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2012年8月 3日 (金)

デジタルボリュームとアナログボリューム

デジタルボリュームとアナログボリューム

名前だけ見るといかにもデジタルで処理したボリュームの方が性能が良さそうに思います。
では実態を見て行きましょう。

ここでは、分かりやすく表現するために、若干大げさな設定で比較していきます。

DACは16bitです。

   16bit DAC    2^16 = 65536ステップ   96dB

これが表現できる電圧のステップ数になります。 
ステップ数が少ないと階段状になり、ステップ数が多いと滑らかに波形を表現することができます。

8x_20k 16x_20k
 


■デジタルボリュームの場合のブロック図

           D-Data         D-Data  
  デジタルソース--->ボリューム---->
 
             10mV         50mV
        DAC---->HPA 5倍---->HEADPHONE 

  ※) D-Data:デジタルデータの略


■アナログボリュームの場合のブロック図

           D-Data      2.0V  
  デジタルソース--->DAC---->
 
                10mV         50mV
        ボリューム---->HPA 5倍---->HEADPHONE 
 
 

どちらも、ボリュームで必要な電圧に調整してヘッドホンへ届けることが出来ます。
ボリュームの減衰量は、2V÷10mV= 1/200倍です。 約-46dBです。

アナログの場合2Vの信号を10mVまでそのまま小さくすることができます。ステップ数も減りません
ボリュームを通った信号はインピーダンスが上がり、ノイズ混入やチャンネルセパレーション悪化などの悪影響があります。部品や配線の工夫などでその影響は無視できるほど小さく出来ます。 極小ボリュームだと接点(摺動子)に電流が沢山流れるとそこで歪が発生すると言われていますので、ある程度サイズの大きなボリュームが望ましいです。 16型程度が許せる最低ラインと思います。

デジタルの場合は96dBあるダイナミックレンジを-46dB減衰。つまり50dBまでダイナミックレンジが狭くなります。 ステップ数でいいますと、316ステップ。 bitに換算すると8.3bit程度

さすがに音声信号で300ステップというのは、粗さが目立って汚い音になることが想像できます。

      どちらのボリュームが良いか、一目瞭然ですね。
 

表現を分かりやすくするため、少し大げさな条件での比較となりましたが、30Ωのヘッドホンで50mVというと、0.1mWくらいになりますので能率が高めのヘッドホンなら普通に聞ける音量でもあります。 特に高精度なボリュームではなくても、16型(300円程度)ボリュームで十分に勝てます。

  
ちなみに、デジタルスケーリングされた音は、20bitDACで-1~-2dBの減衰でも、アンプやスピーカーの表現力が豊かだと音場が違ってくるのが認識できます。 

(このくらいでは劣化したというほどではありませんが、聞き分けられるということです。 )
 

Ws_dac
 
 
これはWolfsonのWM8711LというDAC-ICのブロック図なのですが、内部DACの後にアナログボリュームがあって、ヘッドホンドライバへと繋がっているのが分かります。 
この構成はデジタル領域で一切情報を欠落させず、DACをフルレンジで使用していて音量調整はアナログ領域で減衰さるという仕組みです。
DACメーカーもそれなりに考えて製品を作っていますね。   
 
やっぱりDACはフルレンジ使用が基本です。 たとえ20bitDACでも24bitDACでもです。
  
 
 



※正確な理論ダイナミックレンジは 6.02xbit数+1.78 [dB] です。 
  16bitの場合98dBとなります。
  この1.78dBというのは量子化ノイズ(ノコギリ波)の実効値です。
  上の説明では、量子化ノイズを除いて表現しています。



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