デジタル・オーディオの基準レベルが -20dBFSと -18dBFSの2種類あるわけ

デジタル・オーディオ信号では、標本化ビット数(16bitとか24bit)の範囲で信号レベル(音の大きさ)を扱います。たとえば 16bitの場合、最少レベルは 0 が 16個、最大レベルは 1 が 16個です。デジタル信号ではすべてのビットが 1 になった状態をフル・ビットといって、それ以上の信号レベルは扱えません。もしそれ以上のレベルが入ってきたら? 2進数なので 1111 1111 1111 1111 の次は桁上がりして 1 0000 0000 0000 0000 ですが、17bit目がないので、0000 0000 0000 0000 になります。つまり最大音量からミュートになってしまいます。これは人間の耳にはプチッとかブチッというノイズに聞こえ、連続すればひどい歪に聞こえます。

デジタル・オーディオ信号の場合、アナログのテープ・レコーダーのように「徐々に歪む」ということがなく、フル・ビットを超えたらいきなりノイズになるので、絶対に超えてはいけないレベルです。そのためレベルの監視には、音量を視覚的に把握しやすいけれど反応が遅いVUメーターだけではなく、反応が早い PPM(ピーク・プログラム・メーター)を併用します。VUメーターとはどんなメーターなのかについては過去記事をご覧ください。

ここまでですでに引っかかっている人のために、ちょっと 2進数のお勉強をしましょう。たとえば 4bitの場合、最少レベルは
0000 (10進数で0)
0001 (1)
0010 (2)
0011 (3)
0100 (4)
0101 (5)
0110 (6)
0111 (7)
1000 (8)
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 |
1111 (15) ←フル・ビット

16bitだと
1111 1111 1111 1111 (65535) ←フル・ビット

つまり 4bitだと信号レベルを16段階 (0-15)に、16bitだと 65,536段階に分解できるということです。24bitだと何段階ですか?

デジタル・オーディオではフル・ビットという問題があるので、レベル監視は重要です。アナログ録音では VUメーターの 0VUを +4dBmにするのが一般的ですが、デジタル録音では 0VUを指している時点でフル・ビットまでどれだけの余裕(ヘッド・マージン)があるかが重要です。

さらに ヘッド・マージンを何dBとるか、つまりVUメーターの 0VUをフル・ビットから何dB下がったところにするかというのは、放送局と音楽スタジオでは考え方が違います。放送局では世界中の局と番組交換を行うので、当初から統一された基準レベルが必要だったのに対し、音楽スタジオでは収録の段階ではいくつを基準にしようが「歪まなきゃいいんじゃね?」とも言えます。特にダイナミック・レンジを広く取りたい場合はフル・ビット近くまで信号レベルを上げて録音することも珍しくありません。

世界中で基準レベルがバラバラではデジタル機器を製造するメーカーも困ってしまいます。いちおうAESでは -20dBFSを推奨しているので、基本的にはこのレベルで設定している機器が多く、実際の運用は個々の判断でおこないます。

放送局では EBU(欧州放送連盟)が 0VU = -18dBFSと規定して、これを守るように各放送局に勧告しています。日本では NHK が -18dBFS を採用しているのはこうした理由と思われます。ちなみにこの -18dBFSという値はフル・ビットから 3bit下がったレベル* です。

*1bitに付き 6dBなので、3bit x 6dB = 18dB です。何で1bit = 6dBなのかって? さっきの 4bitのシフトをもう一度見てください。0010 (2) を左に 1bitシフトすると0100 (4)。もう 1bitシフトすると 1000 (8)。つまり 1bitあたりの重みが 6dB (=2倍)ということです。

ちなみに同じ理由で、標本化ビット数によって理論上のダイナミック・レンジも決まります。つまり16bitの場合は 16bit x 6dB = 96dB、24bitの場合は 144dBです。

