■DACチップの比較

今回用いたDACチップのスペックとその解釈について比較してみました。単純にスペックを比較すると圧倒的に差があるのですがよくよく見るとそうでもないのです。

■DACチップのスペック比較

■PCM1704は実は超高性能

PCM１７０４は古いDACチップで今では生産中止となっています。流通時でも1個5000円位して、しかも１CHですからステレオでは最低2個、バランスにすると4個必要ですので相当高額なデバイスです。単に高価であるということではなく高価にならざるを得ない理由がありました。このDACチップはラダー抵抗に電流を流してアナログ信号を発生させるのですが、最小ビット付近の抵抗値に非常な高精度が要求されます。半導体は抵抗の精度が出しにくいので製造後にレーザーでトリミングして抵抗値を校正していました。そのため高価にならざるを得なかったのです。

 PCM1704のデータは古い測定器で測った控えめなスペック

それとデータシートをよく見ると、どう考えても実際のスペックは公称値よりもいいのです。スペックはよくても実際の性能は悪いのというのはよくあることですが、なんとこの場合は逆ではないか？と思えるのです。PCM1704は元々Barbrouwn社が開発したもので、この会社は結構j控えめにデータを出す会社だったのではないかと。それとデータはPCM1704が開発された時代は古いのです。データシートによると、何しろ測定データをとっていたのが、この古いShibasokuの歪率計725Cです。今ならAudioPrecision社の高性能オーディオアナライザーを使って、あるものも見えないことにしてしまうくらいお手の物ですが、この頃は逆に歪率系の残留歪を見ているようなものだったかもしれません。

現にデータシートをよくよく見てみると,ベースラインは-140dB程度で確かに最新のDACチップと比べると若干見劣りがします。ただ最近のDACチップ測定では
・測定器が進歩している
・測定器で平均化している
・IV変換部の出力電圧を高くして測定している 等、測定結果がよくなるように条件を微妙に変えているので1対１での実力比較にはなっていないのです。

この図は-90ｄB の信号を再生した時の信号スペクトルですが、ノイズレベルは-140ｄBで歪のレベルでも-126ｄB位です。現代の最新DACチップと比べても遜色ありません。

一方こちらは-120dBを再生した時のオシロの波形です。-120ｄBが再生できていているのですからかなりの実力です。

■基板レイアウトに改良の余地がある

PCM1704の時代が古かったのか、データシートの実装は今なら常識の当たり前のレイアウトが出来ていません。普通デジタル入力部とアナログ出力部は基板のベタアースの部分を別にして、ノイズが混入しにくくするのは現在では当りまえなのですが、PCM1704のデータシートの標準パターン例ではアナログもデジタルも区別がありません　。この点に留意して実装すればスペックよりも更に良くなる可能性があります。

■OPアンプにも改良の余地がある

データシートで推奨しているOPアンプは当時は高性能でも今となっては古く、現代の最高性能のOPアンプを使用すれば、ノイズレベルは-6dbくらいになる計算です。そうなると実力は現在のDACチップ比べても相当なものです。

ローデシュワルツのオーディオアナライザーUPLを導入したことを以前お知らせしました。今日はその測定例を紹介します。

オーディオアナライザ~R&SのUPL

このオーディオアナライザーは相当古いものです。基本的にコンピューターで計測を制御していますが、OSが何しろWindows95の前のMS-DOSですから。それで安全か？ですって、まちがいなく安全で安心です。何しろLANもUSBもついていませんから。

その代わりデータの転送に偉い苦労します。付いている媒体はFDDフロッピーディスク、ただこれにデータ保存する手順がテキストコマンドをハッカーのようにバチバチ打たないといけないので、使い物になりません。マウスなんておしゃれなものも（オプションにはあるようだが）付いていません。

とは言えオーディオアナライザーとしての基本性能は極めて優秀で、今でも立派に通用します。これまで使用していたパナソニックのVP-7723Aよりも一桁下のTHDを測定できますし、何よりFFTによる解析機能に優れています。

測定結果は測定器の10インチぐらいのディスプレイに表示されるので、それで不便はないのですが、画像くらいは取り込みたい。やろうとするとこの様なフローになります。

外部モニター用のVGA出力はありますので、これを一度ビデオ信号に変換し、ビデオキャプチャーで今のPCに取り込めます。こう書くと簡単ですが、ここにたどり着くまでに相当の労力を費やしました。

それにこのオーディオアナライザーUPLにはデジタルの入出力もついているので、DAコンバーターの測定にも便利です。

今回はDAコンバーターの測定結果を紹介しましょう。

DAコンバーターDACFA0（PCM1704）のスペクトル　 Fs=48ｋHz

下の画像はこの測定器UPLからSPDIF信号（Fs=48kHz）光で１ｋHzサイン波を出力して、弊社のDAコンバーターのアナログ出力を調べたものです。　0dB出力時にで約2V（6dBV）の出力が出ていて、THD+Nが0.00６％であることがわかります。スペアナ波形（横軸の単位はｋHzです）を見ると、THDの主成分は第2高調波であることがわかります。

ノイズも含めて0.006％というのは相当に優秀でカタログスペックの約2倍に収まっています。カタログスペックよりも悪いと思われるかもしれませんが、カタログデータはFs=768ｋHzで、しかもフィルターを入れ、かつ平均値を取っているようなので（カタログデータと言うものはそういうものです）、この実測データは相当いい感じです。

DAコンバーターDAC-FA0の歪分布

こちらはDAC-FA0の高調波歪み分布です。次数が高くなるに従って減少していっています。

次にもう少し新しいDACチップのTHDを見てみましょう。こちらは試作したUSB-DACで使用したESS社のES9018の特性です。THD+Nは0.0075%でPCM1704と同程度です。ただ、スペクトルを見てもらうとわかるように、高調波歪はほとんどなくむしろノイズの方が主成分に見えます。（ES9018の方がTHDがずっと小さく見えるのは縦軸のスケールが異なるからです）

ES9018のスペクトル、Fs=48ｋHz

ES9018の歪分布

こちらのTHD成分を見たのがこちらで、第2から第9高調波まで同程度に検出されています。ただノイズを除いた全THD成分は0.0013％と非常に小さい値です。ES9018は内部でノイズシェーピングをしているのですが、可聴帯域までノイズがおりてきているのでしょうか？

以上はFS=48kHzのデジタル信号を入力した時のデータですが、残念ながら測定器UPLでは４８ｋHzが上限です（何しろ古いので）。

かわりにサンプルレートコンバーターで96-384ｋHzまでアップサンプリングして入力した結果がこちらになります。

ES9018/Fs=96kHz

ES9018/Fs=192kHz

ES9018/Fs=384kHz

サンプリングレートを上げると高調波歪が逆に増加していることがわかります。悪化したといっても0.001％レベルですから、悪化というより”見えすぎちゃって困るの～”という感じですが。

使用したサンプルレートコンバーター（SRC）はAK4137です（実はこのAK4137相当なくせ者です）。THDが悪化したのはDACチップのせいではなく、SRCの影響である可能性もあります。SRCを使う限りTHDの特性上はメリットが無い様です。

とまあ、こんな解析も簡単にできるようになりました。