黒羽音響技研の実験室

黒羽音響技研のブログになります。 日常のことを書いていきます

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近況のご報告

こんばんわ

数ヶ月単位でブログの更新をサボってしまいました。
ようやく卒業論文の着手から軌道に乗ったようで、今はSEMの高視野化に伴う高速高精度技術の研究を行っております。
聞こえだけはすごくかっこいいですが、泥臭いナノ位置決めとかそんな感じの研究です。

就職の方も何とか決まり、卒業までの単位も何とかなりましたので後は卒業研究をひたすらやるという感じになると思います。
コミケやmakeへの参加は負担的に問題ないようになれば再開や始めたいと思っております。

今回、敢えて記事を更新したのには一点気になったことが有ったためです。
前回の「LEDの出力雑音スペクトラムを測ってみた(その1)」に関してなのですが、先々月号あたりのトランジスタ技術に同様な計測記事が乗っており、真逆の測定結果が出ていたためです。

今すぐに比較検証を行い実験を再開したいとは考えておりますが、時間的というよりも精神的なリソースが足りていないため十分な検証を行うことは出来ないと思っております。

恐らくですが、Vfが正方向に大きくなると定電流源のダイナミックインピーダンスが低くなり、その結果定電流源の雑音特性も大きく変動するため正確に測定できていない可能性があります。
トランジスタ技術の記事の方では低雑音な電源を使用し固定抵抗を使用しているため、この点でも異なってくると考えられます。

ここまで書いておいて、何をいいたいかというと値に確証がないので参考程度にしてくださいということになります…

また次の更新まで時間が空くと思いますが、お付き合いいただければ幸いです。
それでわ。

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  1. 2014/09/14(日) 01:32:39|
  2. 日記
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ヘッドホンのバランス接続時のピンアサイン

こんばんわー
気がつけば前の更新から結構開いているのですね…


さて、ちょっとした要件でヘッドホンをバランス駆動対応にする作業をしています。
バランス駆動とは言えど、ドライバ自体がバランスするような構造にはなっていないので厳密にはBTLなのですが、
如何せんピンアサインがまとめて乗っているサイトがなく調べるのに時間がかかってしまいました。
今回はお借りしたLCD-3等を元に4極XLRと3極XLR、TRSフォンの場合のピンアサインを忘備録としておこうと思います。


■4極XLR
ノイトリックなどから出ている4極XLRをヘッドホンのバランス接続する場合、1つのプラグで2ch分の音声信号を扱います。

1:L+ (L HOT)
2:L- (L COLD)
3:R+ (R HOT)
4:R- (R COLD)

AESという規格上では2chの音声信号を伝送する場合、5極XLRを使用することとなっています。
しかしながら、ヘッドホンのバランス駆動は厳密にはバランスでなくBTLであるためGNDが必要ありません。
そのため4極XLRが多用されるようになったかと想定されます。


■3極XLR
いわゆる標準のXLRコネクタを使用しヘッドホンをバランス接続に使用する場合、1つのプラグで1ch分の音声信号を扱います。
コネクタは2つになるため、左右どちらであるか分かるようにケーブルブーツや色付きの熱収縮チューブを使用することをお勧めします。

1:NC (Non Connect)
2:Positive (HOT)
3:Negative (COLD)

一般的なXLRのGND,HOT,COLDからGNDをNCにした感じだと考えれば覚えやすいと思います。
前述したとおりドライバ自体がバランスに対応しているわけではないのでGNDは接続しないと考えるのが妥当です。


■TRSフォン
TRSフォンを使用しヘッドホンをバランス接続に使用する場合、1つのプラグで1ch分の音声信号を扱います。
コネクタは2つになるため、左右どちらであるか分かるようにケーブルブーツや色付きの熱収縮チューブを使用することをお勧めします。

Tip:Positive (HOT)
Ring:Negative (COLD)
Sleeve:NC (Non Connect)

こちらもバランス伝送に使用する際に使うHOT,COLD,GNDからGNDをNCにした感じだと考えれば覚えやすいと思います。
※TRSフォンのピンの呼び方として、先端の尖っている方からTip,Ring,Sleeveと呼びます。


雑談
先日、プロPAの方と遊んできたのですがTRSフォンにもミリ規格とインチ規格の2つがあるというお話を聞いてきました。
ミリ規格もインチ規格も相互互換性はあるのですが、ミリ規格のコネクタにインチ規格のプラグを接続すると固く嵌合し、逆にインチ規格のコネクタにミリ規格のプラグを接続すると少しだけ遊びができるそうです。