宣伝をするのを忘れていました。TRITECH VMシリーズ VUメーター・ユニットには、Sensitivityスイッチが付いています。これは0VUとする基準レベルを2dBステップで切り替えができる機能です。これにより、普段はヘッド・マージンを20dBに設定していて、次のスケジュールがヘッド・マージン18dBの仕事だったとしても、いちいち基準信号を入れてメーター・トリムを回さなくても、スイッチひとつで切り替わり、戻すのも簡単です。スタジオ・アシスタントの皆さんにはとても便利だと思います。

続:OEP

OEP のA187A12Cというトランスを測定してみました

測定条件
測定器 Audio Precision P1-DD
発振器出力インピーダンス : 40Ω平衡
測定器入力インピーダンス : 600Ω平衡

最大入力レベルはデータ・シートに記述がありません。とりあえず 1kHz で測定します。P1-DDの最大出力である +30dBu を入れても、歪率は 0.03%(UN-WDT* 以下同じ) と飽和しません。これは 20kHz 以上まで同じで、こと高域に関しては高性能です。

次に周波数特性を見てみましょう
1kHz/0dBu を基準として、高域は多少のうねりはあるものの、20kHz までほぼフラット、低域は 11Hz で -1.0dB とかなり持ちこたえているように見えますが・・・

さて歪率です。
1kHz/0dBu での歪率は 0.0013% でした。高域は 20kHz で 0.0017% とかなりの好数値です。旧BTS規格のトランスと比べたら隔世の感がありますが、現在のオーディオ・トランスはこのくらいの数値は簡単にたたき出します。

低域ですが、50Hz/0dBu で、すでに 0.1% と悪化しています。信号レベルを +4dBu に上げると 0.2% になりました。+10dBu は業務用機器では普通に扱う信号レベルですが、そこでの歪率は 1% と、実用的ではありません。

A187A12C のデータ・シートの右上のグラフは、 0dBu の信号レベルに対する周波数ごとの歪率を表しています。低域で一気に歪率が悪化(急上昇)しています。つまり 1kHz/0dBu を基準にした時点で、すでに低域は歪っぽくなっているということです。

ちなみに測定レベルを下げてみましょう。基準レベルを -20dBu にすると、50Hz の歪率は 0.03% まで下がります。用途にもよりますが、このレベルなら全周波数帯域に渡ってフラットで低歪率な性能を発揮します。もし基準レベルより +10dB も高い信号(-10dBu)がきても、50Hzの 歪率は 0.03% のままです。

オーディオ・トランスには大小さまざまなサイズのものがありますが、それはほぼコアの大きさで決まっています。コアが小さいほど低域での飽和レベルが低いので、小さいトランスは信号レベルが低い回路向き、ということになります。

結論 : コンシューマ用(基準レベル -20dBu 程度)の機器向けであれば全く問題なく使える。一般家庭のプリ・アンプとメイン・アンプの間のアイソレーションとか、CD/DVDプレーヤーとAVアンプの間のアイソレーションとか、グラウンド・ループのトラブルを解決するにはいいんじゃないでしょうか。ただし +4dBu の世界(業務用)で使うと、低域の歪率で音質に不満が出る可能性がある。

トランスそのものの音質については? それは「好みなのでご自由に」としか言えません。

ところで、せっかく基板作っちゃったんでどこかに使いたいんですけど、スタジオで何かに使えませんかねぇ?クライアント用モニター・テレビの、オーディオ回線のアイソレーションとか・・・(特注でお受けしますよ~)

*UN-WDT : Un-Weighted 測定上のウエイトはかけていません

お断りするまでもないと思いますが、上記の測定値はこの時点での実測値です。いつ誰がどこで測っても常にピッタリとこの値が出るわけではありません。弊社ではこの基板も、OEPのトランスも販売していません。お問い合わせにもお応えできません。悪しからず。

あー、そうだ忘れてた。ちなみに LUNDAHL LL1582 の最大入力レベルはカタログ値で +30dBU/50Hz です。同じようなサイズなのに?と思われるかもしれませんが、LUNDAHLトランス はボビンレスといって、巻線を巻き付けるボビンが無い構造なのでサイズがとても小さいのです。価格差だけのことはある、と思っていただければ幸いです。以上、ちょこっと宣伝でした。

OEP

OEP(Oxford Electrical Products)は各種のオーディオ用トランスを製造していますが、この A187A12C というライン・トランスは、巻線比1:1で 600Ωラインのアイソレーション用となっています。LUNDAHL の LL1582 と大して大きさも変わらないのですが、その実力はどんなものでしょう? 

