DAC
DACの製作記事です
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パワーアンプとジッター
パワーアンプの音質改善を検討していますが、これを支配している要因としてDACのジッターと同様な事が考えられるような結果が得られました。
DACについてはhttp://aitlabo.net/blog/?c=003で説明しており、音源に依存するジッターを低減すると、音の分解能が上がり臨場感、音数が増加すると言うような評価になります。
当ブログのDAC試聴感想のほぼ共通した評価です。

一方パワーアンプの音質改善を施していると同様な評価になる事が分かりました。
AITパワーアンプの基本構成はclassA動作のBTLとしています。
当初はこれで十分と考えていました。
その後MONOパワーの音質を検討していると電源トランスのVAを大きくすると音質改善するとの報告があり現在のVA値トランスを用いています。
しかしSTEREOパワーはこれを実施できないのでreguratorを搭載して等価な動作をさせ音質改善が可能になっています。

これらの過程で分かった事は
音質は出力段の負荷電源安定度(reguration)に大きく依存すると言うことです。
0〜2A電流変化で10mV程度に出力段の電圧を安定化すると
「物凄い静寂感が出てきて、各々の音の分離感が半端無い」
と言うような評価になりました。
この変化の原因は電源変動(音源に依存する)に依って、出力信号が位相変調され、つまりDACのジッターと同様な音質劣化要因があると考えられます。
実測すると、ハムrippleのある(regurator無し供給)電源の場合、主信号に100Hzの側帯波が付帯しますがreguratorを装着すつとこれがほぼ無くなります。
位相変調(PM)は周波数変調(FM)と同義ですがFMは変調周波数が高くなると周波数変化量も比例して大きくなります、つまり電源変動で側帯波が発生することは各音の周波数をお互いに僅かに変動させ合うことになります。

この事はパワーアンプは電源トランスと平滑コンデンサの大きさが音質を支配すると言う事も説明出来ます。
AITは小型のトランスでも大型のトランス使用と同等な音質になるように電子回路で対応可能と考えています。
従来の方法では大容量トランス、大容量平滑コンデンサを用いても0-2Aの負荷変動で数100mV以下にはできません。

より詳しい説明は当方に問い合わせ下さい。

2016/05/20 PM 10:58:06 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

電流伝送
電流伝送について、視聴依頼した方から報告が上がってきましたので紹介します。まだ検討中ですが、ある程度の効果があるようです。回路はOPA1個で実現できます。

電流駆動型にすると音がスッキリとして見通しがクリアになります。電圧型と
切り替えてみると、電圧型の方は余計な歪み成分がシグナルに纏割りついて
いたのだな気付きます。電圧型だけ聴いているとこれは気付かないのですが
切り替えて比較するとこれに気付きます。電圧型ではアナログ部(プリアンプ)
からのノイズがDAC側に戻ってきてこれが可聴帯域に変調を掛けて余計な成分が
一緒に聴こえているというイメージです。再生装置全体のレベルがちゃんとして
いなければ、むしろ電圧型の方が力があってメリハリがあると誤解する恐れは
多分にあります。SACDからムニャムニャしてきたDSD256で聴くと
電圧型で聴こえていた成分が電流型でどうなるのかが一番よく分かります。
再生開始から2日目は1日中PCMの44.1/16で聴いていましたがPCMの音が
DSDのように優しくなります。1日中聴いても疲れません。2週間前に電圧型で
聴いていたDSD256より電流型のPCMの44.1/16の方が音は良いと思います。
現在の電圧型DSD256と同じぐらいだと感じます。PCM 44.1/16で電圧型と
電流型を切り替えてヴォリュームを上げて比較すると低域の響きで電圧型の方に
不快感を感じます。私はPCMを長時間聴いていると生理的に拒絶反応が出たのですが、
上記の高域の歪みの感覚と低域のこの感覚が没入できない理由になっていたと思います。
以前であればPCMで1日中聴くなんてことは出来なかったのですが電流式だと
OKのようです。
DACとプリの接続は電流型も電圧型もバランス接続で1番シールドはカット
してありますからグランドループはありません。GNDの電位固定はプリも
DACもシャーシからアース線で地球に落ちています。この状態でヴォリューム
MAXにしてSPに耳をくっつけると、電流型の場合ハムは聞こえません。
電圧型の場合ウーハーはハムはかすかにしか聞こえませんが(60Hzでカットしているので)
ミッドウーハ(〜1250Hz)、スコーカ(1250〜9500)、ツイーター(9500〜)
いずれからもハム?が聞こえます。電圧型の場合プリから可聴帯域全域のノイズが
DACに逆流していることになります。

