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トランジスタ技術 OFF会 2026年7月25 トランジスタ技術 2026年8月号OFF会・番外編 吉田誠
ﾌ026年8月号ではLCRメータの記事を書きました、が、語ることが少ないので・・・ 今回の記事には載ってない内容になりますが、測定関連で番外編としてお話しします。
トランジスタ技術 2025年11月号～2026年2月号連載 トランジスタ技術2026年2月号 第4回 OPアンプとっかえひっかえ評価！ ヘッドホン・アンプ実験ベンチ〈4〉 自宅でひずみ率0.0001％級を測れるお手軽オーディオ測定システム より
番外編 オーディオ用測定機器 個人で買える 測定器の代替候補 COSMOS ADC 図1 オーディオ性能測定のディファクト・スタンダードAPx555 BシリーズとCOSMOS ADC オーディオア業界での性能測定のディファクト・スタンダードの高性能オーディオアナライザ「APx555 B シリーズ」オーディオ機器のカタログなどにもこの測定器での測定値が表示されていることが多いが高価!。 そこで個人で買えるcosmosADCを使った個人ベンチの構築と性能比較をしてみた。 ※APx555BはAUDIOPRECISION総代理店であるコーンズテクノロジーさんより特別にお貸出ししていただきました。本当にありがとうございました。 なお一般には貸出していないとのことです。
測定環境 一般的な接続の仕方 分析器 信号発生器 オーディオアナライザ APx555B PC 入力 図2 測定時の接続イメージ DUT(測定対象) 治具やケーブルも 大事 出力 負荷
まずループバックでAPXの測定限界を知る PC オーディオアナライザ APx555B BNCケーブル 図3 測定限界を知る ループバックテストで測定限界を確認してみる。 ループバックで 自身の性能を測定
APX555Bのひずみ測定性能は・・・ 1KHz THD+N 1kHz THD 帯域10Hz500kHz 2Vrmsで 約0.00003% (a) THD 図4 オーディオアナライザのループバック測定結果 自作測定環境の確認や設計した低ひずみアンプの評価で大切な測定限界値を知ることかできる 2Vrmsで 約0.0004% (b) THD+N
APX555Bのひずみ測定性能は・・・ 帯域を絞ったもの 1kHz THD 帯域10Hz90kHz 1KHz THD+N 2Vrmsで 約0.00003% (a) THD 2Vrmsで 約0.00017% (b) THD+N 図5 オーディオアナライザのループバック測定結果 THD+Nは帯域を広げれば広げるほど値は悪くなるので、CosmosADCをASIO接続する場合最大のサンプリングレート(192kHz)で 決まる帯域限界にあわせて誌面では10～90kHzでの値を中心に各種評価することにした。
Φ2.5mm ４極 ジャック キヤノン (XLR) コネクタ 木箱 入力電圧 レンジ設定 DIPSW 図6 Cosmos ADC 測定用として使用したUSB ADC のCosmosADC。バランス入力端子のみ搭載されている。 入力電圧レン ジに応じてアッテネータ調整用のDIPSW(ディップスイッチ)を設定する必要があるものの高性能なADCと して使用できる。 USB Type-C コネクタ
グレード バンドル SN比 備考 Grade 0 バンドル4 SN(A)≧129dB 実勢価格 45,000程度 Grade A バンドル3 129≧SN(A)≧128 実勢価格 34,000程度 Grade B バンドル2 128≧SN(A)≧126 実勢価格 29,000程度 Grade C バンドル1 SN(A)>125dB 実勢価格 24,000程度 ※SN比はモノラルモードの値 ステレオモードでは3dBSN悪化する ※実勢価格は2025年1月現在 表1 CosmosADCのグレードと性能 各グレードごとに本体のSN比がことなる。性能のわりに価格も手に入りやすい。 今回はグレードAを使用した。
CosmosADC モノラルモード用 XLR オス XLR オス XLR メス 分配1 分配2 測定対象より モノラル モード 入力1 モノラル モード 入力2 製作した ケーブル 図7 Cosmos ADC と自作測定ケーブル CosmosADCは2つの入力をモノモードで動作させることでSN比を稼いでいる。 測定の際にモノモードに対応できるようchあたり1つのキャノンコネクタを 2つのキヤノンコネクタに分配してCosmosADCへ入力できるようケーブルを作成した。 測定対象の出力はキャノンオスのコネクタに変換して接続する。
解析用ソフトウエア
解析用ソフトウエアとしてREWを使いました。 REW room acoustics measurement and analysis https://www.roomeqwizard.com/
