新版FRAplusと歪率測定アダプター試用記

2018 (c) S.Yoshimoto

FRAplusと歪率測定アダプター

FRAplusはmiya氏が開発を行われているオーディオアンプ自動測定アプリケーションソフトです。
測定用のハードウエアとしてDIGILENT社の低価格万能測定器AnalogDiscoveryを用い、Windows上で動作します。
FRAplusはアンプの周波数特性、歪率特性、ダンピングファクタ、入出力特性を高速で計測しグラフ化します。
例として下記のEL34PPアンプ特性図を各々約3分で計測し描画できます。

この度、新版のFRAplus V1.40.0049と同じくmiya氏が開発の歪率測定アダプターが公開されました。
新版のFRAplusと歪率測定アダプターを用いれば、より高精度な測定を短時間で行えます。
FRAplusの詳細は下記ページを
http://www.za.ztv.ne.jp/kygbncjy/tubeamp/FRAplus/FRAplus_intro.htm
歪率測定アダプターの開発目的や経緯は下記miya氏のブログを
https://blogs.yahoo.co.jp/xeres0512
ご参照下さい。

準備作業

測定環境を構築する導入等の作業を行います。

1.AnalogDiscoveryの導入

• AnalogDiscoveryを調達する。
• AnalogDiscoveryのアプリケーションソフトWaveFormsをインストールする。
• WaveFormsのキャリブレーション機能でAnalogDiscoveryを較正する。
  較正作業には信頼できるデジタルボルトメータと数本のジャンパケーブルが必要です。

2.FRAplusの導入

• 新版のFRAplus V1.40.0049をダウンロードしインストールする。
• FRAplusの設定機能でFRAplusを較正する。
  較正作業には数本のジャンパケーブルが必要です。
  

正しい測定には較正が必要です、必ず較正作業を行って下さい。

3.歪率測定アダプターの組み立て

• 歪率測定アダプター基板と部品を調達　
  費用は基板と基板上の部品に約8000円、格納用ケースが約1000円です。
  
  
• 歪率測定アダプター基板の組み立て
  表面実装型のICや部品は小さく、表面実装部品用の半田付け機材と作業経験が要ります。
  所要時間約2時間
  
• ケースを作製し歪率測定アダプター基板を格納
  高精度で安定した測定を行うには金属ケースへの格納をお勧めします。
  基本はAnalogDiscoveryに直挿しですが、私の場合はフラットケーブルで接続しました。
  ケースを加工の所要時間約3時間
  

測定

新版FRAplusの下記の改良項目に注目した測定を行います。

• 雑音歪率((THD+N)の測定精度向上
• シナリオ機能による連続測定
• 歪率測定アダプターによる低レベル信号の測定精度向上

測定項目は下記の通りです。

• 複数出力レベルでの周波数測定
• AnalogDiscovery単体、及び歪率測定アダプターを用いた場合の雑音歪率測定(THD+N)
• 歪率測定アダプターを用いた場合の高調波歪率測定(THD)と拡張機能を用いた内容分析
• 歪率測定にはシバソクAM70Aオーディオアナライザでの測定結果を併記し、メーカー製オーディオアナライザと比較

測定環境

AnlogDiscoveryのみの測定環境	AnlogDiscoveryに歪率測定アダプターを加えた測定環境

AnalogDiscoveryには測定作業で良く用いられるBNCコネクタのケーブルが繋げません。
何らかの変換器は必要です。
私はBNCコネクタケーブルの接続にFrontBoxを用いています。FrontBoxと歪率測定アダプターの接続にはラットケーブルを用いました。

下記3台のアンプを測定対象としました。

• 300Bシングルアンプ　　最大出力8Wの低負帰還アンプです。　
• EL34PPアンプ　　最大出力18W、0.2W付近で最低歪率0.03%となるA級PPアンプです。
• 完全作動型ヘッドホンアンプ　　ソリッドステート、低歪率、低雑音です。

