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PCとヘッドホンの環境で音楽を聴いてます この日記は環境向上の試行錯誤の記録です ただし、あまりお金はかけない方向で…

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日記

自作PC3の記録 ~凶悪なノイズ源の発見 それはCPU~

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2018年01月22日

2017年にファイルサーバーPC更新用ファンレスPCとしてパーツを揃えました。
ファイルサーバーとして使う前にUSB-DACを接続してノイズ対策の実験をと思ったのですが…

音質が悪いのです。
同じUSB-DACを使った自作PC2と同様なパーツ構成なのですが大きな差がありました。

マザーボード関係を調べました。
自作コイルをオシロスコープに繋いで漏洩電磁波を見てみたら大きな差がありました。
ASRock製マザーボードはMSI製マザーボードと比べて漏洩電磁波が大きいのです。
マザーボード自体のノイズ対策が弱いのかと思います。
それがUSB-DACの音質を悪くしてるのかなと思い、ASRock製マザーボードを使わない方が良いのかなと思ったのですが…



漏洩電磁波を発生してる箇所を追い、ASRock製マザーボードとMSI製マザーボードとの差異をよく見てみました。
CPUクーラー上、Picopsu回り、各種チョークコイル回りですが、大小の差はあるもののどちらも発生している事に差はありません。

でも一か所、ATX12Vへの12V給電(CPU駆動用の12V)用ケーブル回りの漏洩電磁波に大きな差がありました。
MSI製マザーボードではほとんど検出できないのですが、ASRock製マザーボードでは検出します。
恐らくATX12Vへの12V給電(CPU駆動用の12V)回りの作りの影響でノイズが大きくなったのでしょう。
とすると、やはりASRock製マザーボードは使わない方が良いのでしょうか?



何故12V給電部のノイズがUSB-DACの音を悪くするのでしょうか?



GND経由?、CPUやチップセット等デジタル信号に乗ったノイズがUSBに移った?
いったい何でしょうか…



ここで思いつきました。
とにかくカットアンドトライだと。
素人考えでできる事は限られますが、とにかくやってみようと…



と思って仮説を立ててみました。
ATX12Vへの12V給電(CPU駆動用の12V)した電流の負荷変動がPicopsuのDC-DCコンバーターに影響して5V系3.3V系にノイズを誘発したのでは?
対策は2通り
・ATX12Vへの12V給電(CPU駆動用の12V)は別電源(たぶんこれが正解)
・ATX12Vへの12V給電(CPU駆動用の12V)部にローパスフィルタを入れる(ローパスフィルタで負荷変動を吸収しようという考えです)

電源にローパスフィルタを入れるというのも力技すぎて笑えるのですが…
これをやってみました。



結果は… 大当たり。
USB-DACからの音が良くなりました。 というか良くなりすぎです。 以前の音とは別な物が出てきました。
音楽を聴こうとする、その出だしは静寂です。
ヘッドホンの外側に音が大きく広がります。
高音の音数が増えてます。
ADプレーヤで再生している様な印象を受けました。
古い録音のCD音源が気持ち良く再生できます。



現在のところ、このフィルタは実験中です。 いずれ日記で紹介します。
このフィルタが効くには次の条件があると思います
・ATX12Vコネクタを使ってCPUへ給電している
・12V系ソースから5V系3.3V系をDC-DCコンバーターで生成している
・12V系ソースは1系統のみ
・CPUの消費電力は少ない方が良い(現在は20W程度と見込んで実験してます)



問題点もあります。
大容量の電解コンデンサを使用するので、電源投入時の電解コンデンサへの突入電流が大きいのです。
PicopsuもACアダプタも安全装置が効く寸前で使っています。
定格を完全に超えてるのですが短時間なのでかろうじて動いています。
このまま使い続けると壊れると思います。
突入電流制限回路を組み込む必要があります。



■自作PC パーツ構成
【マザーボード】 ASRock製 H110M-ITX
【CPUクーラー】 Thermalright AXP-200 Muscle (ファンレスで使用)
【CPU】 Intel製 Celeron G3900
【メモリ】 Crucial製 DDR4-2133 8GBytex2枚 合計16GByte
【SSD】 SanDisk製 Ultra 3D SSD SDSSDH3-250G-J25 250GByte
【電源】 Minibox製 Picopsu-120、ACアダプタ12V65W 秋月GF65I-US1250
【OS】 Microsoft製 Windows10pro x64

■オーディオ機器
【ヘッドホン】 Sony製 MDR-7506改造品
【USB-DAC】 Sony製 PHA-2
【USB-DAC用電源】 自作5V1A電源 (TPS7A4700秋月キット使用)
【USB-DAC用USBケーブル】 Furutech製 GT2 0.6m
【USB-DAC用USBフィルタ】 AudioQuest製 JITTERBUG

■ノイズ対策
ACアダプタのAC入力に自作ノイズフィルタを追加 (構成概略図中Filter1 2018-1-27追記)
PicopsuのDC入力に自作ノイズフィルタを追加 (構成概略図中Filter2 2018-1-27追記)、およびケース・DCジャック間を絶縁
Picopsuより延びる全ケーブルにシールド処理追加 (構成概略図中シールド処理ライン 2018-1-27追記)
SSDに接続するSATAケーブルをシールド品を使用
SSDに接続するSATA電源に自作ノイズフィルタを追加 (構成概略図中Filter4,Filter5 2018-1-27追記)

■ノイズ対策(実験中)
ATX12Vへの12V給電(CPU駆動用の12V)に自作フィルタを入れる実験 (構成概略図中Filter3 2018-1-27追記)

■設定
BIOSの設定項目のLDPL(long duration power limit)へ20を設定します。

(2018-1-27追記)
構成概略図です。

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  1. 好事家さん、コメントありがとうございます。
    非常に簡単な物です。
    単三乾電池にAWG30のテフロン線を50回巻き付けてホットボンドで固めただけです。
    これを空芯コイルとして使いました。
    この程度でも結構見れます。
    ちなみにオシロスコープはUSBでPCに接続する安価な物です。

    byしゅんかん at2018-02-03 13:32

  2. 好事家さん、コメントありがとうございます。
    > DC9~19Vの電源だけで動作するのでsicダイオードを使った非安定化自作電源で使用してました。
    なるほど、トランス出力を整流平滑してマザーボードへ入力するのですね。
    マザーボードにDC-DCコンバーターがあるのでそれで充分なのか~ その方法、良いですね。

    私もASRockのN3150B-ITXやJ4205-ITXを持っています。
    これらよりMSIのH110I-PROの方がUSB-DACからの音が良かったのでMSIのH110I-PROを使っていたのですが、別なマザーボードへ交換しそうな状況となりました。

    byしゅんかん at2018-02-03 16:47

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