車の走行性能が悪いのはハンドルのせい?

車の走行性能が悪いときに、ハンドルが悪いと思う方はいらっしゃいますか?

カーブでハンドルを切るとどうも安定しない、だからハンドル(ハンドルにつながるシャフト、伝達機構を含む)を変えてみようと思われる方はいらっしゃいますか(もしできたとして)?

あるいはアクセルを踏んだときの加速性能が悪いから、アクセルとアクセルに繋がる部品を交換してみようと思われる方はいらっしゃいますか?

もちろんいらっしゃらないでしょう。つまらない冗談です。ただこれを笑って済ませられない現実がオーディオ界にはあると思うのです。

車のハンドリングが悪いと真っ先に疑われるのはタイヤならびにサスペンションです(広義にはボディー剛性、重量配分もあると思いますが)。

加速性能が悪ければエンジンのパワー不足あるいは自動車の重量過大と考えられます。

オーディオアンプでよくボリュームのところを問題にしていることがあります。

ボリューム(音量調節器)を絞ると音質が悪くなるといって、この部分を交換して音がよくなったとか、はたまた最近の流行では電子式音量調節器を使用したり、いろいろです。

正直言って音量を絞って音質がそんなに悪くなったと、私自身はあまり感じた事がないので、そもそもその動機が私には良く分かりません。まさか聴覚のラウドネス効果(音量が小さいときに高、低音域の感度が鈍くなる効果) を勘違いしてるのではないと思いますがどうなのでしょうか?

”そういうお前はパッシブプリなどに高価なATT(アテニュエーター)を使用した商品を販売しているではないか ”といわれればそのとおりなのですが、良くみていただければ分かりますが、高級なATTを使用すると直ちに音質が劇的によくなるとは言っていません。普通のプリアンプを使用するより、弊社のパッシブプリにした方が音質がずっとよくなることが多いといっています。つまりプリアンプでの音質劣化分をなくすことに意味があります。ついでに言うと弊社のプリアンプはパッシブプリよりもいいと思いますが。

弊社では以前ユニバーサルパッシブプリアンプという商品を発売しておりました。これはいろいろな種類のATT(アテニュエーター)を同時に3種類搭載し、しかも使用するATTをスイッチで選択できるという欲張りな製品でした。この製品はあまりにも作るのが大変で、ビジネス的には失敗作なのですぐにやめてしまいました。やめた理由の一つはATTの種類による音質差が思ったほど感じられなかったこともあります。通常の連続式VR、P型アテニュエーター(抵抗が直列に繋がっているもの)、Lパッド型アテニュエーター(常に2本の抵抗を選ぶもの)を瞬時切り替えして試聴テストしましたが、普通にスピーカーで聴いている限り判別は難しいくらいです。しいて言えばVR式が少し音の厚みがなくなるような気がしました。ただしブラインドテストでは分からないくらいの微妙な差です。何人かのお客様にも貸し出しをしてご試聴いただきましたが、大体のお客様もおなじ様な結果でした。ただお客様の中にはまったく違う、Lパッド型が断然いいとおっしゃる方もいらっしゃった。このお客様はこの時、能率100dB位の高能率SP(長岡式BL)を使用されていていました。一般に高能率のSPを使用するとオーディオ機器の差がはっきり出ますので、システムに依存して結果はことなってくるのかもしれません。主にヘッドホン等を使用される方も違いがはっきりわかる傾向があると思います(この辺がオーディオの奥深いところです)。

一般にVRあるいはアテニュエーターを使用して、音を絞ると音質が劣化するという原因は(そういう現象があったとして)、実はその原因はVR(ATT)の部品としての性能によるのではないと思っています。VRを絞ると、VR通過後の入力信号の出力インピーダンスが上昇するのでその信号を受けるアンプの回路特性(性能)によっては高域で歪が発生する現象が多々あるのです。(弊社のプリアンプでは極少ですが)。汎用OPアンプの場合、ひどいときには10KHz の歪み率が0.1%くらいになったりします。 この点の詳細解説は、長くなりましたので別の機会に解説したいと思います。
VRを絞って音質が劣化したとして、VRを交換するのではなく、原因を考察して、根本的な対策を施す様にならないとオーディオ界に進歩がないと思うのです(もともとオーディオに進歩なんてないのかも・・・)。

