2019年8月20日 (火)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析 6

082001シエスタではないが暇さえあれば寝ている。突然電話が鳴りo田さんがみえていると言う。偶然だが弟分のo田君と美術部同級生のo田君が居る。さてどっちでしょうか?などと思いながら炎天下を歩く。パジェロが見えて、あ!勝っチャンだ~。同じ日立出身だし、弟の同級生とゆうことで兄弟みたいな付き合いを50年もしている。まあ経営している会社も安定しているようで、お互い最終章は笑って過ごせるね~と健闘を讃えあった。その勝っチャンからロボット業界の暗雲が伝えられた。こっちは不況真っ只中のオーディオ業界に身を置いているから、暗雲だらけは気にならない。それにしても隠遁生活はまるで経済音痴になっているのだ。貿易戦争がリーマンみたいにならなければ良いが...

08200勝っチャンから「最近のブログは分からないね~」と言われ「備忘録と開発のデータベース化しておりスマン!」と言い訳をしたが、次も重要なのだ。特許要素満載で、しかしもう企業家はあり得ず、特許は毛頭出す気は無いので、著作物として周知させる為のブログでもある。この縦方向平衡高度バランストロイダルトランスも正にそれ。従来のトランスでは到底でき得ない話をΦ350mmトロイダルトランスで実現した。あえて説明文は付けないが、分かる人には分かり「こんな方法もあるんにゃ~」となる。

08201盆休み明け、名工ミルトさんにこの難物縦方向平衡高度バランストロイダルトランスをサクサクと巻いてもらった。どうやら酔拳ではないようで、シラで巻いたから早く出来上がり感謝!毎度説明するが、水晶粒細目をトロダルコアに円形状に巻いて、防振構造と円形磁界に対応させる。ポリウレタン線が要でofc純銅ポリウレタン線の外形Φ1mmを巻く。理想的には断面100mmスクエアで直径は1mのトロイダルコアにカルダスケーブルを巻く。こうすれば異次元の音間違いなし。ミルトさんから「誰が持つの?」と言われりゃあ考え込んでしまうが、先日みえたオーディオエンジニアのkouhei君から「プラッターだけで150kgのモンスターターンテーブル」を告げられ、我らもあながちドンキホーテではないようだ。

08202難物の縦方向平衡高度バランストロイダルトランスまでは順調に進んだが、後がいけない。破壊大魔王と粋がっているが命は惜しく、dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC基板の取り返しのつかない破壊は大いに躊躇して、解析に時間を費やしている。74act175が片チャネル11個使用して11x4=44bit分ある。520Ωの抵抗がこのbitの倍数分付いている。

0820374act175はソース電流とシンク電流とも50maとエラくでかい。小型リレーならば直接駆動出来る位の電流を誇る。これがQ出力と/Q出力になっているからかなりややっこしく、これがランダマイザの仕事でdcsの真骨頂でしょう。

08204x74act175画像の位置にtds784dのプローブを付けて、異なるbitの波形をサンプルした。ラッチ左のlsiはランザマイザパターンromで、現在のヴィバルディではここはfpgaと替わっている。確かにプログラマブルの気持ちは分かるが、パターンromで良いのではないでしょうか。

08205これがその波形。青丸印の場所は赤色がソースで黒色がシンクとなる。この状態では赤から流出した電流は黒に吸い込まれて出力には現れない。赤丸印の場所は赤色黒色共にソースで一応電流は流出するが、他のbitに支配されて2ch如きの観測では分からない。

08209何となく分かっていただけたかと思うが、このランダマイザは計算式できっちりと出るはずでromパターン化している。更に時間軸を長時間としてこの2bitのパターンを読むと、1と0の変化が良く分かる。これを44bit分繰り返して各データの隙間を埋めるように動作するから高域へノイズシェイプされる。

08206x次は具体的な電流の計算となる。画像回路図は概略で正確ではない。正相と逆相の電流加算点の電圧は5vの1/2の2.5vで固定されている。電流の値としたら単純に5vで500Ωならば1ラッチ当たり10maとなる。これが44bit全部オンならば440maと巨大になるが、ランダマイザで最適化されて適正?な電流になる。

08207その値はこのtp11とtp12から割り出す。+側の最大は7.24vだから7.24-2.5=4.74vとなり2kΩで帰還されるから4.74/2000=2.37maピークとなる。-側の最大は-3.48vだから2.5--3.48=5.98vとなり-2.99maピークとなる。±で差がある実態は未だ分からないが、いずれにしても1khz、0dbの1vrms出力時で±2ma程度の出力と考えられる。2.38ma+2.99ma=5.37maオフセット付き出力が74act175と520Ωから流出した電流値で、縦方向平衡高度バランストロイダルトランス駆動には十分と言える。

082091dcsはデジタル屋だからその技術力には脱帽する。しかしアナログ系の電源やオーディオampに強烈なポリシーは感じられない。一番肝心はデジタルも±電源で統一して動作させればオフセットが0vとなり、考え方がシンプルとなる。5bit Ring DACだけでも±電源で動作させればオフセット除去回路は不要になる。74act175は最大7vで動作可能だから、±3.5vとしてデジタルとアナログを区別無く動作させよう。もっと勝手に言わせてもらえば、自動マウントだから高周波チップトランジスタをベタベタ貼り付けて、±15vで高周波動作のトランジスタラッチ形成すれば更にダイナミックレンジはとれる。

 

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2019年8月18日 (日)

