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 クリーン電源 SILENT CLEAN SUPPLY
  SPS−2130開発ストーリー(中編)

4.容量全体をアイソレーション仕様にしない理由

2011年の11月〜12月にかけて、トランス・フィルターの単独及び組合せで残留ノイズ測定と視聴を繰り返し実施しました。(右のデーターが4回のテスト結果)そこで実際にパワーアンプ・プリメインアンプにアイソレーショントランスを使った実例を紹介します。
@パワーアンプ LUXMAN M-05の場合
このアンプは年代のわりには1段増幅アンプという構造のためか、非常にSNが良いアンプで純A級105Wは数字では言えない200W級以上の力強さを持っている感じだが耳で聞いても残留ノイズはきわめて低い。
左右独立電源で本体から電源コードが2本出ていますが、コンセントの正相・逆相共にミリバル計で全く同じ値を示します。(ちなみに実験の10日前に約10万かけてメーカーメンテ済なので状態は良好と判断)
11月のテストでこのアンプの残留ノイズをミリバル計で測定した結果、壁コンセントで13mvなのに対してアイソレーショントランスを通すと7mvと大巾に数値が減少しました。
Aプリメインアンプ ONKYO A-820GTRの場合
AUX入力では殆ど壁コンセントとトランス接続と殆ど誤差の範囲しか差が確認できず、PHONO入力に何もつながない状態では不安定で測定不能、安定させるため1.5mのピンコードのみを接続して計測しました。
コンセントの正相・逆相でかなりの違いがありますがが、壁コンセントで正相時に8mv・逆相時に16mvなのに対して、アイソレーショントランスを通すと、正相時が6.5mv・逆相時が13mvと残留ノイズはトランスでかなり減少します。
残留ノイズ対策としてはもちろん良い結果であることは確かなのですが・・・

データーシート   データーシート


データーシート   データーシート

視聴で私が感じたアイソレーショントランスの特徴

パーツ選定をする中で、大容量タイプの絶縁トランスを経由してパワーアンプを駆動してみて感じた事があるのです。
特にラックスマンA級の場合、ストイックなまでに各楽器の立ち上がり音を強烈に再現し、例えばスネアドラムの衝撃音などはボーカルの入った楽曲を聴く場合には定位のまとまり感や、音質バランスを取るため入力側の機器(プリやCD等)との相性、スピーカー内部定在波の微調整など、結構考えながらシステムを構築する必要があります。
しかしアイソレーションを通った電源で駆動した場合、このストイックな立ち上がり感は少しマイルドになる感じがするのは確かです。
あくまで個人的な主観なのですが、それは決して悪い感じではなく別な言い方をすれば「品が出る・落ち着きが出る」とも表現もできます。
しかし私自身、一時期「モニター派」指向の時がありモニタースピーカーを200W級の大出力アンプで駆動していた感触から、もし当時聞いていたらこの感じは受け入れられなかったはずです。(あくまで想像ですが絶縁されている分、急激な電流の変化に若干のタイムラグが生ずるのかもしれません)
やはりマニアの中にはモニター派・原音再生派の方も多く存在するわけで「クリーン電源」はあくまでオーディオ機器の中では「脇役」であって、アンプの音色を変えてしまってはならないと私自身は考えています。

但しもっと大容量の2K・3KWクラスの絶縁トランスを使用すれば、立ち上がり感が損なわれない可能性もありますが残念ながら検証できません。
ただ一つ言えることは、先述したコモンループノイズの解消から言っても、音の入り口側と出口側機器でワントランスというのは出来れば構造上避けたい。
そうなると2経路の絶縁トランス内蔵で、その一方は大容量というスタイルになり金額的にも、また機器の大きさや重量も必然的に大きくなります。
もちろんある程度の価格になっても、そんなダブルトランス型のアイソレーションを使った機器を、要望があれば作れますが今やる必要はないかと妥協しているところです。