最近の秋葉原について思うこと-その2-

・・・だれか電気の聖地を助けてくださいの巻・・・
明けましておめでとうございます。
今年もよろしくお願いします。
昨年はおかげ様で順調な一年だったと思います。新しく発売したプリアンプが非常に評判が良く、軌道に乗りました。今年はパワーアンプをリリースしたいと思いますのでよろしくお願いします。
昨年末は非常に多忙でブログを書く余裕がありませんでしたので、新年の最初に書かせていただきたいと思います。

以前にも書かせていただきましたが、最近の秋葉原は元気がありません。特に一般の家電店で店舗をたたんだ事例が多いの目立ちました。加えて元気の無いのが一般の電子部品店、工具屋さんなどです。

電子部品店、工具屋店が元気が無い理由は
1.ネット販売を利用するようになった
2.電子工作をする人が減った
3.作りたくなるような雑誌の製作記事がない
のトリプルパンチによるものだと思います。

ただ、よくよく考えてみるともう一つの大きな理由は
4.需要と供給のギャップが広がった
ことがあると思います。
電子部品店のなかでもお客さんが絶えずたかっているところがあります。それはたとえばオーディオ用の部品に特化して海外製なども取り揃え、部品の特長・知識もしっかり持っている店舗です。そもそも個人のお客様で秋葉原で電子部品の買い物をする人というのは、オーディオ、パソコン、マイコン、ロボット関連しかないので、そういうターゲットに特化した部品と知識を売りものにするのが一つの方法だと思います。
今秋葉原でほしい部品(たとえばオーディオ用の)を探しても、結局在庫・取り扱いが無いどころか、店主さんがその部品の知識・状況さえ知らないことも多いのです。秋葉原すべての店舗の部品在庫などが一覧できる総合案内所のようなものを設置して、効率よく買い物ができるようにするとともに、同時に顧客の望む部品などのデータを収集したり・勉強したりすることも必要でしょう。

工具店に関しては工具を売るのではなく”電子機器向けの機械加工”を売る様にするのが一つの方向ではないかと思います。最近の工具屋さんは小型の旋盤やフライス加工機の実機を置いています、がそれだけでは工作機械のネットショップを助けているだけです。実際、どれだけのアルミ加工ができる/できないとか、加工のノウハウ/実技を指導してくれるとか、実店舗でしかできない仕組みを取り入れたり、NC化して電子部品用の穴開けプログラムを販売するとか、そういった技術・ノウハウまでを加えて売りにしていくのがいいと思うのです。
たとえばオーディオ用の加工一つとっても大変です。昔は工具をそろえて、自分で部品穴を開けましたが、今は皆さん多忙です。電子部品と位置を指定すればケースに穴あけをしてくれるような仕組みを機械加工やさんと提携して提供すれば需要はあると思うのです。
私はよくケース屋さんで個人の方が”このケースに(特注で)2,3個穴を開けるといくらでしょうか?”と聞いて、店の人が”xx万円位かかる”と答えて、聞いた人が絶句しているのを何度か見ました。機械加工屋さんが個人の一度しか来ない注文に対応するのは大変で儲からないのでやりたくないというのが実情だとは思いますが、それを整理する仕組みがあれば(仲立ちがあれば)十分ペイすると思います。

以上電子部品屋さんと工具屋さんについて述べましたが、結局購買層の希望とお店の売っているものに大きなギャップがあるのが原因の一つだと思います。この辺のギャップを埋める方向に行けば秋葉原ももっと活気を取り戻すと思います。