2012/08/23 PM 11:44:52 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

電流伝送について
昨日電流伝送についてブログをアップしましたが、当方の説明不足があるようですのでここで補足します。
電流伝送を用いる場合は受け側(プリ、メイン)等の入力とGND間に電流電圧変換用に数100Ωの抵抗付ける必要があります。
もしそれをせずに電流伝送するとスピーカーを破損するほどの大きな電圧が入力されてしまいます。一方電流伝送用入力に電圧伝送を行うと、出力の低下、歪みの増大の原因になります。

従って採用する場合は、プリ等を電流伝送専用にするか、電流/電圧を切り換えを行う事になります。ただし切り換えを間違えると前述のように機器を破損する可能性があります。
以上の様な課題を含め音質改善効果を見極めた後、DAC基板搭載又は電流駆動基板として提供したいと考えています。

2012/07/14 AM 05:01:32 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

電流伝送
先日、貸し出し評価頂いた方が使用しているDAC等が電流伝送方式を用いているとの意見を頂きました。
当方もDAC機開発当初、電流伝送が良いのではないかと思い回路パターンだけ搭載していましたが、DACの基本性能が不十分だったため、評価せずパターンを削除してしまいました。
ところが改めて確認した所、音質改善に有効な事が分かりました。
詳しい評価は後日掲載しますが私が考えた特徴を以下に記載します。
ちなみに電流伝送は海底ケーブルの電力伝送に用いられています。

1 発生電圧は受端(プリ、メイン アンプ)の抵抗値でのみ決定されます。

2 従って抵抗値を変えれば電圧値を任意に設定できます。

3 配線コード、コネクター等の抵抗値、インダクタンスに影響を受けませんので、長さ、線種、接触抵抗よる音質劣化が軽減されます。

4 送出インピーダンスが非常に高いためGNDループが発生せずハム、雑音を低減できます。

5 回路はOPA1個で実現可能。性能劣化は殆どありません。
  当方DAC性能(S/N=120dB、THD=-110dB)を十分満たします。
  出力抵抗は数100kΩ以上、出力電流は10mArms程度まで可能です。
  OPA方式なのでOFFSET等も殆どありません。

6 終端抵抗(数100Ω)を受端に取り付ける必要があるため、汎用性が無くなります。

2012/07/13 AM 02:43:38 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

Xtal
当方DACにはVCXO(Voltage Controlled Xtal Oscillator)用として水晶振動子を使用しています。そろそろ在庫が無くなり発注ししたのですが、仕様通りになっているのか不安でした。
当方のDAC用VCXOとして使用する場合は、単に周波数が一致しているだけでなく、周波数可変幅が数100ppm必要です。確認したところ、ほぼ同じ特性となり一安心した所です。
尚当方のVCXOは可変幅を広くしていますが、原理的にC/Nの低下が少ないつまりjitterの小さい方式を採用しています。