音色力学 kouhei君凱旋と音と音楽と

081811年ぶりだろうか?若手オーディオエンジニアのkouhei君が盆の里帰りに寄ってくれた。すっかり逞しくなったkouhei君は何だか輝いて見えて、若さとはそうゆうコトなんだろう。最近はクラリネットからフルートの演奏にオーディオ開発の活路を見出しているようで習い途中の「マイ・フェイバリット・シングス」を吹いてくれた。そういえばターボcのボーランド社のフィリップ・カーン (Philippe Kahn)もjazzフルート奏者でcd「Pacific High」まで出しており、技術革新にはテクノロジーと音楽(jazz)の両面が必要であることを証明している。早速コルトレーンの「クル・セ・ママ」をかけてテナーサックスをバリバリ吹いてもらうが、自分が吹いた時とは違い聴衆席で聞くと、マダマダ~!

08182ここ1年のプロジェクトを聞くとヘッドシェルともう1品種。高専を出た後、大手企業で金型設計をやっていただけのことが分かる一体加工のヘッドシェルで、出来の良さは素直に評価できる。ヘッドシェルでも大幅に音は変わり、ここにも多くのノウハウは潜んでいるが企業秘密で言えない。ここでの議論は高剛性と音楽性となった。その好例がエソテリックの高剛性cdメカvrdsと、ソニーの低剛性cdメカbu-1cとの比較でお互いに納得した結論は持っているが、これも企業秘密としておこう。kouhei君曰く「高剛性と軟弱性、この狭間に音楽性がある!」とな。

08183これには流石のあんぷおやじも「そこや、そこだ!」と意気投合する。しからば音楽性とは何?それは魂の叫びで日常を超越した芸術の芸のつく世界で、魂のjazz、魂のクラシックを聴かねばならない。そしてそこにオーディオ機器開発が入ってくると、問題はややっこしくなる。先日t-mon君と聴いたma recordingsのemaさんのスタインウエイは抜群の録音で、音は素晴らしい。その要がadコンバータのdcs900bとなっている。「これはイカンのです!」とkouhei君に言う。

08184「なぜです?」良い音は装置がとろくてもうまく鳴る。それに嵌るとオーディオ機器の進化は極端に遅くなる。「コモドア盤のビリー・ボリディを聴こう、これが上手く聴けるために何十年も費やした」「現代録音はすべからく音は良い、だから音は悪いが魂が多く含まれた昔のjazzやクラシックを聴こう」「このcdを持参でオーディオフェアへ出向き、上手く鳴るオーディオシステムは真に良くて当然現代録音も上手く鳴る」と続けた。次回はいよいよカートリッジ本体の開発となる。「高性能なカートリッジは誰にでも出来る、しかし音楽性の芸術性のあるカートリッジは選ばれし人間にしか出来ない、君には出来る」高剛性と軟弱性の矛盾を克服した真に音楽性のあるカートリッジの登場に期待しよう。

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2019年8月16日 (金)

振動力学 Accuphase DP-80水晶粒防振構造化記録

08150daコンバータは理論的にも音質的にもdcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DACが最強と決めて揺るがない。 cdトランスポートは振動力学的にAccuphase DP-80が最強と決めて揺るがない。揺るがないが今回の移動に際してだいぶトラブルが出てしまい、気持ちは揺らぐ。改造が超を極めて限界を超えた音を出しているため、セッティングはクリチカルになる。ようやdcs Elgar DAコンバータは安定的動作に入ったが、Accuphase DP-80はピックアップの老化があり、交換時期でそのトラブルを抱えている。今般Accuphase DP-80のcdメカニズム交換の情報をまとめておき、いつでも即座に交換できるよう記録に止める。

08153Accuphase DP-80はcdトレイを一切廃止してcdメカニズムのみをdp80筐体内部に水晶粒を充填し、その上に置いてある。このフラフラcdトレイを廃止するだけでも音は激変する。我らの駄耳でも明快に分かるから、ダイエイ電線の方向が分かる凄耳の御仁ならば、天地がひっくり返ったような変化が分かるでしょう。試されればチョッとした大事件になりますよ。

08151Accuphase DP-80で使用されているcdメカはソニーのbu-1cで、以前度々エントリーで紹介した通り構造的には優れもので、これを超えるメカニズムは時代背景から登場は難しい。

08152最近のソニーは良く分からないが、この時代はソニーが本気を出してcdに取り組んでいた痕跡がbu-1cなのだ。


08155bu-1cのcdメカニズムはソニーの安物cdに搭載されていたから市場には無尽蔵に存在している。そのcd機種はCDP-553ESD、CDP-303ES、CDP-103、CDP-520ESⅡ、CDP-302Ⅱと機種が多い。本アキュフェーズも含めて世界の多くのオーディオメーカへoem供給していたから、追跡は面倒でやりきれない。

08154更にbu-1タイプの使用も可能にした。こっちの方が古いから回路は若干違いそこの処置だけで完全互換できる。違いはbu-1のサーボ基板にcnj104があるか無しかで、bu-1cには無しだからbu-1ではcnj104の1番ピンと2番ピンをショートすれば良い。cd機種はCDP-502ES、CDP-552ESD、CDP-302ES、CDP-102とこれまた機種が多く、bu-1cと合わせれば無尽蔵間違いなし。

