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2013年01月13日 (日) | Edit |
「低音の遅れ」の最終回です。今回はZAP 2.1chシステムでデジタルフィルタとアナログフィルタを比較しました。

まず、5kHz/40Hzの合成正弦波信号の再生波形です。
位相遅れ2
赤がデジタルフィルタ(fc≒90Hz、メイン側にハイパスあり)、緑がアナログフィルタ(fc≒60Hz、ハイパスなしのアドオン式、実際のクロスは約100Hz)の結果です。デジタル(赤)に比べてアナログ(緑)の40Hz波形は約2倍遅れていますね。デジタルフィルタはサウンドブラスタのDAC用ソフトウェア、アナログフィルタはDAYTON製プレートアンプに内蔵のもの(-12dB/Oct)を使いました。

次に、前の記事と同じ方法で、いろいろな周波数における「遅れ時間」と「遅れ角度」を計測しました。下がその結果です。
G.jpg
A6単独のデータは、前の記事からの転載です。

まず「×」でプロットしたデジタルフィルタの結果を見ると、遅れ量はAlpair 6単独とほぼ同等(またはそれ以下)である事がわかります。さすがデジタルフィルタですね。

次にアナログフィルタでの結果を見てみましょう。僕は約100Hzでハイパスを通さないA6にクロスするために、フィルタのカットオフ(fc)は約60Hzに設定していました。この条件での遅れは「◆」でプロットしています。40Hzにおける遅れ量はデジタルフィルタ(×)に比べて約2倍に増加しています(約10msが20ms、約140°が280°に増加)。

さらにアナログフィルタのfcを約120Hzまで上げて測定してみました。この条件での遅れは「■」でプロットしています。この結果から、fcを上げると低音の「遅れ時間」は大幅に減少する事がわかります。アナログフィルタの場合、fcを極端に下げると低音の遅れにモロに影響する点に注意が必要です。

計測結果は以上です。

今回の結果から、一般的に非常に低い周波数でクロスするサブウーハでは、デジタルフィルタが圧倒的に有利であると言えます。特にメイン側にハイパス(ローカット)フィルタを適用しないアドオン方式ではfcを極端に下げる必要があるため、デジタルフィルタの優位性はさらに顕著となります。

また、fcを上げると低音の遅れが大幅に減少する事から、数kHzでクロスオーバーする一般的な小型2WAY方式では、アナログフィルタを使っても低音の遅れには余り影響しない可能性があります。このへんは、例の激安モニタを購入する事になったら確認してみたいと思います。

一方、バスレフ方式では、再生帯域の下限近くで位相が急激に回転するため、モロに低音の遅れに影響するはずです。随分以前のデータですが、下はTONO(7L) + Alpair 6Pで計測した密閉型とバスレフ型の比較です。
20121012051400183 copy
上からソース信号(50Hz)、密閉型の再生波形、バスレフ型の再生波形です。この結果を見る限り、バスレフ型は密閉型に比べて180°(10ms)以上遅れています。アナログフィルタを内蔵したアドオン式サブウーハにバスレフ型を採用すると、フィルタとポートの相乗効果によって低音が大幅に遅れるかもしれません。

「低音の遅れ」に関するシリーズは今回でオシマイです。

追記
ホンモノ?の低音とは何でしょうか?
僕は、音楽を楽しむにおいてズシッと重くてビシッと速い、演奏した通りの「正しいノリ」の低音(つまり周波数ドメイン的にも時間ドメイン的にも正確な低音)を聴く事が極めて重要であると感じます。音楽を聴く楽しさがダンチガイです。特にジャズを楽しむにおいては、正しいノリのビートというかウネリが非常に重要だと感じます。あ、それとピアノソナタもね。このような低音再生を誰にでも使えるコンパクトかつ安価な装置で実現する事が、家庭用音楽再生装置に残された極めて重要な課題であると言えるでしょう。これにおいて、密閉型+デジタル処理が非常に効果的である事は当ブログで再三述べてきた通りです。

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2013年01月12日 (土) | Edit |
前記事の続きです。

僕が着目しているのは低音ビートの「時間的」な遅れです。この遅れは周波数が低いほど大きくなるため、僕は音楽再生帯域の実用的下限と考える40Hzだけでいつも評価しています。今回は、いろいろな周波数で「時間的遅」れと「角度的遅れ」の関係を調べてみました。