2012/03/10 AM 12:22:23 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

FFTとS/N
FFTによって観測したスペクトラムからS/Nを推測する場合は、少々複雑なな計算をしないと求められません。
スペクトラムの雑音レベルがS/Nと思われている事が多いようですが、これは間違いです。
まずS(=Signal)の大きさを測定します。
次にN(Noise)を求めます。
FFT等で観測するNoiseはRBW(Resolution Band Width)と言う周波数分解幅に比例し、変化します。
従って雑音の総合値Nを求めるには
必要とする帯域幅(音声ならば20kHz、必要ならAカーブ等の補正をする)内に渡ってRBW毎に演算する必要があります。演算はdBではなくリニアで行い二乗加算後の平方値(直交加算)となります。
簡単には
スペクトラムの雑音レベルが-150dBc(dBcはS=0dBと仮定している事)、RBW=1Hz(fs=44.1k、Nfft=130kpoint window補正値=3)平坦とすれば、(概ねこの計算でよい)
N=-150+10log10(20000)=-107(dB)
つまりS/Nは107dBとなります。
Aカーブ時はこれより5dB程度良くなります。

ちなみにS/Nを良くする方法は入力に最も近い箇所に用いる増幅器を低雑音品にし、できるだけ大きな増幅度にすることです。


2012/01/15 PM 07:56:13 | Comment(6) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

SO社DAC
昨日友人が私の事務所を訪問しました。
彼が所有の旧型DAC(DAS7**)のケースと電源のみを使用し、dualES9018DACをその中に組み込むためです。
2電源トランス、純銅シャーシーなので重量が10kg程度ある物です。機能回路は古いのためさすがに、時代遅れの感がありますが、電源回路は余り変化がないため、どのような基板パターンになっているか確認して驚きました。
部品は高価なものを使用していますが、電源設計の基本に反するようなトレースパターンでした。これではハムが多いだろうと想像しましたが、案の定組上げて測定した所、50Hz成分が-120dB程度発生していました。ちなみに私の視聴用DACは-130〜-140dB程度です。-120dBは可聴限界付近なので問題無いとも考えられますが、基板を見てしまうと設計評価能力を疑ってしまいます。
高級高性能BRANDとは言っても、全てそうであるとは限らないことを再認識しました。
私は、この会社に在籍したことがありますが、その頃から技術開発力が低下していることを感じていました。

2011/11/20 PM 10:58:06 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

BALLANCEとUNBALLANCE
当方も製作しておりますが、FULL BALLANCE方がUN BALLANCEと比べ性能が良いとの考えが多くあるようです。
高性能DAC等の出力がBALLANCE形式であるため、このような判断をしているのかも知れません。しかしこれは余りにも単純な考え方です。
BALLANCE方式は、50年以上前には電話回線設備、VHFアンテナフィーダー等に使用されていますが、その後は余り使用されず、同軸コード、測定器など、殆どUNBALLANCE型が主流でした。同軸線と平衡線のコスト、及び電気的性能の差がどちらを使うか決めていると思います。
最近はLVDS、有線LAN(ISA)伝送、USB伝送等はBALLANCE方式となっています。

DAC出力がBALLANCEになっているのは、
 電源等による同相雑音を除去できる
 実効出力が2倍となるためS/Nが良くなる
 同様に低電圧動作が可能なので消費電力が小さくなる
が理由です。
ここで最も大きい理由の同相雑音を除去に着目すると、FUBBALLANCEを採用するには後段に繋がる機器が、どのような入力特性(BALLANCE入力回路)になっているか十分把握しないと、全く効果がなくなってしまいUNBALLANCEの方が良いと言う結果になってしまいます。
同様に基板内回路についても、正負信号処理を同一特性にする必要があります(定数、同一パッケージOPA使用等)。注意して設計しないとI/V変換後直ちにUNBALLANCE変換した方が良くなってしまいかねません。

2011/11/08 PM 02:52:22 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

多周波入力特性
特性の評価は一般には単一周波数を入力して行う事が多いですが、音楽信号は複数周波数が同時に入力されます。
以下は非同期の24波をDDSで発生し同時に入力した時の測定結果です。最大振幅は概ねFULLSCALEになっています。
-140dB付近のスプリアス発生状態がDAC、LPF、IVOPAの違いで異なることが分かります。
DSD1794は多くのスプリアスがあり実効的にはノイズが多くなる現象になると思います。



2011/10/06 PM 08:24:55 | Comment(3) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

