アンプの歪率カーブの読み方

アンプの特性のなかで従来から最も重要視されている歪率のカーブ（THD+N）について説明しようと思います。

ちょうど、先日、D級アンプの歪率を測定したときに得られたカーブが分かりやすいので、これで説明します。

ちょっと図の中に書き込みました。

青い斜線部

残留ノイズの大きさを示している部分です。ノイズが多いと青斜線部分が高くなり、ノイズが少ないと青斜線部分が低くなります。残留ノイズによる影響でアンプ本来の歪がマスクされて見えません。

残留ノイズが少ないVFA-01の歪カーブは以下のようになっていました。

（縦軸にTHD［%］と書いていますが、THD+N［％］の間違いです。。）

この直線部分を比較してみます。例えば 0.1W時の歪率の数値を見るとその差が見えてきますね。

D級アンプは0.025%ですが、VFA-01は0.007%です。

カーブの形が似ていても、レベルが違うという部分が重要です。地方にある「なんちゃら富士」と本物の富士山のスケールの違いを想像してもらうと分かりやすい、かも。私の実家の近くには蝦夷富士（羊蹄山）があります。

緑色部分

ここは電源電圧による制限でクリップしているところです。

D級アンプの電源電圧は35Vで、VFA-01は18Vのときです。どんなアンプでも電源電圧を超えて出力は出てきません。信号が頭打ちになって平らにつぶれてしまします。

電源電圧が高いアンプほど大きな出力までクリップしません。しかし、500Wのアンプでも1000Wのアンプでも、出力を上げていくと必ずクリップする電圧が存在します。

右肩上がりの部分

最後に残った右肩上がりの部分が真のアンプの歪を表している部分です。

OPAMPのように歪が非常に小さいものでは、ここが見えず、残留ノイズの部分とクリップ領域しかないカーブが多いと思います。

D級アンプのカーブにまた追記しました。
それぞれの周波数で残留ノイズに埋もれた部分を推測するとこのようになると思います。

ひとくちに歪率カーブと言っても「THD+N」と「THD」とで違います。「＋N」が残留ノイズを含めた一般的な歪率カーブです。ノイズ成分を無視したTHDカーブが上図です。測定器によって測れるものと測れないものがあります。

ノイズに埋もれた歪を解析するときには非常に有効ですが、これで測った数値をカタログスペックに乗せると反則です。

測定帯域幅

グラフに記述しているLPF 80kHzという注記が帯域幅を示しています。

数値をみるとき測定条件も重要です。特に測定の帯域幅でノイズ量が異なります。アンプが発生するノイズは、大別すると電源に関係するハムノイズと抵抗源から発する熱雑音＝ホワイトノイズの2つに分けられます。

このうちホワイトノイズは全周波数帯域に一様に分布するため、測定帯域幅が半分になるとノイズ量が0.7倍（平方根）になります。帯域20kHzの測定条件と80kHzとでは帯域幅4倍ですからノイズレベルは2倍になります。

JEITAでは、歪測定の条件として500kHz帯域（通常のオーディオアナライザで帯域制限をかけない状態）と規定していて、それ以外の条件にするときは但し書きが必要になります。

帯域幅は80kHzと500kHzで6倍違いますし、20kHzと500kHzなら25倍違いますね。
THD+Nのノイズが違うのですから 測定帯域幅を書かないと意味をなしません。

ひずみ率計を自作？

「オーディオアナライザを持っていないので歪率計を自作した」なんていうのは言語道断。

自作スピードメータを自転車に付けて「俺、自転車で時速450キロ出したよ！すげーだろ」と言ってるのと同等で、測定帯域幅以前に土俵にも上がっていません。
LPF 20kHz土俵での比較。LPF 80kHz土俵での比較。帯域幅500kHz土俵での比較。が正しい対決です。

自作した場合は校正が取れた測定器と比較して値に相違がないことを確認して初めて「測定器」に昇格できます。

つまり、ひずみ率計を自作するにしても、それ以上高性能なひずみ率計やひずみ率校正器を所有しているか、レンタルしなければいけません。

ついで言うと、PCのFFTアナライザソフトで表示するTHD+Nは、サンプリング周波数に相関がないノイズに対してプロセスゲインがあるため正しい値を表示しません。（窓の長さによるけど15～30dBほどノイズが低くなる）

そうそう、一部のガレージメーカーや新興国メーカーの製品、オーディオ系ではない技術誌の記事などJEITA測定方法・表記方法に則っていない可能性もあるので注意しましょう。

まとめ

歪率は、まず測定条件を見る。

帯域幅が書いていないときは少し怪しいと勘繰るくらいの気持ちが必要です。

比較するときはカーブの形よりも数値を見る。

特に普段鳴らすときの音量（0.1Wから１Wあたり。低能率SPなら5W、10W、20Wあたり）の数値に注視する。

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デジタルオーディオ機器の優遇

これを書くとややこしくなるので最初はあえて書かなかったのですが、記事としては１ページにまとまっている方が理解しやすくなるので追記します。

実は、デジタルオーディオ（具体的にはCDプレーヤー）が出てきたときに、それまでのアナログ機器の測定方法と違った測定帯域幅を設けました。標準500kHzで古い機器が80kHzまでの測定範囲だったところ、進化したはずの最新鋭コンパクトディスクがなんと20kHzです。

これは推測なのですが、デジタルオーディオはアナログオーディオよりも優れているというのを数値で表したかったのだと思います。EIAJ（JEITAに引継がれた）を構成しているメンバーもオーディオ機器を製造販売している会社と結びつきがありますからね。

まとめると、
アナログ機器：注記なし＝500kHz
デジタル機器：注記なし＝ 20kHz

また、

20年ほど前に登場したDクラスアンプの測定では、デジタル処理式もアナログ処理式も関係なく20kHzのLPFを使っています。ひどいですね。

つまり、
A・AB級アンプ：注記なし＝500kHz
D級アンプ　　：注記なし＝ 20kHz

何度も書きますが、測定帯域幅が違うと歪率の数値は単純比較できないことを意味しています。帯域幅を狭くするとノイズが小さく見えるので相対的に歪率もS/N比も優れた数値になります。さすがに酷すぎなので、JEITAでは帯域幅をちゃんと表記するように改訂されています。

　総合ひずみ率 0.01 %（20 Hz～20 kHz，出力50 W，8 Ω）
　又は，
　総合ひずみ率 0.002 %（1 kHz，出力50W，8 Ω，LPF 20kHz）

これが現在の正しい表記方法（JEITA CP-1105A）です。LPF注記なしのアナログ機器は帯域500kHz、デジタル機器は帯域20kHzと考えて良いです。

近年ではハイレゾ対応のD級アンプが出てきたため、ICのデータシートでもLPF20kHz、LPF80kHz、AUX-0025など測定帯域幅について注記されるようになってきました。もともとICの測定方法にはEIAJやJEITAのような標準規格がないため、ICメーカーによって基準が違う（ナショセミでは仕上がりゲインでひずみ率の数値を割ってる）ので、もうぐちゃぐちゃです（笑

という訳で、

本日の締めくくり。

歪率の数値は信用するな！

です。

JEITAの規格書（測定方法、記載方法）は、以下URLから無料閲覧出来ます。
https://www.jeita.or.jp/cgi-bin/standard/list.cgi?cateid=1&subcateid=2

参考にどうぞ。

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