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日記

ノイズカットトランスの唸りと高調波(家庭オーディオではあまり関係ない)

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2021年03月06日

拙宅の電研精機研究所の<<ノイズカットトランス TM>>

お気に入りのパワーアンプを接続すると「んーーーーー」と唸ります。
時間帯にもよりますが、接続していなくて「nーー」。

これがプロケーブルでお馴染みのThomann S-75MK2だと
負荷に何も接続していない状態と殆ど変わらない感じです。
こいつだと「んーーーーー」とは唸りません。
※全開運転かけたら別でしょうが

やはり、消費電力がそれなりにあるとトランスは唸るようです。
これが結論なのですが脇道の話で高調波の話を少し。

ご存知のように、世間のパワーアンプやクリーン電源は
電源の50Hzや60Hzの波形の頭だけを食べます。
波形の頭の部分でコンデンサーを充電するからです。
ほとんどの時間、アンプやクリーン電源の内部とコンセントなど外部電源配線は繋がっていない状態です。
自分で実験してもみても良いですが、LT-Spiceという回路シミュレータ?でその波形を観ることも可能です。↓は1年くらい前に自分がやってみたときの波形です。
緑色の波形、ちょこんちょこんと、針のように立っているのが電流波形です。


こういった、商用電源の正弦波とはかけ離れた電流が、
もしかしてトランスの唸りの原因の一つになっているのではないか?
そう思っていたのですがあまり関係ありませんでした。

こういった、電源波形の一部だけを「つまみ喰い」する利用方法は
電源波形を歪めてしまうので、電気の利用量の大きな電力顧客は
それを小さくするように求められます。高調波規制という奴です。

一般にアンプの電源といえば、
大きなトランスと大きなコンデンサー、それに特別な?ダイオードで
瞬時に大電流が流れれば流れる程良いとされそうな業界の雰囲気があります。
しかし、瞬時に流れる大電流・・・
しかも間欠的に流れる大電流はノイズ以外の何者でもありません。
しかし音楽はそういうものなので・・・それに追随するにはそういうフットワークの軽さも必要で、ここにトレードオフの関係が成り立ちそうです。
さて、実際のオーディオアンプではどんな工夫があるでしょう?
いいえ、工夫されているケースは多くありません。
その中から2つの少ない例をご紹介します。


■■■■■■■■①電源部にチョーク■■■■■■■■
真空管アンプを作成された方ならご存知ですね。チョークです。
↓こちらはサンバレーの真空管アンプJB300Bで、手前側の小振りな黒い四角いケースの中にチョークが隠れています。

電源回路の例(チョークの左右にブロックコンデンサー、π型フィルターを形成)

最近ですと、Technicsのハイエンドパワーアンプ「SE-R1」が
電源回路に大きなチョークを投入していました。
https://panasonic.jp/catalog/ctlg/r1/r1.pdf

チョークコイルは、電流が流れるときはエネルギーを蓄え、
電流が流れなくなるとエネルギーを放出するように働き、
常に一定の電流を流そうとするそうです。
車でいえばまるで「フライホイール」的な役割ですね。
これにより、鋭い針のような電流を防ぐことができて、
一次側の電気を汚すことが殆どありません。
逆にいえば、古風なパワーアンプや古風なクリーン電源は
一次側に鋭い電流を要求して、実際にそれが流れれば、
高調波電流を外部に撒き散らしているとも言えなくもありまあせん。
※電研精機研究所の<<ノイズカットトランス TM>>からパワーアンプや古風なクリーン電源に電力を供給すれば、鋭い針のような電流はノイズとして妨害されることになると思います。電流がまろやかに?なって?高調波を抑制するかもしれません。