LPFの雑音
DACの出力には高域成分を減衰させるためLPFを挿入しますが、それの構成法によって雑音が増加する場合があります。
現在主流になっているSllenKey型はNoiseの伝達関数が正帰還になっているためより多く発生します。
以下はその評価結果です。


2011/09/30 PM 09:42:23 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

I/V変換2
以下はI/V変換の実測とシミュレーション結果です。
シミュレーションはSpiceで実測と合うADI社modelを用い行っています。

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2011/09/12 AM 08:58:02 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

I/V変換
電流出力型DACにはI/V変換回路を使用します。一般的にはOPAを用いますがこの特性によって音質が変化します。
電流出力はパルス状の広帯域信号となっていることが多いため、これに追従できなくなることが原因の一つです。
OPAをI/V変換として使用する場合、積分コンデンサを取り付けるるため、評価はTHD又はS/Nの結果でのみ判断せざるを得ません。
そこで積分コンデンサを取り外し、OPAの出力波形から駆動電流能力を判定すると、より分かりやすいようです。
結果AD797、LME49710、OPA211等はリンギング波形が長く続きあまり良くありません、聴感でも同様でした。
より良い特性は、ftよりもスルーレートが高く(50V/μs以上)、電流駆動能力が高いことのようです。

2011/09/12 PM 10:55:49 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

増幅器と発振器
増幅器と発振器は別物と考える設計者は多いと思う。当方は殆ど同じであり、目的が異なるのみと考えている。
どちらも帰還回路を持った増幅器であり、帰還極性が負か正かの違いで増幅器、発振器になる。
基本となる原理は、一巡伝達関数(増幅器、帰還回路をLOOP状に接続した回路)の位相が360°になる周波数で利得が1以上(1を含む)あれば、回路は発振する。一方増幅器とするには負帰還でなければならないので位相が180°回転する周波数の時、利得が1未満(1を含まない)になる必要がある。
ここで発振器では360°となっているが、発振回路として用いる増幅器を反転増幅器(INVERTER発振器等)とすれば、発振位相条件は180°となり、増幅器と同様になる。(非反転増幅器でも一巡伝達関数が0°の時利得1以上とすれば発振器を構成できる)

つまり一巡伝達関数の位相が180°になる時の利得が1を境に増幅器か発振器を決定することになる。
増幅器の性能を無理をして向上させようとすると発振し、発振器を構成しようとすると発振しない、ことなどはこの理由による。発振器の場合振幅は飽和するまで大きくなるので振幅制限が必要。
当方が用いているVCXO、電源回路等はこのような原理を基本にし、SPICEでシミュレーションし、合わなければMODELを修正しながら設計している。NETWORK ANALYZERがあればより簡単に正確にできるのだが?。

以上は線形回路の場合である、BLOCKING 発振の場合は全く異なる。

2011/07/18 AM 12:02:25 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

スピーカー特性
音響システムを構成するコンポーネントの中で、電気的特性が不明確で不安定なのはスピーカーであろう。一般的に電気音響変換素子の特性としては当然ではある。
下図にJBL社の高級と言われるスピーカーのchannel dividerの電気シミュレーション特性を示す。出力は各スピーカーの公称抵抗で終端している。
SQUAWKERはLEVEL可変できるようになっている。
通過帯域のレベル差は効率差と思われる。
上は出力電力、下は電圧特性である。
中音域の特性は2dB程度うねっている、聴感、音質補正のためと推定できる。この帯域の特性が重要であること、位相特性には鈍感であることの証でもあろう。


2011/07/14 AM 05:01:32 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

OPAの思わぬ歪とS/N
OPAの歪S/N定義は信号源抵抗が0Ωの時で定義している。
しかし実際にはこのような使用状態はあまりなく有限値である。下図は当方使用OPAのTHD(逆数表示)、S/N(BW>300kHz)を信号源抵抗Rgに対して測定した結果である。

このOPAの電圧雑音密度から推測したS/N値はBW=300kHzとして約115dBであるので、Rgが1kΩを超えると急激に悪化することが分かる。
この結果より当方は、OPAの駆動能力も考慮し信号源抵抗は1kΩ程度としている。
ただし他のOPAでは異なる可能性はあるが、傾向は同様と思う。

