薄膜チップ抵抗を含めた、抵抗の聴き比べ(音質再評価)

もう9年前になる抵抗の音質を正しく評価するの記事以来、まともに抵抗の音質評価をしていなかったので、古い記事のアップデートも兼ねてチップ抵抗を含めた音質の再評価をしてみました。

抵抗の音質について分かっていること

経験則から以下のことが分かっています。

  • 抵抗の構造や素材によって音質が異なる
  • 電流雑音係数はほとんど影響がない
  • 同シリーズならば、温度係数(ppm)が低いほど音質が良い
  • 同シリーズならば、ワット数(W)が大きいほど音質が良い
    • 今回の結果から必ずしも成り立たないようです。
  • 信号に対して直列に入る要素は影響が大きく、並列に入る要素は影響が小さい(詳細

そしてよくよく考えてみると、音質が良い抵抗は温度係数も低いことが分かっています(ただし逆は必ずしも成り立たない)。

  • 音質の良い金属皮膜抵抗 15~25ppm
  • 無誘導巻線抵抗 20~50ppm(ワット数大きめ)
  • 金属箔抵抗 0.5~2.5ppm

リード抵抗などの音質再評価

比較方法として、D級ヘッドホンアンプのNFB抵抗R3の2KΩを変更して聴き比べてみました。空間再現能力を再優先で評価しています。

pwm-hpa2-main.png

差し替えた直後は音が安定しないので、すべてしばらく鳴らしこんでから試聴しています。

LGMFSA 金属皮膜 / 精度0.4% / 15ppm / 0.6W / 42円

最近のメインです。bispaのLGMFSAをよく使っていますので、これを目安に評価したいと思います。

LGMFS50 金属皮膜 / 精度0.5% / 25ppm / 0.5W / 26円

LGMFSAより安価ですが、音質は劣ります。とはいっても、普通アンプ回路を作るには安価で十分な音質だと思います。0.25W品のLGMFS25は0.5W品より音質が少し劣ります。

Ohmite WNA(無誘導巻線)/ 精度1% / 50-90ppm / 0.5W / 200円

2Kがないので、100Ω(WNA100FET)で比較しました。LGMFSAよりWNAの方が上だと思っていたのですが、空間再現はLGMFSAのほうが明らかに上でした。

同じくOhmite無誘導巻線抵抗のWNC 1K(WNC1K0FET/2W)とも比較してみましたが、同様にLGMFSAのほうが空間再現能力は上でした。ちなみにLGMFSと比べると、Ohmite無誘導巻線のほうが音質は優れています。

ただ、無誘導巻線のほうが音が元気でLGMFSAは良く言えば少しおとなしい感じです。悪く言えばWNAに比べLGMFSAは若干音が曇ります。いわゆる金皮の音といってこれを嫌う人も世の中にはいるようですが、(無誘導巻線と比べて)歪まないからおとなしく感じるだけのような気も。

昔の音質比較で無誘導巻線(NS-2B)は「直結と差が分からない」と書きましたが、現在の再生環境だとWNAに関しては決してそんなことはなく奥行き感が失われます。

MF1/4CC 精度1% / 50ppm / 0.25W / 1円

よくある普通の金属皮膜抵抗です。そこまで悪くはないのですが、LGMFSAと比べると音が平明的でガヤガヤします。*1

カーボン抵抗 精度5% / 50ppm / 0.25W / 1円未満

秋月で購入したどこにでもあるカーボン抵抗です。MF1/4CC以上に音がガヤガヤし平面的な音になります。

チップカーボン 厚膜 / 精度5% / 200ppm / 0.1W / 1円未満

大昔にリールをカットしてもらったもので型番はメモってないのですが、おそらくERJ3GEYJ222Vあたりです。リードカーボン抵抗よりもさらに酷く、のっぺりとした平らな音がします。

ここまでのまとめ

LGMFSA > Ohmite無誘導巻線 > LGMFS50 >> その他

*1 : この抵抗からチップカーボンまで2.2Kを使用しました。

薄膜チップ抵抗の音質評価

一口にチップ抵抗といっても色々ありますが、音質にそこそこ定評のあり値段が高すぎない*2薄膜チップ抵抗をメインに試聴してみました。2012サイズに絞って製品をピックアップしています。なるべく温度係数低いものを中心に選んでいます。

ERA-6A 精度0.1% / 10-25ppm / 0.125W / 64-141円

LGMFSAよりもクリアに鳴り奥行きも良いです。±10ppmより±15ppmが高いという不思議な値段設定になってます。

6ARB(10ppm) > 6APB(15ppm) > 6AEB(25ppm) > LGMFSA(15ppm)