08157Accuphase DP-80の不動品があったならば、bu-1&bu-1c搭載ソニーのcdpジャンク品をオークションで安く入手しAccuphase DP-80に移殖すれば動作品にできる。ピックアップの交換などやろうものなら、ピックアップと交換費用がエラく高価だからcdメカ丸ごと交換を薦めます。この画像がbu-1cで黒メッキが特徴。

08156こちらがbu-1cdメカでspccメッキ鋼板は剥がれも無く好印象。型番の若い方で末尾にdの付いていない機種(dはデジタルアウト)は殆どだれも見向きもしないから安値で入手できる。これを何台か入手してcdメカを取り出し、rf基板上にある半固定ボリューム左からrv102フォーカスエラーレベル、rv101トラッキングエラーレベル、rv001レーザダイオード出力調整、これらの調整で運が良ければ全て良品となる可能性あり。

08188なぜbu-1c&bu-1か?答えは簡単、画像を見て欲しい。これがソニーの底力で、cdピックアップの各サーボ機構がアルミダイキャスト削り出しボディに搭載されて振動に強い。今時はスパコンによる有限要素解析が進み、ここまでオーバークオリティにせずとも振動や共振解析が出来て、肉厚ではなくて肉薄の部材になるのが当たり前。余談です、ansysの有限要素解析とhpのワークステーションを導入した1990年頃からロボットのボディは作らずとも、振動共振解析が出来て設計開発の次元が変わった。

08159その結果全てのものが印刷物のようにペラペラとなり、高性能だが音もそのようになる。カートリッジがspuリファレンスやtsd15を超えられないと同じで、真空管がcx350を超えられないと同じで、cdピックアップはbu-1cを超えられない。カートリッジはspuリファレンスやtsd15が名機で、真空管はcx350が名管で、これは誰でも認識して人気があり安くはならないが、cdメカは誰もbu-1c&bu-1が名機と気付かないから、今の内ですよ...いや無尽蔵だから名機とはならないか。

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2019年8月14日 (水)

amp工房オーディオシステム解体の記録

08141トランスだけ古典管アンプの開発に伴い、旧amp工房オーディオシステムの解体をやっている。通常の入れ替えならば出た旧システムはオークションなんかで処分すれば良いのでしょうが、amp工房オーディオシステムは原型を止めないほど改造されており、最後は部品取り位にしかならない。テンポラリーcx350古典管パワーアンプの撤去に続き、ターンテーブルシステム以外は全部撤去した。水晶粒吸引専用掃除機をラックの最上部に上げ、各部の水晶粒を次々に抜き取る。名工ミルトさんの編出した水晶粒吸引法は工業用の掃除機(1万円で買える)でガンガン吸い込む方式で、画期的且つ安全に水晶粒が回収できる。

08142撤去したオリジナルカルダスrca及びデジタルケーブル群。rcaプラグは日立のofcを解体して中身とし外装はΦ16mmofc純銅棒を加工して作ってあり、現在はここまでのファイトは出ない。このケーブルは本番まで使用しないので、パーカショニストのnakaさんに貸し出し中。氏曰く「恐ろしいケーブルで~す」

08146カウンターポイントsa3.1超改を遂に々引きずり出す。これは音色力学の原点となった記念すべきプリアンプで、筐体と基板だけを残し後は全部改造してある。なぜsa3.1はjazzに向いているのか?から回路を徹底調査した結果、相当にヤバイ設計に気づいた。だから、良い音の出し方は技術力や設計力でもない事実がここにあった。現在は抽象画のように説明が理に適っていないとまずいから、優等生的完成度の高いオーディオ製品しか無いから、音もそのよう。

08143音の良いボリュームの研究ではアーレンブラッドレーのボリュームを解体してワーパーに金箔を貼り付け、ワーパーからの引き出し線はofc線とした。現在も音の良いボリュームなど存在しないから、少なくともこの改造をやれば唯一無二のボリュームになる。抵抗体ボリュームでやるしかなければ、ニクロム線の巻き線抵抗ボリュームに上記改造を施したものが最強となる。

08144次に厄介なのが端子。たいていは真鍮加工品(ネジを切るため銅は使いづらい)にニッケルメッキを施した端子は、音は締まって一見良さそうに聴こえるが、音は痩せている。そこでofc純銅Φ16mmで端子とネジとナットを作った。純銅、純銅と騒ぐものだから、最近は純銅アクセサリーも増えてきて、こんなモンスターを作る必要は無くなった。

08145止めはコンデンサ類で、多分ここが音を変える一番大きなファクターとなろう。カウンターポイントsa3.1超改では、電源にフィリップスの電解コンデンサ、回路にクラリティキャップにカルダステフロンを使用した。現在ならばデンマークduelund社の銅箔コンデンサやジャンセンの純銅オイルペーパーコンになるが、これすらも音が痩せているコトをofc純銅トロイダルトランスから気付かされた。このくらい馬鹿げた改造をやって始めて見えてきた音色力学は、貴重なノウハウと思うのだが...

