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ヘッドホンのバランス接続のメリットは何か

某所の書き込みをみていて、ついつい文章を書きたくなったので、ここにも貼っときますw


4年前にバランス接続のヘッドホンアンプキットを企画して千台以上出荷してきた立場から考えると、ヘッドホンの接続をバランス接続にすることによる音質的なメリットは、まずはクロストーク低減によるものが支配的だと感じます。

バランス接続のアンプのメリットとしてはBTLなので同じ電源電圧でより出力電力が取れるというメリットはあります。

バランス接続=ノイズ低減という短絡思考はよく見かけますが、ヘッドホンの場合は低インピーダンスの伝送路なので一切関係がありません。

アンバランス回路であっても、GNDを分離して上手に設計すれば、バランス接続の音を知っている人を満足させられるものを作ることも可能である印象です。
一方、バランス出力を備えた市販製品であっても、「バランスらしい音がしない」と一蹴される製品も存在します。
GND周りを上手に設計するのはスピーカーのアンプでも昔から常識でしたが、手抜きな製品もあります。

さて、ではバランスらしい音というのは何かという話になるかと思います。これは測定値で言われても聴感と一致させるのは難しいですから、経験をもとに感覚を共有していくしかないでしょう。

ひとつは、逆相のクロストークの少ない音かどうか。これはキックドラムの音がわかりやすいかと思います。他のパートの音に邪魔されず、キックがセンターでカッチリ鳴るかでわかるかと思います。
また、GNDに抵抗挟んで逆相のクロストークを増やしてみると、クロストークの多い時の音がどうなるかは簡単に体感することができます。

ふたつめは、クロストークが減って特性が良くなったことで、意図的なクロストークを作って音が演出できる点です。たとえば疑似サラウンドみたいなものは、演算結果をより忠実に出力できるようになります。

みっつめは、アンバランスのアンプ回路、バランスのアンプ回路それぞれに依存した特性やサウンドの特徴が好みにあうかどうかだと思います。
「真空管のアンプの音が~」みたいなのと一緒で、特性が悪くても音が好きみたいなのはありますので、バランスのアンプの音が好きならそれを選べば良いかと思います。
このあたりについては、例えばバランス接続の低域はすっきりしすぎるのでアンバランスが好みという意見もあり、その感覚は私にも分かります。

ここまで来るとあとは回路の音作りのセンスの話になりますので、裸のスペックが向上するバランスアンプにするのか、元々持ち備えたサウンドを活かすためにアンバランスアンプにするか、といった感じになるのではないでしょうか。

ともあれ、
「ユーザーは使用しているアンプがバランスかアンバランスかは一切意識せずに使うことができます」
のように、何も考えずに使っていたら気づくことも気づけないので意識して数をこなしてみてはいかがでしょう?



追記

【バランス接続の音】
「ブラジルのコーヒーの味」とか、「磯の香り」とか、「小銭が落ちた音」みたいな感じで「バランス接続の音」をイメージできるくらいの数の経験がないと「良い」「悪い」なんて単純に評価ができるわけがありません。
たまたま1台聴いただけのアンプの評価でバランス接続のすべてを語るなんてナンセンスです。
まずは10台でも100台でも聴いてみてはいかがですか。共通点があるはずです。バランス接続でないと体感できない、バランス接続に期待されるサウンドを得られなければわざわざやる意味がないです。
測れない領域は聴いて感じ取れなければ「ただ作っただけ」なのが露呈してしまいますよ。
以上です


追記

ヘッドホンの「バランス接続」FAQ

○スピーカーは「バランス入力機器」ですか?
→NO

○ヘッドフォンを4線にしてプラグも4極にしたら、それで「バランス入力」になるのですか?
→NO

スピーカーは最初から「バランス化」されているわけですか?
→NO

まず、ヘッドホンにおける「バランス」はそのようにネーミングされて呼ばれているだけであって他の用途で用いられる「バランス」とは別物であり、中にはヘッドホンの用途で「バランス」と呼ぶことを受け入れない人も居るほどです。