3.の製作記事に関してはまた別途、書いてみたいと思います。

最近、秋葉原には、秋葉原には無くてもいいものばかりができています。万世口を出た右側の一等地のビルにはすべてレストランが入っています。確かに秋葉原には飲食店が少ないのかもしれませんが、レストランなんていりません。電子の総合市場として存続・発展していってほしいものです。

高調波歪の不思議

オーディオ装置の品質を表す指標のひとつに歪率があります。

ある周波数の正弦波を入力し、その基本波を除いた高調波成分とノイズを計測し全高調波歪率となります。

アンプなどでも品質を表す重要な指標だと思いますが、その反面実際の試聴結果と合わないところもあって、歪率が小さいアンプほど音がいいと言い切れないのも事実です。

また全高調波歪率と聴感上の歪感も必ずしも一致しない場合もあります。たとえば真空管アンプでは歪が気になるレベルは0.1%から1%くらいですが、半導体アンプでは0.01−0.05%のレベルで気になりだします。よく雑誌などでは、真空管アンプは2次高調波が主成分で、半導体アンプは3次高調波なので真空管アンプの方が歪が気にならない(偶数次高調波は聴感上さほど有害ではない)と言う説明を見かけます。しかし実際には半導体アンプの3次高調波歪はおそらく真空管アンプのそれよりも小さいので、それも的を得た説明とも思えません。

そもそも2次高調波、3次高調波成分が多少混じったくらいで音が歪む様に聴こえるはずは無いのです。2次高調波は基本波の2倍の音、3次高調波は3倍の音ですから、ピアノで言うと第2高調波は、ドの音に対して1オクターブ上のドの音、3次高調波は1オクターブ上のその音になります。

kenban2.gif 図にするとこんな感じ(周波数はおよそです、ほんとは無理数ですし調律法にもよるので)

ピアノの音は元からたくさんの高調波成分を含んでおり、、単純にはいえないかもしれませんが、ピアノで
”ドドソ”と和音を弾いた時に、上の方の”ド”を1%強く引いたり(2次高調波が1%増える)、”ソ”の音を1%強く弾いたからといって(3次高調波が1%増加)、誰も不快に感じないでしょう。楽器の音や自然の音はもともと高調波成分をたくさん含んでいるので、その高調波成分の比率は1%変ったところで、音質に影響するはずがありません。

でも実際にはアンプの歪率が%オーダー位にひどくなると、音質は明らかに悪くなります。ではなぜ音が悪くなるかというと、高調波成分ではなく、非高調波成分のせいではないかと思うのです。非高調波成分というのは基本波の倍数に無い成分で、無理に言えば4.5次4.数次高調波ともいえるような成分です。

鍵盤の和音の話にもどりますが、ドミソ(ドドソ)の和音で間違って隣の鍵盤を少しでも触ると、不協和音となって、それはそれは聴きにくい音になります。アンプも同様で高調波成分が少し増えるくらいならいいのですが、不協和音に相当する非高調波歪(勝手に名付けたので正式な名称ではないかも)がアンプの音質劣化の原因ではないかと推測しています。

直感的に言って不協和音に関しては和音の成分の1000倍以上敏感なのではないかと思います。

アンプに関しても非高調波成分の発生は1000倍(60dB)以上敏感に聞き取っているのではないかと思うのです。 実際音の悪いAVアンプをの歪みスペクトルを見てみると、無数の非高調波歪を発生しています。逆に良くできたアンプには高調波歪はあっても非高調波歪はありません。
AVアンプの非高調波歪みAVアンプの歪みスペクトル(罫線に乗っていないのが非高調波歪)

上の図は音が悪いので研究題材に良く使っているAVアンプの歪み成分のFFTスペクトルです。オーディオアナライザーの歪率計からのモニター出力をPCのADボードから入力して解析したもので、測定周波数は10KHz、出力1V、パワーアンプ出力でモニターしています。歪率は約0.05%くらいだったと思います。このAVアンプに特徴的なのは無数の非高調波成分(図の罫線に乗っていないもの)の存在です。 多いのは4次から8次位の間です。

