都市伝説 USBトリートメントを試しました。

 USBDACで音楽を聴く場合、空いているUSBのポートに装置を差し込むと、まことしやかに音が改善されると、言われる物があります。メーカによって、USBのドレッシング(DRESSING)という商品ですが、USBの電源(DC5V)から漏れるEMIを抑えて、信号ラインの終端処理を行い、信号波形の歪とノイズを防ぐのが目的の様です。簡単言えば、High Speed(HSモード) - 480 Mbpsのアイソクロナス(isochronous)転送で、CRC(生成多項式による検証)でロストパケットが生じないように、限界までフィルターを利かせるのが、目標の様です。こんな馬鹿げた事をしなくとも、USBのアイソレータ(INTONA)等を使い、ピュアーな5Vを別途供給すれば、最高の結果が得られて、他に対処の必要が無いのですが、ここはお遊びと言うことで、試してみました。

使用した部品
 USB A型コネクター
 91Ω 抵抗(信号線のターミネーター)
 1,000PF マイカコンデンサー
 1500μF/6V OSコン
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作製
 ものの5分程で作製できました。
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試聴
 USB入力のDACをノートパソコンに接続して、並列に空いているUSBコネクターに今回作製したターミネータを、挿したり抜いたりして聞き比べました。

試聴の環境
 パナソニック Let'sNote
 USBケーブル ワイヤーワールド バイオレット
 USB DAC CHORD Mojo
 イヤフォン ゼンハイザー iE80
 

肝心な音

 音の変化は、微妙ながら確かにありますが、音の良し悪しではなく、微妙な変化です。もともと、USBDACのノイズ対策が優れているので、この手の商品は、ノイズ対策が悪いUSBDACに有効であると断言できます。ハッキリ言える事は、この手の商品で音が改善される様でしたら、使用している機器のノイズ対策が不備で、基本的な部分での改善が必要であると言えます。
 この様なニッチな商品を追い続けるより、スピーカーの配置、室内の壁、天井等の音響対策を行った方が、有意義だと断言できます。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その4

 電源のフィルター作製

 ファインメット・ビーズと6穴フライトコアーチョークを基板にハンダ付けしました。やはり基板が出来ていると作業が楽で美麗にできます。部品が接近していてリード線の短絡に気を使いました。写真の右側がDC12VからATX電源を生成するDC-DCコンバータの基板です。
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ピン番号20番
 ピン番号20番は、現時点では「Reserved」となっています、NullとかNoneではないので、何時かは使われると言う意味ですので、20番にもフィルターをセットしました。

ATX電源の仕様
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ケーシング
 アルミダイキャストにケーシングする前提で、コネクタを、横だしの基板ヘッダ Molex ライトアングル(4.2mm MINI-FIT JR.シリーズ)を取り付けました。これで厚さが15mm以下に納める事ができて、ケーシングが可能になりました。

余興
 +12V(黄)、-12V(青)、5V(赤)、3.3V(橙)、各々に超低ESRのコンデンサーを追加して、可能な限りクリーンなDCを供給する事を試してみます。音声信号ではなくデジタル回路用の電源ですので、EMIノイズの伝導と反射(輻射)から少しでも回避できればと思います。気休めか、効果ありか楽しみです。

新リレー式アッテネーター attenuator 最終+オマケ

 リレー式アッテネーターの話が終わったのに、リレー式アッテネーターのマルチチャネル・ボリュームとしての音質の評価を失念していました。
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音質の評価
 今まで、2チャネルで抵抗の選別等の評価を行ってきました。得られた結果は、想定した以上に抵抗の素材、方式により音が異なる事が解りました。そして、現時点で価格対性能で、最良と思われる抵抗を実装して、マルチチャネルに投入して、音を聴いてみました。結果としてマルチチャネルで聞くと相乗効果が有るのか、2チャネルの試聴時以上に音質の差が顕著な事が判明しました。

