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スピーカーシステムの周波数特性の測定方法

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はじめに

スピーカーシステムの周波数特性はオーディオシステムの中でも最も音質に大きな影響を及ぼす大切な特性と考えられます。 ここではスピーカーシステムの実際の試聴状況における周波数特性の測定方法と実測結果について紹介したいと思います。

スピーカーシステムの周波数特性の測定方法

測定方法には大まかに分けて次の2つの方法があります。
・FFTによる周波数特性測定
・サイン波による測定
一つ目の方法はホワイトノイズをSPから出力し高速フーリエ変換（FFT）することにより周波数特性を測定するものです。この手法はFFTのフリーの解析ソフトもありますので比較的手軽に実施できます。メリットはほぼリアルタイムで特性が把握できることです。欠点としてはノイズ、あるいは統計誤差により周波数特性上のピーク、ディップがあることと特に低域の精度が出にくいことです。測定中のレベル変動を低域成分としてカウントしてしまい、低域の特性が実際よりも大きく見えてしまったり、再現性に乏しかったりすることがあります。
（ホワイトノイズ+FFTで解析求めたスピーカーシステムの周波数特性）
このグラフは実際にスピーカーにホワイトノイズを入力し、応答波形をFFT解析して周波数特性を求めた結果です。
原理的に分解能が一定なので高域程ノイズが目立つようになります。全体的にノイズが目立ちます。ノイズは平均化回数を多くすると改善されるはずなのですが、そうすると本来あったピーク・ディップも平均化されなめらかな特性になってしまう様です。もちろんプログラム・ソフト上で工夫すればこれらの問題はある程度改善されると思いますが、そこまでできるもので安価なものは無いようです。
2番目の方法はサイン波を直接入力して測定するもので、無響室ではよく用いられますが、実際の試聴環境下で測定される例は少ないようです。しかし実際にこ の方法で測定してみると、細かな周波数特性上のピーク・ディップがはっきり把握でき、FFTよりも高い精度で信頼できるデータが得られやすいのです。次に実際にサイン波による測定方法を2例紹介します。

サイン波のスイープによる自動測定（その１）

まず最初にパソコン（とマイク）だけで周波数特性をはかる方法を紹介します。RightMark社というところがRMAAというDAコンバーター用の自動測定ソフトを提供しています。
http://audio.rightmark.org/products/rmaa.shtml
フリーソフトですがかなりの機能が使用できるので試してみました。もともとDAコンバーターのテスト用ですのでSPの測定には向かないのですが、何とか特性を計る事ができました。ただし測定時のレベル設定に非常に敏感でレベル設定は何度もやり直しました。またあまりに周波数特性が悪い場合は測定結果がおかしいと思われることも多々あり、決してお薦めはできませんが、スイープによる測定方法の可能性を見るものとして紹介します。

SP:B＆W805S、45cm高のSP台上において測定、マイク高さ1ｍ
この特性は正面２ｍにおける左右の周波数特性を測定した結果です。SPはB&W805Sです。測定時間は一つあたり数秒で終了し、この様な見やすいグラフにしてくれるので大変便利ですが、実際には先に述べたように何度も測定しなおしています。また全体的に細かなピークディップが少なく測定されています。SP向けにもっと細かくゆっくり測定できると理想的なのですが・・・。特性は全体的にフラットで非常にバランスが取れていることがわかります。 16ｃｍのSPで50Hzまで低域が延びているのは立派です。

サイン波のスイープによる自動測定（その２）

次にもう少々本格的なスピーカーの周波数特性の測定方法を紹介します。使用するのはオーディオアナライザーです。 オーディオアナライザーは低周波発振器、AC電圧計、歪率計が内蔵されたオーディオアンプ用の測定器です。発振器とAC電圧計がありますので、これを用いて自動測定のシステムを組んでみました。 使用したオーディオアナライザーはPanasonicのVP-7７23Aというものです。 この測定器にはGPIBという汎用的な通信制御機能がありますので、GPIBを利用してこの測定器をパソコンから自動制御するシステム/プログラムを構築しました。

サイン波の純音をスポット出力し、音圧を測定した後、周波数をずらして測定を続けます。周波数の可変ステップは５％とし２０Hz-20KHZまでを143点を5分で測定します。以下に測定結果を示します。
５％きざみで測定すると連続的にスイープしたかのような周波数特性が得られていることがわかります。先のRMAAを用いた測定結果と比べると次のことがわかります。
・RMAAと全体の周波数特性の傾向は似ている
・ただしRMAAでは狭いディップが広がってかつ浅く、平均化されて測定されてしまっている
（４KHｚの谷が広がり、１５０Hzの谷はかなり浅くなっている）
RMAAによる測定も第一近似としては良いのですが、やはり実際の周波数特性を見てしまうと力不足であることがわかります。 RMAAの測定は全帯域を数秒でスイープすることに無理があり、SP用に数十秒かけて測定できれば同等精度で測定できると思います。
オーディオアナライザーとGPIB制御による測定の問題点はやはり測定装置が大掛かりになることと、スポット測定のため、比較的時間がかかる（5分）ことです。 5分間ブーとかピーという音を出すので近所迷惑でもあります（ある程度レベルを上げないと騒音の影響を受けます）。

