サウンドマート
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ダンピングファクター神話(都市伝説)
サブカテゴリー: 音響機器全般
名前:
宇宙人
スレッドNo.:16008
登録日:
2012/12/14 13:39:32
記事No.:56975
別のスレッドでダンピングファクターのことを説明したくなりましたが、長文になるので、こちらで、お話しいたします。間違っていることがあるかも知れません。諸兄のご指導をいただきたいと思います。
名前:
宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:40:51
記事No.:56976
【 ボンつきの3つのタイプ 】

 ダンピングは、ダンプ(制動)すること。ダンピングファクターは、直訳すると制動係数です。
ダンピングファクターが大きいと、スピーカーに電磁制動が強くかかって、残響のように聞こえる余分な共振
が素早く消えるんだという説明がよくなされます。
 残響のように聞こえる共振現象は、低域が主です。共振と共鳴は同じと考えてください。
中高域では、強い共振があっても、消えるまでの時間が短く、残響感ではなく、特定の音が強く(共鳴吸収の場合は
弱く)聞こえるという現象として私たちは認識します。
 低域ではボンボンという表現が適したような音になるため、「ボンつく」(名詞ではボンつき)という表現
が良くなされます。また、残響が長引いたようにも感じます。
 このボンつきは、共振現象で、主に3種類の原因で起きています。
 1 スピーカーの振動系が、バネにつけられたおもりのような仕組みで起こるもの
 2 バスレフタイプや、受動的に動く振動板の共振。ヘルムホルツの共鳴箱を利用した
   低域通過フィルターや、低域輻射管などといろいろな形状や名称を与えられていますが、
   1とは別で、スピーカー振動版の制動でコントロールできません。
 3 ホールや居間などの音響空間の構造による残響、共鳴
このうち、ダンピングファクターが影響するのは、1のみです。
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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:42:51
記事No.:56977
【 共振と周波数特性 】

 聴く位置で、周波数特性を測定すると、「ボンつく」音程は、周波数特性が上に尖った形になっています。
これは、前述の1、2、3のタイプに共通する現象です。位相のずれが大きく変化するポイントでもあったり
します。
 では、この周波数特性を丁寧に調整して、さらに、位相のずれも完全に補正したら、残響感はどうなるでしょうか。

A その周波数が欠落したような音になるけれど、残響感は減らない。
B 残響感が減ったように感じる。

 答えは、Bなんです。つまり、「ボンつき」は、丁寧な周波数特性の補正で、相当レベルまで改善できるんです。

 ところが、最初に述べたように、「聴く位置で」という条件があり、ある人のところでは、改善されたように
思えても、ほかの聴衆にとっては、Aのように感じることが多いのが問題です。場所による位相のずれは、補正しきれないのです。

 また、共振は、「音のクセ」で、その好みは千差万別です。どの位置でも癖が控えめで、残響感も多くの人が納得するようなレベルにするには、『強すぎる共振』は抑えなくてはならないわけです。

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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:44:16
記事No.:56978
【 共振を抑える=制振、制動、ダンピング 】

 自動車は、路面の凸凹を乗り越えても強い衝撃が乗っている人に伝わらないよう、変形するタイヤとともに、バネ
で車体を浮かせる仕組みを持っています。この仕組みは、おもりとバネの共振系を構成します。それだけですと、
後に尾を引く振動が残って、かえって乗り心地が悪くなります。そのため、「ショックアブソーバー」という
部品で、共振エネルギーを消耗させ(熱エネルギーに変換)振動を減衰させています。このショックアブソーバー
は、ダンパーとも呼ばれます。振動を減衰させることを、制振、制動、またはダンピングと呼んでいます。

 この制動は、1の場合には、スピーカーのエッジなど振動系を支えている部分の内部損失、振動版前後に空気が
通りにくいところがあれば、空気の流れによる損失、そして、電磁制動があります。
 2の場合には、たとえばバスレフの場合、共振しやすい形状にするかどうか。また、好みによってバスレフダクトに
吸音材を詰めたり(音が良くなることはめったにありません)すると制動できます。
 3の場合には、周囲の反射率を変え、吸音材が多ければ、制動が強いということになります。