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2019年8月12日 (月)

dcs Elgar DAコンバータ のノイズ考

08129お盆休みでt-mon君だけのamp学校は電気&電子理論の勉強と、jazzコンサートになった。コルトレーンこの1枚「クル・セ・ママ」を大音量でかけ、テナーサックスをコルトレーンとファラオ・サンダースに重ねてバリバリ吹く。それをt-mon君に聴いてもらい「どう、生楽器とcdの音は融合していたかね?」「cdの音がかなり生っぽいです」セルマー・マークⅥに5スター・ミディアム・メタルのオットー・リンク・マウスピースと#4リコ・リードのコルトレーンに対して、ヤマハの少々高級品のテナーでは音色はだいぶ違うが、dcs Elgar DAコンバータのお陰でcdの音が細密画になってきた。そして仕上げはdcs Elgar DAコンバータの電流出力解析の現場を見てもらう。中学2年には難しいかも知れないが、そんなのお構い無しにどんどん説明を重ねる。いずれこうした経験が役立つ時が来る。

08121画像はdcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の基板で、初期の1990年代は950も954もElgarもpulseもその殆どがこの基板を使っていた。余談だが、dcs950が登場する4年前の1989年にこのRing DAC方式のadコンバータdcs900bが誕生して、一斉に世界中の録音スタジオに入り活躍したため、今考えればdcsの音を聴いている状況にあったのだ。t-mon君とma recordingsを調べたら、dcsのadコンバータ900bと904のcdが見つかった。「古い900bの方が音が滑らかです」とはt-mon君、調べるとカルダスケーブルを使用しているとあり、恐るべし超耳!

08122xそして現在、Vivaldi DAC(ヴィヴァルディ ダック)は更なる進化を遂げた8~9世代目Ring DACを搭載とあるが、30年の間基本は同じで細かい改良を重ねた所謂バージョンアップ。dcsの言う更なる進化とは?細かい改良はノイズを減らし精度を向上させ繊細緻密な現代風な音の改良で、古いjazzを再現するために少々粗くても構わないが太い音の方向性とは違うのでしょう。そして今回はノイズ孝です。

08124ノイズ考はring dacの出力電流調査中にやたらと気になり始まった。波形観測場所はオフセット付きのtp12、帰還抵抗は2kΩ、この時のサイン波電圧はacレンジで3.76v、i=3.67/2000=1.8marms、x√2=2.6maピークと概ねこんな感じ。しかしこの波形がノイジーなのだ。

08126tp12は中間点だから、バランス出力端子へ観測場所を移動しノイズを調べた。1khzサイン波1vのcdを再生して出力電圧を見ると概ね1vは出ている。バランス出力端子の+とgndの最短で測定しているから、測定ミスによるノイズの混入は考えられない。dcs Elgar DAコンバータではこのノイズを聴かされているのか?

08123そこで同一条件で前回も登場のソニーのcdp-950(1987年、49,800円)を測定してみる。daコンバータもアナログ回路も簡単で、物量の投入も少ない。

081281khz1vの波形をrcaの出力端子で見た。拡大した500mvレンジで見ても全く問題ない。これが世界に冠たるソニーの製品で、全方位的に問題ない。言っちゃあなんだけど、dcsとは企業規模が丸で違い技術の優秀性でもずば抜けている。

08127次はdcs Elgar DAコンバータのソニーと同じ条件の波形で、ここからがノイズ考です。音を比較したら比較対象にならないほどノイズが多いdcs Elgar DAコンバータが凄い、もっともお代も比較にならないほど凄いが。なんだい歪み率に続いてノイズレベル(s/n比)も音質とは全くかけ離れたデータになるのか。オーディオエンジニアが大いに困るのは正当的理屈の崩壊で、帰還opamp回路に応答以上の高速ノイズが入った場合どんな挙動が起きるか分からずノイズが筒抜けになってしまい、まずい!そのまずいも関係ないのか。

08125実はここがオーディオにおける大いなる問題点で、データと音色は全く無関係だから妖しいオーディオになり、迷信や神格化など奇想天外が生まれる。かくいうあんぷおやじ流儀もその妖しい1つにしか過ぎないが、唯一無二だけは自慢できる。ここまでくればノイズ考の答え簡単で、優先すべきは音色力学で歪みもノイズも後回し、歪みやノイズの研究で一生終える訳にはいかない。

 

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2019年8月10日 (土)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析 5

08104画像出展:dcs
dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の概念図がこれ。デジタル側は追跡してもソフトウエア処理で分からないため、74act175のラッチ以降を解析している。ラッチの出力電流誤差と抵抗誤差からくるエラーパターンをランダマイザーがノイズシェイピングしてオーディオ帯域で24bitを確保する手法、とあるがここがring dacの肝心要になる。この概念図ではdaコンバータの電流源は74act175のラッチで、更にその源は+5vの電源になり、ここが音の原点だから最終的には何処で+5vが作られているか確認して、音の良い+5v電源を作る必要がある。

0810193x気になり調べてみた。dcsの言う低ノイズ低インピーダンスdac基準回路が画像の部分。先ずbbのref01auの1pinにopamp回路の+15電源を入れる。温度保証された基準電圧+10が6pinから出力される。その基準+10vを3.3kΩの抵抗2本で分圧し+5vを生成する。その+5vを高性能opamp lt1028の3pinに入力し6pinからトランジスタ2段でref5vを出力する。これが5bit Ring DAC のfpgaやラッチ等に供給されている。そうか!daコンバータ専用の+5v電源を作っていた訳だ。しかもその電源がopampの+15vとすれば、ofc純銅トロイダル電源トランスにofc純銅電解コンデンサで作られているからパーフェクトで、+5v音の良い電源問題も解決。

08103電流加算のための精密抵抗は1種類しかない。緑、赤、黒、黒、茶で5200となり520Ωの1%だけを使ってdaしているから、bit重み付けの無い同じ電流の加算となり、ランダマイザーが相当に複雑なbitパターンを作っているはず。ここの完全理解には時間は掛かるが、とりあえずのda電流出力取出しには差し支えないのでゆっくり解析する。da電流源の74act175のパッケージはsop16pinで振動力学上限界の構造?dip16pinが一番振動に強い。