>スピーカーは最初から「バランス化」されているわけですか?
これについて、スピーカーユニット単独が「バランスかどうか」という観点でみるとボイスコイルの+極側と-極側がそれぞれ周囲に対して対等な関係にあるかどうかで判断できるでしょう。通常のボイスコイルで巻きはじめ側と巻終わり側それぞれを+極、-極とした場合ユニット全体からみた位置関係が異なりますから、バランスであるとは言い難いでしょう。ネットワーク回路が入った場合は、回路についても同様な観点から判断する必要があるでしょう。
※同じような巻き方であってもトランスの場合はバランス伝送に用いられる場合もあるので、
ケースバイケースで判断が分かれるところです。

ヘッドホンの場合の「バランス」はあくまでネーミングによるものなので、上記は該当しません。2問目の回答は悩ましい部分がありますが、「バランス接続対応」ではなく「バランス入力」になるかということですので、前述のスピーカー場合と同じ判断方法によりNOとしました。

つまるところ、「バランス」という用語はその用途によって解釈や効能、運用のしかたが変わっているのが現状だといえるでしょう。

以上が私の解釈です。わかりまちゅたか?

新製品 イヤホンエージング機キット

先日、TAGO STUDIOのヘッドホンを買った際に、公式で50〜80時間エージングしないとバランスが整わないみたいなこと書いてあって、うわクソめんどくせーって思い、エージング専用のハードウェアを開発しました。


DSC_7106.jpg


DSC_7100.jpg


ご要望に応えて専用アクリルカバーも用意しました
アクリルカバー_1



例により、秋葉原 ラジオデパート内の「家電のケンちゃん」に販売委託をしていますので、店頭もしくは通販でお求めになれます。
http://www.kadenken.com/shopdetail/000000000622/ct77/page1/order/

取説
http://fixerhpa.web.fc2.com/kit_manual/index.htm


イヤホンやヘッドホンをエージングすることによる効果があるのかどうかはぶっちゃけよくわからないですが、この専用機を使うことで何百時間でも何千時間でもイヤホンを繋いで放置しておくだけでいくらでもエージングすることが可能となります。
イヤホンの稼働時間で寿命があるのかもよくわからないですが、いっそのこと使わない間はずっと音を出しておいたらどうでしょう!

回路については取説のpdfをご覧いただきたいのですが、原理としてはPSoCといわれるマイコンの一種を用いて、そのデジタルセクションで乱数発生し1bitストリーミング出力。その信号が実質的にホワイトノイズ同等のスペクトル分布となるため、これをチップの内部ルーティングでアナログセクションに入力。プログラマブルなアナログフィルタとゲインコントロールを経て、イコライザを掛けてアナログ信号を得るという構成になっています。

標準状態ですとホワイトノイズに対し高域や低域を落とした信号になっていますが、PSoCの開発環境を用意して書き換えを行うことで様々な信号を出力するように改造することができます。
取説ではこのあたりに触れていませんでしたので、開発中の写真を掲載しておきます。


PSoCの内部ルーティング(画像クリックで拡大)
psoc_block.png



実験時の様子
IMG_7996.jpg
この時は乱数発生セクションは使用せず、アナログ入出力にアナライザを接続してフィルタの特性を確認しています。



上記の回路でフィルタの定数を変更しつつ、スイープして周波数特性を観ているところ
IMG_7995.jpg



フィルタ設計画面の一例
psoc_bpf.png
スイッチトキャパシタフィルタで各パラメータを変更したときに計算上の特性および、実際に動作させたときにズレが出るような設計値の場合はその目安となるカーブも描かれます。


PSoCのプログラムはC言語となりますが、記述は初期設定などの数行となり、ほとんどは画面上のマウス操作で完成させることができますので、『理想のエージング信号の何たるか』を知っている方はプログラムを書き換えてより効果的なエージング機を完成させてみてはいかがでしょうか!!



