に出来ていれば良かったです。今回の問題は、intonaが悪いという事ではなく、intonaの優れた特性を知って上手く活用する事を考えてみました。ケースをプラスチックからアルミシャシーに替えるより先ずは一次、二次側電源の品質の改善方が優先課題だと思います。

トゥイーターから異音

 久し振りにメインのシステムを聴いたところ、トゥイーターから小さな異音が聞こえます。異音は歪んでいて、アンプが故障したのかと思い、アンプを交換したり、左右を入れ替えて再生しても、同じトゥイーターから生じるので、直ぐにスピーカーの問題で有る事が解りました。原因はどうやらボイスコイルとポールピースとが、ほんの少々摺れている様です。

検証方法
 早速、問題のトゥイーターを外して、インピーダンスと位相のデータを調べました。問題のあるスピーカーの場合、綺麗な曲線が得られません。調査はDats(Dayton Audio Test System)と言う測定器を使いました。

測定した結果
 以下の様に、綺麗な曲線ではなく途中にストレスがある事が解ります。
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修理方法
 過去にスキャンスピークのリングラジエータのダイアフラムを交換した経験があったので、構造は解ってました。スキャンスピークのRevelatorとIlluminatorシリーズのトゥイーターは、接着剤とか磁性流体を使わず、すべて精度の高い螺子とスペーサーで固定されている為に修理が容易です。但し、螺子は「いたずら防止ねじ」で普通のドライバーでは廻せません。以下の様な特殊ドライバーが必要です。
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 修理は、3本有る螺子の内、1本は固定したままで、2本緩めます。3本総て緩めると、不必要に位置がずれて調整に手間取るので、冷静に落ち着いて行います。2本緩めたところで、マグネットをほんの少々(針一本程度)ズラしたところで、Datsで測定します。それを3回繰り返す内に、コイルとポールピースが摺れない個所を発見することができます。そこで、素早く2本の螺子を固定すれば修理完了です。
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修理後の測定結果
 以下の様に新品を入手した時と寸分違わず同じインピーダンスと位相の特性が得られました。
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修理後の感想
 良いスピーカーは、修理もフィールドで可能な様に工夫されています。又、保守部品も揃っていて、結果として、廉価です。それから、Dats(Dayton Audio Test System)は、スピーカービルダーにとって、必須の測定器ですね。今日は気持ちよく音楽を聴けました。

RME fireface用 高品質電源の作製

RME fireface用の電源
 RME fireface用の電源は12V/24VAのスイッチング電源ですが、秋葉原で販売されている中国製のACアダプターより、大分良い品質です。ダミー抵抗で24VAまで負荷を与えても、12Vの供給は行われ、負荷が高くなるに従いノイズが増えますが、まあまあの性能です。以前、Webで得た情報で、ヤマハの楽器用の電源(PA-6)を入手して使った事がありますが、整流ダイオードと電解コンデンサーのみの非安定化のために、軽負荷の場合15V以上の電圧があり、複数のチャネルから音を出し負荷を掛けると12Vを下回り、デジタルノイズ(プツプツ音)が生じて、歪を伴う為めに直ぐに使用を中止した経験があります。その様な訳で、RME firefacの電源を純正以外のものに交換する事には一寸抵抗があります。

今回作製した電源
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 今回電源を作るにあたり、品質の良いトランスを用いる事にしました。
 耐負荷変動に考慮して、BLOCK社製の40VAのトロイダルトランスにしました。ドロッパー(三端子レギュレータ)は、National SemiconductorのLM338を用いたレガシーな方法です。より高品質なLinear Technology LT1084-Fixedで作製する予定でしたが、調達に時間が掛かるので、一度作製して結果を見てから、改善することにしました。

測定結果
 測定するにあたり、12オームの純抵抗を負荷として、供給するケーブルを含めてノイズをオシロスコープで調べてみました。
 ドロッパー電源の方が、幾分かは低ノイズな事が解りました。


 ・ドロッパー電源ノイズは、以下のグラフの様にP-Pで5mV、実行値3mV程度のノイズがあます。このノイズは30cm程近くに有るパソコンの放射ノイズともおもえますが、LM338が発信している事も考えられます。
Drop_P.jpg



 ・スイッチング電源
  5mVの高周波ノイズが重畳しています、又、P-Pで25mVのパルス状のノイズが乗っています。
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 では、実際に10kHz/0dBの正弦波をfirefaceに入力して、アナログアウトの出力波形をオシロスコープで調べてみました。
 ・ドロッパー電源
以下の様に殆どノイズが乗っていません。
Xdrop_out.jpg
  