この非高調波成分の理由は良く分かりません。今後さらに検討・考察が必要と考えられます。

アンプの内部を考える -プリント基板の考え方-

今回はアンプの構成要素であるプリント基板についてお話したいと思います。

実際にアンプを作る方でないとプリント基板自体にはなじみは無いと思いますが、回路の性能を実現する上で重要な要素です。オーディオ用アンプの基板には新材料を採用したという宣伝文句が歌われている事もあるのですが、首をかしげたくなる内容も多いのです。

オーディオアンプ用プリント基板の不思議(その1)

  • 金メッキの採用

プリント基板は基板材料に銅のパターンが形成されたものです。通常は銅が非常に酸化しやすいので、表面を保護するのと、半田の乗りをよくする目的で、半田が薄くコーティングされています。最近のアンプで基板のパターンに金メッキをしたものを採用しているものがあります。金メッキはスイッチなどでは高品質の証ですので一見いい様に思いますが、そうではないと思います。

確かに金は柔らかく、腐食せず、しかも比較的電気抵抗が小さいということでスイッチ、コネクターの接点には欠かせない材料です。しかしながら、プリント基板に採用するメリットは無いばかりか、結果的に致命的な欠点になる可能性があります。プリント基板では回路の接続は半田付けです。半田メッキの場合に半田の乗りがいいのは明らかです。じつは金メッキにすると、逆に半田の乗りが少し悪くなるのです。実用上支障になるほどではないのですが、半田付けにとってメリットはありません。

まあメリットが無いくらいなら選択肢としてあってもいいのですが、プリント基板設計上やってはいけないことと関係があるのです。

オーディオアンプ用プリント基板の不思議(その2)

  • ベタ塗りの無い基板?

プリント基板設計上、やってはいけない事、それはベタ塗りの無い基板設計です。ベタ塗りの有無というのは必ずしも正式な技術用語ではないのですが、要するにプリント基板のパターン配線以外の不用な部分をアース部として残すか、不要部分をエッチングしてなくしてしまうかの違いです。

例を示すとこんな感じです。

プリント基板ーベタ有りー1.ベタ有りのプリント基板(青い部分が銅のパターン配線がある部分)

プリント基板ーベタなしー 2.ベタ無しのプリント基板

どちらでも回路図上の結線という意味では同じですが、両者の動作はまったく違うと考えています。

数十MHz帯の高周波設計では 1のベタ有りにするのがあたりまえで、そうしないとまともに動作しません。高域が20KHzのオーディオアンプでは必要ないと一見思われますが、20KHzにおいて他の帯域と同様に十分にNFBをかけようとするとMHz帯までの周波数特性が必須です。それに、そもそも小信号増幅用のトランジスタの帯域幅は数百MHzまであるのでベタ塗り部を設けて回路の高周波特性を安定化することは常識なのです。たとえばアマチュア無線分野の方はどんな初心者でも実践しています。

実は2のベタ無しのプリント基板は(その1)の金メッキと関係が有ると勘ぐっています。金メッキの場合、ベタ部があると金の必要面積が多くなるので当然高くなると思います。そこで回路上不要の(本当は必要と思うが)ベタ部をなくしてしまったのではないか?と思うのです。(その1)でも述べたように基板に金メッキをするメリットは私は無いと思います。ましてや、ベタ部をなくすともう高周波で安定動作は望めません。

