インピーダンスカーブと 消えたBL積の謎

はい、よく分からない記事タイトルきました。読んでわかるかな・・ですか？
大丈夫です！　書いてる本人もよく分ってないのです！　というわけで今回の記事は、コメント指摘待ちの記事になっております。
我こそはTSパラメーターのプロフェッショナルなり！って方や
ありがたいヒントを授けてしんぜような方のコメント、心よりお待ちしております。

下のデータは、現在遊音工房さまで制作して頂いてる私のスピーカーの諸特性なのですが、
まずはF特眺めていただいて、

次にインピーダンスカーブ見ていただいて、
もにょもにょした1kHz～2kHzのうねりがどちらにもあるので、そこそこちゃんと録れてるねと思っていただいて、

その上で2216NEOのデーターシートから、BL積が34.229TMっていうのを確認していただきたいんです。

このBL積ですがインピーダンスカーブの実測値から改造後のBL値を計算で出そうとしたら、何故か14.6TMになってしまうんですよ。34.2→14.6と減ってしまってるんです。

BL積というのは、ボイスコイルギャップにおける磁場の強さと、磁場内にある巻線の長さの積を「T･m（テスラメートル）」で表したもの、
ということですので、勝手に減ってもらっては困ります、というかボイスコイルは巻き直して頂いて、今は2.5倍の長さになってるんですよ。
磁場の強さも2倍とまではいきませんが相当強くして、それがちゃんと音の変化となって現れているので、BL積は大きくなっていてもらわないと困ります。
そして過渡応答向上にともなって、Fsは上ずって、Qtsは小さくなっているだろうとかんがえていたのですが、Qtsは　0.168→1.126と大きくなってしまいました。
ヘッドフォンでも聴いたことないくらいの新鮮さで、低音の余計な響きが全くなく、ダイナミクスの強烈な音なのに、Qtsが1超えてるんですよ。おかしいですよね？
ちょっと常識外れ過ぎて、何をどう判断すればよいのか全く分からないのですが、とりあえずQtsは置いときましてBL積の方なんですが、これ、どうして減ってるのでしょうか、意味がわかりません。
これはもうTSパラメーター計算で表せないハミダシモノのスピーカーということでいいのでしょうか………

TSパラメーターの詳細がわかっている、15インチユニットElectro-Voice DL15BFHのデータを試しに入力してみました。

DL15BFHのデータシートはこちらです

こちらはちゃんと計算できているようです。う～ん……とっても謎です……

エクセルファイルここにおいときますので、お願い致します。

なんか難しいんですけど、これは謎だねー！で終わってしまって構わない話として、お楽しみください。
何が正しいのか、どこかがおかしいのか全然わかっていないという、この謎な雰囲気をいくらか共有できたら嬉しいです。

■■追記です。
どうやら、Es-Eの値を一定に保ちつつ周波数を遷移させないと正確な計測では無いそうです。今回の計測は不正確だったみたいですね。
再計測で謎がとけたらいいなぁ

PC と 2wayスピーカー と 位相に鈍感な耳

みなさんはイコライザーを使ったことがありますか？
ポータブルプレイヤーやPCオーディオで当たり前のように使う人、部屋の音響でうまくコントロールできない低域のために使う人、アナログのチャンネルデバイダしか使わない人、いろんな方がいらっしゃると思いますが、
制作現場でも使われているようなDAW（デジタル・オーディオ・ワークステーション）を使うと、とても綺麗なイコライジングをかけることができます。
その機能を使って2wayスピーカーの音がどうなっているか、耳はどうなっているか、面白い実験をしてみましょう。
はじめにこの音源を聴いてみてください。
この音楽のスペクトラムは、このような周波数分布になっています。横の目盛りは周波数で高さは音量です。安定している音楽の周波数分布はこういう感じになっています。
と、タモリ倶楽部に出演したレコーディンク界の巨匠、内沼映二さんが解説しておられました。自分の作品でこれは出来がいいなと思うものを分析すると
LOW:500Hz以下が50% MID:500Hz～4kHzが30% HI:4000Hz～20000Hz以上が20% というバランスになっていたそうです。この音楽も60Hz以下を切り捨てて面積で見比べると、なるほどちょうどそんな感じになってますね。