■■■■■■■■②電源部に PFC■■■■■■■■
消費する電流が、できるだけ供給される正弦波とおなじ形になるように
工夫されたものです。これはパソコンで最初に?広く普及しました。
力率が良くなる感じで電力効率が求められる近年の状況からそうなったものと思っています。パソコンの電源で、SilverとかGoldとか書いているのは効率が良いものを指すようです。(※それらは電源の性能を示すのではない)
拙宅のメインパソコンの電源はNipronです。

Nipronのホームページの電源辞典より図を2つ転載します。
https://www.nipron.co.jp/product_info/technical_dictionary/2_3.htm

実は DELA の フラッグシップ機「N1Z」は 2014年02月の発売以来から電源ユニットにNipron(ニプロン)の電源ユニットを採用してきた事はあまり知られていないかもです。PFCには、電源波形を歪めないメリットがあります。(2021/03/06追記:DELAのN1Zが採用するNipronの電源OZ-030シリーズは、PFC搭載ではありませんでした。30Wと小さければ不要だということでしょう。)
新鋭のオーディオメーカーでは、アンプにこういったPFCを搭載するものもあります。効率の悪いときの針のように急激に立ち上がる大電流を流す必要がないので、筐体も小さくできるメリットがあります。



●N1Zの電源部(2021/03/06追記:N1Zで採用されたNipron電源にはPFCは搭載されていません。30Wタイプで負荷が軽いからだと思われます。電源波形を歪めるほどの負荷電流は流れないからかな?)
https://ameblo.jp/nightwish-daisuki/entry-12493257963.html

●AUDIO BRAINS
https://audiobrains.com/brand/powersoft/technologies/pfc.html

●Jeff Rowland Model10でPFC搭載
https://audio-heritage.jp/JEFFROWLAND/amp/model10.html
オーディオの足跡さんから一部引用 ここから
-----------------------------------------------
電源部には軍用機器や医療機器に採用されている最高グレードのPFC(パファー・ファクター・コレクション)機能付き第二世代超高速スイッチング電源を採用しています。
PFCモジュールはマイクロプロセッサーコントロールによって電源への入力電流を電圧と同相で取り入れます。そして、電源の電流波形を完全なサイン波に構築し、パワーファクターはほぼ100%に保持し、機器内部及びACラインに電源周波数の高調波成分を出さないクリーン電源となっています。
-----------------------------------------------
オーディオの足跡さんから一部引用 ここまで

●Chord社のPFCは独自設計のSMPS
https://www.chordelectronics.jp/technology/
Chord社のホームページから一部引用 ここから
***************************************************
技術革新のひとつとして、設立より一貫して取り組んでいるのがCHORD独自設計のスイッチング電源(SMPS)です。
オーディオアンプの設計において電源部が非常に重要なパートであることはどんなエンジニアでも認識しています。
ところが、オーディオの世界ではスイッチング電源は高周波ノイズが発生しオーディオ的に好ましくないとする固定概念が払拭されていません。
しかし、CHORDのSMPSは、一般にイメージされるスイッチング電源とは一線を画す設計内容を持っています。
低ノイズ性/高効率/小型大出力が求められる航空機エンジン用電源開発を手がけていたジョン・フランクスは、
周波数ホッピイング・テクニックという技術を採用することで、スイッチング電源をオーディオに最適化。高周波ノイズを低減したオーディオ回路の駆動に最適な電源部を具現化しました。
プロフェッショナル録音スタジオやホールなどに数多く導入されていることからわかるように、CHORDのアンプリファイヤ設計技術は信頼性と高効率、そして何よりニュートラルでありながら力強いサウンドを特長とし、その源となっているのがCHORDの電源技術なのです。
***************************************************
Chord社のホームページから一部引用 ここまで