…イメージが湧きにくいと思うので具体的に言うと
その辺の適当な機材にスイッチクラフトのTRSフォンを接続するとガッチリはまる感じがします。
参考までにプラグの太さをまとめてみました。

■インチ規格らしいもの
Switchcraft 297 6.35mm (0.25inch)

■ミリ規格らしいもの
Neutrik NP3X 6.29mm
Amphenol ACPS-GN 6.32mm
TOMOCA JS-105 6.3mm(未確認)

まじめに調べたことがなかったので意外と驚きました。
スイッチクラフトは確かに太いし、ノイトリックは細めです。
中間を狙った感じのアンフェノール。

相互互換性があるはずなので気にしなくてもいいと思いますが、頭の片隅にでも置いおこうと思います。
コネクタの方は調べてないですが、アンプを設計する際には少し見ておきます。

それでわ!!




  1. 2014/04/01(火) 23:24:12|
  2. 日記
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明けましておめでとうございます

明けましておめでとうございます!
旧年中は大変お世話になりました。
本年は1つはキットを出したいと考えております。

電源回路のほうは不燃焼なきがするのですが、
ロードマップに従って展開すべくパワーアンプのキットを出したいと考えております

ハイエンドライン・・・やってみたいです。

今年もよろしくお願い申し上げます。


  1. 2014/01/01(水) 04:30:11|
  2. 日記
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基板の応力を考える

こんばんわ!
おそらく、連投ではこれが最後の記事になると思います。

数カ月前にcronos_svさんと基板に対して部品を実装する時、応力に敏感なデバイスはどのように配置すればよいかを相談したのが事の発端でした。
応力を実際に見ることは難しいので、大学の環境を利用しAutodesk Inventor2014にて構造解析を行いました。

3Dモデリングをやったことがなく、かなり戸惑いながらも何とかかんとか結果を掲載できる程度にはなりました。
基板の材質は特性が近そうなGFRCとし、厚さは1.6mm、荷重は0.100Nとしました。

■長穴を用いた応力分散
直近で頒布した電源回路の基板で用いた長穴による応力分散をシュミレーションしてみました。

荷重
via-荷重

固定面
via-固定

フォンミース応力
via-フォンミース

応力分散の結果、最も荷重の影響を受けないで済むのは長穴と平行する箇所でした。
この結果から頒布した電源回路の基準電圧ICの位置は不適切だということがわかります。


■片持ちSIP基板による応力分散
本体基板に対してピンヘッダなどで別の小型基板を搭載することを想定したシュミレーションをしてみました。
応力に敏感なデバイスを小型基板に実装し、応力を受けさせないことが目標です。
L字ピンの材質は銅としてシュミレーションを行いました。

荷重
sip-荷重

固定面
sip-固定

フォンミース応力
sip-フォンミース

シュミレーション結果を見たとおり、殆ど応力が発生していません。
解析手法を間違えたのかもしれませんが、ほかの歪等を見た感じ正しくシュミレーションできていそうでした。

一目瞭然の結果ですが、応力に敏感なデバイスを用いる時は片持ちSIPにするほうが性能面では良さそうです。

気になることとして、機械系の友人が言っていた1Nぐらいかけないと大きな差が出ない場合は、本当に影響があるのかどうかよく考えてと言われました。
確かに、長穴で応力分散しても分散はできていますし、現実的にそれだけの荷重をすることがあるのか・・・

というところは曖昧です。
しかしながら、片持ちSIPにしておけば取り敢えず大丈夫であろうという安心感は大きいです。

シュミレーション結果を含めもう一度よく考えてみたいと思います。
それでわ!


  1. 2014/01/01(水) 04:23:18|
  2. 日記
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近年のDAC事情

明けましたので去年中に更新できなかった内容をものすごい勢いで投稿していきます!
というのも、画像とか計算結果は準備していたけども書いていなかっただけなのですが・・・

さて、数の子の塩抜きをしすぎないうちに近年のDAC事情に関して書いていこうと思います。
近年のDAC事情とはいっても、ここのDACチップがこうであーでという話はしません。

今回はDACの出力電圧が標準的であったラインレベル1.228Vから3.05V(若しくはそれ以上)に移行しているかを書いていこうと思います。

3.05Vという時点でセイバー社のESS9018というDACチップだということに気がついた方もいると思います。
現在、オーディオ市場ではESSのDACを使うことがトレンドとなっており少し前のようにTI社や旭化成社などの様々なDACチップを製品で使うケースが少なくなりつつ有ります。

ここでは、詳細な説明は割愛しますがESSのDACチップがトレンドとなる大きな理由としてDSDデータとPCMデータの切り替えが自動であることや標準で数種類のデジタルフィルターやアッテネータを内蔵し、制御が容易なことが挙げられます。
・・・とはいえど、制御に関するバグが多少あるため扱いにくいという面も持ち合わせているようです。

さて、本題ですが何故DACからの出力電圧がおよそ3倍になったのでしょうか?