それでは2wayスピーカーのツィーターから出ている高音のつもりでイコライザーをかけてみましょう。これは2kHzでクロスさせるためのハイパスフィルターです。-6dB/oct特性のハイパスフィルタがあればよかったのですが、-12dB/octしかありませんでしたので、これを使います。厳密にしないでかなりいい加減に設定しています。

このフィルタをかけて再生するとこんな音になります。想像していたよりも、か細い音になりました。ベースの音がほとんど聴こえません。
次はウーファーから出ている音のつもりで聴いてください。同じく2kHzクロスでローパスフィルターです。

2wayスピーカーはツィーターを逆相（プラスとマイナス端子を入れ替える）にして同時に鳴らすのが基本です。そのように合成して再生してみましょう。
どうですか？元の音楽と同じに聴こえますね。
半分に切り離して繋いだだけだから当然じゃないかって？　いえいえとんでもない！ツィーターからの音は位相が逆なんですよ？不思議だと思いません？私は不思議です。
何故かというと音にフィルタをかけると低域は高音にむかうにつれ、高域は低音にむかうにつれ、位相がゆっくりと回転するのです。真ん中でちょうど繋がるのですね。
もう少し正確に言うと-12dB/octのフィルタは位相が180度回転するので逆相にしてぴったり合います。-6dB/octのフィルタでは90度ですのでクロス周波数の波長の1/4の距離だけツィーターの設置位置をずらして合わせます。2kHzの場合は42.5mmになります。実際にやるといろいろな要因が重なって結構ズレてしまいますのでその都度聴感で合わせ込みます。

では2wayスピーカーからの音とオリジナルの音、どちらも同じように聴こえますが、同時に再生してみましょう。どうなると思いますか？　音が大きくなるだけ？　ずれなくピッタリ同時に再生させます。
このようにウーファーだけの時と同じような音になります。分割してから合成した時の高音は逆相なので高音だけオリジナルと綺麗に打ち消し合って全く聞こえなくなり、ウーファーだけの時と同じような音になります。不思議ですねぇ、どちらも全く同じように聞こえるのに。
人の聴覚はこんなにも位相に鈍感なんですね。全然違う位相と波形なのに同じように聴こえているのですから。

では位相がつながってない場合はどうなるのでしょうか？今度はツィーターを逆相にしないで正相で合成しましょう。なにか不思議な感じがしませんか？元の音に比べて少し音の広がりが抑えられているように聴こえます。実際に2wayスピーカーの中の配線を正相につなぎ替えても、同じような変化が得られます。
では、どんなスペクトラムになっているのか見てみましょう。

このようにクロス周波数前後にディップ（周波数の谷）が現れます。
ところで見た目はかなり激しいのに、聴いた感じでは意外と変じゃないなと思いませんか？
それとも充分に変ですか？だったらそれはあなたが元の音と聴き比べているからですよ。初めから正相の音しか聴いていなかったとしたら「これ、おかしいよ」とはなかなか言えないはずです。だってこういう音を出すオーディオって沢山ありますよね？
それでも変だ！言い切れるなら、あなたは立派なオーディオマニアです、誇りましょう！

人の耳はピークが出て、HIでシャリついたり、MIDでキンキンしたり、LOWでボンつく感じには敏感なんですけど、ディップが出た時の変化には弱いんです。
ところがディップや位相の変化には鈍感でも、聴いて下さったように音と音が干渉した結果現れた細かな周波数の乱れは、音楽の広がりやちょっとした雰囲気の違いとして、ちゃんと聴き分けられるんですね。
私はこの聴感の弱さが、良くない電源やケーブル、アンプやスピーカーで元の波形が乱れまくっていても、それがどんなに悪いのか、どういうふうに悪いのかが良くわからないという原理になっているのじゃないかと思うのですよ。音は音とだけ干渉するのではありません。回路、ケーブル、電源、スピーカーのエッジ、ダンパー、至る所に非直線性があって、それとも干渉します。