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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:46:16
記事No.:56979
【 電磁制動の原理 】
ファラデーの電磁誘導の法則というのがあります。
「1つの回路に生じる誘導起電力の大きさはその回路を貫く磁界の変化の割合に比例する」というものです。
アンプからの信号が途絶えたスピーカーで、まだ振動版(コーン紙)が動いていると、ボイスコイルに、電磁誘導の法則に従って、誘導起電力(電力ではなく、電圧なんですが、慣例でこう呼んでいます。)が生じます。
一種の発電機です。この発電機の出すエネルギーを使ってしまえば、ブレーキがかかって、余分な動きは
制動されます。物理学の用語ではありませんが、オーディオではよく電磁制動という表現がなされます。
エネルギーを使ってしまうのは、この発電機に、負荷抵抗をつないだ仕組みに置き換えることができます。
負荷抵抗は、ボイスコイルを含め、一周する回路全体の抵抗です。電圧が一定なら、この周回抵抗が小さいほど
流れる電流が大きく、時間当たりのエネルギー損失も大きくなって、早く制動されるわけです。
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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:47:57
記事No.:56980
【 周回抵抗の内訳 】

 周回抵抗の一番大きなものは、ボイスコイルの直流抵抗。公称インピーダンス8オームのもので、
4〜6オームあたりが多いようです。公称インピーダンスは、他の要素で、直流抵抗より高くなっています。
直流抵抗は、ほとんど公表されていませんが、インピーダンスカーブが公開されていれば、
そのカーブの一番低いところのインピーダンスに近い値です。
 周回抵抗ですから、スピーカーのケーブル(往復)やパワーアンプの内部抵抗も加算されます。
スピーカーのケーブルは、長さ、太さでまちまちですが、一般的に、ボイスコイルの直流抵抗よりずっと小さな
抵抗になっています。
パワーアンプの内部抵抗については、あらためて詳しく説明しますが、等価的に、ボイスコイルより、2桁
ほど低いのが普通で、制動時間は、特殊なアンプを除き、アンプが変わっても人が分かるほどの違いはありません。
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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:49:39
記事No.:56981
【 パワーアンプの内部抵抗 】

前述のように、パワーアンプの等価的内部抵抗(以下等価的を省きます)が、よほど高くない限り、
低域共振のダンピングへの影響は無視できます。
では、内部抵抗について解説します。

パワーアンプの入力電圧と出力電圧は、正比例するのが理想です。
負荷が変わって、出力電流が変化すると、出力電圧も、正比例からずれます。この
ずれの大きさを、「パワーアンプの内部抵抗」という概念で表します。
つまり、
 内部抵抗= 出力電圧の変動÷出力電流の変動
です。
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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:51:32
記事No.:56982
【ダンピングファクターの定義】

ダンピングファクターは、8オーム ÷ 内部抵抗 で計算される値です。 内部抵抗は、周波数によって
若干変化することがありますが、1キロヘルツあたりの周波数での内部抵抗が、よく採用されます。