音質は「同シリーズなら温度特性が良いほうが音が良い」という法則通りになりました。

TNPU 精度0.1% / 5ppm / 0.125W / 297円

無誘導巻線抵抗で有名なDale製の薄膜抵抗です。5ppmなのでいいお値段しますが、それだけあってLGMFSAより明瞭。

TNPW 精度0.1% / 15ppm / 0.125W / 106円

TNPUより温度特性は劣りますが、高性能な薄膜抵抗です。しかしながら、音は明瞭さに欠け曇ってしまいます。データシートを読むと素材にセラミックを使用しているようなので、それが原因かも知れません。

RNCF 精度0.01% / 5ppm / 0.125W / 256円

0.01%という高精度で温度特性も優れた抵抗です。しかし、音が少し平面的になってしまいます(奥行きが少し悪化する)。

PLT 精度0.05% / 5ppm / 0.25W / 508円

Vishayの薄膜抵抗です。他と違い定格1/4Wになります。値段にびっくりしますが、音質もびっくり。LGMFSAよりも明らかによく(聴き比べてすぐに分かるレベル)、明瞭で奥行きの優れた音になります。

金属箔抵抗より安いとはいえ、値段が高過ぎるのと250Ωからしか値がないのが難点です。

PATT 精度0.1% / 25ppm / 0.25W / 164円

PLTほどではありませんが、LGMFSAよりクリアで明瞭な音です。125℃対応品。

PAT 精度0.1% / 25ppm / 0.25W / 116円

PATとほぼ同じ性能でこちらは通常温度版でちょっとお安い。しかも音質はPATTより上でPLTにかなり近い音です。PLTがちょっとだけ上という感じ。

値段や抵抗値(PLTは最小が250Ω)を考えたらPAT断然買いです。

RT0805 精度0.1% / 25ppm / 0.125W / 47円

差し替えてしばらくは「おおっ」という感じの音がするのですが、しばらく鳴らしていると音質が悪化してLGMFSAよりも奥行きのない鳴り方になります。風を当てて冷ますと元に戻るので熱の影響のようです。

RN73 精度0.1% / 10ppm / 0.1W / 72円

値段は安いのに大変クリアで明瞭な音がします。LGMFSAより上です。

RR1220 精度0.5% / 25ppm / 0.1W / 13円

LGMFSAより少し明瞭です。慎重に聴き比べないと分からないレベル。

RG2012 精度0.1-0.05% / 10-25ppm / 0.1W / 67-124円

RRは中国製ですが、この2つは日本製。同じ精度のは売ってなかったので、こうなってしまいました。LGMFSAよりクリアに鳴ります。

RG2012N(10ppm) > LGMFSA(15ppm) > RG2012P(25ppm)

RG2012Pは差し替えた瞬間に聴いただけでも平面的な鳴り方でイマイチでした。

2012まとめ

ほとんどがLGMFSAより音質が優れるという意外な結果になりました。

  1. PLT0805 5ppm 508円
  2. PAT0805 25ppm 116円
  3. PATT0805 25ppm 164円
  4. RN73 10ppm 72円
  5. ERA-6ARB 10ppm 131円
  6. TNPU0805 5ppm 297円
  7. ERA-6APB 15ppm 146円
  8. RG2012N 10ppm 124円
  9. ERA-6AEB 25ppm 64円
  10. RR1220P 25ppm 13円(ERA-6AEBとほとんど一緒)
  11. LGMFSA
  12. その他の薄膜チップ

圧倒的な音質はPLT0805とPAT0805です。聴き比べてもすぐに分かるレベルなので、この2つは群を抜いてます。その代わり、PLTはお値段も圧倒的ですが、肉薄する音質のPATなら値段もそこそこ抵抗値も多いのでおすすめ。

RN73以下は順位を2つぐらい飛ばさないと明確な差は分かりにくい感じの群雄割拠状態ですが、それでもRN73シリーズのコストパフォーマンスには驚きです*3。KOAに似た型番の抵抗があるようですが、試聴したのは「TE Connectivity」ですのでご注意ください。

更にコスパを求めるなら、RR1220Pの25ppmでも良いとは思います。

*2 : 音質に定評のあるチップ金属箔抵抗は高すぎるので対象から外しました。

*3 : 記事書いてるうちに50円から72円に値上げ(苦笑)

1608薄膜チップ抵抗の音質評価

スルーホール抵抗(リード抵抗)では同シリーズならワット数の大きいものが音が良いことが多いのですが、チップ抵抗ではどうなるのか検証してみしまた。

PATT0603 精度0.1% / 25ppm / 0.15W / 162円

ほぼ同じ音ですが、少しだけ1608サイズの方が上でした。

PAT0603 精度0.1% / 25ppm / 0.15W / 111円

明らかに1608サイズの方が上でした。

RR0816P 精度0.5% / 25ppm / 0.063W / 12円

差が微妙なのですが、何度試聴しても何時間かエージングしても2012サイズのほうが音が良い印象でした。

RG1608N 精度0.05% / 10ppm / 0.1W / 106円

ほとんど差がないけども、RG1608Nのほうがいいのかな?ぐらいでした。

ERA-3ARB 精度0.1% / 10ppm / 0.1W / 122円

明らかに1608サイズのほうか音質が上でした。

RP73 精度0.1% / 25ppm / 0.167W / 71円

同一品種や同一仕様がなかったので同一メーカー比較です。RP73の音が悪かったです。というかそもそも、LGMFSAより音悪かった(苦笑)。1608唯一の無かったことに。