電子工作キット販売委託先の変更のお知らせ

三月兎様の同人ハードウェア取扱い終了により、バランスヘッドホンアンプキットをはじめとした工作キットの販売店が変更となりました。

新しい販売店は秋葉原、ラジオデパート1Fにある「家電のケンちゃん」となります。
秋葉原へお越しの際はぜひお立ち寄りください。(店頭デモ機もあるよ)
ひきつづき今後ともよろしくお願いいたします。

家電のケンちゃん

同人ハード(キット),fixer 家電のケンちゃん






電子工作マガジンのバランスヘッドホンアンプ記事(地雷)

※注意

記事公開後に実際に製作しましたが、いくつかの問題点が発覚しています。

・出力端子のピン配列が間違っている(しかも既存の製品のピン配列と異なる)
・DCオフセットの調整が追い込めない
・ボリューム位置によって周波数特性が著しく悪化する
・ケース加工図は製作前に現物合わせで要確認

お気をつけください。




電子工作マガジン 2016夏号に

特性の良いバランス駆動を手作りアンプで体験してみよう
バランス駆動ヘッドフォンアンプの製作

という記事があったので、買ってみることにしました。
CltAz1wVYAAGO6h.jpg


CltAz7FUgAAx187.jpg

オペアンプよりヘッドフォンをドライブしやすいディスクリート構成で、約半分のCR、トランジスタのパーツは面実装品で基板に実装済みのものが販売されており、合計予算は3,707円とのことです。


基板は700円だけど送料が宅急便で500円(だけど緩衝材なしで封筒に入れて送るらしい)という時点で嫌な気はしていたのですが、勢いで頼むことになってしまいました。

本を買わないと必要な部品がわからないので本が届いてからリストを見ると、入手先は秋月電子と千石電商で、片っ端から通販のカゴに入れて注文。販売単位が10個だったりして、どうしても必要数のみで買えないこと、2箇所から購入することで送料もかさみ、3,707円で済むはずが、最終的に計算してみるとなんと5,887円もかかっていることに気づきました。これに本代を足すと7,087円もの金額に達しており、この数字をみると正直、買ったことを後悔してしまいました。

そうそう、無駄に1個120円もするWIMAのコンデンサを使っているわりには、他のところは昔懐かしいクリーム色で丸い形のセラミックコンデンサを使ってたり、ツマミが380円もしたりで、どうも理解しがたいこだわりも感じられ…。


さて、部品の手配も済んだところで記事を読んでみると、なんと!

CltG7ajUkAAPerf.jpg


設計に不備のある未完成品だったようです!





周波数特性グラフも載っていましたが、「可聴域の30Hz~20kHzにわたってほぼ周波数特性はフラット」なんて書いてあるわりには明らかなカマボコだし…
qindq64y.jpg




というわけで、買おうと思ってる方は気をつけましょう!


追記
記事中の回路図があまりにも見にくいので書き直してみました。
画像クリックで拡大
電子工作マガジン回路図


追記2
ボリューム位置によって周波数特性が著しく悪化する件について測定結果を掲載します。


最もフラットな特性が得られるボリューム最大時(グラフ水色)に対して、特性が最も悪くなるボリューム-6dBの位置(ピンク)といったようにボリューム位置によって周波数特性が悪化することがわかりました。
IMG_5274.jpg


ボリューム-6dB(電圧レベル半分)の位置
IMG_5276.jpg


理由はボリュームの後についているローパスフィルタ回路がボリュームの影響を受けてしまうことであり、
これは回路設計の不備であると考えられます。
IMG_5273.jpg

猿でも分かるGND分離と擬似バランスとQバランス(Sバランス)とバランス(仮


どれも4極プラグのヘッドホンを使うという点では同じである。4極プラグのヘッドホンは、左右2つのユニットから2本ずつ、計4本の線が省略されずにそのまま4極プラグに繋がっている。