周波数の異なる4発の正弦波信号を下図のように生成しました。
signal.jpg
スピーカはAlpair 6M 1発です。Alpair 10サブウーハは使っていません。

以下の図はクリックで拡大してご覧ください。
G1_20130112165548.jpg
40、63、80、160、315Hzの波形です。横軸は角度です。最初と最後のパルスの間だけをプロットしています。
角度を横軸にして異なる周波数の波形をプロットすると、低周波数の方が高周波数に対して「進んでいる」(波形が左側にある)事がわかります。FrieveAudioで一切補正していないので、最初の波形は大きく崩れます。このため3発目の波形から各周波数における遅れ量(時間と角度)を求めました。もう少し波数を増やした方が正確かもしれません。

下図は波形から求めた遅れ量を、周波数を横軸にしてプロットしたものです。
G5_20130112165547.jpg
赤が遅れ「角度」、青が遅れ「時間」です。縦軸の値が高いほど遅れが大きくなります。5kHzのデータは読み取り精度が良くないため参考データです。
遅れ「時間」は40Hzで最も大きくなり(遅れており)、周波数が高くなるにつれて減少します(進みます)。これに対して遅れ「角度」は40Hzが最も小さく(進んでおり)、周波数が高くなるにつれて増加します(遅れます)。このように、「時間」を基準にするか「角度」を基準にするかによって、遅れ/進みが全く逆になります。ほんとにヤヤコシイですね。。。

何故こうなるかというと、例えば400Hzに対して4kHzでは、遅れ角度は約2倍に増加します(遅れます)が、1周期の時間が1/100になるため、遅れ時間は約1/50に減少します(進みます)。

このように、僕が問題にする時間的遅れは、周波数が低いほど大きくなります。このため、前の記事で書いたように、40Hzにおける遅れが1周期(25ms、360°)を超えなければ、全帯域の再生音の時間的不整合は、一般的に言われている人間の時間分解能内に概ね収まる事になります。専ら低音ビートの「時間的」遅れに興味がある僕がいつも下限周波数(通常は40Hz)だけで遅れを評価している理由がご理解頂けると思います。

参考に時間(msec)を横軸にした波形をお見せします。
G3_20130112165547.jpg
全く遅れがなければ、波形はグラフの左端(0ms)から上昇し始めます。これを見れば、周波数が高いほど時間的遅れが小さくなる理由がよくわかりますね。

僕が「5kHzに対して40HzはXX度遅れている」という時、「XX度」という値は、5kHzの音が出始めてから40Hzの音が出始めるまでの遅れ「時間」を40Hzの周期を基準にして角度に換算した値です。例えば、5kHzの遅れが1ms、40Hzの遅れが11msであった場合、(11-1)/25*360 = 144° となります。しかし単純に「位相」で考える場合、上のグラフの赤いプロットで読み取ると、5kHzに対して40Hzは約180°位相が進んでいるという事になります。ホントニややこしいですね。僕がなぜ時間的遅れを角度に換算するのかというと、それは正弦波形から直接読み取りやすいからです。ただ、僕の評価方法は一般的ではないかもしれませんので、今後表現には気を付けようと思います。

本来、低音は高音に対して遅れて聞こえると言われます。これは、例えば50Hzの1周期は20msであるのに対し、5kHzの1周期は1/100 (0.2ms)しかないためです。このような遅れは、演奏者が無意識または意識的に具合良く聞こえるよう絶妙に修正しているため(ノリですよノリ)、音楽再生において考慮する必要はありません。ここで僕が問題にしているのは、再生時にさらに追加される遅れです。

ネットワークも共鳴ポートも持たないフルレンジ密閉型(またはデジタルチャンデバを使った完全密閉型2.1ch方式)では、そのような追加の遅れは40Hzにおいて10ms程度であり、一般的に言われる人間の時間分解能の1/2以下に収まります。しかし、今までの実験から明らかなように、アナログフィルタやバスレフポートを使うと遅れは増加します。次回は、ZAP 2.1chシステムでアナログ式とデジタル式のフィルタを使って遅れの様相を比較してみる予定です。オッタノシミニ!

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