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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

ノイズ対策 ~CPU用電源が発生するノイズ その15~

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2018年04月27日

これまでCPU用電源のノイズ対策は以下の通りです。
・ノイズ対策としてローパスフィルタを作成し、試作5を採用した
・ローパスフィルタ回路に使っているコンデンサの突入電流対策としてオンディレイ回路試作3を採用した

ここで以前の日記を振り返ってみます。
自作PC3の記録 ~凶悪なノイズ源の発見 それはCPU~
でこんな事を書いてました。

> 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)

2通りある対策の後者をやっと実現できたと思います。
なので、今度は前者を確認してみたいと思います。



ACアダプタを2台用意します。
1台目はPC用の電源、2台目はCPU駆動用の外部電源です。
PCを電源ONしたら、CPU駆動ONの信号に従って外部電源でCPUを駆動する訳です。
その外部電源スイッチ回路です。

スイッチにはNch-MOSFETを使いました。
これは以前のオンディレイ回路の比較結果を参考にしたからです。
実際にはACアダプタを接続するDCジャックの抵抗が高いので、ここまで低抵抗のMOSFETでなくとも良いと思います。
フォトボルを使ったのは、この基板内では2つの電源を絶縁しておきたかった為です。
マザーボード上で2つの電源のGNDを接続する形にして、この基板を介するグラウンドループを遮断しておきます。

フォトボルを使わない場合は、MOSFETをローサイドでスイッチする方法が採れます。



組んだばかりでエージングしていない状態ですが、USB-DACの音を確認してみました。
試作5との比較です。
高音は少々粗い
音場の広がりはこちらが良い



こちらの対策でも結構いける感じがします。
上述の仮説は正しいのかもしれません…



(2018-04-27 追記)
外部電源スイッチ製作から1日経過。
ハンダ付け箇所のエージングは進んだと思います。
高音の粗さは収まってきています。
ですが、全体的にノイズが一皮被っている感じです。
外部電源化してもノイズ対策は必要だと思います。

この場合のノイズ対策はACアダプタ電源に対して行う事になると思います。
これまで作ってきたローパスフィルタを、こちらの対策にも入れる事になるのでしょう…

その場合、外部電源化は無意味になりそうです。
外部電源化するならノイズの少ないシリーズ電源が必要なのでしょう…

でもCPUを駆動する電源のノイズは、どんな経路でUSB-DACに影響するのでしょうか?
マザーボード上でノイズがUSBに直接入り込む経路があるんでしょうね…
(2018-04-27 追記は以上)



(2018-04-28 追記)
外部電源スイッチ製作から2日経過。
外部電源化のエージングを続行中です。
大きな変化が現れました。
外部電源側のノイズがUSB-DACに乗ってないと感じる程、USB-DACからの音がクリアになっています。
何がどうなってるのか判りません…

マザーボード上で何か変化が起こっている様な気がします。
現在の構成を残しておきます。

【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
【HDD】 WD製3.5inchHDD(SATAケーブルにシールド品を使用)
【OS】 Microsoft製 Windows10pro x64
【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

【LAN-HUB】 AlliedTeresis製AT-GS910/8

【PC側電源】 Minibox製 Picopsu-120、ACアダプタ12V65W 秋月GF65I-US1250
【外部電源】 外部電源スイッチ、ACアダプタ12V65W 秋月GF65I-US1250

【Filter】 Filter1,Filter2,Filter4,Filter5


LAN-HUBのAC100Vは上図とは別のFilter1を経由して更にクランプコアに3重巻き。
PCとの接続は極普通のケーブルを使用してクランプコアに4重巻き。
ただし、リンクは10Mbpsへ落としてます。

PCにマウスやキーボードやモニターを接続しません。
別のPCからリモートデスクトップを使って操作してます。
リモートデスクトップを最小化しておけばLAN上のトラフィックも減るので、PCにノイズが乗る可能性を減らせます。

プレーヤソフトはPlayPcmWinを中心に、その他にWaveFilePlayerやSony製ハイレゾプレーヤソフトを使用してます。
音楽再生時にアップサンプリングを使用しません。
必要ならPlayPcmWinに付属するWWOfflineResamplerを使ってリサンプリングしたファイルを用意してから再生してます。
主にDXD音源から192KHzへ落とす事に使ってます。
CD音源はリッピングしたら無加工で聴いてます。