では2.の基板を採用しているメーカーはどうやってアンプを作っているかといえば、増幅回路の各部に局所帰還をかけて帯域幅を最初から狭くしているのです(と思います)。オーバーオールのNFBが当然少なくなり、高域の歪率が悪化すると思います。2のタイプの金メッキ基板は、ある老舗のオーディオメーカーのフラッグシップモデルに使用されています。しかも、記憶が正しければプリント基板の母材を代え音を良くしたとか、レジスト(半田の防止層)コーティング材を変えて音質を良くしたとか宣伝しています。私に言わせれば基板によって音が変ったとすれば、まず”ベタ部をとってしまったせいではないですか?”といいたいのです。

弊社のプリアンプパワーアンプはもちろんベタ有りの基板で、それだけではなくパターン配線に関しても相当練りに練っています。上図のパターンは実際プリアンプのフラットアンプ基板の図ですが、なんとなくパターンの模様に設計思想の様な物が感じられませんでしょうか?パワーアンプに関しては1年以上プリント基板の最適化に費やしていますし、そうしないと高周波領域の特性を手なずける事ができないのです。

最近、単にパーツに貴金属を使用して音がよくなったと高額な値付けをしている商品が増えすぎているように思います。

本当に必要な改良をして、性能も音質がよくなり、そのためにコストがかかったというのなら分かりますが、こんなに電気の常識を無視した設計をすると、電気の神様の怒りをかうことになるのではないか?と思うくらい怖いことをオーディオ業界ではやっているように思います。

ちょっと意外な、パワーアンプの構成と音質について(その3)

今回はパワートランジスタを何個も同じ放熱器に取り付けた、いわゆる”大パワーアンプ”の音が何故悪いかもう少し詳しく述べてみたいと思います。

パワートランジスタを3個並列接続すると、アイドリング電流は約1/3になります。そうなるとパワートランジスタの動作領域の内部抵抗がちょうど3倍になります。その結果パワートランジスタを並列にした意味がなくなるのです。

一般にトランジスタのコレクタ電流は

Ic=Is{exp(K・Vbe)-1}

で表されます(下図参照)。

トランジスタのIc-Vbe特性

Is、Kは定数、Icはコレクタ電流、Vbeはベースエミッタ間電圧です。

動作点におけるトランジスタの内部抵抗Rmは

Rm=1/{d(Ic)/d(Vbe)}=1/{K・Is ・exp(K・Vbe)}=1/(K・Ic)

になります。

すなわち、コレクタ電流が半分になると、指数関数の特性から傾きも半分になるので、内部抵抗が2倍になります。

上図では1Aにおける傾きと0.5Aにおける傾きを示していますが、傾きがちょうど半分になっているのが直感的に分かると思います。

つまり抵抗を減らそうと並列接続してもまったく抵抗が低くならないのです。

実際の回路にはエミッタに0.5Ω程度の電流帰還抵抗が接続されていますので、その分は並列接続によって原理的には小さくなりますが、並列接続の場合はトランジスタのばらつきによる熱暴走を抑制するには(同じ安全マージンを確保するためには)エミッタ抵抗を大きくする必要があるので、結局この効果もほとんどありません。

内部抵抗がよくならないことに加えて、トランジスタの並列接続には

・配線長が長くなる
・コレクタ容量が比例して大きくなる
・NFBが安定してかからなくなるため高域のカットオフ周波数を低く取らざるを得ない
・高域のゲインが不足するため高域の歪率が悪化する

等のデメリットがあります。

メリットは、

大電流が流せる様になる。(1-2Ωの低負荷にも対応できる)事だけです(よくみる宣伝文句です)。

最近のオーディオ用に設計されたパワートランジスタは一つで15A流せるものものあります。15Aという値は8Ω負荷で900W、4Ω負荷でも450Wに相当しますので、最大電流の観点からもパワートランジスタを並列にする理由がありません。

一方、コレクタ損失の観点から考えても、同じ放熱器にパワートランジスタを3個並列にすると、放熱器の熱抵抗が3倍になりますので、取り出せるパワーは同じでまったく意味がありません。

というわけでパワートランジスタを並列接続する意味がまったく見出せないということを説明してきました。

まだもう少し書けることもありますが、それは次回に。