（SP:B＆W805S、45cm高のSP台上において測定、マイク高さ1ｍ）

（SP:B＆W805S、45cm高のSP台上において測定、マイク高さ1ｍ）

アンプの過度応答特性

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はじめに

アンプの音質を左右する特性にも色々あると思いますが、「ここでは意外と知られていないのではないか」と思われる特性について解説します。まずは過度応答特性からお話します。

過度応答とアンプの音質の相関

アンプの製作の経験が豊富な方でしたらご存知の方も多いのですが、アンプの過度応答と音質には密接な関係があります。一般にアンプは高域の周波数特性が悪くなり始めるあたりの周波数でピークをもつのが普通です。この理由自体は明確ではありませんが、真空管アンプにしろ、半導体アンプにしろほとんどの場合結果的にそうなるのです。
そこで通常はこのピークを無くし周波数特性を平坦にするために位相補正というものを行います。利得を設定しているNFBループの抵抗に数ｐFから数十ｐFの位相補正コンデンサを並列接続し、ピーク付近での利得を調整するわけです。通常トランジスタアンプですとこの周波数は数百KHzから数MHzになります。
この位相補正、可聴帯域をはるかに越えた領域であるにもかかわらず、アンプの聴感上の音質に非常に大きな影響を及ぼします。位相補正を行っていないアンプ（超高域にピークのあるアンプ）はうるさいというかやかましいというか、音質が妙に硬く、また音量を上げると圧迫感のあるような音になります。同じアンプを位相補正すると、アンプのとげのようなものがとれ、しっとりとした感じになります。この差は微妙ではありますが、聴きなれると一度聴いただけで位相補正がしてあるかどうかがわかるようになります。
オーディオフェアなどで聴いた百万円近いプリアンプで、音が妙にうるさく感じられるアンプが有りましたが、後でたまたまそのアンプの矩形波応答が雑誌にでていましたが、それはもうひどいピークが発生していました。
またよくアンプを自作される方の中にはOPアンプやトランジスタを交換して、このデバイスの音は良いとか悪いとか比較されている方がいらっしゃいますが、その都度位相補正を適切に行わなければ、何を比較しているのかわからなくなってしまいます。
経験上、位相補正の有無の音質に与える影響は非常に大きく、抵抗やコンデンサなどの部品の音質差よりも大きいと思います。
そこでこの過度応答について、その測定方法と実測例について説明することにします。

過度応答特性の実測例

過度応答特性（または矩形波応答と呼ばれていますが）とは、矩形波（方形波）を入力して、その出力波形をみる測定方法です。矩形波は基本波とその高次高調波成分をたくさん含んでいますので、矩形波応答を見るだけで高域の周波数特性を見ることができます。
つぎの表は実際のフラットアンプアンプ3種の過度応答の測定例です。上の緑色の線が入力波形で下の青色の線が出力波形です。アンプの（１）は基本波の１００KHｚに対して十分に周波数特性が伸びておりかつピークもない理想的な矩形波応答波形です。（２）のアンプは高域が比較的早く減衰しているため高調波が出力されないので三角波のような応答波形になっています。（３）のアンプは位相補正を行っていないために基本波の数十倍の周波数で４ｄB程度のピークがあるアンプです。矩形波応答にも高域のピークの影響が現れています。

  （１）広帯域アンプ （２）狭帯域アンプ （３）ピーク型アンプ
過度応答
周波数特性

この例に示したアンプの音質は最初に書いた経験則と一致しています。アンプ（１）が最も良い音質でその次がアンプ（２）です。アンプ（３）は少しうるさい音で、もっとも好ましくありません。アンプ（３）は雑誌掲載アンプのコピーで、決して悪い回路ではありませんし、部品は実は最も高価なものを使用しています。それにもかかわらず音質的に好ましい音にならないのは、位相補正の重要性を示しているともいえます。

CDプレーヤー機種間の音質差について

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CDプレーヤーの購入動機

最近CDプレーヤーを入れ換えました。これまで使用していたCDプレーヤーはソニーのCDP-555ESDというもので、まだソニーも音響製品に力を入れていた20年くらい昔のものです。価格は128000円くらいだったと思います。 記憶が正しければ当時の最高級モデルでパーツから何から相当凝ったものでした。 このCD、途中で中のベルトが外れてトレーが動かなくなることが何度かありましたが、それを自分で直した他はトラブルもなく動作しています。
このCDの音質は非常に骨格がしっかりしたという感じの音で、（カートリッジで言えばDL-103のような感じです）悪くないのですが、唯一の気になる点は音が（特に中高音が）硬いことです。 昔CDが出始めた頃、よくデジタルくさいという表現が用いられましたが、まさにそういう音で、中高音がちょっと聴きづらいのです。 何しろ昔のものなので、今聴いてみて少々難があって当然かもしれません。５５５ESDの音質がずっと気になっていてさぞかし最近のCDPは音がいいのだろうなと想像していたのです。