08105念のため74act175のラッチ出力を1khzサイン波出力時に無作為に採ってみた。bit位置でオンの時間が違いda動作は見て取れるが、正確なタイミングはデータ出力のbitの重なりがあって分からない。

081092そこで74act175のランダマイザーラッチ出力で見ることにした。64倍のオーバーサンプリングの354nsecが正確に観測できた。

08101xデジタルの専門家でデジタルを見始めると、つい面白くなり夢中で調べたが閑話休題、ここからが本題のアナログ回路となる。正確な回路ではないが一応整理の為にLTspiceで描いた。こうしておけば部分的にシュミレータに掛けることもできる。また重要なポイントのtds784d波形は以下に示す。正相da電流加算点以降の回路は逆相に同じで省略した。

08107逆相ad電流加算点の波形は2.5vのオフセットが付いている。

08108それのac成分拡大画像。

08106ad797の出力端子画像。

08109tp12のサイン波出力画像。ここは2v弱のオフセットが付いている。ofc純銅トロイダル差動トランスは直流は伝送できないから好都合で、オフセット付きda出力電流であっても交流成分のみ伝送する。上記回路図からは差動トランスへ接続すべきポイントが漠然と分かるが確証は持てない。次の段階でパターンを切断して抵抗を挿入し、実際のda電流を測定してみたい。いよいよ破壊大魔王か?

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2019年8月 8日 (木)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析 4

08082xxdcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析の準備だが、先ず基板が取り出せるようにrca出力やバランス出力の配線を切断する。次はドライブトランジスタ(4個パラネジ止め)で、a級動作をしているからかなり熱い。うっかり触ろうものならば手元が狂い、オシロスコープのプローブで短絡しかねず危うい。そこで断熱用のフェルトを仮付けした。gndポイントは基板の中央に設けて、どのポイントからも最短gndにする。シンメトリーな基板だから、手前側半分の赤色丸印opamp4個が調査対象回路になる。

08083基板のパターンを表から裏から追っかけて、できるだけ多くの回路スケッチする。1980年代に遡るが、ロボットベンチャー黎明期は大手サーボモータメーカーのサーボアンプをこのようにして良く調べたもので、回路より仕組みとか思想を読み取るのが主な目的だった。しかし今回はだいぶ事情が違い、思想や仕組みではなく、どのポイントから電流出力を引き出せば良いかを探るために、回路は正確にスケッチしなければならない。

080846層か8層か?多層基板は内層までパターンが縦横無尽に走り見えない。それを追っかけるのは結構面倒な作業になり、4個のopamp周りを調べるのに丸一日も掛かった。抵抗ラダー部と差動電流電圧変換の一部のスケッチが上がった。何となくイメージは沸いてきて、opamp黄色丸印の一番上側のop275に抵抗ラダー部が接続されており、ここが電流電圧変換回路か?この段階で通電してスケッチが概ね正しいか評価をする。

08085オシロスコープtds784dをdpo(デジタルフォスファ)にする。先ずは無信号時のtp12のオフセット付きアナログ出力と、正相の抵抗ラダー部の電流波形(強引に電圧で読む)を見る。ご覧のように50mvレンジでは、2.822Mhzサンプリングノイズがこれだけの大きさになる。

08086次は正相で、1khzサイン波のtp12出力と抵抗ラダー部の波形です。これは本邦初公開?のdcs daコンバータの電流出力画像になるでしょう。


08087続いて逆相で、上と同じ1khzサイン波のtp12出力と抵抗ラダー部の波形。tp12の位相に対して、同じ位相の電流波形が出てしまい、これはおかしい?どうやらアナログ回路が起動してサイン波ノイズが増えて正確な電流波形の測定は無理がありそう。だがda流入電流ポイントは明らかのようだ。

08089xそこで回路のスケッチを追い込んだ。するとopamp ad797の-端子に電流が流れ込んでいるのを遂に発見した。これで電流電圧変換の大局は判明したコトになる。op275が電流電圧変換担当として追っかけたがそうではないようで、イマイチ不明だが後で丁寧に解析する。100phか100μhか分からないが、2.822Mhzのノイズを落とすためにインダクタが使われており、このポイントが電流回路であることを表している。

08088そこでインダクタ部にテストピンを立てて正相と逆相の電流を見た。サイン波は出ているが180度位相ズレが見えない、とゆうコトは1khzサイン波電流によるノイズのボトムアップと判断する。デジタルフォスファにしないと見えない波形で、tds784dの真骨頂です。上画像のように正相逆相の電流出力が分かり、パターンカットして外部に引き出し水晶粒防振ofc純銅トロイダル差動トランスを接続する。

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2019年8月 6日 (火)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析 3

08040デジタルには、お化けが居る。dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC のノイズ測定中に出た!オシロスコープtds784dは1ch使用時最高4G samplingと凄い、凄いのでscale(時間軸)ダイアルをクルクル回しこれ以上出ないサンプリングがてっきり4G samplingと思っていたが、何と100G samplingの500psecととんでもない超高性能?が出てしまった。なんてこたあない、ソフトウエアストッパーが無いものだから、お化け領域へ入ってしまった。実は100gs/sの後のetがエラー表示だったが、マニュアルなど読まないからこの体たらく。しかし時間軸がお化けだけで、ノイズレベルにはそう差は無い。デジタルオシロスコープはアナログオシロスコープのような正直さを持ち合わせていないから、注意して使われた方がよろしい。