▼プリファレンス 入力デバイスや出力デバイス サンプルレートなどを設定 ▼信号発生器 SIN波の他、方形波などが 発振できる。 図8 ▼リアルタイムアナライザ 周波数スペクトルとTHDなどの計測値が リアルタイム表示される フリーソフトウェア(寄付あり) REW フリーウェアではあるが、スピーカーなどの音響機器やオーディオアンプなどの性能測定に必要なツールが多数搭載されていて 使い勝手のいいソフトウェア(https://www.roomeqwizard.com/)
THDは10次までの 高調波で計算 FFT窓関数の設定 図9 REWの計測画面 帯域幅、THDの計算のための次数(何次高調波まで計算に含めるか)や、FFT長さ、FFTの窓関数の設定、平均化回数など細かな 設定ができる。1KHz_2VrmsのAPx555Bの発振器の信号を表示させているところ。 APxの発振器は設定でハイパフォーマンスのものを使用している。
信号源も解析器もともに高性能な必要がある 信号源 解析器 PC TOPPING E50/ トラ技OSC基板 USB-DAC /OSC 高精度で低ひずみな 発振器が必要 この精度以上の 測定はできない Cosmos ADC+REW USB USB AMP DUT USB-ADC 高精度での基本信号除 去と高調波成分の計測 この精度以上の 測定はできない 図10 高精度の歪測定には、オーディオ解析器とともに高精度の発振器(信号源)が必要 解析機器にはCosmos ADCをもちいるが、高精度OSCも必要になる。 今回市販のDAC(TOPPING E50)やトラ技記事で取り上げた発振器が使用できるかも確認した。
APx555B OSC APx555Bの発振器(OSC)の歪 (THD THD+N)をAPx555B自身 のアナライザとCosmos ADCと で比較 PC アナライザ 入力 THD=0.####… THD+N 0.####… Cosmos ADC 入力 解析器 PC +REW(RA) THD=0.####… THD+N 0.####… つなぎ変えて比較 自作ケーブルを使って モノモードで測定 ・信号レベル可変時の歪の変化 ・信号周波数可変時の歪の変化 測定器と近い値を 示すかどうかを 連続的に確認 Cosmos ADC⇒ 自作ケーブル 図11 校正されたAPx555BとCosmosADCでの歪表示値の比較 簡易測定器としてCosmos ADCが使用できるか確認した。 APx555bの測定値はシーケンスモードでの連続測定とし、CosmosADCは手動でレベルを変えつつ REWのRA(リアルタイムアナライザ)の表示値をよみとり測定した。
OSC:APx555B→ APx555B OSC:APx555B→ APx555B 対CosmosADC+REWアナライザTHD数値比較(1kHz Sin波) 対CosmosADC+REWアナライザTHD数値比較(1kHz Sin波) APx帯域幅 10-90kHz 0.0005 THD 0.0005 REW Span 10-90kHz 0.0003 0.0002 0.0001 0.0003 0.0002 0.0001 0 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 0.5 1 1.5 信号レベル[Vrms] APX555Bよみ THD(90k) 2 2.5 3 3.5 cosmosADCよみ THD(90k) APX555Bよみ THD(80k) (b)帯域幅10-80kHz OSC:APx555B→ APx555B 対CosmosADC+REWアナライザTHD数値比較(1kHz Sin波) 対CosmosADC+REWアナライザTHD数値比較(1kHz Sin波) APx帯域幅 10-500kHz 0.0005 0.0005 APx帯域幅 10-30kHz THD 0.0004 THD[%] 0.0004 0.0002 4.5 cosmosADCよみ THD(80k) OSC:APx555B→ APx555B 0.0003 4 信号レベル[Vrms] (a)帯域幅10-90kHz THD[%] REW Span 10-80kHz THD 0.0004 THD[%] THD[%] 0.0004 解析器 APx帯域幅 10-80kHz REW Span 10-30kHz 0.0001 REW Span 10-91.2kHz THD 0.0003 0.0002 0.0001 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 0 0.5 1 1.5 信号レベル[Vrms] APX555Bよみ THD(30k) (c)帯域幅10-30kHz cosmosADCよみ THD(30k) 2 2.5 3 3.5 4 4.5 信号レベル[Vrms] APX555Bよみ THD(500k) cosmosADCよみ THD(w/o filter) (d)帯域幅10-500kHz(APx) REW10-91.2kHz 図12 APx555Bの発振器信号に対するAPx555B自身ととCosmosADC+REWのTHD計測値比較(アンバランス) APx555Bの発振器のレベルを可変しながら帯域幅別にTHDの値の比較を行った 特に測定値0.5V以下では両社の差が大きくなった。