良い音を追求していくと「あぁ位相が揃ってるなぁ」と実感するような音を聴く機会があります。それはちょうど正相に対する逆相のような感じで、広がりがある、より自然な音です。人には位相を聴く能力はありませんが、位相が揃っている時の美しさは、オーディオっぽい色づけのない聴き疲れしない音として、明確に聴き分けることができます。

それでは最後に正相の周波数特性のディップを読み取って、オリジナルの位相を変えずにEQだけでディップを再現してみましょう。

元のスペクトラムと正相のスペクトラムの差のEQカーブはこんな感じになりました。
このフィルタをかけて再生します。
正相と聞き分けできない音になりました。イコライザを使って帯域バランスを変えるということは、位相を崩しているのと同じ事だと言えるのかも知れませんね。このへんの数学的な理解は苦手なので、もし間違っていたらすみません。

周波数帯域の位相の連続性がなめらかであればあるほど自然な音になりますが、スピーカーには最低共振周波数という厄介なものがあるので、その低域部分では位相がどうしても崩れてしまいます。
最低共振周波数を可聴域外に追いやることに成功した稀有なスピーカーの場合は低域の位相が全部揃うので、プロフェッショナルな音響をしても実現できない圧倒的な実体感のある、すごい低音を聴くことができるでしょう。市販品では例えばこういうスピーカーです。
http://www.accuton.de/media/datasheet/Datasheet%20S280-6-282.pdf

アンプの場合も、電源周波数という厄介なものがあります。コンセントの電気は0Vになる瞬間があって、その瞬間はスピーカーを正確に動かす力が弱まるのです。チョークやコンデンサがあるので、全くのゼロにはなりませんが、駆動力が一定ではなく。常に乱れているということですね。
では理想アンプというのはどんなものでしょうか？
私は去年ついに聴くことができました。遊音工房さまのアンプです。
よろしかったらのぞいてみてください。とっても地味なんですけど、現代オーディオのフロンティアだと思います。お近くなら是非のご試聴をおすすめしたいです。

PC と 音質 と Haswell と 進相コンデンサ

ついにHaswellが発売となりました。
と書き始めたら、まるでパソコンマニアみたいですが私はオーディオマニアです。パソコンにはあまり詳しくありません。
回路を弄ってる方が面白いので、壊しても惜しくない廉価品や中古品、どこでも買えるような定番モノを選んでいます。
前回の記事で失敗したと書いたアース強化ですが、こんな感じです。弄られている最中は十数回の起動で一度も正常起動してくれませんでした。


Socket 939ではこういう改造で良い結果が出せたんですけど、現行マザーや電源では回路変更は必要なくなってしまいました。
この子は過酷な改造を耐え抜いて生き残り、改造箇所は全部元に戻されて現役で働いてくれています。まったくタフだね。

今使っているPCをご紹介しましょう。左から、
ALTIUM SUPER X M-ATX　：　2006年くらいに買ったマイクロATX用ケースです。12cmファンが3つも付いてまして、ファンコントローラーを使ってゆるゆると無音で回しています。PCケースは時代遅れにならずにいつまでも使えるので、しっかりしたものを買いました。
ATX電源のSS-650KM　：　ここは音質に直結するので慎重に選びました。XシリーズはGNDの取り方が理想的だなぁと思ったので、1万5千円くらいでちょっとお高いですが、ここをケチるとマザーやSSD、HDDを巻き込んで壊れてしまったりするので、しっかりしたものを買いました。国産高級電源のニプロンは冷却ファンがうるさそうなので敬遠しました。
ASUS P8B75-M　：　マイクロATXマザーです。安くてどこでも買えるので選びました。廉価マザーなのに魔改造から生還してくれた、しっかりものでした。
刀4（カタナ4) ：　CPUクーラーです。CPU買うとクーラーが付属するのですが、大型のクーラーはゆるゆるとFANを回して無音で冷やす為に必要です。CPUは中古の2600Kを2万1千円で買っきて、Vcoreを0.24Vその他を0.1Vずつ上げています。何故か電圧を上げたほうが音がはっきりします。

