Gaudi II システム設計

2017/12/16 作成
2018/10/14 更新

設計目標

Gaudi II の設計は、Gaudi の欠点を解消することを第一の目標にしています。オーディオ・システムの音質は、何かすごいことをする(すごい回路、すごいメカの採用など)よりも、地道に欠点を一つずつ解消していくほうが向上すると思います。
Gaudi の未解決の問題点

それに加え、次の項目を重点目標としました。

  • 利便性向上
    メンテナンスフリー化、リモコン導入、消費電力削減
  • ビジュアル系コンポーネントとの親和性向上
    ピュア・オーディオ・システムからAVシステムへ
  • 耐環境性能向上
    電源電圧変動や高周波外来ノイズに影響されない性能 [2018/10/06 訂正]

Gaudi もAVシステム的な使い方をしていましたが、Gaudi II では、音質を最優先しつつも、AVシステムとしての機能・性能をさらに高めたいと考えています。
余力があれば、サラウンドにも挑戦したいです。
[2018/03/08 追記] {私が取り入れたいのは現代のサラウンドではなく、1970年代に流行した4チャンネルです。現在十数枚のサンスイQS4準拠のレコードとそれに近いフェイズシフト・エフェクトを使ったアナログ盤を所有してます。その中には、サラウンド効果を積極的に音楽表現に取り入れたアレンジと演奏をしているアーティストのレコードがあります。それらをアーティストが意図した通りのサウンドで聴いてみたいのです}

Gaudi では、全てのコンポーネントを自作することにこだわりましたが、Gaudi II では、自分の独自のアイデアを活かせるコンポーネント以外は、メーカー製品を使うことにします。

いっそのこと、すべてのコンポーネントをメーカー製とする選択肢もあります。ただ、その場合、システム設計に完全に合致しないコンポーネントを使用することになります。メーカー製品はプロが設計したものですが、こちらの要求に従って設計したものではないので、多少の問題を起こしえます。
特にスピーカーとパワーアンプはカスタム品の方が有利なことは明白です。部屋の広さや音響の良し悪しがスピーカー設計に大きな影響を与え、スピーカー設計がパワーアンプ設計に大きな影響を与えるからです。

とどのつまり、プロが設計した既製品とアマチュアが設計・製作したカスタム品とどちらを選ぶか、という選択になります。後者の場合は、自分自身の知識、技術、技能のレベルによって結果が大きく左右されます。
私は後者を選びました。自分自身が腕を磨くほど、Gaudi II の音質は向上します。まるで自分を映す鏡のようです。また、自分の頑張り次第では、メーカー製ハイエンド・システムを上回る音質を実現できる可能性があります。そう思うだけでワクワクしてきます。


仕様

システム全体の仕様は次の通りです。

入力ソース
アナログ盤 … LP、EP、できればSPも (主たるソース)
音楽ファイル … DSDIFF、DSF、WAV、FLAC、AIFF、ALAC、WMA、MP3(DSDは最大5.6M、PCMは最大192kHz/24bit)
ネットラジオ(FM、AMラジオ)
CD、DVD、Blu-rayディスク
テレビ音声(ケーブルテレビのセットトップ・ボックス(STB))
その他 … スマートフォン、携帯音楽プレーヤーなど
入力端子
PHONO: ADプレーヤー用 … RCAジャック
DAP: デジタル・オーディオ・プレーヤー用(音楽ファイル、CD、DVD、BDネットラジオ共用)… 平衡、XLRジャック
AUX: 補助入力(STBおよびその他のソース用)… 不平衡、RCAジャック
出力端子
EQ OUT: フォノEQアンプ出力… 平衡(XLRジャック)
PRE OUT: プリアンプ出力 … 平衡(XLRジャック)
PHONES: ヘッドホン端子 … 3P標準ジャック
周波数特性
25Hz~40kHz(±6dB)
ひずみ率
THD+N:0.01%以下(スピーカー以外のコンポーネント)
《THD(全高調波歪)はそれ程音質を反映しないと考えています。どのような指標が最もよく音質を反映するか、現在研究中です》
最大音圧
110dB(両チャンネル同時出力時、聴取位置にて)
消費電力
100W以下(アナログ盤再生時)
利便性
赤外線リモコンによるセレクターとボリューム操作
スマートフォンによる操作(音楽ファイル、ネットラジオの操作)
その他
グラウンド電位は大地アースとする
機器間でグラウンド電位に差があっても音質を落とさない工夫をする
AC電源に多少のノイズが乗っても、音質に影響がでない設計とする(数値化検討中)