肝心な音
 今まで使用していたリレー式のアッテネータと比べて、以下の評価となりました。試聴を重ねて地道に抵抗の選別と改良したきた成果が得られたのだと思います。そして、恐らく Vishay SFERNICE Foil resistor の採用が功を奏しているのではと想像できます。

 優しい音色
 それに反して、過渡特性が優れている。
 SNRが高く、静けさの再現性が向上
 低音の音階が明確になった

 と言った変化で、劇的な変化では無いですが、理論に基づき、試聴と測定を繰り返す改善は大切だと思います。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その3

消音パソコン(クワイエットパソコン)の電源の改善

 クワイエットパソコンの電源は、12V/160VAのパワーパックによる供給です。160VAというと13Aの比較的大型のスイッチングレギュレータで、高負荷の時には、盛大なスイッチングノイズが拡散される事が想定されます。 それよりもっと深刻な問題として、ATX電源をパワーパックからDC-DCコンバータで生成して、そのコンバーターが、ATX基板の電源供給のコネクタ付近に鎮座する事です。 折角、クワイエットパソコンを導入しながら、DC-DCコンバーターによるEMIノイズ対策が、全くなされて無いという重大な欠陥が判明して、早速対策を行う事にしました。 そこで、方法としては、DC-DCコンバーターをATX基板から隔離するとともに、EMIのフィルタリングを行って、可能な限りクリーンな、ATX電源の供給が可能な仕組みとします。その後に、12V/160VAのパワーパックの対策を考える事にします。通常のATX電源の場合、スチールケースでシールドされているので、問題点が少ない状況です。

DC-DCコンバーター
 ISL6440 300kHz Dual, 180°Out of Phase, Step Down PWM Controller を使ったスイッチング電源で、高効率ですが、ノイズまみれの真っ裸な基板です。これは、EMIフィルターと併せて、アルミダイキャストのケーシングが必要と思われます。それにしても、汚い基板です。ハンダ付けで、綺麗なフィレット(fillet:JIS規格 溶接用語 JIS Z 3001)が出来て無いです。
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ATX電源のフィルター
 手作りアンプの会の重鎮であるケンさんに、ATX電源のフィルター基w板を分けていただきまして、それを基に進める事にしました。先ずは、組み上げる前に、ファインメット・ビーズと6穴フェライトコアを繋いで、実際にスイッチング電源によるスパイクノイズの削減を体験する事にしました。

ATX電源フィルター基板
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テスト基板
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テスト環境
 入力電源:AC/DC Adapter 15V・1.2A
 負荷:純抵抗負荷 600mA
 スコープで入出力のノイズを比較してみます。
 純抵抗では、実態に合わないと思いますが、差を比較する事に主眼をおきこの方式としました。

得られた効果
 スパイク・ノイズが減衰していますが、使用するAC/DCアダプターや負荷電流でノイズ・スペクトラムは異なりますが、ファインメットの抑制能力は安定しているようです。

高負荷の状態 青:入力 赤:出力
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 高負荷の場合、スパイク状のノイズが現れますが、見事に削減されてます。

低負荷の状態 青:入力 赤:出力
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低負荷の場合は、全体的にSNRが改善されるようです。高負荷より低負荷時の電源の挙動が不明で、効果は薄れます。

ファイメット・ビーズ
 ファインメット・ビーズはFT-3AM B4AR
 ファインメット・ビーズは、FT-3AM材を用いた小型のビーズコアで、リバース・リカバリー電流などの半導体スイッチング素子のスイッチング・サージ電流・電圧のサプレスに最適で、今回の消音パソコンの電源ノイズを押さえるのに最適です。それと併せ技で、六孔のフェライトコアーを用いて、フィルターを形成します。ファイメットとフェライトコアーは、効果を成す周波数帯域が異なり、シリーズに繋ぐ事により、カスケード状に効果を発する事を目指します。
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6穴フェライトコア・チョーク
 Wurth Elektronik WE-UKW
 詳細はここ
 
