オーディオを知る: 歪み パート 1

オーディオマニアのレビュアーをフォローしている人なら、彼らの在庫取引は、とにかく最高の品質を備えたデバイス間の想像上の違いについては知識があるように見せながら、このテーマについて定量的な内容についてはまったく何も言わない非常に派手な方法であることがわかるでしょう。 私たちをフォローしていただければ、重要なレビューは実際のオーディオ性能の測定とブラインドリスニングテストだけであることがわかります。 音楽の聴き方を説明する必要はありませんが、Know Audio シリーズでオーディオ パフォーマンスの測定方法を検討する時期が来たのかもしれません。

ベンチに手を伸ばす前に、まず何を測定しているのかを尋ねる必要があります。 オーディオ チェーンにおいて重要な特性とは何でしょうか。言い換えれば、オーディオ デバイスを優れたものにするものは何でしょうか?

もちろん測定できないものはたくさんありますが、この文脈で最も重要なのはおそらく歪みです。 おそらく音楽のディストーションには慣れているでしょうが、クラシックギターは弦を弾いているような音、ロックギターは怒っているように聞こえます。

これは、ロックギタリストが、非常にクリーンなギターサウンドに可聴の歪みを誘発するエフェクトペダルを使用しているためです。 さまざまなギターエフェクトペダルがたくさんありますが、最も単純なものの中には、単にアンプをクリッピングさせて方形波に近いものを作るものもあります。 しかし、実際に何が起こっているのかを理解するには、波形を正弦波や方形波として時間領域で見るのではなく、スペクトルとして周波数領域で見る必要があります。

完全な正弦波発振器をスペクトル アナライザーに接続すると、正弦波の周波数に対応する単一のピークが表示されることが期待されます。 その正弦波に歪みを適用すると、適用されている歪みの種類に応じて、スペクトラム アナライザは他の周波数でピークを表示し始めます。

これは、私たちが過去にハッカデイで詳しく検討したテーマであり、一連の調和正弦波から方形波を数学的に導出する方法については、多くの人がよく知っていると思います。 オーディオ デバイスの歪みは、スペクトル内のこれらの余分なピークを調べることによって測定され、元の信号と比較した相対的な強度を示す dB 値またはパーセンテージで表されます。 これらのギター ペダルの場合、この数値は数十パーセントになりますが、高品質のオーディオ アンプの場合、それはほんの数パーセントにすぎません。 また、スペクトルの残りの部分のノイズ成分を示す THD+N として引用されている図や、単一 (通常は 1kHz) の周波数について引用されている図もよく見られます。

歪みの測定は表面的には単純なプロセスですが、実際には、歪みを効果的に測定するための機器を構築するのは簡単な作業ではありません。 テスト対象のデバイスには、生成できる限り純粋な正弦波が供給され、その出力の RMS 電圧は、正弦波から直接測定されるか、正弦波の基本周波数を除去するノッチ フィルターを介して測定されます。 考え方としては、フィルタリングされた信号は歪みによる出力の成分のみを返すので、全体の数値と比較して相対的な数値を導き出すことができるということです。

したがって、機器の設計者には、克服すべきいくつかの大きなハードルがあります。発振器とフィルタが可能な限り完璧に近い必要があるだけでなく、アナログ信号チェーンの残りの部分が測定される歪みに寄与してはいけないからです。 広い周波数範囲にわたってこれらの特性を必要とする一般的な機器では、これはさらに困難になります。 単一周波数フィルターが課題である場合、可変周波数フィルターはさらに課題です。 最新のオーディオ アナライザは通常、発振器と測定値が非常に高品質の DAC と ADC に置き換えられ、フィルタはアナログ回路を保持する、デジタルとアナログ計装をコンピュータ制御で組み合わせたものになります。

最初の HP 製品は HP200A で、振幅を安定させて出力の歪みを低減する手段として回路内の非線形要素として白熱電球を備えた高品質オーディオ発振器でした。 このアイデアは、フィードバック回路と AGC 回路を改善して、発振器の歪みを低減するためのその後のステップの基礎を形成します。

Jim Williams がこのトピックについて包括的に紹介している Linear Technologies のアプリケーション ノート 43 を読んでから、フィードバック ループで RMS/DC コンバータを使用した低歪み発振器に関する Cheng-We Pei のノートを読むことをお勧めします。

残念ながら、ほとんどの安価なベンチトップ関数発生器は、このような低レベルの歪みを提供せず、ローパス フィルターを使用して方形波を正弦波に近いものに歪ませるか、デジタル合成に単純な DAC を使用するかのどちらかです。愛されていない古いアナログ発振器を探す価値があります。

HP は何十年にもわたって 200A の派生製品を製造し続け、無数の企業がクローンやコピーを製造したため、中古または余剰市場で古い発振器を見つけるのは比較的簡単です。

残りのコンポーネントを見つけるのはやや困難です。これらのフィルターの製造に費用がかかるため、オーディオ アナライザーは涙が出るほど高価なデバイスになる可能性があるからです。 古い機器であってもその価値はあります。私は、小さな国の GDP を手放すことなく、1970 年代のオールアナログの HP334A 歪みアナライザーを確保できたことを非常に幸運だったと考えています。 適切に高品質の ADC があれば、デジタル領域でフィルタリングのアプローチを取ることが可能ですが、これはありきたりなサウンド カードの能力を超えている可能性があります。 私は数年前にゴールド ケーブルに関するエイプリル フールの投稿でこのアイデアを調査しました。このケーブルは冗談ではありましたが、今でも有効な測定技術であり、いずれまた取り上げるかもしれません。

したがって、これはオーディオの歪みに関する基本的な入門書として機能し、なぜそれが音楽を楽しむために考慮することが重要なのかを理解するのに役立ちました。 この後、歪みに関する Know Audio の記事がさらに追加される予定です。そこでは、実際の歪みの測定値を調べ、楽器を詳しく調べます。