2つ・・・と書いていましたがオマケ
これは失敗?例です
■■■■■■■■③外部に リアクトル■■■■■■■■


小型の「ACリアクトル」を取り寄せてみました。
業界が少し違いますが真空管アンプのチョークは「DCリアクトル」とも言えます。
ACリアクトルは、商用電源に入れるチョークみたいなものです。
もしかして・・・これを使うと
パワーアンプを<<ノイズカットトランス TM>>に接続したときの唸りを軽減できるかなと甘い期待を抱いていたのですが、ほとんど変わりませんでした。
パワーアンプにダミーロードを接続して全開運転すれば「んーーーーーー」と<<ノイズカットトランス TM>>は唸ります。ACリアクトルをパワーアンプと<<ノイズカットトランス TM>>の間に挿入しても、ACリアクトルをコンセントと<<ノイズカットトランス TM>>との間に挿入しても、劇的な変化はありませんでした。やっぱり負荷がかかればトランスは唸ります。

ヘイシン モーノポンプのホームページ
【B-3d】インバーターの基礎知識(Ⅳ)
http://www.mohno-pump.co.jp/learning/manabiya/b3d.html
北川電機 リアクトル(ACリアクトル/DCリアクトル/高周波リアクトル/三相リアクトル)
https://www.kitagawa-denki.co.jp/products/reactor/
EV・PHV向けリアクトル、古河機械金属が開発・納入開始
https://response.jp/article/2010/01/18/134948.html
一部引用 ここから
====================================================
リアクトルは、コイルの一種で、高調波電流の阻止、直流電流の平滑、直流電圧の昇圧などの役割を担っている。従来リアクトルのコア材に使われてきた電磁鋼板は、リアクトルとしての特性を出すため、コアにギャップを設ける必要があった。今回開発したアモルファスダストコアはギャップが不要なため、小型・低コスト・低騒音化が図れ、PHVやEVなどのパワーコンディショナー、省エネ家電のインバーター向けのリアクトルなどの引き合いが増えている。
====================================================
ここまで
東芝シュネデール・インバータ株式会社のホームページより
DCリアクトルの効果
http://www.inverter.co.jp/product/inv/vfas1/feature/idx_04.htm

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  1. nightwish_daisuさん

    おはようございます。
    トランスの唸りと高調波の大小はあまり関係ないのですね。
    ただ、2次側に何も負荷がないときでも、家庭内のオーデォオ以外の機器が動作するとトランスが唸ることがあります。
    なんでだろう???

    アンプの整流では電流波形が立っていて酷いですね。
    特にパワーアンプは専用のノイズカットトランスから電力供給したほうが良いのかなぁ~?
    カスケードの仕方を見直してみようと思います。

    byLocomo66 at2021-03-06 06:41

  2. Locomo66さん おはようございます

    取り寄せましたACリアクトルは<<ノイズカットトランス TM>>の唸り低減の役には立たなかったので、「あんまり」関係がないのかな・・・とのタイトルになりました。本当のところは分かりません(^^;

    2次側に何も負荷を接続しなくても唸るケース。

    【例1】
    ベルイマン邸では電気ヒーターを使うと<<ノイズカットトランス TM>>と出水電器アイソレーショントランス2台の系3台が激しく唸るそうです。こういうのは恐らく「DC重畳」原因で、半波整流とかお行儀の悪いサイリスタを使用している電気機器が原因です。音の大小はともかくとして、宅内の電源トランスの全てが唸っているでしょう。この振動(唸り)は物理的に基板などに伝わり、音質に悪影響を与えて好ましくない状況です。この振動が水晶振動子やセラミックコンデンサーに伝わればクロック系に多大な影響が出そうですし、とにかく振動は精密なオーディオ機器には害悪です。
    脅すような事を書きましたが、<<ノイズカットトランス TM>>を噛ませれば「DC重畳」が原因の唸り音は解決できます。トランスは直流を伝送できないからなので、この場合は普通のアイソレーショントランスでも「DC重畳」が原因の唸り音は解決できます。

    【例2】
    ED邸では誰かがトイレに入るとオーディオルームの絶縁トランスが激しく唸るそうです。(ベルウッドさんのレス:https://community.phileweb.com/mypage/entry/3344/20190505/62400/)
    これも恐らく便座ヒーターか温水ヒーターなどによる「DC重畳」が原因と考えられます。