08042とゆう訳でデジタルお化けに注意しながら再度ノイズ測定をした。cdpでテスト用の1khzサイン波cdを回して、tp11とtp12のオフセット付き差動出力を見る。再度見るがやはりノイズっぽい。

08043そこでdpo(デジタル・フォスファ)に切り替える。するとやはり波形が滲みノイズが見えている。ピーク辺りが特にノイジーだがこれについては何れ解析する。

08044続いて250M samplingにして波形を見ると、ようやく正確なノイズを捉まえることが出来た。

08041x今回から正確にデータを残すために、面倒でもfddにデータを落とすことにした。サンプリングノイズが見て取れ、2.822Mhz毎にピークが出ている。時間軸が1devで100nsec、電圧軸は100mvでp-pでは200mvも出ている。この時のマクロデータは下画像。44.1khzの64倍オーバーサンプリングは44.1khz x 64=2.822Mhzのサンプリングとなり、理屈上は4倍で1bit節約できるから64/4=16bitの節約ができる。そこを5bitとしているから、分解能は十分に取れていることになる。問題は3.659vrmsの信号時に121mvrmsのノイズが乗ることで、-30dbしかs/n比が取れていない。2.822Mhz毎のノイズだからまあいいか!と開き直られても、帰還の掛かったopampではどうゆう挙動をするか分からないし、事実opamp出力のサイン波にノイズっぽさが現れている。平気でスイッチング電源やcpuスイッチングを搭載したがるが、スイッチングノイズは下手なノイズ対策では追いつかず、まあいいかの範疇になり、デジタル臭さとかデジタルはアナログに劣ると判断されるのはこのノイズのせいで、デジタル伝道師はノイズ対策に努々努力を怠るなかれ。

08046上画像のマクロデータがこれ。オフセット付きだからac電圧測定モードにしてある。1khzサイン波の電圧値は3.659vrms。


08045こちらがtds784dの4Gsamplingのノイズ波形で、デジタルお化けもなしにきちんと捉えて、この件はお終い。ここからが本題、dcs Elgar DAコンバータの5bit Ring DACはエポックメイキングな出来事で、デジタルサウンドの格調を一気に引き上げた。引き上げたがアナログ回路は旧態依然で、エポックは無い。ここをブレイクスルーする為にはアナログエポックメイキングをするしかない。それには5bit Ring DACボードの徹底解析で、高価なdaコンバータを1台破壊するまでやるしかないが、やっとその覚悟が整った。

08048xおまけです。
今回デジタル出力として使用しているソニーの安物cdp-950の、アナログ出力サイン波データを念のため採ってみた。10M sampleの5μsec、ヴァリアブル出力のmax電圧は1.706vrmsと出て、サイン波の一部を拡大したがご覧のようにノイズレベルは小さいし、tds784dの暗雑音もあるから納得できる値に思う。

08047同じディメンジョンでdcs daコンバータを採ってみた。ご覧のようにソニーとは比較にならないほどノイズは大きい。これでタイムロードの出している仕様書には110dbとなっているが、一体これは?...まあ、ノイズと音色の関係性の曖昧さと、デジタル側で音を作っている証明に思う。たまりかねて名工ミルトさんに電話をする。「事件です、帰りに寄ってください!」「ようがす」差動トランスの巻き線手法を綿密に密談する。「縦方向平衡バランスはこのように巻いてください」「承知しやした!」「今回、daコンバータの電流出力を差動トランスに入れcx350でアンプする方式の重大性に気付いて、大幅にパワーアンプ製作の工程が遅れて申し訳ない」「納期は決めていないからいいですよ~」又しても面倒に巻き込んでしまった。一般的な差動トランスでは縦方向平衡バランスは採っていないから、トランス結合の優位性は証明されていない。水晶粒防振ofc純銅トロイダル差動トランスこそが、縦方向平衡バランス構造を採れる唯一の方法と決めて、我等はそこの未踏へ踏み込む...

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2019年8月 2日 (金)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析 2

08021daコンバータをトランス結合した概念図で、2018年8月24日のエントリーは丁度1年前か...「スーパーdaコンバータ開発構想いや妄想のシステム図がこれ。回路は誰でもdacでcs8412にdf1700にセカンドpll...アナログアイソレーションアンプとする。これで聴いたコトのない分厚くノイズの無い妙なる再生音を出したろ!」としたが、dcs Elgar DAコンバータのお陰でだいぶズレているコトが分かる。この時点でdaコンバータの音作りはデジタル側にあると、ある程度は見通せたが、現在ならばまるでデジタル側と断言できる。この1年でdaコンバータに対する考え方が随分変わったものだ。但しdaコンバータをトランス結合する方式は、正に未来を予言していたのだ。

08020画像出展:Analog Devices
daコンバータの電流出力をトランス結合した場合の優位性は「2007 Analog Devices AN-912 アプリケーション・ノート平衡電流出力DACによるセンタータップ付きトランスの駆動」に詳しく述べられている。音色激変を望むならば参考にされたい。2007年とあるが、とにかく昔この論文は読んだが、トランス結合否定派時代だったので「ほんまかいね?」程度で読み流した。それが今ではバイブルになるのだから、人生分からないモノだ。「トランス結合によってDAC出力と最終負荷との間がDC的に絶縁されることです。これはDAC出力に存在する同相ノイズ信号の除去にも効果的です。トランス結合はDAC出力間の不平衡から発生する偶数次高調波成分を削減することも可能です。トランスはすべて帯域幅の制限があるため、これを利用してDACの出力スペクトルに一般的に現れるナイキスト・イメージを抑止する」と決定的なコトが書かれている。これはどんなopampを使っても無理だし、opampを売らねばならない立場のアナログ・デバイセズ社が何でトランス?と正直さに感心する。