RNCS0603 精度0.1% / 25ppm / 0.063W / 60円

同一メーカーですが物は全然違います(苦笑)。RNCFの高精度抵抗は音悪かったので、RNCSが上でした。

AT0603 精度0.1% / 25ppm / 0.1W / 51円

安いので買ってみたのですが、刺した瞬間「これは格が違いそう」という音がしまして、案の定エージングが進めば進むほどどんどん音質が向上していきました。とても優れた空間再現能力です。

MCT06030 精度1% / 50ppm / 0.125W / 20円

追試。1608サイズを網羅すべく買ってみたのですが、50ppmということもあるのか、LGMFSAより音質が劣りました。

RT0603 精度0.5% / 25ppm / 0.1W / 26円

追試。AT0603は自動車向けなので、通常品を買ってみました。他の抵抗は、自動車向けのほうが音質悪いので。この抵抗も、通常品の方が音が良かった。

RT0805の音が悪かったので1608版は買わなかったのですが、最初から買っておけばよかった。こんなに音が違うとは……。*4

RT0603 精度0.1% / 10ppm / 0.1W / 76円

追試。10ppm版です。25ppm版より音いいけど、他の抵抗のppmの差ほど音質差はないイメージです。

VKMF1608 精度0.5% / 25ppm / 0.0625W / 10円

追試。Bispaのオリジナル抵抗VMFKです。RG1608Nよりは上ですね。比べると、RG1608はややどんよりした音に聞こえます。

1608まとめ 2016/09/01

  1. RT0603 10ppm 76円
  2. RT0603 25ppm 26円
  3. AT0603 25ppm 51円
  4. ERA-3ARB 10ppm 122円
  5. PAT0603 25ppm 111円
  6. PATT0603 25ppm 162円
  7. VKMF1608 25ppm 10円
  8. RG1608N 10ppm 106円
  9. RNCS0603 25ppm 60円
  10. LGMFSA
  11. その他(RR含む)

上位5つはどれを選んでもかなり良いです。その5つの中でも、追試したRT0603の2種と、その下3つは結構はっきりとした差があります。RT0603は他の抵抗と違い、10ppmと25ppmの音質差が非常に小さく、値段を考えると25ppmで十分だと思います。

2012サイズのERA-6ARBはそこまででもなっかたのですが、ERA-3ARBは圧倒的でした。でもエージングが進んでAT0603がそれを追い越してしまいました(笑)

PATT0603とVKMF1608間にそれなりに差があります。RT0603のコスパを考えると、コスト優先でVKMF1608を選択する以外は、他を選ぶ必要はないかと思います。

*4 : AT0603を約1万円分注文してしまったんですが困った(苦笑)

おすすめ抵抗ランキング

  1. (1608)RT0603 0.1% / 10ppm / 0.1W / 76円 / 5~330KΩ
  2. (1608)RT0603 0.5% / 25ppm / 0.1W / 26円 / 2~1MΩ
  3. (2012)PLT0805 0.05% / 5ppm / 0.25W / 508円 / 250~260KΩ
  4. (1608)ERA-3ARB 0.1% / 10ppm / 0.1W / 122円 / 1K~100KΩ

RT0603は値も在庫も比較的豊富で、仕様上では1Ω~1MΩまで存在します。温度係数による音質差がそこまでではないので、通常は25ppmで十分だと思います。

一部に人気のススムの抵抗ですが、それより安くて音の良い抵抗がたくさんあるので買う理由が全くありません。

  • リード品:LGMFSA 0.4% / 15ppm / 0.6W / 42円

値段を考えても大きさ*5を考えても音質面でもLGMFSA以外を選択する理由がほとんどありません。抵抗値が10~1MΩまで揃っているのもありがたいです。

注意

抵抗には同じシリーズでも細かい型番で温度特性(音質)が異なるものが存在します。温度特性をよく確認してから購入してください。

*5 : いわゆる1/4W抵抗サイズ

まとめ

  • 薄膜チップ抵抗はだいたい音質が良い。
  • 薄膜チップ抵抗も同一シリーズならば温度特性が良いほど音質が良い
  • 抵抗値の精度は音質に影響しない。
  • リード抵抗のときに微妙だったススムRGとRRは、予想通り大したことない。
  • 薄膜チップ抵抗はサイズが小さいほど音が良くなる傾向がある。*6

