オーディオアンプの特性を測定する

どうやって測定するか検討

1. オーディオアンプキットや自作アンプを製作すると、どれくらいの性能が出ているか非常に気になります。 そこで、手持ちのプアな機材で測定するにはどうしたらよいか、検討してみました。
   
   
2. 使用デバイスとソフトウェアの選択
   
   
   • 現代的手法ということで、「パソコン」とパソコンに接続する「USB オーディオデバイス」及び「計測用ソフトウェア」を使うことが思いつきます。 これであれば手持ち機材が有効活用できるし、コストも安いし、精度もある程度確保できそうです。
     
     
   • USB オーディデバイスに要求される性能は周波数特性が良いこと、残留雑音が少ないこと等々です。 手持ち機材の EDIROL UA-4FX は「サンプリング周波数 48.0kHz ＝ 20Hz〜22kHz（±1dB）」「残留ノイズレベル −105dBu 以下（S/N 比：108dB）」で条件を満たします。 よって、このデバイスを使うことにします。
     
     
   • 計測用ソフトは、フリーで高性能ということから、スペクトラムアナライズソフトの WaveSpectra と、信号発生ソフトの WaveGene に決まります。 周波数特性や歪率特性が計測できます。
     
     
   • オーディオ帯域の実効電圧値が測れる高感度交流電圧計には KIKUSUI 165A を使います
     
     
     • 1.5mV〜500V のレンジがあって、5Hz〜10MHz の測定帯域があるので十分です。
       
       
   • アンプのスピーカ出力に接続するダミー抵抗には 自作のもの を使います
     
     
3. 検証しました
   
   
   • UA-4FX の 20Hz〜20kHz 間の周波数特性を WaveSpectra と WaveGene でチェックしました。
     
     
     • UA-4FX の RCA ピン入出力をループバック接続して、48kHz サンプリングで周波数特性を測定した結果を右図に示します。 このような周波数特性が自動で計測できます。 パソコンを使った測定は楽です。
       
       
     • 全体に若干波打っており、測定には不適です。 原因を調査すると、UA-4FX の入出力間で干渉するためと判明しました。
       
       
     • UA-4FX に限らず、同一デバイスで入出力を同時に行うと干渉があり得ます。 注意しましょう。
       
       
   • 干渉を避けるため、パソコン内蔵のサウンドカードを WaveGene の音源に、UA-4FX を WaveSpectra の入力源と、入出力を分離して同様にやってみました。
     
     
     • オッ、バッチリです。 周波数特性計測に問題なく使えそうです。 レベルも正確です。
       
       
     • 20kHz でストンと落ちているのは計測範囲が 20Hz〜20kHz で範囲外だからです。
       
       
   • 上記の測定を行うには WaveGene の設定を以下の表のようにします。 WaveGene で周波数スイープ波形を発生させ、WaveSpectra でピークホールドします。
     
     

     設定項目	設定値	備考
     サンプリング	48000, 16bit, Stereo
     スイープ時間	180秒
     wave1	サイン波
     	20Hz
     	0dB
     	0%
     	スイープ：チェック	右クリックして 　周波数：リニア 　変化量：スムーズ
     	変調：チェックしない
     	L+R
     	ゲート：0 0
     wave2	サイン波
     	20000Hz
     	0dB
     	0%
     	OFF
     wave3	サイン波	（初期値のまま）
     	1000Hz	（初期値のまま）
     	0dB	（初期値のまま）
     	0%	（初期値のまま）
     	OFF	（初期値のまま）

     
     

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測定してみよう！

1. お試しに VP-Head KIT のオーディオ特性を測定してみました。 測定系は右図の構成とします。
   
   
   • 図では 8Ω 40W のダミーロードを使うように書いてありますが、これは一般的アンプの場合です。
     
     
   • VP-Head KIT には 100Ω 1W のダミーロードを使います。
     
     
2. 周波数特性
   
   
   • HIGH インピーダンスモード / 100Ω負荷 / 100mW 出力 です。
     
     
   • VP-Head KIT の周波数特性は問題なく良いです。 20Hz〜20kHz で完全フラットです。
     
     
3. 出力歪率特性
   
   
   • HIGH インピーダンスモード / 100Ω負荷 です。 測定した実データは これ です。
     
     
   • VP-Head KIT では 100mW までは歪率 1% 以下です。 一番よく使う数 mW 程度では歪率 0.3% 以下です。 ヘッドホンアンプとしては十分です。 真空管アンプの場合は 5% 程度までは許容できるので、300mW までは実用になります。
     
     

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