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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:53:06
記事No.:56983
【 入出力の正比例関係を改善する負帰還技術 】
 一般的に、入力と出力の正比例関係が崩れるのは好ましくないので、ネガティブフィードバック(負帰還)に
よって、崩れを補正します。この技術は、同時に、ひずみ率や周波数特性の改善にもつながります。
 崩れた出力を逆相にして入力に加えたり、入力段を差動増幅にして、出力を戻したりします。
負帰還を強く利かせたアンプは、ひずみ率、周波数特性が優れていますが、同時に、出力電圧の変動、内部抵抗も下
がります。
 つまりダンピングファクターの数値も大きくなる傾向があります。そこで、ダンピングファクターの値が大きいこと
と特性が良いことの間には、相関関係があることも事実です。
名前:
宇宙人
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登録日:
2012/12/14 13:55:35
記事No.:56984
【 負帰還技術の副作用と用途 】
 アンプの自作をされた方はよくご存知ですが、強い負帰還をかければ、発振や、その前駆症状の波形の乱れが出ることが多くなり、必ずしも、音が良くなるとは限りません。しかし、副作用をきちんと抑制すれば、確実に、仕様上の特性は向上します。特性が良ければ音はよいと断言するつもりはありませんし、実際良い音と感じるのは、人の好みで、家庭で音楽鑑賞をする場合には、楽器のように豊かに歌うスピーカー(原信号以外の音が加わっている)の方が高く評価されることもあります。たとえば小生は、「弦楽器ならタンノイウエストミンスター」と、ボロボロの中古品を愛用していた時期もあります。
 アンプも同じで、特性の良くないものをありがたがるのは、かならずしも非科学的だとは思いません。ただ、
業務用途では、個人の主観は排除しなくてはなりません。当然、安定を維持できる範囲で、十分な負帰還をかけたアンプが高い評価を受けるわけです。
 仕様は重要です。誇大広告や、怪しげな表現も皆無ではありませんが、信頼できる仕様なら、計算だけで、音響計画の大半は可能です。
また、アンプの特性は、スピーカーやマイクにくらべ、ずっと高い水準で完成されていますので、アンプを交換しても音に大差ないことがほとんどです。
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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 14:00:03
記事No.:56985
【 神話 】
 増幅素子の直線性の良い範囲を使ったアンプは、ひずみ率が小さいので、強い負帰還はかけない方が、かえって人気になることがあります。多くの3極管アンプが典型的な例です。一般的に出力が小さいため、家庭内の音楽鑑賞に限って用いられる傾向があります。当然ダンピングファクターはあまり大きくありません。多極管アンプや、トランジスターアンプ、FETアンプ、スイッチングアンプでは負帰還を大目にかける設計が普通です。
 PA用アンプは、最近ではスイッチング(D級、デジタルと表現しているメーカーもあり)形式の出力段をもったものが主流になったため、ほとんどが、高負帰還です。
 他の性能もよくなるためなのか、PAの分野では、ダンピングファクターの高いアンプが高性能だという神話ができたものと思います。
 ダンピングファクターが高いと売れる。 → ダンピングファクター競争をする。 さらにダンピングファクター
が高い方が売れる ・・・・・と、無意味な競争が続いています。

 増幅回路の後ろにある、配線の抵抗、保護回路の抵抗は、ダンピングファクターの値を下げてしまいます。
ダンピングファクター競争に勝つため、スピーカー保護リレーを用いないことがあります。リレー接点の接触不良や、接触部の酸化被膜(硫化被膜)によるショットキー障壁で、非直線性ひずみが出たりすることがなくなるという利点もありますが、多様な保護に対応しにくくなります。リレーと同じように電流制限抵抗も小さくする傾向があります。やりすぎると過電流が終段増幅素子に流れたのを検出しにくくなります。そのため、終段の素子が壊れたりする恐れもあります。故障が増えたり、アンプ故障時にスピーカーを道連れにしてしまう心配は高まります。
 もちろん、慎重な設計で、こういったトラブルは、起きにくくすることも可能です。
 保護リレーを用いても、ダンピングファクターを高くする技術もあります。リレーの後から、負帰還を戻すのですがリレーが遮断されているときに、増幅回路の各段で、振幅が過剰になったりする可能性も高まります。
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宇宙人
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登録日:
2012/12/14 14:06:02
記事No.:56986
【 スイッチングアンプの特性は、まだまだあげられる 】

 話がそれますが、スイッチングは、終段素子に、ON、OFF動作をさせます。入力と出力の比例関係は、終段素子の直線性ではなく、スイッチングのタイミングが、計算上の理想的な値に近いかどうかで決まります。特に、パルス密度変調でON・OFFされる場合、前段までの比例関係がしっかりしていれば、負帰還をかける前にすでに、高い性能が得られています。貧弱な電源部などで、十分な性能が出せない機種も皆無ではありませんが、PA用として、使われる割合は、ますます高まると思われます。