またパワーアンプの視聴では、ノイズフィルターと磁気回路のみで視聴するかぎりにおいては立ち上がり感やアンプの特色変化は個人的にはほとんど差を感じません。クリーン電源を作っておいて矛盾した話なのかもしれませんが、人的には「ハイエンド機使用」という前提の上では音の出口側、特にパワーアンプ電源の使用においてはクリーン電源を通した音と、通常の壁コンセント直に直接つないだ状態を聞き比べて、差を感じなければそのまま本機の出口側コンセントをご使用いただくのが機器にとってはもちろんベストですし残留雑音も確実に減少します。
この後に、開発ストーリー後編でふれたいと思いますが、実はあるクリーン電源と実機で比較します。
結果的には総合力で当社製品が良いと感じるのですが、その差は明らかにパワーアンプ用電源として本機の出口側1300VAを使うことにより残留ノイズが軽減される分耳でも感じますし、測定でも結果が出ています。
今までこの製品開発の経緯を説明した通り、通常ポップノイズやその他のノイズがパワーアンプに直接侵入して雑音になっている場合もありますので、出口側コンセントの利用がベストだと判断します。話が道にそれてしまいましたが、オールアイソレーションにしない理由は視聴による差を感じたからですが、実際にパワーアンプ自体の残留ノイズに対してノイズフィルターのみでも大きな役割を果たしてくれることも実験により検証済みです。
それではここで、絶縁トランス無しのノイズフィルター単体でパワーアンプも単体で稼働させた時の残留ノイズ試験結果を一つの検証として紹介しておきます。

2011年11月18日ノイズフィルター単独試験
・パワー:LUXMAN M−05単体 ・ダイレクト入力(左チャンネル単独) ・測定器:リーダー電子LMV-186A ・ノイズ源:ダイヘンパルス溶接機
・事務所内別のコンセントに接続 ※ノイズフィルターはマグネットやバリスタ接続を外して、フィルター単体を通過した状態を測定
・試験時昼休暇でノイズが少ないため溶接機を同一コンセントに入れノイズ源とした特性も計測。(高周波発生時ではなく電源ON時のノイズ)
・基本:アークテック事務所内商用コンセント 電圧104V ・単位:mv(パワーアンプSP端子出力にて)
壁コンセントに試験体のみ 同一コンセントに溶接機接続ON時
電源状態 正相 逆相 正相 逆相
壁コンセント 8.8 8.8 9.1 9.1
フィルター経由 2.7 2.7 3.2 3.2

リストM結果、パワーアンプ単体の残留ノイズは本製品の出口側コンセントを使用すると約1/3になる!

本試験で分かったことは、ノイズフィルターはアンプの残留ノイズ低減に大きな効果があるという点です。
学者じゃありませんのであくまで予想ですが、この溶接機について詳しく述べるとアーク発生前の高周波ノイズは大変強烈なものでCDPを誤動作させるほどひどいのですが、単に電源ON状態でも残留ノイズがアップするのは、単純に大型冷却ファンが回っているモーターノイズとは考えにくいのです。実際ヘアドライヤーや旧式掃除機を同一コンセントに差して100V電源をアナライザーで見ると、5000・8000Hzあたりに2本の大きなノイズを確認できます。この特徴はモーターのブラシ部分のスパークが出していると感じるのですが、スピーカーから聞こえることもミリバル計で電圧が変動することもありません。
溶接機自体がインバーター電源方式を採用していることから発生していると考えられるのですが、それに対しフィルターは一定の効果ありと判断します。ノイズフィルターと独自の磁気回路にて、通常のポップノイズ解消や残留雑音の低減は原点のM-4000Aで解決済みであり、本製品のコストも考慮しながら入り口側200VA・出口側1300VAというスペックを決定したということになります。