答えは、熱雑音という雑音にあります。
熱雑音はありとあらゆる電子回路の抵抗が存在する部分に発生し、抵抗値と温度、帯域幅によって決定される抵抗が発生する雑音になります。
熱雑音を減らすには抵抗値、温度、帯域幅のいずれかを小さくすることによって減少させることが出来ます。

しかしながら、DACにおいて信号インピーダンスを一定以上に小さくすることは困難であす。
また、温度に関しても高精度な測定器でもない限り液化窒素による冷却も費用対コスト以前の問題で実用的ではありません。
加えて、ハイレゾ音源が普及し始めたのに帯域幅を狭めることはナンセンスです。

そこで、DACの出力電圧を拡大することによって熱雑音に埋もれてしまう領域を少なくするという考え方があります。
というか、これこそがDACチップの出力電圧が大きくなってきた理由と言ってもいいでしょう。

以下にエクセルで温度を300K、抵抗値(信号インピーダンス)を規格の600Ω、帯域幅をサンプリングレートに対するナイキスト周波数と設定した場合の雑音電圧を記載いたします。

hyou0.png
※見づらい場合は写真をクリックすると大きな画像が別窓で開きます

サンプリングレートが大きくなればなるほどナイキスト周波数(再生できる周波数)が大きくなるため、
帯域幅も広くなります。そのため熱雑音も大きくなります。

ここで、従来の1.228V出力のLSB時の電圧と熱雑音を比較してみます。
DACはデジタルデータをアナログ電圧に変換するため、階段状に電圧を大きくしていきます。
最も小さいデジタルデータを入力した時に、最初の1段目で出力できる最小の電圧をLSB時の電圧と記載します。

1V LSB vs noise

縦軸は電圧となっています。
16bit/44.1kHzの時は最小出力電圧が熱雑音よりもはるかに大きいため問題にならなさそうですが、
24bit/192kHzおよび32bit/384kHzの時は最小出力電圧が熱雑音よりも大きくなっています。

続いて、近年の3.05V出力のLSB時の電圧と熱雑音を比較してみます。

3V LSB vs noise

電圧を大きくしても従来のラインレベルと同じような結果になりました。
24bit/96kHz以上では最小出力電圧よりも熱雑音のほうが大きくなってしまいます。

1.228V出力と3.05V出力のDACを比較して見るために、最大出力電圧(F.S.)における熱雑音が占める率を求めると以下のようになります。

FSV vs noise

出力電圧が約3倍になっているとおり、このグラフから見ても3.05V出力のDACのほうが3分の1程度低いことが見て取れます。

最後に熱雑音が占めてしまう、DACの出力電圧のステップ数を計算してみました。

step vs noixe

32bit/384kHz以外はグラフ上では現れていませんが、16bit/44.1kHz超では熱雑音によって占められるステップが存在します。


以上の計算結果から、出力電圧が大きくなったからと言って熱雑音の影響を無にすることは出来ません。
しかしながら、SN比と言うのは雑音と信号の比によって求まるものであるため、出力電圧を大きくすることでSN比を高くすることが出来ます。
出力電圧をおよそ3倍にすることで、SN比を3倍改善することが出来ます。
デシベルに換算すると約9.5dBです。

1.228Vの出力をもつDACで123dBのSN比を持つPCM1794Aですが、ESS9018では133dBとなっています。
おおよそ、出力電圧の拡大によってSN比を高くしたといえる感じでしょうか・・・




P.S.
32bit/384kHzでLSBが熱雑音に埋もれないようにするためには・・・
出力電圧振幅を大きくすると→5.9kV
出力インピーダンスを下げると→0.158mΩ
両方すると→出力電圧525V 出力インピーダンス4.7Ω

・・・ナンセンスですね。


  1. 2014/01/01(水) 02:03:35|
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こんにちわの方こんにちわ!
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