何度も書きますが同シリーズでも温度特性が異なる抵抗は音質が全く別物です。聴き比べる際は特に注意してください。とりあえずRT0603をある程度の値で揃えようと思ってます(笑)

抵抗製造ロットで変化したり、聴き比べが不十分な部分もあるかもしれないので、今後も気づいた範囲で記事はアップデートしておきます。追試や検証報告、1005サイズの検証もお待ちしています。

*6 : RRのような例外はあり。1005サイズにはロマンを感じるけど一般的には扱いにくいですね。ちなみにRN73の100Ω/10ppmで2012と1005の比較をしたところ、後者のほう明らかに良かったです。

参考

高音質アッテネータ①抵抗の音 : 通電してみんべ
薄膜チップ抵抗、金属箔抵抗などの音質評価をしている貴重なブログです。1608サイズのほうが音が良いという貴重な発見をされています。

2016/03/28(月)ラズパイを安く買いたい(element14って一体?)

Raspberry Piといえば、ハード好きならほぼ誰もが知っている小型Linuxボードです。このラズパイを開発しているのは「ラズベリーパイ財団(英国)」ですが、製造しているのはここではありません。

この2社が製造しています。さてこの、element14というのは何なのよというお話です。

element14とは

会社名?と思ったら、どうやらブランド名のようです。会社名は「Premier Farnell」で英国の企業です。

RSコンポーネンツやDigikeyなどと同じ、電子部品の大規模販売会社です。farnellのサイトからたどるとわかますが、外国に向けても商品を販売しています。

ただし海外向けサイトは値段が高めで、一番安いのはhttp://uk.farnell.com。しかしここは海外発送をしていませんが、同じ値段で海外発送を行うhttp://export.farnell.comというサイトがあります。

本家element14でのラズパイの販売価格

安い。そして在庫も豊富です。http://export.farnell.comは海外発送を行うサイトですので、Digikeyみたいに直接買えるんじゃないか、と思って試してみました。

……

…………

………………あれ?

ユーザー登録はJapanがあるのに、発送先にJapanがない!

farnell.comからなぜ買えない?

おそらくでしかありませんが、http://www.leocom.jp/というサイトがありまして、ここが「2005年からelement14の正規代理店」になっています。おそらく日本国内の販売独占契約でも結んでいるのだろうということで、日本には発送してくなれいんだろうなと思われます。

http://www.leocom.kr/という韓国サイトもありまして、韓国もfarnellの発送先に選べません。

そしてこのleocom。価格も、サイトの作りも、使い勝手も……(以下略)

更に調べる

http://www.alliedelec.com/というサイトを見たら$35で売ってました。安いなあ。

もちろん海外発送はダメです(笑)

$35で買えるところがあるらしい

タレコミ頂きました。

海外発送もしてくれるようです。

Fusion PCBやってるseedstudioもまあまあ安いです。

2016/03/21(月)祝550万ヒット

3/21に550万ヒットになりました。50万アクセス/年という感じですね。

この1年の間に、買ったきり使ってない部品やリード部品などをあれこれ整理してたら、プレゼント保管用箱が溢れそうになったので、急遽550万ヒットプレゼントを行うことにしました(笑)

プレゼント企画

(1)PCM2702 DAC

5.5M-hit_01.jpg

ユニバーサル基板で一番最初に実装したPCM2702 DACです。その後色々魔改造されすぎて見た目がひどいことになっていますが、音質は最新版(Ver2.3+)ぐらいはあると思います(苦笑)

魔改造品につき音出しで変なことがありましたら、USBにDACを接続したままOSを起動してみてください。思い入れがあって保存していたのですが、使わないのも勿体無いので手放すことにしました。

(2)あまり物夢いっぱい

5.5M-hit_02.jpg

  • IC、コンデンサ、水晶など各種あまりもの。
  • LMFQあまりもの(10種類ぐらい)。
  • レールスプリット基板(一部製作済)。
  • コネクタ、端子などなど。
  • 電圧レギュレータ、色々。
  • EZ-USB FX2 2個
  • LT1619 25個
  • Digikeyで購入したまま未開封の部品、色々。
    • XMOS(IC単品)とXMOS用のUSBトランシーバー
  • ほか多数

応募方法

  1. 希望する番号(1か2)
  2. 2桁の数字(00~99)
  3. メールアドレスをメール欄に記入

以上を書いてコメント欄にて応募ください。1人1個まで希望できます。

  • 10面体のサイコロを振って1桁ずつ決定することで行います。2桁の数字としてみたとき、誤差の一番小さい人を当選とします。
  • 誤差が同じ人が居た場合、書き込みの早い人を優先します。
  • メールアドレスが無記入、非公開コメント、メールが不達、もしくは当選決定の連絡後2日以内に返信がない場合は無効。
  • 応募期限 2015/03/27 まで。

集計結果

1.PCM2702 DAC
とうふ61
2.あまり物夢いっぱい
紅707
ハルナリ17
コア26
yosyos43
naoty52
bin57

敬称略。誤りがあったら教えてください。

抽選結果

ということで20番になりました。当選者の方にはメール致します。

ジッターの基礎(XOとTCXOとMEMSを聴き比べ)

はてブ数 2016/03/14 電子::DAC/ADC読み物

同じテーマで以前書いた記事もありますが、新たに書きなおしです。

ジッターとは?