080235bit Ring DAC基板をうなされるほど眺めて調べている。夢の中で「ココを見ろ!」とあったので、ガバッと起きて午前2時頃慌てて店に出る。その時ロボット仲間のm氏にメールしたものだから、昨日みえた時「午前2時の出社ですか~!」と呆れていたが、昼間寝ているから問題ないと言い訳をした。とにかく四六時中考えているコトが老化防止の原点と心得ている。以前ofc純銅コンデンサでアナログ信号を引き抜いた場所でtp11とtp12を同時に観測すると差動信号になっており、ここから差動トランスに?と思ったが既に電圧信号でopamp出力にドライブ能力がなければ接続できない。

08025これが1khzサイン波cdを回した時の差動出力になり、オフセットが2vほど付いている。この差動出力は電流電圧変換し、低次のフィルターを通した電圧になり、完全オーディオ信号だが...ん?やけにノイズが多い!そこでオシロスコープtds784dをdpo(デジタルフォスファ)にすると、サイン波が大いに滲んでノイズの存在が明らかになる。今までは詳細に観測していなかったので分からなかった。

08027そこで詳細に調べるためにtds784dの4ch使用を止めて、1ch使用にした。1ch使用では最大4g sampleを誇る。gndポイントでノイズは大幅に変わるため、測定ポイントtp12の直近にgndポイントを見つけて端子を設けた。プローブのgnd線は最短のものを選んで付けた。これが高周波ノイズ測定の基本となる。

08028x先ずはcd動作前のtp12の信号を見る。ノイズが高周波で盛大に出ており、これはopampのコモンモードで除去できずスルーしてきたもので、これが一番怖いノイズなのだ。それといくらdcs daコンバータのデジタル&アナログ技術が進化しても、これだけの高速ノイズではアイソレーションしない限り消せない。その後のdcsでは対策がなされているのだろうか?真の意味で音は良くなっているのだろうか?

08029x続いて1khzサイン波cdを回してみる。大きなスルーノイズで、これが何となくノイジーな信号の正体だった。にわかには信じ難いので詳細はこれからゆっくり調べるが、opampでは到底処理しきれず、こうゆう超高速スルーレートが入った場合のopampの挙動について、保証は何も無い。もしこれが事実ならば、dcs daコンバータアナログ回路の最大の弱点となる。

08026我田引水力学だがAN-912 アプリケーション・ノートから「トランスをDACの出力結合に使用すると、DAC出力のDC不平衡がすべて効果的に阻止されます。スペクトルをトランスの出力側で観察すると、偶数次高調波成分が大幅に削減されます。DAC出力間のダイナミックな不平衡の影響を阻止できます。ただし、AC不平衡を阻止するトランスの能力は、トランス固有の縦方向平衡レベルに依存します...トランスの縦方向平衡レベルを制限する最も一般的な要因は、巻線内部の寄生容量結合です...」とゆう結論で、差動トランスしかノイズ除去の方法はありませんな。早速名工ミルトさんに試作差動トランスの精密巻き線をお願いせねば。

08022xおまけです。
dcs daコンバータにはバランス出力がある。このバランス出力は差動でコモンモードノイズは除去するとあるが、余りにも超高速スルーレートでコモンモードにならないから差動演算してもノイズだらけになる。バランスとは一体何ぞや?

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2019年7月31日 (水)

量子力学 dcs Elgar DAコンバータ 5bit Ring DAC の解析

07300ターンテーブルはemt927にやられたように、daコンバータではdcs Elgar DAコンバータの5bit Ring DACにやられた。自作多数から始まりワディアの12からcelloのr-dac、これらは全く歯が立たず、特に自作など無理な話で遥かな距離を感じさせたdcs Elgar DAコンバータであります。5bit Ring DACテクノロジーは意味が良く分かる。例えばプリウスサーボアンプが5khzサーボサンプリングとすれば、あんぷおやじ流儀の世界最速は200khzサーボサンプリングとなっている。5khzで16bit daコンバータの分解能が必要であった場合、200k/5k=40倍となり、4倍で1bit節約できるから(16bit-10bit=6bit)となり高速200kサーボでは6bit daコンバータで等価となる。このように高速サンプリングを進めていけば、5bit DACで良いことになる。dcsは44.1ksの64倍としているから(44.1ks x 64=2822.4ks=2.822Ms)となっている。とまあここまでは経験上分かるが、5bitや6bitでそのまま吐き出す訳にはいかず、そこがRing DACとなるのでしょうが詳細は未だ理解不能で、惚れ込んだ弱みで徹底的に解析したろ!
07301そもそもdcs Elgar DAコンバータなどハイエンド級で、現在の原資力から無理と思っていた。どうせチップセット以外のディスクリートdaコンバータを入手するならばアキュフェーズしかないとして、dp-80とdc-81を入手した。実は過去に持っていたそこつ者だが、現代チューニング(水晶粒防振)によりdp-80とdc-81は抜きん出た音質になった。問題点は16bitの電流変換抵抗で、通常温度係数は10ppm程度はあるから16bit精度保証は怪しい。それにオーバーサンプリングが2倍(88.2ks)しかないからフィルターはgic型9次バタワースと音質劣化させる。現在dc-81は中学2年生t-mon君の所で活躍しており、t-mon君曰く「自分ところの装置がこんなに素晴らしく鳴るとは凄いです!」と喜んでいるから、まあいいとしよう。