パッケージタイプ ラジアル/アキシャル両用
インピーダンス @ 25 MHz 920Ω
インピーダンス @ 100 MHz 961Ω
定格電流 3A
タイプ フェライトビーズ
寸法 6 (Dia.) x 10mm
高さ 10mm
直径 6mm
材料 フェライト
適応範囲として、PC、テキスト処理機器などのデジタル機器の基板上のコンポーネントを無線周波数干渉から保護
リード線 ニッケルメッキ無酸素銅

今後の予定
 ノイズフィルター基板にビーズとチョークを実装してから、アルミダイキャストケースに格納後、再度測定を行う予定です。スイッチング電源のPWM 300kHz付近の減衰を意図したら、ムラタ製のBNX016を併用した方が、効果的に思えます。又、更に理想的には、出力側の電源ケーブルのシールド対策と、ケーシングとしては、肉厚10mm程のアルミダイキャストが良いのですが、先ずはタカチ工業の既製品で進めてみます。
 

新リレー式アッテネーター attenuator その17 最終

 昨日は、手作りアンプのオフ会(三土会)に参加して、無事に稼動させる事ができました。途中、プレーヤーのボリュームを絞っている事に気づかずに、音量を上げても音が大きくならずに、冷や汗をかきましたが、特に問題なく発表を終える事が出来ました。

最後の改善
 帰宅してから最後の処理として、電源部からアッテネータ本体へのリンケージフラックスを避けるために、PCパーマロイ(IEC60404-8-6、1999:軟質金属磁性材料) のパネルで、仕切りそして、パーマロイのシールド板をフレームグラウンドに落として、シールド効果を高めました。SNRの測定を行っていませんが、何れ機会が有ったら行いたいと思います。今日測定して、SNRが悪い事が判明すると、落胆が大きいので、取り急ぎの測定は止めます。最大音量(0dB)、最小音量(-63.5dB) にしても、全くノイズが生じませんので、完成として良いと思います。

 電源部をPCパーマロイでシールドした様子です。
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 ※PCパーマロイは78-パーマロイにMo、Cu、Cr等を添加したもので、パーマロイの中で特に高透磁率の素材です。 

完成の記念写真
 完成の記念として、旧アッテネータ(3Way)と最新アッテネータ(4Way)の記念写真をとりました。
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 上が新アッテネータで、下が旧アッテネータです。容積比では、旧から新へ3分の1に縮小することができました。

製作を終えて
 今回、アッテネータを作りにあたり、手作りアンプの会のI氏には多大なるお世話になりなりまして、深謝いたしております。末永く大切に使いたいと思います。

新リレー式アッテネーター attenuator その16

 明日は、手作りアンプのオフ会(三土会:毎月第三土曜)ですので、最後の仕上げを行い、会場で音を出す予定です。三土会も、残すところ8回程で、200回の開催を迎えます。2000年の夏から、かれこれ18年間続いています。
三土会は、ここ 
http://kantou-sandokai.sblo.jp/

ケーシングと性能
 何とか、ケーシングを終えて、当初の目標でした小型化が実現しました。恐らく、バランス伝送4Wayのアッテネータとしては、世界最小であり、そして、左右等のバランス(ギャングエラー)も誤差0.1 % ±10ppmの抵抗を用いたので、オーディオ用として申し分ないと思います。
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電源のトラブル
 無い知恵を絞り、電源を作製しましたが、微妙に電圧と容量が不足して、安定稼動が出来ませんでした。当初予定のパワーパックで稼動させれば、問題なかったのですが、ドロッパー電源とシャーシーの高さに拘り、リレー基板の電源に無理をしてしまいました。そこで、設計者のI氏に専用の電源を用意していただきまして、事無きを得ました。

 以下が、電源の状態
 黄色 整流後の電圧
 水色 6Vライン(電源基板の出力)
 桃色 ドロッパレギュレータ(NJM2805)の入力の電圧
 青色 ドロッパレギュレータの出力の電圧(5V)
 