【 結論 】
 ・ 市販のPAアンプでは、ダンピングファクターが、ダンピングに影響する要因ではない。
 ・ スイッチング出力段を持ったアンプの性能は、飛躍的に向上してきている。
 ・ 過度なダンピングファクター競争が起きている。無理な設計につながりやすい。定評のあるメーカー
   以外で、数値が高いものは、評判を確認するのが望ましいと思われる。

名前:
スイッチングアンプ
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登録日:
2012/12/14 20:11:48
記事No.:56987
大変参考にさせていただいております。

スイッチングアンプはデジタルアンプと同じ物ですか?

TRIPATHのTA3020や黒モグラを使用したアンプがOEMを含めてよくお目にかかりますが?
すでに製造メーカーが無いようですが、なぜ消えてしまうのでしょうか?
部品の入手はどのようにされているのでしょうか?

脇道にそれますが、ご存じでしたらお教え下さい。
名前:
スペック信仰
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登録日:
2012/12/15 1:26:43
記事No.:56991
その辺の解説書が数行で済ませている説明をこれほど詳細に…流石です。

ダンピングファクターの過剰な信仰は、パワーアンプの出音について
購入前のユーザーが知りえる唯一のスペックである、という点があるかもしれませんね。
特にピュアオーディオではスペックが重視されすぎている感じがありますので…
逆にPAなどのプロ音響ではデモを借りて出音を判断できるので、
出力やDSP以外のスペックはあまり重視されていない気もします。
名前:
宇宙人
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登録日:
2012/12/15 6:34:11
記事No.:56993
パワーアンプ以外のオーディオ装置でも、たとえば、「1bitデジタル」という名称で、その実は「パルス密度変調」をほんの少しアレンジしただけのものだったりします。スイッチング動作をしていますが、パルスのタイミングをアナログ的に調整しているわけですから、アナログと位置付ける方が妥当だと思います。それでもスイッチングだと、1と0ですから、いかにもデジタルのようなイメージはありますね。デジタルは、簡単に言うと、整数で信号を近似して処理しているもの。デジタルとは違うわけですが、そこは商売。ネーミングが販売につながれば、なんでもあり。ですから、普通のスイッチング動作をする出力段を持つアンプを、デジタルアンプと呼ぶのは、個人的には違和感を持っています。
 スイッチング動作をさせるために、終段に加えるパルス信号は、パルス幅変調か、パルス密度変調されたものが普通で、前者なら、3角波またはのこぎり波を発生させる回路と、オーディオ信号との大小を比較する回路を組み合わせると得られます。得られたパルスの幅は、決して離散的な値をとるわけではありませんから、アナログなのです。

 TRIPATH は、倒産したようなニュースが流れています。確認はしていません。もし商品として売り出すパワーアンプを設計する立場なら、この会社の集積回路を使いたくなるかどうか、個人的な意見を申し上げます。

・ 集積回路の「T級」というのは、何なのか。TA3020の29ページからなる仕様書にも納得できる説明はなくおそらく、他では通用しない造語です。
・ 肝心の動作説明をブラックボックス化して、「この仕様書通りに外部の素子をつなげば動作しますよ。それ以上は秘密です。」となると、不安で、手を出しにくい集積回路です。
・ 「だれが作っても同じ性能ですよ」というアピールも、「競争が激しくなったら、独自のセールスポイントがなくなる」不安に駆られます。
・ 市販されているアンプに比べ特に高性能ではありません。
  ( 推奨条件で、全高調波歪率が0.02%。50W。スイッチング速度の遅い大電力用FETを使えば、もっと性能が落ちます。30数年前に購入したアナログアンプPIONEER M-25 にも及びません。 )
・ 同社の別の集積回路の話ですが、「この商品と同じ集積回路を使ったアンプで、ブラインドテストで有名アンプに勝ったものがある」と宣伝している商品がネットに見られます。「このアンプが有名アンプに勝った」ではなく、紛らわしい宣伝です。そういったイメージの良くない宣伝をしている商品に多用されている集積回路には、かえって不安を覚えます。
・ この集積回路を使った商品が、大量または息長く売れ続けた場合に、安定して部品供給がなされるかどうか、やはり、よく似た機能、性能なら、大手半導体メーカーの集積回路にしたくなります。そして、現実にそういう集積回路は、いくつもあります。また、大手半導体メーカーは、商品の製造中止をするとき、代替品を用意するのが慣例です。さらに、大手には、商品に組み込んだらどういう性能になるか、シミュレーションするシステムを無償で公開、提供しているところがあります。