音楽ファイルはWav形式としてPCのローカルディスクに保存してます。
なので音楽再生時は常にローカルディスクから読み込んでます。
ただし、音楽ファイルの原本はファイルサーバに保管してあり、バックアップ等管理はファイルサーバ上で行ってます。
(2018-04-28 追記は以上)



(2018-04-29 追記)
外部電源スイッチ製作から3日経過。
試作5との比較です。
高音に若干癖がある
音場はとても広い
低音が良く出てる

高音はACアダプタのノイズの影響かな?
音場は1KHz近辺のS/N比が影響するので、外部電源化でそのあたりのノイズが減ったと見えます。
低音は試作5の低音担当のコンデンサの内部抵抗が高いとかそのあたりの影響と思います。
(2018-04-29 追記は以上)



(2018-04-30 追記)
外部電源スイッチ製作から4日経過。
高音の若干の癖は少々減ったと思うものの依然として残っています。
外部電源スイッチの出力側に試作5を接続して試してみました。
不要なのでチョークコイルは短絡させてます。
高音の癖が取れました。 この場合でも試作5は機能している様です。
(2018-04-30 追記は以上)



(2018-05-01 追記)
マザーボードを交換して試してみます。
以下構成変更点です。
【マザーボード】 MSI製 H110I-PRO
【CPU】 Intel製 Celeron G3930
【メモリ】 Panram製 DDR4-2133 8GBytex2枚 合計16GByte
【SSD】 WD製 WD Blue WDS250G1B0A 250GByte
HDDはそのまま使用しています。

ASRock製マザーボード+試作5の環境との比較です。

先ずは外部電源スイッチや試作5は無しです。
高音が強い
ザラツキがあり荒らしい

試作5のみです。
高音はほんの少しシャリつく
音場は同様
低音は同様

外部電源スイッチのみです。
高音はシャリつく
音場は広い
低音は良く出てる

外部電源スイッチ+試作5(チョークコイル無)です。
高音は繊細さが増した感じがするが、音量を上げると聞き疲れする印象
音場は広い
低音は良く出てる
(2018-05-01 追記は以上)



(2018-05-02 追記)
マザーボードを交換して試してみます。
以下ASRock製マザーボードの構成からの変更点です。
【マザーボード】 ASUS製 H110I-PLUS
【CPU】 Intel製 Celeron G3930
【メモリ】 Panram製 DDR4-2133 8GBytex2枚 合計16GByte
【SSD】 Crucial製 MX500 CT250MX500SSD1 250GByte
HDDはそのまま使用しています。

ASRock製マザーボード+試作5の環境との比較です。

先ずは外部電源スイッチや試作5は無しです。
ややザラツキがある

試作5のみです。
高音は同様
音場は同様
低音は同様

外部電源スイッチのみです。
高音は同様
音場は広い
低音は良く出てる

外部電源スイッチ+試作5(チョークコイル無)です。
高音は良い
音場は広い
低音は良く出てる
(2018-05-02 追記は以上)



(2018-05-03 追記)
ASUS製マザーボードの構成で外部電源スイッチ+試作5(チョークコイル無)のまま放置してました。
ASRock製マザーボード+試作5の環境との比較です。
高音はとても良い
音場はとても広い
低音は良く出てる

この組み合わせはとても良いです。
(2018-05-03 追記は以上)



(2018-05-04 追記)
ASUS製マザーボードの構成で外部電源スイッチ+試作5(チョークコイル無)ですが、不満点が出てきました。
時折違和感を感じます。
試作5のチョークコイル有には無かったものです。
今はチョークコイル有で低抵抗化したコンデンサを使ったフィルタを試してます。

今度は試作5のチョークコイルに1000μFx10個のコンデンサアレイを組み合わせたフィルタです。
コンデンサは既に2日ほど電圧をかけてエージングしてました。
基板に組み込んで半日ほどですが、なかなか良い感じです。が、低音や音場の広さをもっと欲しいとも感じます。

今後は1000μFでさらにコンデンサアレイ化を進めるか、それとも10000μFのコンデンサアレイを試すか、悩み中です。
音場の広さを出すにはコンデンサのアレイ化を増す必要があるのですが、低音を出すにはコンデンサの容量が必要です…
(2018-05-04 追記は以上)