実は2年前にSACDも再生できるマランツのSA-8400というのを買ったのですが、音が薄っぺらく、音楽を聴いてあまり感動できないので結局使用しないでいました。

新しいCDプレーヤーの音質差

今回は定評のあるDCD-SA1を購入しました。実際聴いてみてびっくりしました。音が良くなったことにではありません、音が期待したほど変わらなかった事にです。 価格も4倍ですし、50万円という定価から考えれば相当の物量を投入できるはずです（事実そうなっていると思います）。しかしその結果出てくる音がこの程度の差であるとすると、はたして音質面から考えて、この価格差は妥当なのかと思ってしまいます。と同時にこのCDを絶賛しているオーディオ雑誌、業界は何なのだろうかと疑問を感じぜざるを得ません。 確かにDCD-SA1は555ESDと比較して、一番気になっていた音の硬さはありません、ただその他の点ではほとんど互角です。むしろ５５ESDの方が低音がしっかりしていて聴いていて気持ちがいいこともあります。５５５ESDの方がスピーカーBOXの補強をしたような低音域のしっかり感があるのです。

CDメディアによる音質差

少し話は変わりますが、皆さんはCDをパソコンなどで一度良質のCD-Rに焼き付けると音がよくなるというのをご存知でしょうか？ 太陽誘電の高音質デジタル録音用「美録」という金色のCDがあるのですが、これにパソコンでCDをコピーすると、オリジナルのCDより音が（特に高音が）よくなります。 高音がきれいになり、しかも高音のレベルが上がった（正常に戻った）様に聞こえるのです。

太陽誘電製 音楽専用CD-R
音の良いCDメディア
音の良いCDメディア２

このCD−Rにコピーするという手法は結構音質を大きく変えるのです。そこで2台のCDPにオリジナルのCDとコピーしたCD−Rを入れてセレクターで二つのCDPの出力を瞬時切り替えを行い試聴比較すると下表のようになりました。
つまりCDP間の音質差というものはCDのメディア（実際には焼付け方法も含みますが）の音質差よりも小さかったのです。

CDプレーヤー 試聴CD 試聴結果
CDP-555ESD（ソニー） CD-RコピーCD ソニーのCDPで再生した方が高音がきれいに聞こえます
トータルでもソニーの方が好ましい音です
DCD-SA1(DENON) オリジナルCD

CDP-555ESD（ソニー） オリジナルCD デノンのCDPの方が当然音は全般的に良いです
DCD-SA1(DENON) CD-RコピーCD

むすび

デノンのCDPの音質は価格に見合っただけの向上がなかったので正直少しがっかりしました。と同時にオーディオ業界というものをつくづく考えさせられた体験でした。

CDとレコードの音質差について

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アナログレコードの復活

大昔はレコードを聞いていましたが、いつのまにか音楽ソースはCDになりました。第一今はレコードを特殊なものを除いて売っていませんので・・・。 ただ弊社のお客様の中にはレコードを聴かれる方も多く、大変ご要望も多かったのでフラットアンプをベースにイコライザアンプを開発しリリースしました。

今聞くレコードの音質

イコライザアンプを発売するに当たり聴かずに出すわけにもいかず、昔のレコードプレーヤーを引っ張り出し（プレーヤーの修理も依頼し）、カートリッジを購入し、音出しをするに到りました。久しぶりに聞いて驚いたのですが、CDとレコードを聴き比べるとレコードの方がいい音がします。具体的にはレコードの方が音の骨格がしっかりしていて、厚い音というのでしょうか中低音がしっかりしていて、ふくよかで（ぶよぶよしているという意味ではありません）聴いていて心地よいのです。低音がしっかりしたピラミッド型の音とでもいうのでしょうか、とにかくいい音です。今聞くとなぜかレコード特有のノイズや歪感も以前より少なくなっている様に感じられます。
ビニールの凹凸を拾うレコードからどうしてこれだけいい音が出るのか本当に不思議です。レコードを聴かれる方がいまだ多くいらっしゃる理由が良くわかりました。対するCDはといいますと、確かに音はいいのですが、どうしても音の厚さのようなものがでにくく、ともすると薄っぺらい味気のない音になりがちです。最近定番ともいえるデノンのDCD-SA1を購入しましたが、それでもこの傾向は同じです。このCDP、正直、雑誌などで絶賛されるほどにはいいとは感じられませんでした。ただレコードは新版がほとんどありませんし、あってもCDの2倍近い価格です。また20分程度で終わってしまうので、一日中かけると操作も大変で、やはりメインのソースは依然としてCDです。
次はDAC基板を作って、この辺も改良を試みたいと考えています。