    【例3】
    グルマン邸ではトイレのウォッシュレットに電研精機研究所の<<ノイズカットトランス TM>> 1kVAを投入しているそうです。問題のある電化製品に<<ノイズカットトランス TM>>を使用するのは賢い選択です。「DC重畳」に類する問題であった場合、これをすることで 『宅内の全ての電源トランス』 の唸り・振動を低減することが可能だからです。にらさんのレポートによれば、グルマン邸ではトイレだけではなく冷蔵庫や洗濯機などにも<<ノイズカットトランス TM>>の1kVAを使用しているとのことです。
    https://community.phileweb.com/mypage/entry/3344/20190505/62400/

    bynightwish_daisu at2021-03-06 10:16

  3. <<ノイズカットトランス>>の唸りですが、現象面で捉えると下記となります。

    唸りの増減
    1、負荷の大きいとき
    2、無負荷でも時間帯で唸りが増減する

    唸り音の成分
    ・50Hz(交流周波数)を基音とした倍音(高調波)
    ・2KHzをピークとした分布音

    以上から、トランスの唸りは、下記かなと感じています。
    1)トランス本体の伸縮による発音
    2)外来ノイズをエネルギー置換するときの発音

    byヒジヤン at2021-03-06 10:33

  4. nightwish_daisuさん

    例に上げていただいた皆様の事象や対策を拝見していると、やはり究極はバッテリー駆動なのですかね。
    そうなってくると経済的に余裕のない庶民としては、ノイズカットCVCFの存在がますます大きくなってきます。

    byLocomo66 at2021-03-06 11:10

  5. 拙宅でもパワーアンプ用に200→100Vダウントランスを専用で使っていますが、負荷を掛けていない時でも時間帯により、唸りを生じています。シンサレートを内側に貼った防音箱を作りましたが不十分です。
    バッテリー電源の方はソース側とプリアンプに計2台使っていますがこれら消費電力の小さいものでは唸りは生じていません。
    昨日まで開催していたスマートグリッドEXPOのホンダブースで1.3kWh以上の大容量のバッテリー電源を公開していましたが、これが商品化されたらパワーアンプにも使えそうなので期待しています。

    https://www.honda.co.jp/news/2021/c210302.html

    byもろこし at2021-03-06 13:28

  6. ヒジヤンさん レスありがとうございます

    コアの収縮によるものは物理現象なのでどうしようもないですが、2kHzというのは何とかなりそうですね(^^
    耳の感度の良い辺りの周波数ですが低周波と違って箱に入れたら聞こえなくなりそうです。

    bynightwish_daisu at2021-03-06 13:54

  7. Locomo66さん レスありがとうございます

    いきなりバッテリー、ノイズカットCVCFに行くよりも
    <<ノイズカットトランス TM>>を隣の別室かオーディオルームの床下に移動設置する方がハードルが低そうです。

    床下に配置する場合には、大雨などによる浸水時に漏電ブレーカーが働くようにするために1次側のコンセント(LとN)を<<ノイズカットトランス>>の近傍かそれより下の位置に転がしておくことをお忘れなく・・・。浸水したときに必ずL極から大地に電気が漏電するようにしておくわけです。
    病院なんかでは万が一の絶縁不良で人が感電しないようにだとか、1台の機器の故障ごときで主幹ブレーカーが落ちてもらっては困るので?電源からLANに至るまで絶縁することが強く求められていますが、一般家庭では何かあったら漏電ブレーカーが落ちるようにしておくと万が一のとき安心です。

    bynightwish_daisu at2021-03-06 14:03

  8. もろこしさん レスありがとうございます

    200→100Vのダウンでパワーアンプにお使いとの事。
    参考になります。私も同じく負荷をかけていない時も唸ることがあります。お気に入りのパワーアンプの電源を入れたら即座に唸り始めますが・・・「唸り音」と「出音の良さ」を天秤にかけると「出音の良さ」を選択してしまいますね。