なにしろこのトランス、RSコンポーネンツで3,200円ほどと、LL1582 の 1/3 以下で入手できます。それで同じような性能だったらかなりお買い得ですが、そんなことがあり得るのか???

データ・シートを見てもあまり詳しい(というか知りたい)データは載っていません。それなら実際に測ってみよう、ということで、テスト用基板を作ってみました(笑)

これからいろいろレポートしたいと思います。乞うご期待!

こんなこと、できますか?

お客様から「こういうこと(物)はできないか?」というご相談やお問い合わせをいただきます。まあ特注機器などはそうして作られるものなので、こちらとしては大歓迎なのですが、ご相談の内容によっては「何がしたいんだろう?」と思うこともしばしばあります。きっと我々の知らないところでいろいろご苦労があるんでしょうね。

以前、AES/EBU信号のLchとRchを入れ替えられないか?というお問い合わせがありました。それこそ「何のために?」と思ってしまいますが、これはいったんレシーバで受けてからLRクロックを反転させてトランスミッタに送ってやればいいので、簡単に解決できます。

Ch.1がL、Ch.2がRの通常の信号を、Ch1, Ch2とも L(またはR ) にして出力できないか?というお問い合わせの時はしばらく悩みました(どうやろうか、ではなく、なんで?)が、これはシリアル・イン/アウトのシフト・レジスタを組んで、LRクロックで切り替えることで実現できました。

こういうお問い合わせの解決用に、社内ではAES/EBUレシーバとトランスミッタ、CPLD、スイッチなどを実装したテスト基板を用意しています。CPLDは実験内容によって回路を書き換えられるので、試作や実験では大変便利です。

お客様からの「こんなことができないか?」というご相談は、我々にとっても製品開発などのヒントとして大変貴重なものです。お問い合わせだけなら無料wですので、お気軽にご相談ください。


上記を書いてから「そういえば・・・」と思って調べたのですが、CirrusLogicのCS8427 AES/EBU TranceiverはMONOモードを持っていて、Lch + Lch あるいはRch + Rchという出力を簡単に設定できることを思い出しました。これ以外でも同じ設定ができるAES/EBUレシーバーがあるはずですね。

ortofon

verto_b

2NK_7650

ピックアップ・カートリッジの名門、ortofon の昇圧トランス『verto』 に LUNDAHL 製のトランスが使われていました。

LUNDAHLではMCカートリッジ用昇圧トランスを何種類か出しているのですが、これが既製品のラベルを貼り替えただけなのか ortofon オリジナル品なのかはわかりません。LUNDAHL はすぐ特注を受ける(らしい)ので、おそらくオリジナルでしょう。

ちなみに LUNDAHL トランスの品種がやたらと多いのは、こうして作った特注品がやがて LL番号を付けられてリストに載るかららしいです。

verto_02

このトランスの内部と思われる写真もありました。LHNDAHL トランスの中身は私も初めて見ました(笑)。構造がR-core トランスと同じなんですね。どうりでコンパクトで高性能なはずです。

 

LL-TB1/AWA

LL-TB1/AWA

当社の製品に LL-TB2(廃版) という Lundahl トランスを使った2chのトランス・ボックスがあるのですが、「1ch用はないのですか?」というお問い合わせをいただきました。ステレオで使用することしか考えてなかったので1ch用は作っていませんでした。それに1ch用だと板金から起こすとかなり割高なものになってしまいます。