ジッターとは、クロックのタイミングの「ゆらぎ」のことです。

例えばいわゆるノイズは信号に対する信号以外の信号のことを表しますが、ジッターはクロックが本来持つべき時間精度に対する「ゆらぎ」(時間軸のノイズ)として捉えることができます。ジッターとはクロックとクロックの間の時間ゆらぎ(位相雑音)のことです。

jitter.png

上のグラフはどちらも同じ5Hzのクロックですが、ジッター(量)がまったく異なります。

DAC/ADCにおける発振器

音をデジタル化してパソコンやCDなどで扱ったり再生するためには、DACやADCといった処理が必要になります。これらの処理では「アナログの信号を一定時間ごとにデータ変換」することで実現しています。この「一定時間ごとに」というのがとても重要で、これが狂ってしまうと再生する波形が歪んでしまいます。すなわち、なるべくジッターのないクロックを使用しないと波形が歪んでしまうことになります。

DAC/ADCにおいてクロックの精度が音質に影響することはよく知られていますが、発振周波数安定度(ppm)が良ければ音が良いという風潮がかなり強くあります。

それはクロックを「TCXOに載せ変えて音が良くなった!」という記事が多数あったり、市販製品でもクロックの安定度(ppm)の低さをセールス要素として語っているものが多くあるためでしょう。

クロックは「発振器」などで生成されますが、通常は水晶が使われます*1。通常の水晶発振器をXOといい、温度補償付水晶発振器をTCXOと言います。前者の周波数安定度は50ppm程度なのに対し、後者は2.5ppm程度*2と10倍ぐらい高精度になっています。

*1 : 最近はシリコン製のMEMS素子の発振器も使われるようになりました。

*2 : 最近は0.28ppmのTCXOも市販されています。

TCXOに意味はあるのか?

そのような状況でTCXOは好んで使われているのですが、理屈上はジッター低減のためにTCXOを使うのはあまり意味のない行為です。なぜなら、周波数安定度(ppm)は「ある期間(例えば1秒間)のクロックの個数を補償している」だけでジッターとは何の関係もありません。最初の図で見たとおり、ある期間のクロックの個数が一定でもジッターの量はいくらでも変化します。

しかしながら、全く無意味というわけでもないようで、TCXOが周波数(クロック数)を補償するための仕組みや回路が、結果としてジッターを低減している可能性が大いにあるようです。

発振器聴き比べ実験

jitter_pcm2704dac.jpg

ちょうど手元にPCM2704 DACが2台あるので、同じPCに同時に接続して試聴してみました。手前のDACがクロックを載せ替えている方で、奥が標準の回路になります。*3

以前比較したHC53は消費電流が多すぎて比較にならなかったので、消費電流が数mAの(FOX924Bと大して変わらないもの)を選びました。また電源を差し替えたりすると音が安定しないので、交換後しばらく鳴らしてから音質を比較しました。

FOX924B

  • FOX924B-12.000 341円
  • TCXO ±2.5ppm
  • ジッタ性能等の記載なし
  • HCMOS

標準のクロックです。非常に綺麗な音がします。以下、これを基準とします。

KC3225K

  • KC3225K12.0000C1GE00 162円
  • 標準XO ±50ppm
  • ジッタノイズ(25MHz時) 143dBc/Hz @1kHz
  • 位相ジッタ 1ps @12kHz-20MHz
  • SIA-3000, Jsigma : 50ps / Jpp : 1.0ps
  • CMOS

低ジッタでNZ2520SDより評判も良い京セラKC7050Kのサイズ違いです。

標準のFOX924Bに肉薄する音質です。ただし、FOX924Bに比べるとわずかに音の広がりが弱く、そしてやや音が濁る印象があります。

KCxxxxBというシリーズもありますが、こちらはジッタ性能が落ちます。試しに乗せて比較してみましたが、FOX924Bに比べると音がザワ付きます。*4

ECS-TXO

FOX924Bと同じ±2.5ppmのTCXOです。FOX924Bと異なりジッタノイズが規定されていますが、KC3225Kと比べるとだいぶ劣る数値になっています。

音質はFOX924Bと同じ。違うと思って聞けば違う音のような気もしますが、もはやプラシーボの域を出ない印象で、同じと言って差し支え無いと思います。

ASEMB

  • ASEMB-12.000MHz-LY-T 251円
  • MEMS ±10ppm
  • ジッタノイズ(100MHz時)
    • サイクルジッタ 50ps
    • Period Jitter RMS 5ps
  • CMOS。消費電流 5.7mA。