どのような考えで仕様を決定したかについては、以下のページをご覧ください。
システム仕様の詳細

アナログ盤の音質の良さに関する私なりの見解を別ページに記載しました。右のボタンをクリックしてご覧ください。


構成

[2018/05/12 変更] {DAPの代わりにPCを使うことにしました(Ver. 2.1)}
[2018/10/10 変更] {6-ch ボリュームを廃止し、各パワーアンプに外部から制御できるボリュームを内蔵することにしました。プリアンプからこのボリュームを制御します。(Ver. 2.2)
コンポーネント数を減らし、システムをよりシンプルにするための変更です。ついでに、各パワーアンプの電源を外部から制御できるようにし、プリアンプから制御を行います。プリアンプの電源を入れれば、自動的に少し遅れたタイミングでチャンデバをオンにし、さらに少し遅れたタイミングで各パワーアンプをオンにするように制御します。電源オフはこの逆順で行います。この機能により、プリアンプとチャンデバの電源オン/オフ時ポップノイズ防止回路を省略できます。
もう一つ、マイナーな変更ですが、PCとプリアンプの間の外付けDACをシステム設計に含めるのをやめました。PCを購入した後に、内蔵サウンドカードを用いるか、外付けオーディオ・インターフェースを用いるかを決定したいと思います。
構成がかなりシンプルになりましたが、パワーアンプがすべて自作品であることが前提となっています。設計・製作の労力を省くために、メーカー製パワーアンプを使いたい、という気持ちがありますし、現にそういう妥協をするかも知れません。しかし、目標はあくまで理想に近いものにしたいと思い、このような変更を行いました。メーカー製パワーアンプを使う場合は、プリアンプからの制御信号に従って動作する、独立した電子ボリュームを製作する必要があります。}

Gaudi と同様、3ウェイ・マルチアンプ・システムです。
マルチアンプ・システムにこだわる理由は、原理的に、パワーアンプとSPユニット(スピーカー・ユニット)はダイレクトに接続されていないと歪が発生することが明らかだからです。
SPユニットは電圧に比例した音圧を出力するトランスジューサーです。また、SPユニットのインピーダンスは大きく変動します。従って、定電圧で駆動する必要があります。そのためには、アンプの出力インピーダンスとケーブル・インピーダンスを極力低くする必要があります。ところが、ネットワークを内蔵したマルチウェイ・スピーカーの場合、アンプとSPユニットの間にインピーダンスを挿入することになってしまい、宿命的に歪が発生します。インピーダンスの低いアンプやケーブルを使っても、充分な効果は得られません。

真のフルレンジ・ユニット(20Hz~20kHzをフラットに、かつ低歪みで再生できるSPユニット)が存在すれば、モノアンプ・システムで事足りるのですが、私が知る限り、そのようなSPユニットは存在しません。

アンプ類はすべて半導体アンプとします。不安定要素を持ち、マイクロフォニック・ノイズを拾うので、真空管は使いません。また、真空管パワーアンプに比べ、半導体パワーアンプは出力インピーダンスが低いため、マルチアンプの利点をより引き出せます。

フォノEQ(フォノ・イコライザー・アンプ)をプリアンプから独立させることを検討しましたが、Gaudi II でもアナログ盤を主たるソースと決めたので、フォノEQはプリアンプに内蔵させることにしました。
チャンデバ(チャンネル・デバイダー)をプリアンプに内蔵させることも検討しましたが、それはやめました。プリアンプとチャンデバは設置すべき場所が離れているからです。チャンデバはパワーアンプの近くに置かないと、ケーブルの数が多いので配線量が多くなってしまいます。パワーアンプはスピーカーのすぐそばに設置します。一方、プリアンプはプレーヤーのそばに置くのが望ましいコンポーネントです。

Gaudi と大きく異なる点は、ボリューム・コントロールをプリアンプから独立させ、チャンデバの出力側に接続することです。ただし、ボリューム操作はプリアンプのツマミ、あるいは赤外線リモコンで行います。

使用コンポーネント

レコード・プレーヤー(ADP)はテクニクス SL-1200GR、カートリッジはオーディオ・テクニカ AT33PTG/II とします。カートリッジに関しては、針が寿命に達した時に、買い替えを検討します。検討の結果、再びAT33PTG/IIを選ぶこともあり得ます。