    大容量バッテリーからインバーター正弦波生成ですが・・・
    HONDAの蓄電機「LiB-AID E500 for Music」はイマイチ奮いません。もう20年以上前になりますが、同じようにインバーターで正弦波を生成というのを実験してみたところインバーターが「キーーン」と音を立てて、オーディオへの適用は失敗。音質もスカスカでダメダメでした。

    身の回りではインバーターの動作音は電車で聞けるようです。発車時の「いーーーーーーーーん」という音です。あ、プリウスとか電気で発進する車、そんな音していたかも?
    https://trafficnews.jp/post/81613

    究極は、正弦波を作る→整流するという無駄を廃して、アンプから電源トランスを撤去してしまい、バッテリーの直流を直接内部に供給することでしょう。それはもはやオーディオの姿をしていないかもしれません。
    ただ、スマートフォンとかは交流を使わない直流の直接利用なので先端を行っているといえば言えますです。旧日本軍の潜水艦は鉛蓄電池的なバッテリー(大きな水槽)でしたし、近年の自衛隊も「おうりゅう」にみられるようにリチウムイオン電池を搭載するなどバッテリーはいつの時代も大活躍・・・と、だいぶ脱線したのでここまで。

    bynightwish_daisu at2021-03-06 14:22

  9. nightwish_daisuさん

    友人のもの含め、5種類ほど聴いたことがありますが、最近のバッテリー電源のインバーターはキーーンとした音は全くしないようです。

    音質はそれぞれ違いがあって、JackeryとホンダE500はスカスカになることもなく、逆に力感も出て良かったです。

    以前の実験に懲りず、最近のものを一度試されたら面白いと思いますよ。E500のレンタルも検索するとあるようです。
    ただ、パワーアンプには容量不足で唸りも出るようです。

    byもろこし at2021-03-06 18:42

  10. もろこしさん 再レスありがとうございます

    キーーン音。
    この四半世紀でかなりコンシューマーユースに落ちてくる技術が進歩したのだと思います。

    現状、上流は電研精機で満足していまして、残るはパワーアンプなのでした。パワーにE500では容量不足ですし何年持つか分からないバッテリーパック式?の電源に大金は投入出来ず、、、。バッテリーパックとしての鉛蓄電池は安価ですが水素ガスが出て屋内使用はNGですし、色々と悩ましいです(^-^;)

    bynightwish_daisu at2021-03-06 19:05

  11. nightwish_daisuさん、こんばんは。

    拙宅のパワーアンプも電源投入と同時にブーンと唸りが始まり、どう対処すれば良いか悩んでいたところだったので、非常に興味深く読ませて頂きました。 私の知識レベルだと、記載内容を多少でも理解するまでにはあと5回は読まなければですが(笑)

    最近の皆様のノイズカットトランス関連の施策による音質面の向上については個人的に未だ手を出すタイミングに至っていないですが、本件の如く周辺で色々と面白い話題があり、非常に参考になります。

    何の情報貢献にもならないレス、失礼しました。

    byJoe Frazier at2021-03-06 20:48

  12. Joe Frazierさん レスありがとうございます

    ノイズカットトランスならまだしも、パワーアンプの電源トランスが唸るのは死活問題ですね。昔、パワーアンプの整流ダイオードの一部が壊れて半波整流になっていた事がありました。電解コンデンサーの増やし過ぎによるラッシュカレントでダイオードが飛んだものと、、、。
    パワーアンプ自身が犯人でなくとも、部屋の中あるいは外、あるいはご近所さんに問題の電化製品が在るのかもしれません。解決出来るといいですね(^_^)ゞ

    bynightwish_daisu at2021-03-06 22:39

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