結論
・ スピーカーを駆動する信号は、大きな電力を伴うアナログ信号。パワーアンプの入り口がアナログ信号なら、内部でデジタル化する必要はありません。リミッターや、フィルター、イコライザーなどを組み込むために、デジタル信号処理回路を付加価値にしている商品でも、やはりデジタルとは言いにくいと思います。
・ 量産商品には、大手メーカーから安定的に供給される「定番部品」が使われます。部品の供給が止まったら
  故障修理もできなくなり、信用を失うからです。
名前:
スイッチングアンプ
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登録日:
2012/12/15 10:31:41
記事No.:56995
宇宙人様
ご丁寧な書き込み有り難うございました。

TA3020はRAMSA、JVCにも使用されていますが、修理に出したことがないのですが、部品供給はどうされているのか、心配です。
軽くて薄いので、一人で対応する現場では楽です。
しかしは音については意見は色々でしょうが、個人的には疑問符?が付いておりましたので、
この書き込みで、少し納得できました。有り難うございました。
名前:
宇宙人
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登録日:
2012/12/17 17:26:05
記事No.:57016
TA3020APM30238 は、「 Master Elec Company 」で、希少品種扱いながら在庫品。

12/17 17:00 現在、979個の在庫があることになっています。単価は、2693円。

http://www.master-elec.com/electronic-parts/ic/ta3020apm30238.html

このページから、仕様書にもリンクしています。
ピン間隔が大きく、はんだ付けもしやすいようですし、もし自作するなら、楽しめるかも知れませんよ。

有用な半導体なら、倒産するときに、他の企業が、商標、型番の利用からマスクパターンの設計まで一切を
買い取るのが普通です。このクラスの半導体はどうなんでしょうね。
 RAMSA、JVC あたりなら、保守用に確保していると思われますし、在庫不足で、修理に対応できなくなったら、
台数は知れていますので、「修理部品の都合で、この機種については、より高性能な商品に無償交換させて
いただいています。」という対応が可能で、企業イメージにも響かないと思います。
名前:
スイッチングアンプ
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登録日:
2012/12/17 19:39:06
記事No.:57017
宇宙人様
有り難うございます。

RSオンラインで見積もったら、3万円ぐらいしたような気がします。
このような金額で、在庫があるとは信じられませんでした。
検索しても、見つけられなかったので、感激です。
在庫しようと思います。
有り難うございました。
名前:
一般人
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登録日:
2021/07/01 23:06:19
記事No.:66482
トライパス
少し調べるだけで
FETの動作補償してる事や
内部でΔΣ変調し40Mhzのオーバーサンプリング後に「デジタル」補正してるという話がでてきますね多くが英語ソース
今時のフルデジアンプチップとは違いスピーカー端子からの負帰還ではないのでDFが低いのは事実ですが…

高次なΔΣ前提で元よりメガヘルオーダーのPDM方式に大した補正なんていらないのは当然でしょうに

宇宙人なんて名で語る時点で悪意あるネタ回答でしょうけどムカつきますね
SONYやAppleが伊達や酔狂で製品採用なんてしませんしトライパス創業者のインド人やシャープの技術陣にも失礼ですね
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