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レコード用のADC。

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2017年03月08日

 wavファイルに対応したレコード用のADCを、やっとこさまともに測れる信号源を作ったので、測った。ADCは所謂トランスポートで、アナログ入力やSDカードの読み書き。再生専用機にはSDカードのコネクターを二つ実装出来る。128Gを二つ挿せば、相当の量。音源は96kと44kが混在してるので、128G一枚でも、百曲ぐらい入る。ほとんど差替えなくても済みそうな量。


 レコードの実質的なSNは、60dBぐらいと言われている。こういう数字はあまり当てにならない。実際に確かめると、間違っている場合の方が多い感じがする。なのでうちの環境で調べてみた。カートリッジはMCL1000、アームは407/23。一昔前の定番かも。


 MC用のヘッドアンプを使い、アンプの残留ノイズと実際に無音溝をトレースした時のデータを取る。こんな具合。白が残留ノイズで黄がトレースした時。ちょっと見ずらいけれど、トレースすると3dBぐらいノイズが増える。これがレコードのスクラッチノイズ。昔からMCL1000はスクラッチが小さいと感じていたけれど、聴感に間違いなし。

 FFTからノイズの実効値を出すのは難しい。ノイズフロアと言われているものと、ノイズの実効値は違う。ソフトの計算に頼るしかない。この-72dBという数字は正確。実際のレコードでは、カッティングの関係でおそらく-10dBが最大値。なのでSNとしては、62dbぐらい。60dBという話は珍しく真実らしい。

 下の段の青はトレースした時の波形。右の方で大きく振れているのはレコードのクリック音。横の数字は16bitなので、CDに置き換えると110ぐらい振れている。これは音として勿論聞こえるレベル。でもこういうクリックは特徴的な信号なので、今は適切にソフト処理が出来る。音楽成分とは異質なのでFFT的に完全に分離ができて、つまりは完全に除去できるという話。

 録ろうとしているレコードの信号は、かなりノイズ成分が大きい。但し、ADCの用途はレコードのデジタル化だけではない。DACからスピーカー端子まで、システム全体の電気的特性を数字的に評価できる。AC電源から入ってくるノイズやその他の外来ノイズはなどは、ほとんどの場合が単発なので、普通は感覚的にしか評価出来ない。

 正確なADCがあれば、一時間の曲ならば、その間ずっと録音しておけば良い。元のDACに送ったデータはある訳なので、録ったデータとFFT的に比較すれば良い。時間帯での違いとか、その他色々の条件の違いなどが客観的に評価できる。電線を這わせる場所が変わるだけで、かなりの変化がある事もある。電子機器に関しては、実際の曲の演奏時に数字的評価が出来るようになる。

 簡単にできる限界に近いテストは、CDプレーヤーで-90dBFSの信号の再生。こんな感じになる。PD-10でテスト信号を再生して、出力を測るとこう。これはPD-10単体なので、とても結果は良い。普通にパワーアンプを通った後のスピーカー端子では、とてもこうはならない。


 上の右はDACに入れた信号。デジタルデータなので綺麗に±1の間で振れる。上の左は確認のためにオシロスコープの波形。これは40dBゲインでAフィルターに近い特性のアンプを経由している。そうしないと、オシロスコープでは計測不能。下の右が、ADCのデジタルデータ。

 これは単体なのて、かなり良い線いっている。FFTで見ても、大きめのスペクトルはほぼ一致している。白がDAC入力で、青がADC出力のデジタルデータ。スピーカー端子でどうなっているのかは、見なければ良かったな数字になっている可能性が高い。特に、チャンネルディバイダーが入ったりすると。

 今回はDACを改造して、そこそこの精度の信号源を作ったので、ADCの限界を確かめる。24bit/96kHzで作った-90dBFSの信号ではこうなる。と言っても、DACからは-50dBFSで出して、ADCの前に40dBのアッテネーターを入れる。そうしないと、どうしてもDACの残留ノイズの影響が出てしまう。


 上の左のオシロスコープ波形は、アッテネーターが入る前。おそらくはこれの1/100がADCに入っている筈。そういう推測しかできない。下の右が、ADCの出力。上の右は、そこからノイズ成分だけを取り出したもの。この時のノイズ成分は、-111dBFSほど。21dBのSNがあると、このぐらいの波形の乱れになる。

 FFTで見ると、ノイズはランダムで、二次の高調波が少しだけ。他は、信号源のDACから混入している。DACの電源を落とすと消えて、ランダムノイズのみになる。これはSAR方式のAD9852の場合で、帯域を20kHzにしてAフィルターは入っていない。入れると、2dBぐらい良くなると思う。

 以前に試したΣΔ方式のPCM4202では、同じ条件でこれ。ノイズ成分は、-102dBFSほど。やはり少し乱れる。この差は方式ではなくて、サンプリングレートの違い。PCM4202は96K、AD9852は768k。同じ帯域ならば、デジタル処理でAD9852はランダムのノイズレベルが下がる。高く取れるADCが有利となる。


 特定のスペクトルのノイズに関しても、サンプルレートが高いとデジタル処理で落とせるので有利。ADCの場合、実質的な制度を決めるのはサンプリングレート。SARはΣΔよりも高いサンプルレートに出来る。なので、測定用も兼ねるならば、SARしかない。ΣΔは安価で手軽なので、音声用であればこちらが有利となる。

 同じ環境で-100dBFSの信号をAD9852に入れるとこれ。ノイズレベルは変わらないので、この辺りが限界。信号としては60μVppなので、もうほとんど闇の世界。デジタル化してみないと、海の物とも山の物とも定かでなし。

 これだけの精度でアナログ信号が入ってくる可能性は、ほぼゼロ。通常の出力抵抗600Ωのシングル では、-90dBFSもあやしい。これならば、測定用としても十分な精度になっている。更に良くすることも可能であるけれど、当面はこれで十分でしょう。



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  1. なぜか型番間違えたようで。AD9852でなくてAD7982でした。

    by如月 at2017-03-18 20:29

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