次に高周波信号が入力された時の歪を下に示す。

波形の上部が詰まっていることが分かる。IV変換等高周波が重畳されている場合に用いると、これによって思わぬ歪の発生を招くことになる。

2011/07/07 AM 03:37:46 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

OPAのPSRRとCMRR
OPA(OPerational Amplifier)の特性としてPSRR(Power Suply Rejection Ratio)とCMRR(Common Mode Rejection Ratio)が規定されていることが多い。電源と入力端子間の相対変動と考えれば基本的に両者は同様な特性を示す。100dB以上の値が多いが、これは100Hzor50Hzでの値であり、それ以上の周波数では-20dB/decで減少する、つまり20kHzであれば40〜50dB減じた値となる。PSRRが小さくなると電源経由で出力が入力に帰還され信号の悪化を招く。
その時各入力端子はGNDに0Ω又は600Ωで接続であるが、これをkΩ程度の有限値以上にするとさらに悪化する。一般的には反転及び非反転入力端子から見たインピーダンスを同一にすれば改善するが上記値を超えない。
ここでOPAの電源を高速、低Roとすれば、電源に依存する信号の悪化は防ぐことができる。正負電源をtraking形式にすれば、入力端子と電源の相対電圧は変動しないのでさらに良い。
特性の良いコンデンサで対応する時は、負荷電流による変動を吸収できるような値にしなければならない。

2011/07/07 AM 01:21:51 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

LPF
DACのPOST LPFとしてOPAを用いたmultiple feed-backが多用されているが、これは不要信号を選択的に帰還し、所要の特性になるようにしたものである。つまり不要信号(LPFの時は高域)の特性も
必要信号と同等以上に良好である必要がある。ところが通常高域の特性は劣化するのが一般的である。また高周波成分(概ね1MHz以上)が重畳すると非線形動作が顕著になり思わぬ歪発生の原因にもなる。
この問題は、LC梯子型FITERをGICを使用したFDNRを構成(初期のCDPに採用されている、当方の回路は参考記載回路とは異なる)すれば、必要信号は、単に直列L(FDNRではRになる)を通過するのみとなり、劣化が軽減される。
且つAK4399に見られるような、特異周波数(約170kHz)に大きな不要信号が重畳されている場合などは、その周波数にDIP POINTを付ける事も容易となる。

蛇足であるがTIのfreesoft Filter Proは正しくない場合がある、こちらの方が良いと思う。

2011/07/05 PM 09:05:00 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

ES9018とAK4399のPULSE特性
FILTER種類によるSTEP応答






AK4399 mindelay














AK4399 sharp cutoff

















ES9018 fast rolloff













ES9018 slow rolloff
fs=44.1kHzで20kHz入力時、折り返し成分(24.1kHz)が現れる。

2011/06/21 AM 01:50:25 | Comment(2) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

電源の高周波特性
高周波(1MHz以上)特性は
ECAP等では変化せず
高周波バイパス用の
0.1μF程度のコンデンサ
の特性に支配されます。



100Ωを直列に挿入して印加

2個並列に接続
自己共振周波数(約5MHz)のリンギング発生

並列数を増やすと
リンギング周波数が下がる。
余り多すぎると場合に
よっては不安定になる。














位相補正対策後

2011/06/08 PM 02:52:22 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

DAC電源ノイズ
20kHz正弦波24bitDATA入力時の電源ノイズ波形
波形は10倍にして観測


7805+1000μFEcap
ノイズ電圧=110μ
Vrms
低域から広域まで20kHzに相関のする雑音がある








7805+330μFOSコンデンサ
ノイズ電圧=74μVrms
周波数の低いノイズは小さくならない










採用電源+33μFOSコンデンサ
ノイズ電圧=20μVrms以下

2011/06/07 AM 01:21:51 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

電源インピーダンス

2011/06/06 PM 08:24:55 | Comment(0) | TrackBack(0) | [アナログ回路]

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