【にわかAVマニアの評価】 スマホ、底辺USB、自作DAC、MBD のノイズを検証

わたしは広義には電気回路設計者ですが、狭義には信号処理屋です．アナログ、デジタル、simulation、祈祷、手かざし、、、あらゆる手段を弄して信号を加工するのがわたしの主な仕事であり人生そのものです．ゆえに電源やドライバ設計などのパワー系の経験はやや薄いものがあります．

手持ち機材の性能を把握するために、いろんなオーディオ信号を評価しました．いろんな条件で1kHz 0dBをサンプルし、フーリエ変換し、ノイズスペクトラムを観測し、様々な考察をしまぁす．

フーリエ変換の手順は、

　・44.1kHzサンプル

　・１万サンプルほどを計算対象にする

　・ハニング窓関数→DFT→√２乗→xgraphで表示

というごくフツーのやりかたです．

なおFFTじゃなくてDFTです．マシンはLinuxです．toolはCとPerl混在の自作物です．

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１）理論的最善値

1kHz 16bit 44.1kHz 0dB をPC上で生成し、それをフーリエ変換したもの．完全なるsimulationです．

横軸周波数、縦軸dBで、以下同様です．

1kHz peakから-120～140dBにノイズフロアが存在します．これは数値演算の誤差の蓄積です．浮動小数点→整数への丸め誤差とかそういうものです．理論的な限度はこんなものであると確認しておきます．

２）理論値、ただし100psのサンプリングジッタを与えた場合

１に100psのサンプリングジッタを与えた場合です．完全なるsimulationです．

標準偏差100psの数列Jnを生成させ、sin(ω(t+Jn))のように時間に外乱＝ジッタを与えました．

結果は、１と比較すると全然差異はないですね．

ちなみに、ジッタ100psという値は、「Xtalを分周したclockならそこまで悪化するこたぁないだろう」と想像される性能です．

つまり、Xtalを分周したclockでDACを駆動するのなら、サンプリングジッタで音が濁ったりするこたぁないだろうよという目途を得ました．

３）理論値、ただし5nsのサンプリングジッタを与えた場合

１と２と同様の、完全なるsimulationです．

数kHzの周波数帯域のノイズフロアに明かな悪化が見られます．

5nsのサンプリングジッタがどの程度の状況なのかというと、いろいろな悪条件が重なった場合ですが、

　・USB frame rate(8kHz)からPLLで40MHzなどに逓倍してDACを駆動するスレーブ型

　・かつICのPLLがダサい

　・かつPCB実装がダサい

　・かつUSBの5V電源が汚い

要するに超小型で安物の底辺USB DACだとありがちということです．肥溜めに片足をズッポンと落としてしまった、地獄のような回路ですが、一般消費者はそんな事情なんか知らずに音がイイとか悪いとか表面上で一喜一憂してるもんです．ぐぇ～ｗ

４）ES9038Q2M 出力1kHz 0dB　→　PC LINE IN -2dB 44.1kHz

ここから下は実機の評価です．

信号源は自作ES9038Q2M DACです．当然マスタークロック駆動です．

PCは、MSI H97M ECOのLINE IN端子ですから、高性能とは言えません．

評価：

　・全体的なCNRは100dBといったところ

　・丸囲いの部分に高調波が少し存在する

ただしこれはDACの性能というよりも、MBDのADCの性能が見えているだけと推測します．何を測っているのかよく判らないという、電気回路実験でよくあるパターンです．分離するには本気のADCを調達するしかないですね．本気のADCを自作しようかな．

５）ES9038Q2M 出力1kHz 0dB　→　底辺USB audio -2dB 44.1kHz

４との比較で、サンプリング装置を底辺USB audioに置き換えたケースです．

底辺USB audio INの低品質さが見えてきます．

　・青囲いの部分に、ノイズがぐがっと乗っている

　・黄囲いの部分に、２次３次高調波発生

ぎゃははのは．ただでさえ低性能なMBDのADCと比較してもこんだけ馬脚を顕すのってどーゆーことだよ．底辺USB audioなんかこんなもんってことで、素直に死にましょう！

６）xiaomi 9Tスマホ出力1kHz 0dB　→　PC LINE IN -2dB 44.1kHz

スマホの出力ってどんななの？というstory展開です．

なんじゃこの高調波は・・・牢屋の鉄格子か？ ある意味美しいともいえるかも．

0dBを出力できる設計になってないのかなぁ？（ちなこの測定は無負荷ですから）
それともrail to rail opampの出力性能ってこんなもんなの？（D級アンプなのか？）

素直に死ぬしかないですね．

結論：

・マスタークロックDACは良好

・自作ES9038Q2M DACは良好

・底辺USB audioのINは死亡レベル

・MBDのaudio INは底辺USBよりもマトモ

・スマホのOUTは死亡レベル

・この手の測定には本気のlow noise ADCを作る必要があるなぁ

かしこ