ヘッドホンにおいては三種類の方式における構造上の区別は存在しない。三者の違いはアンプ側の違いである。




従来のヘッドホンのプラグは3極である。これは元々4本あった線のうち2本をまとめて3本で済ませているからである。
ヘッドホンの耳の部分ですでに3本にまとめられて3芯のケーブルで配線されているものと、プラグのところまでは4本のまま来ているものとがある。



4本の線を3本で済ませたほうがシンプルだし、特に問題はないとされていた。しかし、ヘッドホンの性能向上などによって3本か4本かの違いが聴き取れるようになり問題視されることとなった。
ケーブルが3芯のヘッドホンをリケーブルで4芯に変更すると、音の定位がはっきりする効果が得られた。



ケーブルを4本にしても、ヘッドホンのプラグやアンプのジャックは3極なので、どうしてもここで3本にするしかなかった。
そこで工夫して、ヘッドホンアンプの別の端子(ライン出力とか)を利用して、ヘッドホンのケーブルが4本のままアンプ内部の基板まで繋がるようにした。このやり方が、プロオーディオのライン接続における「疑似バランス」に近い部分があるので、そう呼ぶことにした。

※ライン接続の疑似バランスとヘッドホンの疑似バランスでは得られる効果は違う。



その後、上記の方法を工夫しなくても出来るように、最初から4極のジャックをつけた製品がOPPOやソニーから出始めた。(インスパイアされたかは知らん) それらはメーカーにより「グランド分離」と呼ばれている。



疑似バランスとグランド分離については基本的に同じ構造のものを指しており、本来4本の線がヘッドホンジャックのせいで3本にまとめられている部分を改善したという点において、その原理と効果は同じである。

ただし、機器の設計において分離する効果を特別に配慮しているものや、ただジャックの部分を分けただけのものなど、改善効果の度合いについてはこれらの名称だけでは判断できない。



バランス駆動については、従来のシングルエンド(アンバランス)のアンプではなく、バランス出力のアンプを搭載したしたものを用いる。

疑似バランスやGND分離接続では最終的に4本の線が3本にまとめられて回路上の同じ箇所に繋がるのに対し、バランス駆動においては4本すべてに別の信号が加わるので、そもそもまとめることが出来ない仕組みのものである。








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以下は余談的なやつ


■ジャックだけ4極のものと、基板上の回路までGND分離しているものの存在について

共通インピーダンスの大きさ的にはイヤホンケーブル>ジャック>基板って感じだろうけど、基板で分離とかいっても結局は入力のGNDも電源も同一なんだろうし、下手に意識しすぎると3極プラグを挿したときに問題おきかねない。ZX2みたいに…。

参考
zx2の音、4極ジャックについて調べたこと
http://togetter.com/li/788820

従来のシングルエンド接続の違いというのはジャックの部分が3極か4極かということになるのかな。イヤホンの線が3芯か4芯かではGND分離とは言わないよね。GND分離において一番意味のあるのはケーブルなのに。




■参考情報

iFI nano iDSD ポータブルアンプの動作
http://fixerhpa.blog.fc2.com/blog-entry-260.html

iFI-Audio nano iDSD RCA変換ケーブル
http://fixerhpa.blog.fc2.com/blog-entry-261.html

ステレオジャックによる逆相クロストーク
http://fixerhpa.blog.fc2.com/blog-entry-264.html

ポータブルプレーヤーの擬似バランス
http://fixerhpa.blog.fc2.com/blog-entry-268.html



■ツイッターに書いたやつテキトーに貼っとく


DAPの疑似バランス(擬似バランス)の起源的なやつ、もともとポータブルに興味無かった俺がなんとなくハイレゾとかいってiFIのアレ買ってきて、なにこれ音おかしいじゃんって調べたらジャックの品質が悪くてガバガバで、RCAの端子も同じ信号出てるからここから取ればええじゃんってなって、
そうすれば左右チャンネルのGNDを根元から分けて結線できるからセパレート向上するぞってことで、業務機のそういう接続にちなんで擬似バランスって呼んでたところ、当時俺DAPとか持ってなかったんだけど、これ普通のDAPでいけるんじゃねってぜんら氏がDX90でやりはじめて、その流れで
それならもっと性能上げるためにバランスアンプ作ろうぜーってなったんじゃんね。一年半前くらいの話かー。