アナログ盤重視という割には、ADPが自作でもなく高級品でもないということに、違和感を感じられる方がいらっしゃるかもしれません。
私としては、アナログ盤再生で最も重要なパーツはカートリッジだと考えています。市販のADPでもカートリッジは自由に選択できるので、ADPを自作する必要はないと思います。
トーンアームはカートリッジを高音質レコードにトレースさせる性能を備えていればよく、それ以上の性能は要求しません。ターンテーブルは回転ムラが0.1%以下で、振動や電気的ノイズを発生させなければOKです。高級ADPの中には価格が1000万円を超えるものもありますが、Gaudi II にはそこまでのものは必要ないと思います。
実際にSL-1200GRを使ってみて、Gaudi II のADPとして必要な性能を備えていると判断しました。SL-1200GRの良いところは、振動対策が良くできているところです。ADPにとって最も重要な性能と言ってもよいかもしれません。

[2018/05/12 変更]
デジタル・オーディオ・プレーヤー(DAP)はHDD内蔵型とします。ネットワーク・プレーヤーでは利便性が悪いからです。既に Gaudi で導入済みの、ソニー HAP-Z1ES を引き続き使用します。
{過去にPCオーディオを評価したときに、音質に満足できなかったために、DAPを使うことに決定しました。しかし、HAP-Z1ESの音質は期待していたほどではなく、PCオーディオと大して変わらないということが分かりました。それならば、より利便性の高いPCを使った方がよいと判断しました。また、以前評価したときよりも現在の方が、PCオーディオの音質が更に向上している可能性があります}
[2018/10/11 変更] {下表からUSB DAC、デジタル・オーディオ・レコーダー、BDプレーヤーを削除しました(Ver.2.2)}

アンプ類はすべて新たに設計・製作します。Gaudi のアンプは、Gaudi II の要求仕様に合わないためです。

種別 メーカー 型番 概略仕様 備考
ADプレーヤー テクニクス SL-1200GR ダイレクトドライブ・ターンテーブル
33/45/78rpm
スタティックバランス型トーンアーム
選定理由
カートリッジ オーディオ・テクニカ AT33PTG/II MC型、マイクロリニア針
出力0.3mV、15~50,000kHz
選定理由
針が寿命に達したときに買い替えを検討
PC
(DAP)
(未定) (未定) 無騒音(ファンレス)
CPU: Core i5 3.1GHz以上
Windows 10
USB DACと併せてDAPを構成
選定理由
プリアンプ NOBODY PA-217 Diversity
(仮)
CR型フォノEQ、ゲイン=66dB (MC型専用)
電子ボリューム、インテリジェント・セレクター
フラット段、ゲイン=0dB
ライン入力4系統、EQ出力、プリ出力
ヘッドホン出力、赤外線リモコン
詳細
チャンネル・デバイダー
(ネットワーク)
NOBODY CD-2XX クロスオーバー周波数: 800Hz、6,800Hz
24dB/oct アナログ・フィルター
タイムアライメント調整機能
詳細
メーカー製品で代用する可能性あり
中高音用パワーアンプ NOBODY MA-2XX 高音:FET ディスクリート 10W モノラル
中音: TI LM3886使用 20W モノラル
詳細
低音用パワーアンプ NOBODY MA-2XX D級 80W モノラル 詳細
メーカー製品で代用する可能性あり
スピーカー NOBODY SS-309B 3ウェイ・スピーカー・システム
ツィーター: Fostex T925A
ミッドレンジ: Fostex D1405+H400
ウーファー: Fostex FW305
詳細
D1405は買い替えの可能性あり
オーディオ・ラック NOBODY AR-416 Air 御影石ベース、5段 木製ラック 詳細
ケーブルテレビSTB (ケーブルテレビ局からのリース) TZ-HDW611P
(暫定)
地上波、BS、CS、各ダブルチューナー
録画機能、500GB HDD(暫定)
選定理由
近い将来機種変更の予定
TV/ディスプレイ (未定) (未定) 43型液晶テレビ、地上波、BS、CS
HDMI入力 x3以上
選定理由

 


最大出力とゲイン

Gaudi では最大出力はどんぶり勘定で計算し、ゲインに関しては、ほとんど何も考えずに適当に決めていました。
Gaudi II では確かな根拠のもとに、適切な値を規定します。詳しくは以下のページをご覧ください。
最大出力とゲイン

プリアンプおよびチャンネル・デバイダーの最大出力
2V(実効値)
(2.8V(+3dB)にする可能性あり)
パワーアンプの最大出力
ツィーター用: 5W
ミッドレンジ用:10W
ウーファー用:80W
各増幅段のゲイン
以下のシステム・ブロック図およびレベル・ダイアグラムをご覧ください。(クリックで拡大)
[2018/10/12 追記] {両図内のマスター・ボリュームは、実際には各パワーアンプに内蔵されます}