07302このgic型9次バタワースが気に入らないものだから、次に20bitのdc-81Lを入手した。オーバーサンプリングは8倍となり、gic型3次となって音質は大幅に改善された。ん?ここで気がつくが、投下原資力はdcs Elgar DAコンバータの程度の悪いものなら入手できるほどになっていた。dc-81Lは20bitだが、抵抗の温度係数は前出の如しだから1/1048576(20bit)の保証は無理で、dc-81Lの方が音質の良いのは8倍オーバーサンプリング(385.2ks)の3次フイルターの功績と理解している。da部に多回転ポテンショメータが群設されているが、調整は無理!なぜ?20bit完全保証の測定器などamp工房には無いし、そんじょそこらにも無い。現在の24bitや32bitのdaコンバータチップなんか下位は消えうせて、何bit保証しているのか分からない。チップセットの場合分解能は妖しいから16bitだよ!と、呪文のように唱えているが理解してもらえない。あんぷおやじ流儀で完全チューニングしたdc-81Lの前に登場したdcs Elgar DAコンバータは、ノーマルでも次元の違う音を出して昔の衝撃が蘇った。

07303しかし何事も無駄な投資など無くて、アキュフェーズのdp-80とdc-81とdc-81Lは、それなりにdcs Elgar DAコンバータの前哨戦に役立った。この段階でdaコンバータの音作りは「デジタル演算」と確信して、アナログ回路はその支配下で補助的と決めた。そのデジタル演算の要、5bit Ring DACを含めたdcsのデジタルテクノロジーは、あんぷおやじデジタルエンジニアがどう逆立ちしても勝ち目は無い。理由は簡単で、デジタルフィルターやデジタルストリーム演算はアカデミックで、基本数学者でなければならない。苦手な数学では...ところがアナログは十分に勝ち目があり、実はdcs Elgar DAコンバータの5bit Ring DACの解析の最大の目的は、dcsの弱点アナログ回路を作り直すコトにある。amp工房のdcs Elgar DAコンバータのアナログ回路はad797とopa627で作られており、巷の高音質opampの情報から行動したと思える。更に紫の頼りないコンデンサ(あえて銘柄は言わない)を使うのは、アマチアと同じ意識に見える。アナログ回路の鬼才トム・コランジェロは決して紫を使わない。このdcs Elgar DAコンバータは埼玉の著名なm氏から譲ってもらったが、氏がopa627に改良依頼したのだろうか?

07304次は名工ミルトさんのdcs Elgar plus DAコンバータで、新機種の方がopampは退化しているのか?opampはop275とad797とad827になっている。

07305 次はm+aさんのdcs Elgar DAコンバータで製造年月はあんぷおやじ所有より新しいが、opampは Elgar plusと同じでop275とad797とad827になっている。

07306 更にdcs 9xx DAコンバータではopampは又してもElgar plusと同じで、op275とad797とad827になっている。どうやらopampはこの時代op275とad797とad827にフィックスされているようだ。dcs Elgar DAコンバータの5bit Ring DACに惚れ込んで周囲の人間まで巻き込んでしまい、あっと言う間に4台のdcs daコンバータが揃って比較した。現在のdcsフラグシップのVivaldi OneはエソテリックのVRDS Neoを搭載し、第9世代Ring-DACを搭載して「Vivaldi 30th Anniversary特別仕上げ24Kゴールドプレート」の音は勿論凄いでしょうが、お代も1千200万円と凄い。確かにキメ細かさやsn比など大幅に改善されているでしょうが、力強さはむしろ初期の5bit Ring DACにあると...密かに踏んでいる。

0730732bitのラッチとラダー抵抗の合体電流は、果たしてどの程度の差動電流を流しているのだろうか?そしてこの差動電流を鮮度の良い内にいきなりインプット差動トランスへ入れてしまおう。5bit Ring DACの出力はラッチのQと/Qの出力で差動を構成しているから、差動トランスとして厳密な磁気結合(ここだけは真面目に巻く)すればノイズリダクションレベルは相当に上がり、この差動トランスが間違いなく音色カイゼンの最大のポイントになる。opampの除去できるノイズリダクションレベルは、基板構成上そうそう上がらない。

07308それをcx350バッファアンプにすれば((opa627+ada797)x多数+多数の音の悪い抵抗コンデンサ)の勝負になるから、間違いなく勝てる。その兆候は5bit Ring DACボード上のtp11とtp21のdcオフセット付きのノンバッファ信号を、ofc純銅コンデンサで引き抜いたら((opa627+ada797)x多数+多数の音の悪い抵抗コンデンサ)に圧勝した。この部分は芸術的感性が必要で純粋な数学力とは違い、我ら数学弱き人間にも勝ち目のチャンスはある。dcsデジタル演算の素晴らしさでopamp軍団でも相当に凄い音が出ているが、ここをofc純銅トロイダルトランスと古典管cx350にすれば、間違いなく音色は大幅にカイゼンされる。似たような例で過去に実証済み。マイナス面では分解能が脱落するかも知れないが、コルトレーンが強力になればそれでも良い。

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