水晶ではなくMEMSと呼ばれる半導体発振器です。MEMS素子といえば加速度などのセンサーで使われていたのですが、最近はMEMSの発振器というものが登場し、安価でありながら±10ppmと水晶を上回る性能を発揮しています。

期待の音質です。FOX924Bよりも空間表現に優れますが、音の綺麗さは少し劣ります。2.5ppm精度のTCXOはただ高いわけではない(苦笑)

しかし、手ハンダするには一般的な発振器の何倍も難しい構造(パッド)になっています(汗)

ASV

安価ながら20ppm/3.2psのXOです。ちょっと大きかったのですが無理やりつけてみました。

音質ですが、FOX924BどころかKC3225Kより劣ります。平面的な音の鳴り方で、よくある水晶発振器(回路)によるクロックという印象でした。

*3 : PCM2704DACの回路は、クロックの手前にCRフィルタ(220Ω)があり、更に負荷抵抗として2.2KΩが付いていることに注意してください。

*4 : 載せたえた瞬間は音の広がりが良かったように感じてそうツイートしたのですが、差し替え差し替えでテストしてたのでFOX924Bが本来の性能を発揮してなかっただけでした。

考察(修正済) 2016/03/21

PCM2704がPLLと呼ばれる回路を内蔵し外部クロックを基準としてDAC再生クロックを内部生成しているためか、ジッタ性能の影響は少なく周波数安定度のほうが影響が大きいという結果になりました。*5

ただ20ppmでも音の悪い水晶発振器とか、2.5ppmのTCXOよりMEMS素子の10ppmが優れた音質を示したのは一見すると矛盾です。

そんなわけで「TCXOは標準の水晶発振器に、逆特性の温度補償回路を付けたもの」であるので「内蔵されている素子単体の性能としてはMEMS素子のほうか優れるのではないか」という仮説を立ててみました。

温度補償回路は、-30度から+85度という大きな温度領域でのずれを補償するためのもので、通常クロックを使用するほとんど温度変化がない状況においては補償回路よりも素子性能がものを言うのではないかという考察です。同様に、そのようなほぼ一定温度条件下での「クロックのずれの少なさ」は、素子性能が大きくものを言うんじゃないかと考えています。

以上、戯言みたいな仮説だと思っておいてください。

追加検証をするとしたら、PLLを内蔵しない単体DACに24.576MHzなどのクロックを直接与えて検証してみたいところです。その際は、0.28ppm精度のTCXOも含めて。

*5 : もちろんジッタ性能も影響はするのですが

PLLなし回路での追試 2016/07/04

PLLを内蔵しないPCM5122に直接クロックを与えて試験してみました。使用クロックはすべて24.576MHzです。ASDMBは上に述べた、ASEMBの単なるサイズ違いです。

  • ASDMB-24.576MHZ-LY-T(MEMS) 10ppm
  • KC2520K24.5760C10E00(XO) 50ppm
  • ASTX-H11-24.576MHZ-T(TXCO) 2.5ppm

結果は「ASTX > ASDMB > KC2520K」。KCxxxxKはPLL内蔵DACの時も感じましたが、音が少し荒っぽいです。中域が少しカサ付く感じがします。ASDMBは安定して綺麗で、ASTXは空間再現などが一枚上という印象でした。

しかしPLL内蔵DACと比べると、クロックによる音質差は少なく感じます。もしかすると、PLLって百害あって一理なしなんじゃ(苦笑)

22.5792MHzで聴き比べ 2016/07/26

  • KC2520K22.5792C10E00(XO) 50ppm
  • SIT8008AC-12-33E-22.579200G(MEMS) 25ppm
  • ASDMB-22.5792MHZ-LR-T(MEMS) 25ppm

やはりSIT8008AC(MEMS)のほうが良かったです。KC2520Kは音が平面的で少しカサつきますね。

更にASDMBと比較すると、同じ25ppmではあるのですが、ジッターの影響なのかASDMBのほうが音が綺麗に感じました。僅差というよりは、ちゃんと分かる差がありました。

また追試したらこの項を追記します。

まとめ

PLL内蔵DAC(もしくはPLL付きDAC回路)において。

  • ジッタ性能よりも周波数安定度が音質に効果がある。
  • 性能が同程度のTCXOは音質差が少ない。
  • スペック上の安定度がよくても実際には音質が優れないものもある。*6