300Bシングルアンプを測ってみた。

●周波数特性

測定所要時間　約3.5分

●雑音歪率特性（THD+N)

測定所要時間　約3分

測定所要時間　約2分

歪率測定アダプタを用いた場合AM70Aとほぼ同一結果です。
300Bシングルアンプの測定なら高価なオーディオアナライザと変わりません。
AnalogDiscoveryのみでは0.1W以下の歪率が実際より悪く測定されます。

●高調波歪率特性（THD)と内容分析

測定所要時間　約3.5分

シバソクAM70Aと同一の測定結果を得ました。
300Bシングルアンプの測定なら高価なオーディオアナライザと変わりません。
歪分析の結果は偶数次歪が殆んどで、奇数次歪が少ない直熱3極管シングルアンプの特徴を良く表しています。

EL34プッシュプルアンプを測ってみた。

●周波数特性

測定所要時間　約3.5分

●雑音歪率特性（THD+N)

測定所要時間　約3分

測定所要時間　約2分

歪率測定アダプタを用いた場合は、
0.5W以下の歪率が実際より若干悪く出ますが歪カーブの傾向はAM70Aと同傾向でアンプの状態確認には十分な性能です。
10KHzはアンプの性能が低下し最低歪率0.1%となります。
AnalogDiscoveryのみでは低出力域の歪がAM70Aの4倍近い値を示してしまいます。

●高調波歪率特性（THD)と内容分析

測定所要時間　約3.5分

シバソクAM70Aと同一の測定結果を得ました、高価なオーディオアナライザと変わりません。
歪分析の結果は偶数次歪が打ち消されるプッシュプルアンプの特徴を良く表しています。
偶数次歪は打ち消され微小です、殆んどが奇数次歪です。　アンプとして良好なプッシュプル動作をしています。

完全差動型ヘッドホンアンプを測ってみた。

ディスクリート部品で構成されたソリッドステートの全段直結DCアンプです。
最低歪率0.003%、残留雑音25μVの低歪率、低雑音性能です。
アンバランス出力とバランス出力を備えており、今回はアンバランス出力にて測定しました。

●周波数特性

測定所要時間　約1分

●雑音歪率特性（THD+N)

測定所要時間　約3分

測定所要時間　約2分

歪率測定アダプタを用いた場合は、
アンプの残留雑音が支配的となる-24dBV以下ではAM70Aと同一結果です。
それ以上のでは約0.05%の測定限界の為にアンプの性能を測り切れません。
しかしながら-24dBV以下でAM70Aと乖離が無いのは歪率測定アダプタの低雑音性能の優秀さを表しています。
最新のソリッドステートアンプの測定には不十分かもしれませんが、0.05%以下の差が音に出るとも思えず、
アマチュア用なら実用上問題ない気がします。
AnalogDiscoveryのみでは全体としてアンプの性能を正しく表しているとは言い難い測定結果となります。

●高調波歪率特性（THD)と内容分析

測定所要時間　約3.5分

アンプの残留雑音が支配的となる-24dBV以下ではAM70Aと同一結果です。
それ以上のでは約0.02%の測定限界の為にアンプの性能を測り切れません。
低歪率のアンプなので歪の内容は殆んどが雑音です。偶数次、奇数次が同量と分析されます。

総合的な感想

総合的な感想は下記の通りです。

• 測定時間の大幅な短縮が可能です。オーディオアナライザを用いた手動測定に比べ1/10以下の時間で測れます。
• 多数の測定点が得られ、特性の詳細な変化を観測できます。
• 歪率測定アダプターを用いたFRAplusは
  　　0.05%までTHD+Nを正確に測定できます。
  　　0.02%までTHDを正確に測定できます。
  真空管アンプの測定には十分な精度を持っています。
• 新版FRAplusでは旧版に比べTHD+Nの測定精度が大幅に向上し、より汎用性の高い歪率測定ができます。
• シナリオ機能は高度な自動測定を可能にします。
  

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