5.ノイズ対策の盲点

実は商用100V自体のアナライザー特性の見るということは、普段あまり経験することがない体験でした。
本来最新の-100db位まで測定可能な感度の良いアナライザーがあれば、さらに色んな特性が見えるのですが零細企業に余裕はありません(笑)
しかし当社の大昔のアナライザーでも色んなノイズ源を見ることにより、おぼろげながら電源ノイズという正体に少しは肉薄できた実感もあります。
ここではノイズの種類とその特性をアナライザーの画像(と言っても古くてデーター出力機能は無いのでモニター画面を撮影)にてご紹介します。
実際には電圧100Vを直接計れる機械では無く、インプットを100V→5V程に下げていますが周波数特性自体には大きな差は無いはずです。
ここでは周波数帯域のレンジを、オーディオ特性でおなじみの可聴帯域0〜20KHzに設定。(−70db以下はこの測定器自体のノイズです)
@事務所の通常の壁コンセント特性 A古い掃除機のモーターノイズの分布
通常の空特性 モーターノイズ特性
ピーク周波数50Hzとあるように左の山は電源そのものの周波数50Hz 掃除機のスイッチを入れると5000と8000Hzの部分にノイズが見える
アンプ等の電源部分はこれらの特性をもったAC電源をいわば「料理」をして、音を増幅する各回路に適切に供給していることになりますが、確かにその大元の電気成分に小さな音楽ソースが乗っかって、これをクローン方式で増幅を繰り返し、最後はスピーカー端子から出力し、そしてスピーカーはその信号を振動に変えることで音楽を聴くことが出来るのですから、この電気がが料理前に「キレイ」であることはかなり重要な要素だと確信しています。
しかし先述した通り、このモーターノイズ等がそのままサウンドに影響することは耳では確認できず、残留ノイズの電圧が上がるわけでもないほど高級アンプというものは「実に良くできている」と感心してしまうのですが、この時電源の波形は綺麗な正弦波では無いのにサウンドに影響が無いように補正していると解釈できるのです。
次に、例の強烈な溶接機のアーク発生時に出る「高周波」のスペクトラムを紹介しますが、これは耳でもひどい雑音に聞こえるし、可聴帯域をはるかに超える100KHzまで全体に発生しています。(このアナライザーの限界が100kであって本来さらに上まで出ているはずです)これを本製品で全てカットできればもちろん最高ですがそんなに甘いシロモノではない、しかし製品の200VA側ではかなり減衰させているのは事実です。
B溶接機と同一コンセントのままの特性 Cクリーン電源の200VA側を経由した特性
高周波ノイズ特性 高周波ノイズ減衰特性
グラフ表示では一見するとほとんど大差は無い様に見えるのであまり使いたくない画像ですが、ピーク部分の数字を注目して見ていただくと-32.9db-49.8dbに減衰しているのが確認できると思います。
ここでちょっと角度を変えた見方をしてみると、電源中の可聴帯域ノイズ音楽を聴く際の可聴帯域ノイズと完全に「正比例」するかどうかという点について考えると、個人的には答えは「ノー」だと感じています。
いかにも素人的な表現かもしれませんが、そもそも定格電源周波数自体も可聴帯域であり、この帯域のノイズや前編で紹介した波形の乱れについては、オーディオ機器にとっては「得意分野」なのではないでしょうか。それはノイズフィルターでもハイカット周波数が低く、より可聴帯域も含まれる特性をもった機種が効果ありかと最初は想定していましたが、実験では逆の結果です。
つまり相当高い周波数帯までノイズが有るときが逆に「不得意分野」であって、それを補正しきれずに誤作動もする・・・そんな仮説が成り立ちます。

※これは余談ですが、溶接機の高周波実験を繰り返した事でCDPが誤動作し電源が落ちた事を説明しましたが、後日本当に調子が悪くなってしまったのです。元々年代的にはCD−Rに対応していない訳なのですが、実験前は殆ど難なく再生していたのがINDEX自体しなくなるソースが続出し、中には通常の音楽CDも音飛びや歪みが発生する始末。当時価格40万もする機器を実験で壊してしまったと最初は諦めましたが、個人的にYAMAHA製CDPは何台も使った経験がありメンテナンスを試みました。結果から言うとレーザー出力を若干下げて、トラフィックバランスを精密ドライバーでかなりの微調整を繰り返しながら丸1日かけてなんとか回復しました。同じ実験を真似する人はいないと思いますが、高周波の影響は音響機器にとって致命傷になる場合があります。