PLLなしDAC(PLLなしDAC回路)において。

  • PLL内蔵DACよりも、クロックによる音質差は少ない。
  • 標準XOよりもMEMS。MEMSよりもTCXOという、ppm通りの結果に。

いくつも試聴したわけではないのでなんとなくの印象でしかありませんが、ppmの精度が上がると音が綺麗になり、ジッタの性能が良くなると空間表現が広がる感じがしました。

*6 : スペアナがあればスペック通りの性能なのか測ってみたいところですけど、当然持ってない(苦笑)

参考

上記サイトはとてもよく分析された優れた記事ですので、ぜひ参考にしてください。NZ2520SDは入手が面倒なので試してませんが、このサイトやネット上の評判を読む限りKC2520K(=KC7050K)よりも劣るようですので、まあ良いかなと。

2016/02/17(水)HiFiBerry DAC+ PROを買って使ってみた

Raspberry Pi用I2S DACを買ってみました。

※この記事の写真を無断使用している人が……。写真の使用料請求すればいいのかな。

宣伝

外部クロック動作のオリジナル設計ラズパイ用DAC頒布中です。音質に拘った設計になっています。HiFiBerry DAC+ PROよりよっぽども音質良いです。

Raspberry PiのI2S出力

I2SとはDACチップを動作させるための通信規格でラズパイにはI2Sを直接出力する機能が存在します。ラズパイ用のI2S DACは色々発売されいて、国内でも既にいくつかでていますが、そのほとんどが水晶クロックを搭載していません。

というのも「ラズパイのI2S出力」はシステムクロック(SCLK)と呼ばれる「22.5792MHz」や「24.576MHz」のクロックを出力する機能がありません。ほとんどのラズパイ用DACは、BCLKと呼ばれる1bitごとのデータ出力クロックからシステムクロックを生成しています

PCM51xxのような特殊なDACチップを使用したボードは存在するのに、PCM179xといったよく使われるDACチップを使用したボードが存在しないのはそのためです。

またこのBCLKについても、クロックタイミングが一定ではないことが知られています。再生速度が狂う代わりに、このクロックタイミングを一定にするというパッチも同じサイトで公開されていますが、それはそれで(音が高くなったり低くなったりする)問題があります。

Raspberry Piで外部クロックを使う

あまり知られていないことですが、ラズパイのI2Sには外部クロックに同期してデータを出力するモードが存在します。説明すると大変なので詳しくはSND_SOC_DAIFMT_CBM_CFMでググってもらうとして、要するに「ラズパイにSCLKを与えるのではなく、ラズパイにBCLKやLRCLKを与えそれに同期してデータを出力してもらう」ことで、完全に正しいクロックでI2Sデータを出力することができます。

そのような機能を持つ製品として「HiFiberry DAC+ PRO」というものが存在します。

HiFiberry DAC+ PROの購入

公式サイトからカートに入れて、日本国内の住所を普通に(ローマ字で)入力するだけで手に入れることができます。送料も「たった$8」ですので、6000円ぐらいで購入できました。

注文から1週間ぐらいで届きました。

HiFiberry_DAC_plus_02.jpg

HiFiberry_DAC_plus_03.jpg

Volumioのインストール

このDACはラズパイのモデルB用です。手持ちのRaspberry Pi2 BにVolumio 1.55をインストールして早速使用してみました。

HiFiberry_DAC_volumio.png

「HiFiBerry +」を選択して早速音を再生。


……

…………

……………………なにこれ、超気持ち悪い!


音質がどうのとかそういうの以前に、揺らいでるのか、歪んでるのか、とにかく気持ち悪くてしょうがない。これはおそらくラズパイの歪んだI2Sクロックが原因です。実はHiFiberry DAC+ PROを「Volumio Ver1.55」などで使用した場合、外部クロックは有効にならないのです(参照)。*1

2016年2月時点でラズパイ用DACで外部クロックを使用しているものなんてほぼ流通してませんから、今現在ネットにあがってるラズパイ用DACの感想は、ほとんどがこの狂ったI2Sによる再生によるもので……。


よくこんなのありがたく聞けますね!(笑)


やー、ほんと、音が狂ってるせいでリアルに吐き気してきました……。こんなん聞くならPCM2704で音質のいいDACのほうが100倍も良いです。

*1 : 解決方法は下で述べます

Volumioを外部クロック対応にする

※注意:Volumio2やMoode Audio 2.6などは最初から対応しています。このような作業は不要です。


VolumioというかHiFiBerry DAC+のドライバを更新すると、HiFiBerry DAC+ PRO対応になり、外部クロック再生ができるようになります。

Volumioが起動中のラズパイにsshで接続します。

ID: root

Pass: volumio

この後コンソールでカーネルのアップデートを実行します。

# rpi-update

なお、RaspbianやRaspbianベースの他のイメージでも、rootからrpi-updateで対応ドライバをインストールできるかと思います。

ついでにシステムまわりの設定

この項は直接関係ないので、あとで別記事に移す予定。

ディスク容量拡張

Volumioを転送した状態では、SDカードの空き容量が無駄になっていますので、この部分を使えるようにします。

# raspi-config

コマンドを実行して「1 Expand Filesystem」を選択すれば、勝手に拡張してくれる……はずなのですが

Your partition layout is not currently supported by this tool. You are probably using NOOBS, in which case your root filesystem is already expanded anyway.