そこでタカチさんの既製ケースに合わせて1ch用の基板を新たに作って収めてみました。このケース、なかなか見てくれが良いのと、基板を内蔵するための溝が内部につけられているので使い勝手もよいのです。側面の放熱フィンは今回は全く意味がないのですが、まあそこはデザインということで。名付けて『 LL-TB1/AWA 』。

LL-TB1/AWA inside

中身はLundahl  LL-1524を使っていて、仕様は LL-TM1 と同じです。今のところ試作ということでこのまま販売する予定はありませんが、ご興味のある方は Inter BEE でご覧ください。

TINA-TI

SPICE というアナログ回路シミュレータがあります。回路図を描くとその結果をシミュレートしてくれるので、試作基板やバラック回路を組む前にその回路のおおよその動きを知ることができ、無茶をやっても部品から煙が出ることもないので大変便利です。

SPICE はもともとカリフォルニア大学バークレー校で開発されたテキスト・ベースのシミュレータです。パラメータの与え方でかなり複雑な回路のシミュレートもできる半面、記述が難しく使いこなすにはかなりの努力が必要でした。

最近はテキスト記述ではなく回路図ベースで記述できる SPICE 系シミュレータが一般的です。ここで紹介する TINA もそのひとつです。

tina-ti

回路図ベースの SPICE 系シミュレータはいくつかあり、私がいろいろ試してみたところでは、回路図を描くといってもシミュレータによっていろいろな作法があって「思ったほど簡単ではない」という印象です(慣れの部分が大きいのでしょうが)。マニュアルも日本語化されたものが無いメーカーがほとんどで、ちょっと込み入ったことをやろうとするとまず専門用語の英語と格闘するところから始まります。

TINA は部品配置の方法も直感的で、使い始めてすぐに回路図が書け、そのままシミュレートができてしまったので、いささか拍子抜けするほどでした。またf特や位相のグラフだけでなくオシロスコープ表示によって波形を動的に観察したり、ファンクション・ジェネレータで任意の波形を生成できるなど、使っていて便利で面白い機能がたくさんあります。

TINAを始めとするSPICE系シミュレータは、各素子(部品)のパラメータを詳細に与えることによって、実際の素子の動作により近づけることもできます。デバイス・メーカーによっては自社の製品のSPICEパラメータを公開しているところもあり、それを使えば自分で記述する必要もありません。逆に理想オペアンプ、理想抵抗器、理想コンデンサの組み合わせで、回路の大まかな動作を高速で検証するといった使い方もできます。

TINAはもともとハンガリーの会社が開発したSPICE系シミュレータなのですが、テキサス・インスツルメンツ(TI)専用のバージョンである TINA-TI は無料でダウンロードして使用することができます。

http://www.tij.co.jp/tool/jp/tina-ti

無料なので当然いくつかの制約はありますが、TI のデバイス・モデルが予めライブラリに入っていたり、日本語化されていたりとなかなか良くできています。私も始めはこのTIバージョンを使ってみてその使い勝手に惚れこみ、すぐに正規版をオーダーしました。

もしシミュレータに興味があるようでしたら、まずは TINA-TI を試してみることをお薦めします。

 

トランジスタのチェック方法

年末からのドタバタがいまだに収束せず、落ちついてブログを更新する時間が取れません。

ということで今回は小ネタでお茶を濁そうという作戦です(笑)

ディスクリート・トランジスタが故障しているかどうかを調べるには、テスターの “導通チェック・モード” を使うのが簡単です。簡単なのですが、「あれ?どっちからどっちに測ればいいんだっけ?」という方も多いのではないでしょうか。

NPNトランジスタの構造は簡単に右のように描けます。ふたつのダイオードが外向きに繋がっているイメージです。PNPトランジスタは内向きになっています。これを見ればテスターでどのように導通を調べればよいか一目瞭然でしょう。