6.ノイズを何かに変えてしまう新発想

巷の新しい発想技術に学ぶ
話しはそれますが、私も地域的に3年間で2度の震災に見舞われ特に中越沖地震の際は事務所が全壊してしまいました。
その前の中越地震の直後と記憶していますがテレビを見ていたら、建設業の技術でクロスした金属製の支柱が、中心部分において「地震の震動を熱に変えて吸収する」というのを見た覚えがあり、当時「へぇー」と思ったものでした。
実はオーディオの世界でもコンセントに差しておくだけで、ノイズを光に変えて打ち消すという商品が存在します。
実は私の大先輩が大のオーディオマニアで、パワーはマッキン球、プリはマランツ球、スピーカーはアルテック、ソースはDACオーディオという羨ましい環境で楽しんでおられ、私も最近お邪魔して聞かせていただいたのですが、実はこの「光に変える」という機器を実際に使っておられました。
真空管ならではのノイズは結構大きなものですが、私が「この機械で何か聞こえるノイズに変化はありましたか」との質問に、
※これはあくまでもその先輩の個人的な感想であることを前置きしておきますが・・・
「ノイズの減少という実感は無いが、これをコンセントに差していると低音が引き締まるので助かっていてそのまま使っている」との回答でした。

それはともあれ、実はこの1年、アナライザーやオシロスコープではなかなか分かりにくいスイッチングノイズなども何かに変換出来ないかという発想から色んな実験を繰り返してみて、生まれたのが当社独自のHIGH POWERMAGNETCIRCUIT(磁気回路)なのです。
元々水処理において使っている多極式磁場の応用を電気で取り入れてみたのです。(H19年に「多極式磁場を利用した水処理装置」で特許取得)
水の場合は一定方向に流れる水に対してスパイラル状に60度づつ角度を変えながら磁気ユニットが何度も水に影響を与えるという構造でした。
しかし音響製品となると大きさにも自ずと限度がありますので、最終的には小さな平行スペースに6回の磁気処理をする空間に「ツイストペアケーブル」によりスパイラル状に角度が変化するのと同じ構造になるのではないかと考えたのです。
何の変化もない時期
このユニットの開発は、とにかくカットアンドトライの連続でした。
磁気回路自体はある意味私にとって「得意分野」ですので、ネオジウムマグネットの配置や磁性体ステンレス鋼を使ったヨーク回路の設計、精密に隙間を保つステンレスカラー、将来的に落雷や漏電試験に耐えるためにカバーやマグネットとツイスト線を絶縁するシリコンパッキングなど、トップページで紹介した通り気がついてみたらその部品点数は43点にも増えていました。
しかし電線に対して効率よく磁力を印加する仕組みは容易に作れても、実際に「交流電源ノイズに反応」するという保証など全く無かった訳です。
平行線からツイスト線、配置や距離など色々とやってみても、全く変化がない時期は続きました。
直流ならとっくに反応しているはずなのだが・・・と無駄な開発のように思えていた矢向に突然その変化は訪れました。(笑)

トップページで少し触れましたが、ツイストペアケーブルを捜していたある日にベルデン9497を思いつきました。実際私はこれをスピーカーケーブルに使用したことはありませんでしたが、仕様をみると本製品のスペックで十分な定格を満たしていることを知りました。(現在はスピーカーにも使用しています)
早速手に入れてみましたが、非常に固いしっかりとした練り具合で何か反応がおきることを期待しながら色んな実験を試みました。
変化のあった分岐点は実は単純な発想からで、下の画像で円盤状金属の中心をまるでΩ記号の様に線が迂回するのですが、今までは交流ですからあまり電流が流れる方向性には注目していませんでした。
ある日ふと、対面通行の道路の様に向かい合って電流が流れたらどうなるかと結線してみたところ反応が出始めたのです。
反応がでれば、後はマグネットの位置や極性などを変えてみることで一番変化する様に改造すれば良く一気にそのカタチが決まっていきました。
※ここではあまり具体的に構造を公開しませんがその点はご了承ください。