と怒られてしまいます。Volumioのパーティションの切り方をRasbianと変更してあるらしく、うまく行きません。

/usr/bin/raspi-config を編集します。

  if [ "$PART_NUM" -ne 2 ]; then
    whiptail --msgbox "Your partition layout is not (略)" 20 60 2
    return 0
  fi

「-ne 2」の部分を「-ne 3」に書き換えてから「raspi-config」を実行してください。うまく行きます。

アップデート

まず、sources.listのdeb-srcが狂ってるので修正します。修正しなくてもあまり問題はないのですが気持ち悪いので。

# vi /etc/apt/sources.list
deb http://mirrordirector.raspbian.org/raspbian/ jessie main
deb-src http://mirrordirector.raspbian.org/raspbian/ jessie main

そのままシステムをアップグレードします。20分ぐらいかかります。

apt-get update
apt-get upgrade
apt-get dist-upgrade

DVI-Dに出力 2016/03/01

config.txtに以下を設定。

hdmi_drive=1
  • 1 : DVIモード
  • 2 : HDMIモード

コンソールのスクリーンセイバーをオフ

/boot/cmdline.txt に以下を設定。

consoleblank=0

apt-get upgradeしないなら /etc/kbd/config も修正。確認は以下。

cat /sys/module/kernel/parameters/consoleblank

ハードウェア乱数を有効化

apt-get install rng-tools 

Ras Pi3で内蔵WiFi(wlan0)有効化 2016/07/21

mkdir /lib/firmware/brcm/
cd /lib/firmware/brcm/
wget https://github.com/RPi-Distro/firmware-nonfree/raw/master/brcm80211/brcm/brcmfmac43430-sdio.bin
wget https://github.com/RPi-Distro/firmware-nonfree/raw/master/brcm80211/brcm/brcmfmac43430-sdio.txt
reboot
ifconfig wlan0

APモードで動作させる場合、チャンネルを6に設定しないと安定しないようです。

hoatapd.conf

interface=wlan0
driver=nl80211
hw_mode=g
ssid=SSID

# for Realtek 8192 (USB/rtl8192cu)
#channel=1
# for Raspberry Pi 3 WiFi (BCM43430)
channel=6

Linux 4.4.15-v7+現在、ドライバが未成熟なのか不安定。しっかりとした電源を用意しないと安定しない模様。

HiFiBerry DAC+ PROの外部クロック再生

「rpi-update」後に再起動してもう一度再生してみます。今度はきちんと外部クロックを使用した再生ができました。

さっきまでの音が嘘のように、とても綺麗な音です。

HiFiBerry DAC+ PROの回路と仕組み

基板上の役割は以下のようになっています。

HiFiberry_DAC_plus_04.jpg

  • P4ヘッダはI2S出力です。外部DACを接続できるようになっています。
  • ID EEPROMにはIDを示すシリアルROMです。27pin/28pinがID用に予約されているようですが、調べてないので詳細は知りません。

主要部分の回路接続は以下のとおりです。

HiFiberry_DAC_plus_PRO.png

仕組み

  • dacplusのi2sドライバは、i2cによってPCM5122チップをコントロールする。
  • 44.1kHzと48kHz系により、PCM5122のGPIO3/6を操作して使用する水晶クロック(SCLK)を切り替える。
  • 192/96/48などの再生周波数により、PCM5122にSCLKからBCLKおよびLRCLKを生成させる。
  • BCM2708/BCM2836は、与えられたBCLK/LRCLKに同期してI2Sデータを出力する。(SND_SOC_DAIFMT_CBM_CFMモード)

HiFiBerry DAC+には、通常の「HiFiBerry DAC+」と「HiFiBerry DAC+ PRO」が存在しますが、その判別は次の方法で行っています。

  • X44をonにし、2msウエイト後、PCM5122の94番レジスタを読み込む。
    • bit 6(CDST)が0であること(PCM5122がSCKを認識していること)を確認する。
  • X44をoffにして、同様にクロックがないことを確認する。
  • X48をonにして、同様にクロックがあることを確認する。

この3つの条件をすべて満たしたとき、HiFiBerry DAC+ PROボードとみなし、外部クロックを使用するようになります。

OK キャンセル 確認 その他