 ・スイッチング電源
  ドロッパー電源と同様に、ノイズが殆ど乗っていません。RME firefaceの電源とフィルターの品質が良い様です。
  強いて言えば、赤い丸で囲んだ部分ですが、それ程高いノイズレベルではありません。
Xsw_out.jpg



肝心な音は
 電源の方式の違いにより電源自体のノイズレベルが大分異なります。しかしRME firefaceの内部で、どの様なフォルターで対処しているかによりその結果が音に反映される筈で、実際に聴き比べてどうなのでしょう?正直言って、徒労と散財に終わった様です。この結果をもって、LDO(LT1084-Fixed)で電源を再工築するのは止めることにしました。RME firefaceの電源は、オリジナルの物で充分で有る事が解りました。
 鰯の頭も信心からと言った心境で、スイッチング電源のケーブルにシールド被服を被せた状態で使うことにしました。ノイズ対策はとても難しいです。もっと優れた方法が有るとおもわれます。
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スリーウェイ・スピーカーのパッシブ・ネットワーク

 スリーウェイ・スピーカーの場合、音質面ではマルチアンプでドライブするのがベストだと信じてきましたが、手軽に音楽を楽しむという趣旨では、パッシブ・ネットワークの方が優れていると思います。しかし、低域の分解能を期待すると、マルチアンプの方が、安直に優れた特性が実現できます。今回は、敢えて現状から得られるデータに基づき、パッシブ・ネットワークを設計して見る事にしました。ネットワークを構築するかは、得られた結果如何により考えたと思います。

測定に用いた機器
 測定ソフトとしてARTA、LIMPが考えられますが、操作ミスでサウンド・ボードを壊す可能性が有るのと、測定用の治具を準備するが面倒なので、Jigs and toolsとして OmnimicとDatsを用いて測定する事にしました。
Dayton Omnimicは、キャビネットに格納した状態で周波数毎の音圧(dBSPL)、インパルス応答、歪率、位相の回転を測定します。又、Dayton Datsは、キャビネットにドライバーを格納した状態でインピーダンス、位相特性を測定します。物理的な質量については、ドライバーにスケールをあてて計ったり、測定不能の場合はブローシャから数値をプロットしますが、可能な限り実測する事が好ましいと言えます。
ドライバー毎に可能な限り以下の項目を集約します。
  Maximum Excursion (XMax) mm
  Motor Stregth(BL)
  Maxmum Power(pe)
  Efficiency
  Piston Aria(Sd)
  DC Resistance(Re)
  Mechanical Q(Qms)
  Electrical Q(Qes)
  Total Q(Qts)
  Compliance(Vas)
  Voice Coil Inductance(Le)
  Voice Coil Series(Li)
  Voice Coil Resistance(Ri)
  Free Air Resonance(Fs)

ユニットオリジナルの測定結果
Original_Full.jpg
 各ドライバーの能率はL-PADで後々解決するとして、ドライバーの得意とする帯域をカスケード状に並べて、めのこで使える帯域を選びます。

インピーダンスと位相特性
 シミュレーションを行う場合、インピーダンスと位相の特性に関する情報が無いと行えません。
低域
XLow_p.jpg
低域の位相角0°の位置(周波数)は概ね21Hz付近となっています。

中域
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古典的なスコーカーなので、インピーダンスのピーキング・ファクターが大きいです。本来はZobel Circuitによる補正( (Impedance Stabilization)が必要かと思われます。

高域
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意外とフラットでは無いです。

ネットワークの回路図
 Speaker Workshopを用いて、変則的な二次の回路を作成しました。インダクターのテンコ盛りで、切れの悪い低音で、音のスピード感が無さそうです。
低域~中期 600hz
中域~高域 2,200hz
Network.jpg

シミュレーションの結果
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 まあまあ、フラットです、7kHz付近のなだらかな山は、煩く感じる事が想定されます。又、250hz~700Hz付近の山も人間の声が被ってソノリティの悪化が想定できます。このあたりを対処しないと実用に供さないと思われます。

一次のネットワークとシミュレーションの結果
一次のネットワークを試して見ました、単純な割りに良い結果が得られました。この感じだと一寸歪っぽく感じますが、音場感豊かなクラシック向きと言った感じになると思います。やはりウーファーのブレークアップが気になります。
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考察
 シミュレーション結果から経験則では、取り合えずスリーウェイ・スピーカーとして動作しますが、回路定数を調整する必要があると思います。又、データ自体の取得が1mのニアフィールドの値ですので、聞く部屋の特性を考慮した後、好みの音まで持って行くには爾後に根気強く調整が必要です。最終的には、使う受動部品の特性により更なる調整が必要になる筈です。 残念ながら、音場感、リアル感については、アライメンの解決が出来て無い為、ドライバーの位置調整で行うしかありません。やはりデジチャンの方が歩がありそうです。