電源の電圧と容量が不足している状態で、PICへの電圧(青色)も不安定です。
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改善された状態で、PICへの供給電圧も安定してます。
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消音処理
 リレーを用いている為に、減衰値の変更時にリレーの動作音が生じます。可能な限り、消音処理を行いましたが、皆無にはなりませんでした。それでも切り替え音の高音成分を減らす事が出来たので、「チッ、チッ、チッ」 音から耳障りではない、小音量の「プッ、プッ、プッ」 音に抑える事が出来ました。この音も意識して減衰値を替えるときのみなので、特に問題になりません。アッテネータから6m程離れると殆ど聞えませので、消音は成功といえます。

左の黒いスポンジの箱が、手作りの消音カバーです。
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リレー部分に消音カバーを被せた状態です。
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今後の予定
 PCパーマロイ(Ni-Mo,Cu-Fe)パネルの入手が出来たので、電源部とアッテネータ部をパーマロイで隔離する予定です。現在でも、ハム等のノイズが聞えないので、特段必要なかったように思えますが、この加工で、このプロジェクトの最終にしたいと思います。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その2

 PCのストレージのバックアップを検討しました。
 通常、ミュージック・ソースは、1TBのSSDに格納して、定期的に、MirroringのSSDにキャプチャーしますが、それだけでは心配なので、外部記憶媒体に定期的にバックアップを取得する事にします。
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外部記憶装置
 今回はUSBのポートをbiosレベルでインヒビットしますので、Firewireでフックアップ可能は装置をえらびました。音楽を再生しない時に、内蔵のSSDから、Firewireでハードディスクにセーブします。
 最近、Firewire(Thunderbolt™)とUSBからアクセス可能な外部記憶装置が少なく、調べた結果、ソニーの放送・業務用レコーディングメディアの高信頼・大容量のハードディスクを選択しました。
 詳細は、以下 https://www.sony.jp/products/Professional/ProMedia/goo/psz.html

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USB3.0とFirewire800(IEEE1394b)のフックアップが可能です。業務用の要件として、一つのコンテンツが、複数の媒体に跨った時、デイジーチェーン(daisy chain)で、連続してアクセス可能な構造になっています。

PSZ-HA/PSZ-SAシリーズ
 この媒体は、放送用に作製したデジタル・コンテンツのバックアップとロジステック(車送)様に存在する高信頼の媒体で、筐体全体がシリコン・ゴムで保護された構造です。価格的には実勢価格で、バッファロ、アイ・オー・データ機器等の同容量の4~5倍程の価格ですが、開示されている諸元内容の明確さ、対振動等からバックアップに用いる媒体して相応しいと判断して、選択しました。
This 1TB drive can survive a two meter drop and read/write at up to 122/MBs.
外付けディスクに求める要件は、記憶容量、スピード、価格、信頼性のどれでしょうか?

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その1

 かねて懸案事項でした、静かなパソコンへの移行を行います。
 パソコンの筐体は、ファンレス・シャシーを用い、CPUは、音楽再生に特化して、それ程パワフルではなく、可能な限り発熱が少ないモデルを選びました。マザーボードは、サウンドシステムが無く、ASIOによる出力限定にしました。

ファンレス・シャシー
 ゴンザエモンさんのホームページを参考にさせていただきまして、英国の Streacom FC9 ALPHA を採用しました。電源は、スイッチング電源で、12V/160VAの強力なものがバンドルされています。収納可能なマザーボードのフォームファクタは、Mini-ITX、 Micro-ATXで、拡張性とサイズのバランスが優れています。シャシーは、フルアルミニュームで、極めて軽量で放熱効果が優れています。
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Manufacturer Product Code:
ST-FC9S-OPT-ALPHA

Chassis Material:
All Aluminium(6063), 4mm Thick Extruded Panels

Motherboard Support:
Mini-ITX and Micro-ATX

Number of Drives:
Maximum 3x 3.5" and 3x 2.5"

Expansion Slots:
3x Low Profile

USB Ports:
2x USB3.0, Left & Right Side

Cooling Systems:
Heatpipe Direct Touch 4 Pipes (MaxmunTDP95W)