配置

私は音響設計に関して不勉強なので、スピーカー設置位置や聴取位置の最適値を計算する方法を知りません。
今後、音響設計のノウハウを学び、最適位置を割り出したいと思います。
ただ、Gaudi II を設置する部屋は専用のリスニング・ルームではなくリビングルームなので、生活動線や家具の配置も考慮しなければなりません。現状から大きく変更することは難しいのが実情です。
以下の全体配置図は、暫定的なものです。
全体配置図1全体配置図2

オーディオ・ラックやTVラック上のコンポーネント配置については、根拠をもって決定することができます。
接続ケーブルが極力短くなるような配置とします。とりわけスピーカー・ケーブルは、長さが音質に悪影響を与える度合いが高いので、パワーアンプをスピーカーのすぐそばに配置します。
右のコンポーネント配置図をご覧ください。(クリックで拡大)

コンポーネント配置図の中で、スコーカー/ツィーター・アンプをTVラック上に配置するように描きましたが、ウーファー・ボックス上に置くことも検討中です。

[2018/10/12 変更] {コンポーネント配置図を差し替えました(Ver. 2.2)}


接続

[2018/05/12 変更] {DAPの代わりにPCを使うことにしました(Ver. 2.1)}

私は、ケーブルにはあまりこだわりません。Gaudi での経験で、かなり安価なケーブルでも充分使えるということが分かっています。
特に、マニア向けの高価なケーブルは音に癖をつけるという気がしてなりません(多くのケーブルを試したわけではないので、単に私の思い込みかもしれませんが)。シンプルな構造のケーブルが良いと思っています。
材質にもこだわりはありませんが、最近はかなり安価なケーブルでもOFCを使っているので、OFC以上の材質のケーブルを使うことにします。芯線の材質よりも被覆の材質の方が、音質に対する影響度が高いという気もしますが、今のところ強いこだわりはありません。

ライン・ケーブルには、バランス型、アンバランス型を問わず、2芯シールド線を使います。少しでも外来ノイズが信号に混入しにくくするためです。
メーカー製品との接続は、その機器にバランス型入力または出力があれば、バランス型で接続します。

スピーカー・ケーブルは、とにかく短くします。マルチアンプの特長を活かすためには、アンプとSPユニットの間のインピーダンスを限りなくゼロに近づける必要があります。そのためには、太いケーブルよりも短いケーブルの方が有利です。太くすると直流抵抗は減りますが、インダクタンスはあまり減りません。短くすれば、インダクタンスも減ります。太くかつ短いのが理想ですが、経済性、利便性を考慮しつつ判断します。
自作アンプには出力端子を設けず、ケーブルははんだ付けか圧着で接続します。
[2018/03/08 追記] {読者からケーブルのインダクタンスについて助言を頂きました。単線であれば当然インダクタンスをもちますが、2本をペアにすればお互いの磁界を打ち消し合うので、長さに関係なくインダクタンスはほぼゼロになる、とのことです。インダクタンスは考慮する必要はありません}

Gaudi II で使用する接続ケーブルを下表に示します。
[2018/10/12 変更] {システム設計のバージョンアップに伴い、下表の一部を変更しました(Ver. 2.2)}

接続機器 線材 長さ 送信側コネクター 受信側コネクター 備考
ADP ⇒ プリアンプ 低容量1芯シールド線 0.7m RCAプラグ RCAプラグ
Neutrik NYS373-0
SL-1200GRに付属のケーブルを改造
ステレオ・ペア
アース線付き
PC ⇒ プリアンプ OFC 2芯シールド線
BELDEN 8412
1.5m RCAプラグ
テフロン絶縁材使用
RCAプラグ
テフロン絶縁材使用
不平衡型
ステレオ・ペア
STB ⇒ プリアンプ OFC 2芯シールド線
NEGLEX 2549
3m RCAプラグ
Neutrik NYS373-0
RCAプラグ
Neutrik
NYS373-0
不平衡型
ステレオ・ペア
プリアンプ ⇒
チャンデバ
OFC 2芯シールド線
NEGLEX 2549
3m XLRプラグ XLRプラグ 平衡型
ステレオ・ペア
チャンデバ ⇒
ツィーター/
スコーカー・アンプ
OFC 2芯シールド線
NEGLEX 2549
1.2m RCAプラグ
Neutrik NYS373-0
RCAプラグ
Neutrik
NYS373-0
不平衡型
2本束 x2
チャンデバ ⇒
ウーファー・アンプ
OFC 2芯シールド線
NEGLEX 2549
2m RCAプラグ
Neutrik NYS373-0
RCAプラグ
Neutrik
NYS373-0
不平衡型
モノラル x2
ツィーター/スコーカー・
アンプ ⇒ ツィーター
Φ0.7 金メッキ単線
アムトランス
GW-T-0.7Of
0.7m
(0.3m)
はんだ付け プラグ無し
チタンオイル塗布
アンプをウーファー・ボックス上に
置く場合、長さは0.3mとする。
ツィーター/スコーカー・
アンプ ⇒ スコーカー
Φ0.7 金メッキ単線
アムトランス
GW-T-0.7Of
0.7m
(0.3m)
はんだ付け プラグ無し
チタンオイル塗布
アンプをウーファー・ボックス上に
置く場合、長さは0.3mとする。
ウーファー・アンプ
⇒ ウーファー
4芯スピーカーケーブル
カナレ電気
4S6
0.7m プラグ無し
チタンオイル塗布
プラグ無し
チタンオイル塗布
ケーブル長はアンプの端子から
ウーファーの端子までの長さ