で、DX90も最初はライン出力のGND使ってやってたんだけど、実はヘッドホンジャックが(マイク付きイヤホン対応のためか)もともと4極になってて、これ4極プラグでいけるじゃんーってなって。
そしたら後からOPPOとかソニーが「GND分離接続!」とかいいだしたんだよ。

で、昨日も掲示板の話で、ブラインドでクロストークがわかるのかとかどうのこうの言われてたけど、元はといえばこういう感じで音がおかしいと思った機器の品質不良を改善するところから始まっているから、これこそほんと「聞いて判断」なんだよねー。

名称については何と呼んでも構わないけど、せっかくのアイディアを有用に使うことと、そもそも3極のジャックの品質を上げる努力もしてくれよ!! ってところはあるね!

自分自身、ヘッドホンを4線化するとセパレートが良くなるなんてのは10年以上前からやってたけど、まさかジャックの接触抵抗まで問題にしないといけないなんて思ってなかったし、実際に測るまではインピーダンス10Ωのイヤホンのことまで想定してなかったんだよね。


疑似バランスになぜ「バランス」という用語が入っているか、というか既存のその語句をヘッドホンに用いたかという理由は明確で、「バランス接続用のヘッドホンを使うから」に尽きるんだよな。変な呼び方するせいで、GND分離用リケーブルとか実質中身一緒の製品が別名で出てくることになる。


業務用オーディオのライン接続における擬似バランスも、コネクタが対応しているから擬似バランスなんだよね。
アンバランス出力のCDプレーヤからバランスの卓に繋ぐ場合、2芯シールド使ってCDプレーヤの直前まではバランスのまま結線するのが通常なんだけどね。

ヘッドホンのバランス駆動って呼びかた、本来俺も好きじゃないんだよね。ヘッドホンのコイルってバランスで巻かれてないからさー。でもそういう名前になっちゃったから今更しょうがねーって感じ。



■バランスアンプについて

信号伝送にともなう問題が改善する見込みがあるからバランスアンプを作ったわけであって、ただ作ってみただけのと一緒にされたくないってのはある。

ヘッドホンのバランス接続についてはアンブレラカンパニーさんあたりがけっこう前からやってた覚えがあるけど、当時それを見ても面倒くさいしそこまでやる意味あんのかな? て感じで手を出さなかったんだよね。
だからこそ、実施するメリットと、いかに簡単に実現させるかを目指したわけで。


※追記
2017.10現在、同じ原理で別の呼び名をした製品が出てきました。Qバランスと呼ぶそうですが、Qは「擬似」を意味するそうで、英単語の「Quasi」から来ているとみられます。

元々、ここのメーカーのジャックが粗悪であることによって、擬似バランス接続を考案した身として何ともいえない気持ちでいっぱいですww

→2017/11/3のヘッドフォン祭での発表会以降は何故か「Qバランス」の名称が「Sバランス」に変更されていました。
発売されたnano iDSD Black Labelを試聴してみましたが、2つのジャックで数回聴き比べているうちに片方のジャックが接触不良で右から音が出なくなる事案が発生。ジャックの品質は相変わらずのようでした。


nano iDSD BLの3.5mmTRRS四極接続「Qバランス」
http://ifi-audio-jp.blogspot.jp/2017/10/nano-idsd-bl35mmtrrsq.html

iFI-Audio「nano iDSD BL」速攻レビュー。最新トレンドを凝縮したモンスターマシン (1/2) - PHILE WEB
http://www.phileweb.com/review/article/201710/19/2776.html


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http://fixerhpa.web.fc2.com/
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