AZオーディオレビュー

耳を澄まし、クリアな音を聞いて感動し涙した
オーディオ関連製品のレビュー、電子製品評価等

USBケーブルが音質への「影響」について話そう

2020年11月08日 | ヘッドホン、音響関連
まず、オーディオファンの前に私は一人の科学者であり
機器とケーブルで音が変わったら私は必ず「科学的な裏付け」を求めるようになる
自分の専門領域はコンピューターサイエンスだが、デジタル電子回路などにも渉猟して
もし、間違いがあれば指摘してください
検証した上で自分が間違ったらちゃんと認める

かつては「RCAアナログケーブル」における音質変化について話したが
USBケーブル、コアキシャルケーブル(同軸ケーブル)、光デジタルケーブル(TOSLINK)を始めとするデジタルケーブは、音質変化を生むべきではないと考えている

理想的なデジタルケーブルは違いを生むべきではないが、理想的なケーブルはリアルワールドに存在しない

何だ!?最初から自分の主張を否定するのか?
厳密に言うと、システムの構成とUSBケーブルの構造によって音質変化をもたらすこともあるが、それは設計上避けるべき事項である
そして音質変化の原因もデジタル信号そのものが変わっわたではなく、伝送がより安定してBER(Bit Error Rate)が低下した訳でもない
数年前に確認したように、デジタル信号が間違っていると音色の変化ではなく、目立つな「ポップノイズ」として出てくるのだ

USBを始めとするデジタルケーブルによって音質が変化する理由は3つある
1.ケーブルのシールド構造
2.ケーブルのインピーダンス
3.ケーブルの帯域幅、コンデンサー効果、アンテナ効果

シールドの影響

USBケーブルによる音質の変化の原因は、最終的にはアナログや電磁波などの影響によるものである
まず、USBケーブル自体は一種のアンテナと見なすことができ、空気中に必要なあらゆる種類の電磁波(非常に混雑とした2.4GHzなど)を取り込む
取り込まれた高周波数帯の電磁信号は人間の可聴帯域にはない
ただし、信号は互いに重ね合わせて影響を及ぼして、さらにオーディオ機器の筐体の中でで反射し続けた結果、広い周波数帯に渡ってで予測できないノイズを形成する
この種類のノイズは一般的にDSP/DAC/MCUの動作に影響しないだが、アンテナ効果がありそうな所で対処されない場合、基板上に入り込んでしまいたら対処は難しくなる
PCB上の回路のどの部分にも吸収される可能性があるため、出力SN/Rが劣化する可能性がある
一般的な細い廉価USBケーブルはこの問題に発生しやすい、安価なUSBケーブルには通常、金属シールドがないからだ
取り込まれる音は「どんな色付け」になってしまうか、私からは答えられない

インピーダンス

USB2.0の標準インピーダンスは50Ω、同軸は75Ω、XLRは110Ωである。
ただしテスターで測ってみると0Ωである、インピーダンスはAC高周波数帯の等価インピーダンスであるため、直流の抵抗ではない
高周波数帯では物理的に接続されていない隣接する2本のケーブルが仮想な抵抗とインダクタンスで繋ぐようになる
したがって適切なインピーダンス設計を行わないとと、高周波数帯のデジタル電位が不明確になり、酷い場合は認識されずエラーになる
また、インピーダンス設計を誤ると、デジタル信号から由来するノイズがGNDグランドを汚染し、
基板上のGND回路をアンテナとしてノイズを放射し、最終的に音質に影響を及ぼす

特にポータブルオーディオで多くの「手編みケーブル」はインピーダンスを正確に考慮してない物はたくさんある
人々がUSB規格に軽蔑しすぎているのか、適切な50Ωのケーブルを見つけられないのかはわからん

デジタル信号の内容と品質

この部分はUSBとHDMI用である。これらは信号に加えて5Vの電力も供給するためである
ご存知のように、コンピューターの電源環境は非常に汚れている、もちろん、出てくるUSB 5V電源も非常に汚れている

汚れというのはUSBの5V電源(VBUS)で混合されるリップノイズとマザーボードから出てくる全周波数ノイズであり
USBケーブルはこれらのノイズをアンテナとして放送し、パソコン外の機器へ影響することもありえる
このような汚れた電源はUSB信号の隣にあるので(USB D+D-のデータ送受信自体はバランス伝送である)、勿論影響はある
廉価DACまたはUSB電源だけ動くDACとポタアン等は、USB電源のノイズ処理はさぞかし苦労するだろう
たとえば某ブランドの高い~DAC付きアンプの場合、USBはまず二重シールドを備えた独立したボードに進められしかも金属製のボックスに包まれる
基板で光信号に変換されてからDACマザーボードに送信される、その手間を掛けるのはそれなりの意味があるのだ