Socket Compatibility:
Intel LGA1151 and AMD FM1/2, AM2/3/4

Dimension : w348 x d89 x h100mm

Power Supply:
Streacom ZF240 or Nano PSU

CPU
 CPUは、限りなく発熱しない Xeon E3-1240L V5(Skylake) 2.1GHz TDP25Wが希望でしたが、価格が4万円を超えるので、今回は、手始めにCORE i3-6300T(Skylake) 3.3GHz TDP35Wを選びました。

マザーボード
 サウンド・システムの無い Super Micro Computer Inc X11SSL-F を選びました。Super Micro Computer社は、サーバー用マザーボードを専業としており、この分野では珍しく、カリフォルニア州、サンノゼで作られています。
 詳細はここ

プラットフォーム
 プラットフォームは、アミューズメントに関するタスク等、百害あって一利無しのサービスがアクティベートされない、「Windows Server 2012 R2 Essentials」にしました。Windows Server 2012 R2 Essentialsは以前に購入して、未使用でしたので、今回活用できそうです。

ハードウェアーの構成図
図をクリックすると拡大されます。
 ハイライトは、サウンド・チップが搭載されてないマザーボードの採用で、自前のオーディオ・インターフェースで音を出します。PCと、そのオーディオ・インターフェースをフックアップする方式は、USBではなく、IEEE1394a(Firewire400)だけです。バックアップ用の外付けディスクも、IEEE1394b (Firewire800)を用意しました。緊急時はUSB3.0が使えるモデルです。音楽再生時はノイズ源のUSBは、バイオスレベルで無効とします。
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ソフトウェアーの構成図
図をクリックすると拡大されます。
 サウンド・システムのチップが無いマザーボードで、サウンド・ドライバーはASIOのみです。選曲は、MonkyeMote 4 foobaer2000を基調として、ipad Pro 12.9から選曲と、再生のデマンドを行います。RME TotalMIXの操作等、キーボード操作を伴うWindowsの環境の調整は、必要な都度リモートディスクトップから行います。
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CPU attachment
 接続機構は、ノイズの総合商社といえるUSBを用いず、レガシーなIEEE1394a (Firewire400)のみを用います、又、バスパワーを用いず、インターフェースへの電源供給は、トランス式のドロッパー電源を用います。
以下がIEEE1394a(Firewire400)専用基板です。
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今後の予定
 パーツが揃ったので、時間を見て組み立てを開始します。パソコンを組み立てる場合、プラモデル同じで、道具としてドライバーのみなので、気楽です。問題は、ソフトの設定とチューニングです。

新リレー式アッテネーター attenuator その15

 今日は、天候が優れず、蒸し暑いので涼しい部屋で、マルチスネーク・ケーブルを作製しました。中国製の廉価なケーブルが有り、手間と材料代を考えると、作製が馬鹿々しくなります。しかし、最低2Mの物しかなく、コネクタの品質も程度が知れているので、自作しました。 値段に制限を付けなければ、ベルデン製、カナレ製等、高品質な物はいくらでも有るのですが、総て3M長から始まり、丁度良い長さが有りません。

4Way用のマルチスネーク・ケーブル
 右がRME Firefaceからアッテネータへの渡りのケーブルで、左がアッテネータからアンプに行くケーブルです。ケーブルは、ゴッサムオーディオの非メッキ・2重シールドケーブルで、コネクタは、ノイトリックと航空電子製で、品質には申し分ありません。
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2Way用、試聴用ケーブル
 アンバランス(RCAコネクタ)用にブレークアウ・トケーブルを作りました。
写真左のDB to RCAケーブル
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ピンアサインメント
以下の割付がデファクト・スタンダードです。 クリックすると拡大されます。
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ブレークアウト・パネル
RME製のブレークアウトパネルで1Uです。このパネルを使うと7.1チャンネルの音量調節が可能です。
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背面にDB(DSUB25)が備わっています。
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今後の予定
 明日から、アッテネータ基板の取り付けと、消音処理を行います。
 今日は、作製したケーブルを丁寧にチェックして、明日への鋭気を養います。