なぜオーディオ機器は組合わせで音が変わるのか

 下の図は、2つのオーディオ機器をケーブル(ピンコード)で接続したときの一般的な回路図。CDプレーヤとアンプを繋いだときや、プリアンプとパワーアンプを繋いだとき、こうなる。

 機器の入出力には抵抗やコンデンサがある。ケーブルがないとき(単独の時)、これらの素子は次の働きをする。

 R2は出力インピーダンスを、R4は入力インピーダンスを決定づける。
 R3,C2でローパスフィルタを構成する(ノイズカット)。
 C3がカップリングコンデンサになる(直流カット)。
 C1とR1でハイパスフィルタを構成する(直流カット)。

 これらの回路定数は、各メーカの設計ポリシーによって決定されている。

 

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 2つの機器をケーブルで繋ぐと、次の変化が起こる。

 

1.R2によって、ケーブルからノイズが乗る

 R2は出力インピーダンスを高くするので、R2以降の伝送経路が外来ノイズに弱くなる。ピンコードがシールド構造になっているのはそのため。また、R2とケーブルの静電容量によってローパスフィルタが構成される。
 つまり、R2がケーブルの影響を受けやすくなる要因になる。

 

2.R2によって、高域が制限される

 R3,C2で構成されるローパスフィルタのカットオフは、通常可聴域(20kHz)より高く設計される。ところが、ケーブルを繋ぐとR3と直列にR2が入るため、このカットオフ周波数が下降する。

 

3.R4によって、低域が制限される

 C1,R1で構成されるハイパスフィルタのカットオフは、通常可聴域(20Hz)より十分低く設計される。ところが、ケーブルを繋ぐとR4が並列に入るため、このカットオフ周波数が上昇する。

 


 

 以上の結果から、次のことがわかる。

 

機器の組み合わせによって伝送特性が変わってしまう

 上記2,3で示したように、ケーブルで繋ぐとお互いが持つ素子が相互に影響しあってハイパスフィルタやローパスフィルタのカットオフが変化する。これが、機器の組合わせによって音が変わったり、相性問題が起こる理由だ。
 変わるといっても、適切に設計された機器同士であれば、可聴域外の話になってほとんど影響しない。

 問題は海外製品を繋いだ場合に起こる。海外製品の中には入力インピーダンスが数キロオームという小さなものがあるという。これだと可聴域にまで影響する可能性がある。

 いずれにせよ、内部の回路定数を知れば事前に結果を予測でき、組み合わせで試行錯誤することは無くなるはずだ。

 

出力インピーダンスR2は、音のクオリティに最も影響する

 上記1,2で示したように、R2は繋ぐケーブルと高域特性に影響する。音のクオリティを左右する要因の一つだ。

 R2は小さいほどこれらの影響が小さくなる。しかし小さすぎると誤ってショートさせたとき過電流で壊れてしまう可能性がある。R2を下げるとこの対策が必要になり、コストアップになる。そのため、高級機ではR2が低く、ローコストな普及機ではR2が高い傾向があるようだ[1]

 

高級機はローエンドの延びが違うと言われるのはなぜか

 高級機はカップリングコンデンサC1に十分容量の大きいものを使い、ハイパスフィルタのカットオフを十分低く設計していると予測できる。ケーブルを繋ぐことでカットオフが多少上昇しても、低域再生に関して問題が生じない。

 高級機は重く見た目に貫録がある。大きく重い筐体や太いケーブルを見るといかにも低音が出そうな印象を受けるが、オーディオ信号の実体は電気であり、重量やケーブルの太さは低音再生とは無関係。惑わされないよう注意したい。

 

ケーブルの導体純度は音質と無関係

 信号ケーブルで音のクオリティに影響する要因は、耐ノイズ性能(シールド構造)くらいしか思い当たらない。ピンコードの抵抗はR2に対し桁違いに小さいことから、導線の純度や結晶粒界が音質に影響することは考えられない。

 

高級機ほど安いケーブルで十分

 5で書いたように、R2が小さければケーブルの影響を受けない。高級機ほどR2が低い[1]ので、安く細いケーブルで十分になる。
 ケーブルの音をテストする場合も、高級機ほどケーブルの差が出にくいのでテストに適さない。「ケーブルへの投資は、機器の10%」など言う目安にも根拠がない。

 

バッファを入れることで音質が改善する

 上の図のように、機器をケーブルで繋ぐとお互いが持つ素子が相互に影響しあうが、その影響を無くす方法がある。入力機器と出力機器の中間に、利得1のバッファアンプを入れることだ。プレイヤーとパワーアンプの間に入れるプリアンプも一種のバッファアンプである。

 バッファアンプを入れるというと、「余計なものを挟むと純度が落ちる」「シンプル&ストレートが理想では?」と思うかもしれないが、そうではない。
 バッファアンプを入れると機器相互の影響が無くなり、R2を十分小さくできて理想的な信号伝送が実現出来る

 特に、機器が粗悪にできていて、接続する相手によって相性問題が起こったり、音が変わるのが耳でわかるような場合に大きな効果が期待できる。
 オーディオ業界はネタに飢えているはずだが、何故かバッファアンプのような商品が出てこない。

 

パッシブアッテネーターは100害あって一利なし

 CDプレーヤが登場した当初、「パッシブアッテネータ」と称する商品が出回ったことがある。

「CDプレイヤーの出力は大きいので、パワーアンプと直結できる。プリアンプを省略してより良い結果が得られるのではないか」

 という考えから生まれたものだ。これはバッファアンプとは正反対の効果をもたらす。パッシブアッテネータの原理はR2を増やすこと。この機器を挟むとR2が極端に大きくなってしまい、まともな信号伝送ができない。

 

 

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<参考:R,C各素子の実例>
 上記の影響を定量的に評価するには各素子の定数が必要だ。ソニーの高級MDプレイヤ(MDS-JA3ES)をバラしたところ、次のようであった。高級機の一例として参考にして欲しい。

R1:100Kオーム
R2:910オーム
R3:470オーム
R4:100Kオーム
C1:100マイクロF(電解)
C2:100pF(セラミック)
C3:100マイクロF(電解)

ローパスフィルタ、ハイパスフィルタのカットオフ周波数f(Hz)は、次式で計算できる。

f = 1/(2*π*R*C)               (1)

ここで、C:静電容量(F)、R:抵抗(オーム)。f ではゲインが-3dB、位相歪みが45度となるからf が可聴域を超えていても可聴域に影響する可能性がある。f が可聴域から10倍離れていれば、ほぼ影響ないと判断できる。