 


AC電源

コンセント

Gaudi II 専用の壁コンセントから電源をとります。
電源を必要とする機器が多いので、電源タップも併せて使用します。
右のAC電源接続図をご覧ください。(クリックで拡大)

[2018/10/14 変更] {システム設計のバージョンアップに従って、接続を変更しました(Ver. 2.2)
電源タップを一つ減らしました。200V:100V降圧トランスを廃止し、プリアンプの電源を200Vコンセントから直接とることにしました。プリアンプの電源部には、入力電圧範囲の広い(85-264V)AC/DCコンバーターを使用する予定です}

壁コンセントは3箇所で、100Vが2箇所に200Vが1箇所です。いずれもオーディオ・ラックとTVラックの背後にあります。
100Vは2個口、200Vは1個口です。
各コンセントは配電盤内の専用のブレーカーに直結しています。他のコンセントや照明器具と共用していません。
壁内配線にはVVF2.0を使用します。他の配管より優先させ、配電盤からコンセントまで最短で配線しています。

壁コンセント、電源タップに使用するコンセントは医療用(ホスピタル・グレード)です。
医療用コンセントは、接触抵抗が通常のコンセントの1/3です。
100V用:パナソニック電工 WN1318
200V用:パナソニック電工 WN11122

電源ケーブル

電源ケーブルに関して、特に強いこだわりはありません。どちらかというと、音質よりも信頼性に重きを置きます。
自作アンプの場合、必ず3芯のケーブル(アース線付き)を用います。プラグも3Pタイプを用います。
メーカー製品の場合、付属のケーブルをそのまま使います。


音響

音響設計に関しては今はまだ勉強中なので、具体的なプランがまだできていません。

ライブ過ぎる(音が響きすぎる)部屋に Gaudi II を設置しています。
また、内壁や床の材料が薄く、鳴きやすくなっています。左右の壁の間で定在波が発生していることも分かっています。

Gaudi 時代に、部屋の中のそこここに吸音材や吸音パネルを設置してきましたが、どの位置にどんな吸音材を使うかは、まったく勘で決めていました。大きな効果があったものもあれば、そうでもなかったものもあります。

近い将来、理論と実測データに基づいて、音響設計を行いたいと思います。
吸音パネルの設置だけでなく、スピーカーの設置位置の最適化や床・壁の補強など、音質向上に必要なあらゆる対策を実施したいと考えています。


制振

制振(振動の抑制)対策には2種類あります。
第一に、スピーカーから発生する振動が他のコンポーネントに伝わらないようにすること(アコースティック・フィードバックの抑制)、第二に、床、壁、家具等が共振しないようにすること(デッドニング)です。

アコースティック・フィードバックの抑制

徹底的に制振対策を施したオーディオ・ラックを製作し、スピーカーからの振動がオーディオ・ラック上のコンポーネントに伝わらないようにします。
特に、振動に弱いレコード・プレーヤーに関しては、ピックアップが拾うノイズを測定し、実測データをもって対策の有効性を確認します。
[2018/03/08 追記] {このオーディオ・ラック(AR-416 Air)は2017年6月に完成し、すでに Gaudi II で使用しています}

デッドニング

Gaudi II を設置する部屋は、床や壁が薄いので、補強が必要です。現にスピーカー付近の床がかなり鳴っているのが分かります。
具体的な対策は現在検討中です。