解析器 OSC:APx555B→ APx555B VS CosmosADCアナライザ 歪測定値周波数特性 (2Vrms固定 帯域10～90kHz) 0.00035 この区間は計測 器Ax555Bと民生 機CosmosADCの システムのノイ ズレベルの差と 思われる 0.0003 OSC:APx555B→ APx555B VS CosmosADCアナライザ 歪測定値周波数特性 (2Vrms固定 帯域10～90kHz) 1 対数表示 0.1 THD+N(Cosmos ADC) 0.00025 0.01 0.0002 THD+N 0.00015 THD+N(Cosmos ADC) THD+N(APx555B) 0.001 400Hz THD+N(APx555B) 0.0001 THD 0.00005 THD (APx555B) 1 THD THD (Cosmos ADC) 0 10 100 THD (APx555B) 0.00001 1000 10000 100000 2kHz THD+N THD (Cosmos ADC) 0.0001 1 10 100 1000 10000 THD(CosmosADC) THD+N(CosmosADC) THD(CosmosADC) THD+N(CosmosADC) THD(APx555B) THD+N(APx555B) THD(APx555B) THD+N(APx555B) (a)縦軸実数 周波数範囲は限ら るがひずみ性能が 一桁悪くなったの か、良くなったか の検討には使える 100000 (a)縦軸対数 図13 APx555Bの発振器信号に対するAPx555B自身とCosmosADC+REWのTHDおよび THD+N計測値比較 (周波数を可変した場合) APx555Bの発振器の周波数を可変しながらTHD+NおよびTHDの測定値の比較を行った。 図(a)は縦軸を実数、(b)は対数表示したもの。 THDに関しては400Hz～2kHzくらいまでは、APx555Bと近い計測値を表示できた、 THD+Nは100Hzから2kHzの間で一定の差がみられCosmosADC+REWで計測した値の方が悪い値となる。 とはいえ、 400Hzから2kHzの範囲では、歪性能が1桁よくなったのか悪くなったかを見るには十分と考えられる。
信号源 TOPPING E50(DAC) APx555B OSC トラ技OSC※1 (黒田徹氏設計) アナライザ 入力 アナライザで 発振器の歪(THD THD+N)を確認 REWの信号発生器 (SG)を使用 APx555B トラ技OSC ※1 (黒田徹氏設計) 図14 高精度な発振器として使えそうなアマチュアでも手に入る機器のひずみの実力を確認 オーディオ機器の測定には高精度な発振器とアナライザの両方が必要となるが、近年オーディオDACの性能も上 がり測定に使える可能性が出てきた。 ※1トランジスタ技術2019年8月号 p106 アナログ・センスで基板を描く② アナログ回路の設計 黒田徹/吉田誠にて紹介
信号源 発振器 測定帯域幅[Hz]10～ 発振周波数[Hz] 発振振幅[Vrms] THD[%] THD[dB] THD+N[%] THD+N[dB] APx555 B BNCループバック TOPPING E50 [CH1] トラ技OSC(黒田徹氏設計)※1 [CH1] 500K 90K 30k 500K 90K 30k 500K 90K 30K 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 1k 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 7.2 7.2 7.2 0.0000265 0.0000263 0.0000758 0.0000685 0.0000732 0.0000418 0.0000452 0.0000417 0.0000302 6 4 0 6 3 6 9 0 -130.40 -131.52 -131.59 -122.41 -123.28 -122.71 -127.56 -126.88 -127.60 0.0004197 0.0001680 0.0000957 0.0037940 0.0002087 0.0001280 0.0004066 0.0001977 0.0000937 2 9 8 1 3 4 9 4 2 -107.54 -115.49 -120.37 -88.42 -113.61 -117.85 -107.81 -114.08 -120.56 表2 APx555B内蔵発振器と市販DACおよびトラ技発振器の歪性能測定 90kHzまでの帯域内であれば、TOPPING E50を低ひずみ発振器として使えそうだ。 黒田氏の設計した発振器回路※1の基板もさらに優秀でTHDはAPx555Bに次いで-127dB! ただし7.2Vrmsの振幅をは入力レベルとしては大きすぎるため減衰させて入力する必要がある。 ※1 トランジスタ技術2019年8月号 p106 アナログ・センスで基板を描く② アナログ回路の設計 黒田徹/吉田誠にて紹介