まとめるとすると、USBケーブルを使用して「色付け」うぃするのは実に簡単である
まずUSB仕様に合わないようにインピーダンスを弄れば良い
音が悪くなるか良くなるかは運次第であり、DACが内部でどれだけうまく処理してくれる次第でもある
ノイズが多いと音を聞いている人は、音がより空気感があり、鮮やかになっていると感じることがある
(これは正当の話、嫌味ではない、オープンヘッドフォンがより自然に聞こえるのも環境音のおかげ)
グランド(GND)が汚染されることで、ボーカルが厚くことになることもあるく、聴く人によっては魅力を感じるかもしれない
どのような効果を引き起こするかは全て運次第

このような改善や改悪は予測できないし再現性も汎用性もない
パソコンとノートPCの設計、コンセントの給電電圧とノイズ、無線環境、使用する機器など関係してあり
これは音質を改善する正しい方法ではないと思う

完璧に近いが儲けの邪魔になる:光ファイバー

ずっと前から光デジタル(光ファイバ)をお勧めした
光ファイバ信号には電流が流れていないので、当然、アンテナ効果、インピーダンスマッチング、電力汚染の問題はない
光電変換による受信側での遅延の問題はあるが、遅延はほぼ固定値である。もちろん、光ファイバ自体の品質が悪く光電変換の結果が正しくデコードできない場合はポップノイズが発生する(昔にMDレコーダーでよく録音する人には安物の細い光デジタルケーブルでよくわかるはず)
光デジタルケーブルに一定の品質があり、DAC自体が44.1KHz/48KHzシリーズの専用クロックを非同期で生成する独立したOSCを備えている限り、光デジタル入力を持つオーディオシステムはほとんど欠点を見つけることができないだろう

だからこそ、店とオーディオオカルト業界は光デジタルを嫌う、ピュアオーディオのメーカーも嫌う、改善する余地は殆どないから儲からないだからである
よくあるパターンはコアキシャルはDSD DoP入力をサポートするがは光デジタルはサポートしない(理論的には、176.4KHzのS/PDIF信号を送信できる限りDoP DSDは運用できる)
また、384KHzもサポートしない(これは古いTOSLINK規格の制限であり光ファイバの制限はない、家のNTTフレッツは平気で1GBps(128MB/秒,1,000,000KHz)で送受信している

まとめ:散財したい人はどうぞご自由に、世の中の経済を貢献したまえ

結論は何か?
現在のDSD DAC はほとんどUSBのASIOで駆動されているため、優れた内部設計と優れたデジタル信号分離を備えた物を見つける必要がある
私の知る限り、パイオニアU-05 / TEAC UD-503 / FOSTEX HP-A8 MK2はこれらをきちんと対策している、USB電源も取っていない
これらの機器については「正常に動作し、基準を満たす」USBケーブルを使うだけで済む
少しの影響があっても、全体的な音響性能への影響は非常に小さいと思う
音楽を聴くことは、小さな違いを必死に見つけて検証するではなく、音楽を楽しむことだと思う

多くの場合、USBケーブルが実際に音質に影響を与えることを否定しないが
これはシステム設計の不備によるものであり、もしくはケーブルその物は設計基準に満たしていない
初心者には、この種の不確実で高価なケーブルに投資すべきではないことをお勧めします


最新の画像もっと見る

1 コメント

コメント日が  古い順  |   新しい順
TOSLINK素子の電源 (東京西部)
2021-10-07 00:15:30
TOSLINK素子のデータシートをご覧になっていると思いますが、説明に誤解される要素があります。例えば3端子のうち2本に電源電圧をかける回路図がありますが、それを見てデジタルでの受け側ですから、そのままデジタル側の電源とアースをかけるような回路設計してしまうと素子にデジタル電源側のノイズが乗ってしまうので、信号を受ける際に電力汚染されます。音質的にはこの素子にはアースを含めて独立した低ノイズの電源を使うと、それだけで本質的な音質の改善があります。できればお試しになると良いと考えます。プロ機材にそのような措置をすれば良いのですが、需要がないらしくそのような光入力があるプロ機材は無いかも知れません。
返信する

コメントを投稿