そしてこれ、進相コンデンサ、CPUデカップリングです。耐圧2.2kVACの容量0.2uFで見切り品を1個1500円で買いました。

Intel7シリーズ以前はこれを付けないとお話にならない音質だったのですが、今は殆ど効果がありません。
現行機に付けると30Hz以下のよく分からないくらい低い音の出方が変わります。全体の歪みもな～ンとなく減ってクリアになりますね。な～ンとなくです。
電源フィルタを作ったので、よほど良いアンプやスピーカーに繋がないと聴き分けは難しいだろうと思います。ヘッドフォンじゃあねぇ。ヘッドフォン大好きなんですけども。

さてHaswellの話に戻ります。
PCマニアの方々からは、すっかり残念扱いにされているようです。例えば「ノート用の省電力CPUだから、デスクトップユーザーにはなんの恩恵もない」とか「省電力が売りのはずなのにそんなに変わらないね、グラフィック性能は向上してるけど」という感想が多いです。マニアじゃないのであまり詳しいところまでは追跡してませんが、Sandy Bridge発売時のような買い替えフィーバーは起こってないみたいです。
第2世代のSandy Bridge、そのシュリンクの第3世代 Ivy Bridge、第4世代のHaswellは2年の歳月でアーキテクチャを刷新したのに目覚ましい向上が見られず、Sandy Bridgeとさえ比べられてしまうのは、まだUEFI（マザーボードの機構のことです）やOSの最適化が間に合ってないからだ、という意見もあるみたいですが、オーディオマニアにとっては処理速度の向上や省電力にはそれほど興味がありませんから、不人気なのは嬉しいニュースです。値崩れしたらちょっと試してみようかという気持ちになれるかも知れません。

Haswellの回路的な特徴でオーディオと関わりがありそうなものとして、統合電圧レギュレータがCPUに内蔵されたことを挙げたいと思います。CPUのなかにレギュレータを複数設置して、複数あるコアやグラフィック機能などそれぞれの負荷変動に応じて、個別に電圧をコントロールするという機構です。あんな小さいものの中に大電流のレギュレータを複数積むなんて、ちょっと信じられないことなんですが最先端技術ってすごいですね。

電源電圧、またはグラウンド電位というのは、負荷と供給がつり合わないときに激しく暴れます。上の進相コンデンサはそのためにつけたのですが、Intel7シリーズからは緻密な電源フェーズが設計されているようで、追加デカップリングの効果がはっきりと出ません。HaswellではそれがCPU内蔵になったことで更に推し進められていると思います。つまりよく分からないほどの高度なレベルで低歪、高音質になっているのではと予想できます。
Haswellの音、聴いてみたいですね。早く値崩れしないかな♪

PC と 音質 と 深夜 と コイル

この1ヶ月間ほどパソコンのオンボードからの音をずっと楽しんできました。マザーボードのジャックにヘッドフォンを直挿しです。もちろんDACやヘッドフォンアンプを繋いだ時とは違う音になります、低音の躍動感に欠けているような感じでしょうか。ですが高音がとても低歪みで抜けが良く、DAC出力の音質に迫っています、もちろん全くのノイズレス、よく分からないけど、きっとこれはタダ事じゃないと思っていました。
先週末のことですが、いい具合に眠れなかったので朝までノンストップで音楽を聴いていました。コンビニエンスストアへ歩いていけるような都会ではないので、深夜0時を過ぎれば街は眠りにつき、電源のノイズが減って音楽がどんどん澄んでいきます。街の騒音が減るから良く聴こえるんだと思ってらっしゃる方も少なくないと思いますが、へッドフォンには環境音は関係ありません。
ずっと聴いていると深夜を過ぎても刻々と音質は変わってゆき、3時半を回った頃には透き通るようなシンバルの音色にうっとりと心奪われていました。あーもう何も要らないわーみたいな恍惚状態でした。4時台になり外が白んできて6時を回った頃には慣れ親しんだいつもの音質になりました。
その時初めて思ったのです。パソコンもオーディオ機器と全く同じやないかー！