このユニット自体が鳴っている
もちろんスピーカーの様に鳴るのではなく、ユニットに耳を当てるとノイズに反応していることが手に取るように分かります。色んな電化製品をこのユニット単独で経由して音を確認すると実に面白いのです。(不思議にも通常のモーターノイズには反応せずスイッチングノイズに対して強く反応するのが特色)
これは全く違う意味ですが、色んなトランスを試験しているときに一つ実感したことがあるのですが、よく「電圧変動が大きい環境で聞いているとアンプの電源部分が唸る」という話しがありますが、実はアイソレーショントランスも、時々「ビーン」と一瞬唸るときがあるんです。急な電圧変動かノイズにより何らかの負荷がかかっている瞬間なのでしょう。しかしこれから紹介するスイッチングノイズに反応はしません。それらのノイズに対してこのユニットは確実に反応します。
これは全く私的な考えですが、むしろ音響製品ではなくスイッチングノイズを発生する機器(時々使うようなノイズ対策されてない家電)にこのユニットが組み込まれていれば、オーディオに影響を与えることが少なくなるのではないか・・・などと妄想したりしています。
@パソコンの例
私が日常使っているデスクトップパソコンは4年ほど前から使っていて有る程度のスペックですが、このPCの電源に入れてみても全く無反応ですが以前サーバー用に使っていた年代物のDELL製は、パソコンが立ち上がりCPUが色んな段階を経てOSが立ち上がっていく様子をリアルタイムにスイッチングノイズを聞くことが出来ます。(カチカチ音)これは素子が劣化するとスイッチングノイズが大きくなることを表していると考えます。
Aインバーター式掃除機の例
最近の掃除機は手元のボタンを何度か押すことで、スピードや機能が変化する様に作られているのは皆さんご存じの通りです。先述した古い掃除機はアナライザーでみたとおりモーターノイズが主流ですが、インバーター式はアナライザーでは特性が分からない(おそらくスイッチングスピードの関係)のが、このユニットでは耳を当てなくても手で軽く握っているだけで、回転数に合わせた微震動が手に伝わってきます。(ジー音と微震動)
一般家電製品は、要は長時間使う商品に関してはインバーターノイズを製品の中で対策をしていて、掃除機の用に時々使うものは顕著に出てしまうという実感があります。
最後に、本製品はノイズの減衰に対して3通りの方法で各ユニットが働いていることにより多用な効果が期待できます。。
・ノイズフィルターはコモンモードチョークコイルとコンデンサの組み合わせて一定の周波数を打ち消してカットします。
・磁気回路はスイッチングノイズを震動に変換することでノイズを吸収、デジタルオーディオ時代にふさわしい新方式です。
・アイソレーショントランスは、1次側と2次側の導通を遮断することで広帯域においてノイズを伝えない。
あなたのオーディオライフに本製品を名脇役として是非ご活用下さい。
当社独自のスイッチングノイズ対策
C追伸(参考まで)
自分の製品ですべてが上手くいったと言うような誤解を招くのはあまり好きではありませんので、どうしても歯が立たなかったという例をせっかく実験しましたのでご参考までに紹介しておきます。
左の写真は「アナライジング交流電源」という三層と単相で数千ボルトまで様々な周波数で電源を出すことが出来る機械で、主に産業用機械のシミュレーションをする機能により、一定の周波数に対して連続安定的にパルスを乗せて電源を出している場面です。(記憶ではAC50V/50Hz+パルス)
右デジタルオシロの波形の頂点に、一本角の鬼の頭(笑)の様にピョコンと飛び出している部分がパルス部分になります。
かなり強烈かつ安定した波で、開発品を経由しても全く変化すらありませんでした。
高周波も出せるモードがあるそうですが、回路が破壊するかというテストにも用いるらしいです。もう溶接機の実験で懲りていますが、パルス波なるものが実生活に発生源があるのかどうかは分かりませんが、これはクリーンにはできませんのでご報告まで。(パルスノイズの情報提供も大歓迎です)
長いストーリーの閲覧に感謝いたします。
県内の工業技術試験場で経験させてもらい感謝いたします
解決できなかったパルスノイズ
実機対決と後書きをよろしければご覧下さい→開発ストーリー(後編)
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