信号源 帯域幅10-90kHz 帯域幅10-500kHz 2Vrmsで THD+N 約0.0002% (a)THD+N vs 出力 2Vrmsで THD 約0.00003% (b)THD vs 出力 図15 市販の高精度アンプの性能を測定 DUTの入力インピーダンスの影響を受けずに信号レベル化を可変し計測するため、市販の発振器(DAC)以外にア ンプも必要。市販アンプも物によっては高性能化が進んでおり、条件を決めて事前に校正された測定器で測定し ておけば簡易的な測定器として使えそう。1kHzの測定では測定器のジェネレータをBNCケーブルを用いてルー プバックした特性とほとんど変わらない特性で驚いた。
信号源 解析器 信号用セット 解析用セット PC TOPPING E50 (DAC) TOPPING L50 (AMP) PC DUT CosmosADC システムの性能を測定する場 合はDUTを挟まずケーブルの みにする 図16 DACと超低ひずみヘッドフォンアンプと組み合わせた出力レベル対歪の測定 市販の信号源(DAC)とアンプ、市販のADCを組み合わせた簡易測定ベンチを構築 市販品でも条件は非常に限られるが簡易的な測定器として使えるほど性能が上がってきている。 高精度計測のため接続するケーブル類の作成も高精度に配慮して作成する必要がある。
信号源 THD+N Ratio vs Measured Level THD Ratio APx555B THD Ratio vs Measured Level THD+N Ratio APx555B ( 1kHz BW 10-90kHz) ( 1kHz BW 10-90kHz) E50+L50+CosmosADC 1 E50+L50+CosmosADC 1 0.1 0.1 0.01 THD+N[%] THD+N[%] 解析器 0.001 0.01 0.001 0.0001 0.001 0.01 0.1 0.00001 計測レベル[VRMS] 1 10 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 計測レベル[VRMS] (b) (a) 図17 校正されたAPX555Bの測定器との比較 市販の高性能DAC、アンプ、ADCを組み合わせた測定システムのループバックでのひずみ(THD,THD+N)測定結 果をAPx555bのものと重ねてみた。信号レベル可変にはアンプのボリュームつまみを使用した。 残念ながらTHD(a)では安定したカーブが得られなかったが、THD+N(b)であれば簡易測定に使えそう。
DUT実機の測定 信号用セット 解析用セット PC TOPPING E50 (DAC) TOPPING L50 (AMP) PC DUT 図18 DUTの出力レベル対歪の測定 いよいよDUTを測定 CosmosADC
DUT(測定対象) ICソケット ボリューム バッファ用 OPアンプ 負荷ドライブ用 OPアンプ 図19 OPアンプとっかえひっかえ基板 年々進化する高性能OPアンプをとっかえひっかえ耳で試食できる評価基板を作成した。 オーディオとして使うための実験基板なのでオーディオ機器っぽく青色のLEDの照明をつけた。 LED点灯のため不用意にGND電位を汚さないよう、LEDは電源回路周辺に搭載するとともに +から-電源に向けて電流が流れるようにしている。 間接照明の様に カッコよくした
THD+N Ratio vs Measured Level ( 1kHz BW 10-90kHz) APx555B_ ループバック 10 E50+L50+CosmosADC ループバック THD+N[%] 1 TROPT01A_E50+L50+CosmosADC 0.1 E50+L50+CosmosADCで測定した 「新・OPアンプとっかえひっかえ 評価基板」のTHD+N特性 0.01 0.001 0.0001 0.001 0.01 0.1 計測レベル[VRMS] 1 10 ループバックの性能以 上の低ノイズは測定で きない 図20 E50+L50+CosmosADCの組泡でのTHD+Nの測定 「OPアンプとっかえひっかえ評価基板」の歪(THD+N)性能を簡易測定システムで測定した結果 測定系の(E50+L50+CosmosADC)の特性は測定対象より低ノイズであるためTHD+Nの測定ができた。 APx555Bはさらに低ノイズであることがグラフからわかる。
トランジスタ技術 2026年2月号 ご紹介した本誌に訂正がございます。お詫びとともに、訂正をお知らせします。 p.189 左↓8行目小見出し 低SN比なモノラ ル・モード→高SN比なモノラル・モード 同上 左↓14行目 SN比を低減させる設計 →ノイズを低減させる設計 https://toragi.cqpub.co.jp/teisei2026/ • ここの2026年2月号のところにも記載