だったらやるべきことは一つ、PC用の電源フィルタです。私のオーディオ機器には至る所に各種フィルタが入れてあるのですが、PCの電源には何もしてませんでした。昔はATX電源も中を開けてGNDラインを強化したりコンデンサを交換したり、改造で音質向上を実現していましたが、SS-650KMに替えてからは音に文句が付けられなくて、開けて中身を確認しただけで何もしていません。といってもロット差はあるみたいで同型機2台の聞き比べでは若干違いました。マザーも同機種で音が違います。何が原因かよく分からないし究明するすべもないので、この手の問題は積極的に考えないようにしています。

今回どんな電源フィルタで何をフィルタしたいのかというと、AC電源にコモンモードノイズチョークフィルタをいれて、コモンモードノイズを阻止したいと思います。
コンセントからのやっかいなノイズとはコモンモードなんです。ノイズや信号伝送ついて正しく学ぶには宮崎技術研究所さまのweb講座がオススメです。ブックマークからどうぞ。
最近USB用のコモンモードノイズフィルタがちょっとした人気ですよね。私も自分で作って入れていますが、あるとなしでは随分違います。
それにしてもコンセントからのノイズにこれほどPCオーディオの音質が影響を受けているとは思いませんでした。PCなんてノイズの塊だから綺麗な電源なんてけっこうな無駄になる、PCから出てくるノイズ対策が本丸だからアースだけきっちり取って、フィルタリングはオーディオインターフェースから、というのが少し前までの多数派意見でしたが、もうそんな時代ではないみたいです。
そういえばPLC対応のフィルタ内蔵電源タップをPCに使った時に、音質が良くなるというのがマニアで話題になったことがあります。あれにはコモンモードチョークコイルが内蔵されています。

それではFT240の大型トロイダルコアを使ってコイルを巻いてみましょう。コアサイズ240とは2.4インチのことで6センチの外径になります。
コアの種類は透磁率が最も高い#77材を使いました。入手できなければ#43でも良いと思います。透磁率が高いと巻線とコアが低帯域までしっかり結合して、フィルタリング帯域が広くなります。
巻き方はキャンセル巻、バイファイラ巻、バイファイラ巻派生のW1JR巻がありますが、平衡度が高く容量結合が小さいW1JR巻で作ります。

一本目は先週末に巻いたこれです。φ0.51のETFE線でDCRは0.3Ω程度です。PCと液晶モニタを繋ぐと100W程度で0.3W程度の発熱がありますが、表面積が広いので放熱が効き、人肌未満の暖かさです。

数日間聴きこみましたが昼間でも深夜のプライムタイムと同程度の音質が出てくれて楽しんでいました。ところがたしか4日前でしたか深夜1時頃まで聴いていた時に気づきました。どんどん音質が良くなってることに！

ということは物量がまだ足りてないってことですよね。もう一つ作ってシリーズにしようかと思ったのですが、少し考えてもっと高性能な線材で作りなおすことにしました。φ0.4mmのテフロン銀メッキ線です。高性能の電線とは一体何だ？というのは、やり始めると話がどんどん混みいるのでやりませんが、簡単にいえば高周波特性が良いということです。高周波がよく通ればコアとの高周波磁気結合も、より精度高く期待することが出来ます。こんなコイルになりました。

巻線長は8mでDCRは0.6Ωくらいです。人肌の発熱がありますから密閉ケースは厳禁ですね。そしてこれを聴いてびっくりしてしまいました。先の音質向上の延長線上にある音を予想していたのですが、いやはやいやはや今まで聴いたことない音がします。高音だけでなく低音も底の方まで伸び、DACを通しても今まで聴けなかった細かい音が沢山聴こえてます。あのぅ……オンボードにヘッドフォン直挿しなんですけど……

