中田式D/A変換

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説明

今まで別のページで紹介していたオーディオネタの一つを、こちらに移動しました。

Webmasterは、音楽鑑賞を趣味の一つとしています。 好きな音楽を魅力的な音質で聴きたいので、オーディオの自作に手を染めて5年以上経ちます。 数十年前から、科学教材社や秋月電子通商のキットを作ったりはしていました。 今では自分で理論を考えて、世界初の仕組みをいろいろ試しています。

ΔΣの原理については、CQ出版社から出ている『エレキ工房No.5』という書籍に少しまとめてみました。 2016年現在、市販のLSIに頼らないディジタル音声のD/A、A/D変換を試しているところです。 途中成果は2016年6月22日に『第13回1bit研究会』で発表しました。 その時の資料は こちら

この文章を書いているのは2016年12月です。 Webmasterは毎年12月になると、NIAGARAの『クリスマス音頭』をヘビー・ローテーションしていますが、今年の再生音質はひと味違います。 最後の2分間など、とってもゾクゾクします。 自作オーディオやっていて良かったと感じる瞬間ですね。

進捗報告

2016年12月13日現在の状況です。 以下の成果を出しました。

本筋

  • ΔΣ信号を直接電圧増幅してヘッドフォン、スピーカーを鳴らす
  • ΔΣ信号をOPアンプ1個のLPF経由でアナログLine出力してみる
  • ΔΣ信号によるスピーカー直接駆動を効率的に行うため1bit信号をさらに変調してみる
  • パソコン上でディジタル音声をリアルタイムにオーバーサンプリングして、D級アンプ出力の音質向上を試す
  • パソコン上で行うFIR計算のスピードアップ(単なるSSE/NEON命令の使用だけでなく計算手順を工夫して命令数を減らす)
  • パソコン上でオーバーサンプリング+ノイズシェーピングしたPCMデータをマルチビットDACに送ってHiFi再生を試す
  • パソコン上でPCMデータをオーバーサンプリング+ノイズシェーピングしてΔΣデータに変換し、高速スイッチングのD級アンプへ送ってHiFi再生を試す

寄り道

  • Raspberry Pi3のI2S信号をPSオーディオ方式でHDMIケーブルに通してみる
  • 「マルチビットDACを駆動したい」という自作オーディオ仲間の依頼でUSB→LSI駆動信号のアダプタを作成
  • 「楽器演奏者のために椅子にPAを組み込みたい」という依頼にアドバイス
  • Volumioの調査
  • 『中田式D/A変換』を実現できる安価なパソコンの調査

詳細は 別ページにまとめてみました。

商品化企画

真剣なオーディオファンの前で中田式D/A変換をデモすると必ず質問されるのは、「いつごろ商品化しますか?」ということです。 残念ながら2016年12月13日現在、未定です。

今まで、CQ出版社、複数のオーディオメーカー、独立系オーディオショップ、クラウドファンディングなどいろいろ声をかけてみたものの、資金集めに成功していません。

投資の回収でもたついているうちにも、試作品は増えていき、アイディアもどんどん湧いてきます。 このままでは、世界初のオーディオのアイディアを山ほど抱えた状態で、生活保護を申請するはめになりそうです。 努力は続けているので、期待しないで朗報をお待ちください。 寝ながら果報を待っている人に、3年3月より早く届けたいですね。

お知らせ 2017年1月20日

『中田式D/A変換』を自宅で試験している時に、思わぬ発見がありました。 従来の低価格帯オーディオを、よりHiFiにできる発見です。 『第14回1bit研究会』のデモ機材情報をアンケートと交換するのを待って、『中田式D/A変換』の研究は一時お休みします。 2017年内に新発見の特許出願と商品化を目指しています。 一式10万円以下のオーディオを持っている人は、ご期待ください。

情報提供

『第14回1bit研究会』の機材展示でご説明したように、当日の第1展示(ΔΣをOPアンプ1個でD/A変換する基板)を自作オーディオ派が自分のところでコピーして試せるように、情報公開の準備をしています。

今後のビジネス展開を見据えてアンケートを実施し、回答をくださった方に資料を直接お送りしようかと考えています。 アンケート開始日は、2016年内を目標にしています。

2016年12月22日 追記

「それまで待てないよー」という人も多そうなので、webmasterからクリスマスプレゼントです。

DSD信号をライン出力に変換する簡易的な回路図

SACDプレーヤーやUSB DACの筐体を開けて、DSD入力のDAC LSIあたりから3本の信号線+GNDの4本をつなぐと、回路の出力としてライン信号がとれます。

この回路図は、普段からユニバーサル基板上に自作回路をはんだづけしているような上級者向けです。 電源周りのパスコンなど省略してあります。 Webmasterはこの回路について何も保証しません。 入力のDSD信号は、クロックの上昇エッジで取り込むことや、3.3V CMOSレベルの信号であることを前提にしています。 OPアンプで作ったLPFは特性がゆるすぎるので、高域ノイズのフィルタリングは不十分です。 74AC74とOPアンプの電源をどこから取るか(SACDプレーヤーに寄生するか、自前で用意するか)など、工夫するところはたくさんあります。 自分であれこれ変更して試してみてください。

2016年12月31日 追記

お詫びです。今日までにアンケートを始める予定でしたが、試しにマイコンのフラッシュROMにファームウェアを書き込もうとしたところ、一部の基板への書き込みが必ず失敗します。 必ず成功する基板もあるので、現在再現条件を調べているところです。 調査終了まで、あと1〜2週間お待ちください。

ファームウェアとLinuxから使うためのバイナリは、アンケート結果と交換する予定ですが、それ以外の資料をまとめてみました。 Linux以外のOSから使用するためのバイナリは、今のところ存在していません。

ハードウェア資料

2017年1月3日 追記

回路図を差し替えました。 入力のピン2についていたラベルが間違っていたので、その修整です。 ちなみに、フリップフロップの差動出力とOPアンプの差動入力の間で極性が反転しています。 このまま作ると、ライン出力の±が逆転します。 気になる人は、74AC74の出力ピン5、6の間とピン8、9の間で信号を入れ替えてください。 33kΩに入る前にクロスさせるだけです。

2017年1月9日 追記

マイコン基板のフラッシュROMにファームウェアを書き込む際のトラブルは、引き続き調査中です。 LPC4330-Xplorerについて簡単な説明を書いたので、リンクを用意します。

LPC4330-Xplorerについて

2017年1月20日 追記

トラブル原因を特定できました。 以前まとめ買いしたLogiFind社のTCXOがまとめていかれていました。 クロック出力ピンに電源電圧のDCが出ています。 動作しているTCXOが1個だけ残っていて、それを使って動作確認しています。 TCXOが壊れなければ、27日までにアンケートを開始する予定です。

TCXO modules are out of order

2017年1月27日アンケート開始します

アンケート をご覧ください。

掲載日

初出 2016年12月14日

追記 2017年1月27日


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