実際のトランジスタの記号には矢印がエミッタ側にしか書いてありませんが、トランジスタの動作としては「ベース-エミッタ間のダイオードを流れる電流を検出してコレクタ-エミッタ間を流れる電流を制御する」ので、こちら側だけ明示してあるわけです。

トランジスタのチェック方法

NPNトランジスタの場合は、テスターを “導通モード” にして、B(ベース)に赤リード、C(コレクタ)に黒リードで導通があり、赤/黒リードを逆にして導通がなければOKです。

同様にB(ベース)に赤リード、E(エミッタ)に黒リードで導通があり、その逆で導通がなければOKです。さらにEとC間にはどちらの方向にも導通がなければOK。この条件が全て成立していればとりあえず決定的なダメージは受けていないと判断できます(性能の劣化まではわかりませんよ)。

PNPトランジスタの場合は、NPNの時の赤/黒リードを逆に読み替えてください。

順方向に導通がない場合は、内部のダイオード構造が破壊されて絶縁状態になってしまっていると考えられます。逆に逆方向に導通がある場合は、ダイオード構造が短絡(ショート)しているわけです。いずれにしても致命的な故障なので、交換が必要です。また基板などに実装されているトランジスタの場合は、判定結果は周囲の部品の影響を受けるので、できれば単体の状態で調べましょう。

 

SOWTERトランスでマイク・アンプを作ってみた

イギリスにSOWTER というオーディオ・トランス・メーカーがあります。1941年創業で、オールド・ニーヴなどのビンテージ機器の互換トランスで有名なメーカーです。それ以外にも各種のトランスを作っているので、音質はどんなものだか試してみたくなりました。トランスの場合、f特とか歪率とかスペックからは音を想像できないので、実際に聞いて評価するしかありません。マイク・アンプを試作してみました。

SOWTERは日本国内には販売代理店がありませんが、海外に通販もしてくれるのでホーム・ページから購入しました。トランス単体の値段はたいしたことないのですが、イギリスからだと送料がバカになりませんね・・・

Sowter

入力には LL1538 の対抗として 4935 をチョイスしました。このトランスは巻線比 1:7で最大レベルが +12dBuです。巻線比で言うと LL1530 同等品です。

出力用には、プロ用では最大出力レベルは+24dBu以上は欲しいところなので、5069 くらいしか選択肢がありません。しかし 5069 はケース・サイズが高さ44mmなので、1Uケースに入りません。改めてLUNDAHLのコンパクトさが際立ちます。

EIA-1Uケースに入らない、さりとてEIA-2Uにしたら内部はスカスカの予感・・・。となると、ケースを focusrite の ISA のような形状にするのが無難でしょうか。ラック・マウントできないとスタジオのコントロール・ルームでは収まりが悪いのですが、とりあえず視聴用の試作ということで妥協しましょう。

回路図は公表するほどのものでもない、教科書どおり(笑)の回路です。

さて、どんな音がするのでしょうか? 筐体設計はこれからなので、年内は難しいかな・・・ Pwb

ADA-12A と ADA-124

製品番号を付けてから、ちょっと後悔する時があります。アナログ・オーディオ分配器のADA-12AADA-124 もそうです。

ADA-12A はADA-12の改良型で、1入力4分配出力のブロックがふたつあり、LINKスイッチで1入力8分配としても使用できます。

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ADA-124 は 1入力2分配出力のブロックを4つ搭載しています。「コンソールの出力をVUメーターとバー・メーターに2分配したいだけなので、4分配も要らない。それより2分配がたくさん欲しい」という現場の声にお応えして開発しました。

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問題はADA12A のと ADA-124 の4 が紛らわしいことです。カタログや展示ボードのタイトルを見ながら「紛らわしいなぁ・・・」と自分で思ってしまいます。お客様にはもっと判りにくいだろうと、申し訳なくなりますが、一度付けた製品型番はそう簡単には変更できません。

可能性としてはADA-12A がバージョンアップしてADA-12B になれば一件落着のようにも思えますが、さていつになるやら・・・