これをきっかけにDACのACフィルタも見なおすことにしました。φ0.26で9.5m、DCRは1.7Ωくらいです。

突然ですがここでクイズです。コイルのインダクタンスを計測していますが、2本の線をまとめて計測したら、値はどうなるでしょうか？
半分になると思いますか？　倍になると思います？
正解は……



同じ値です。予想出来ました？
ではもう一問。ここに10uHの空心コイルがあります。

2個を並列にして測ったら値はどうなるでしょうか？
正解は…………


半分になります。

コイルと音質の関係はあまり知られてないように思いますが、どこに使われているどんな種類のコイルも、コイルの性能は音質に直結します。コンデンサーの種類や性能が音質に関わるのはみなさんよくご存知のところと思いますが、コイルもそうなんですよ。
長らく続いたオンボード音質の追求もこれで完了です。マザーボードのアースライン強化なども試してみましたがこちらは失敗に終わりましたので紹介しません。
オンボードの音質が良いなら、それはそのままトランスポートとしての音が良いという事がいえそうです。
さぁDACはまだ一度も繋いでいませんが、ちゃんとオンボードより良い音をだしてくれるのでしょうか。若干の不安を残して次回に続きます。

PC と 音質 と 電源

最近はパソコンの音質が本当に良くなりましたね。
XPの時代からPCをオーディオ再生に使っていますが、クロシコのNO-PCI＋をスロットに挿してノイズ対策したり、オーディオインターフェースもRMEの96/8PSTくらいしか手近な選択肢がなかったり、OSのバックグラウンドサービスを沢山止めたらクリアになるとか、Macのほうが音いいなーとか、何が核心部分なのか五里霧中のままに行き当たりばったりでいろいろと試してきたのも、今やすっかりいい思い出となってしまいました。
現行マザーとCPUと、ちょっと高級な電源買ってきて、Windows8をセットアップしてヘッドフォンをオンボードに挿すだけで、2年前の外付け自作DACと自作アンプ、Windows7をあっさり凌いでしまいます。これはどういうことなのでしょう。
やはり電源のおかげだと思うんですよ。オーディオは電源が理想状態でないと、それが全部音になって現れてしまいます。CPUの低電圧化、高速化、これらが電源の低ノイズ化と共に実現されてきたことは疑いようがありません。

オーディオ帯域はCPUの動作帯域よりずっと小さく、動画再生やブラウジングに比べるまでもなく音声再生の負荷なんて知れたもので、いとも簡単なことのはずなのに、何故か再生品位はCDプレイヤーに程遠い時代が続きました。ASIOなどでビットパーフェクトで出力できるようになって、少しは良くなりましたが、ちっともオーディオらしい音が出てくれませんでした。
処理が高速になったことも音質向上に寄与しているということは、CPUスケジューリングの設定をした時の音質の変化でその恩恵が理解できるのですが、
そういうディープなところに触れると、楽しく遊ぼう！な感じでなくなってしまうので、ブログではできるだけ汎用な視点でPCオーディオを楽しく遊んでいこうと思います。

遊んでいるという感覚は楽しもう！とする意思だと思うんですね。オーディオは突き詰めていくと、理論的にも技術的にも難しい問題に直面してしまうので、
ディープな部分はできるだけすっ飛ばしていきたいと思います。そういうのは直面した時に直面した人が自力で解決するしかないんです。文字を読んで理解しても音との相関は実際に聴くまではわからないままですからね。
ドマニアなものですから次第に深みにハマって行きそうな気もしますが、それよりも書くことに飽きることのほうが早いと思います（笑）

ということでまずは電源です。よく分からないからデジタルドメインの電源はあまり考えて来なかったというのは正直なところですが、
いろいろ経験を積むなかで、デジタルもアナログと考え方は違わないんじゃないかなーという考えが大きくなりました。

たまたま今週は、PCの電源に関する大きな良い結果が出たのでご紹介したいと思います。