一応お約束の一言です。
本記事は個人的な実験の記録です。
機能を保証するものではありません。
また安全も保証できません。
試したい方は自己責任でお願いします。

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  1. ノイズ対策の取組、大変、興味深く拝見しております。大変に参考になります。ありがとうございます。

    コンデンサーの突入電流対策は、大昔、パソコン(マイコン)を組み立てた時に、ドロッパー型の電源を自作した際に、私も悩みました。その時には、2段階に電源が入る鍵型の電源スイッチを入手し、最初の段階で、少し電流を流し、次にフルに接続する、という方法を取りました。

    単なる思いつきなのですが、電池をシリコンダイオード経由でコンデンサーに接続してはどうかな、です。前提は一定の電圧以下の時には回路が電力を消費しない、電流が流れない、で、それであれば、例えば、6Vの電池をダイオード経由で接続すれば常に5V程度の電圧が保たれるので突入電流は軽減されるかな、です。この電圧で、回路に電流が流れるならば、電池は直ぐに空になってしまいますし、コンデンサーの内部インピーダンスが非常に低ければ、電圧差が少なくなっても大きな突謬電流が流れるかも知れないので、意味が無いかもですが。

    突然のコメントで失礼します。

    byKaz@MML at2018-04-27 07:51

  2. Kaz@MMLさん、コメントありがとうございます。
    突入電流は電圧÷コンデンサの内部抵抗で計算できます。
    電解コンデンサなら内部抵抗はおおよそ0.1Ωなので、電圧12Vなら120Aとなります。6Vくらいでも60Aです。
    どちらにしてもとても大きいので、提案の方法はちょっと…

    それと、たいていの電源はOFF時にはコンデンサの電荷を抜く様にしてあるので(でないと電源OFF時にコンデンサに溜まった電荷のおかげでバチッと放電したりするので…)、電源OFF時にコンデンサの電荷を保持する方法は採りづらいと思います。

    > 大昔、パソコン(マイコン)を組み立てた時に
    というともしかしてTK80世代?
    世の中凄いもので、今もTK80互換機を作り続けてる会社があります。
    中日電工という会社です。
    その昔、トランジスタ技術の広告ページでよく見かけました。
    今も作ってるんですね。
    恐ろしい事にTTLだけで8080互換CPUを作ってキット販売してるという…
    これ、結構欲しいです…

    byしゅんかん at2018-04-27 19:27

  3. お返事、ありがとうございます。

    内部抵抗0.1オームでは突入電流はやはり相当なものになりますね。(先の書き込み、誤字、ご容赦下さい)

    はい、TK-80に、拡張メモリやR-2Rの自作DACを接続してアナログシンセ Roland System-700で自動演奏をしておりました。30年以上前、YMO以前の話です。

    別に自作もしましたが、確か電源の電解コンデンサーを数千マイクロファラッドの物をジャンク屋で入手し、突入電流対策を致しました。

    「中日電工」情報ありがとうございます。下記でしょうか。
    http://userweb.alles.or.jp/chunichidenko/
    PC-98を扱っている会社もあるそうですね。
    手許にZ-80 CPUやTTLもありますが、ずっとこのままだろうなぁ、です。

    お取組、また、拝見、参考にさせて頂きます。ありがとうございます。

    byKaz@MML at2018-04-29 09:58

  4. Kaz@MMLさん、コメントありがとうございます。
    > 「中日電工」情報ありがとうございます。下記でしょうか。
    はい、そこです。

    > お取組、また、拝見、参考にさせて頂きます。
    試行錯誤ばかりの私の日記ですが、なるべく情報を残す様にします。

    byしゅんかん at2018-04-29 19:09

  5. はい、ありがとうございます。宜しくお願い致します。

    ところで、自分の書き込んだ日記にレスが付くとメールが来ますが、他の方の日記にレスして、その後、別のレスが付いても、特に連絡は無いのですね。時々、アクセスする必要がある、でしょうか。FaceBookのように知らせてくれたら便利ですね。
    関係の無いコメントで失礼します。

    byKaz@MML at2018-04-29 23:32

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