VL(Vector Linear) Digital

はじめに 　音楽信号にこめられた制作者の想いを、より忠実に、そして音楽性豊かに再現することは、オーディオ機器の最大かつ永遠の課題です。オンキヨーは、作り手主体の高音質設計思想から脱却し、人間の聴覚メカニズムに向き合ったサウンド設計を追求する中で、「音楽情報の認識を阻害する要因を徹底して排除する」ことが、この課題に対するひとつの回答であるという結論に達しました。 　最近、デジタルアンプが急速に普及してきています。小型･軽量･高効率と数多くの利点を持っていますが、なにしろデジタルアンプそのものがパルス発生器であるうえ、扱うパワーが非常に大きいため、ここから発せられるノイズが音楽信号に飛び込む危険性をつねにはらんでいます。音楽信号に混入したノイズは、リスナーの聴覚感度を狂わせ、微小な音色成分などの感知を著しく妨害するため、再生音に及ぼす悪影響は深刻です。デジタルアンプで高品質の音楽再生をしようとすると、まず、これらのノイズに起因する問題を解決する必要があります。 　オンキヨーが開発したVL Digital は、大電力をスイッチングするデジタルアンプにおける音質劣化の要因である、ノイズによるパルス幅変換エラーの問題を解決した、全く新しい高精度パルス幅変調方式です。 VL Digitalのアドバンテージ ・ノイズに左右されない高精度波形変換 入力信号に混入するパルス性ノイズの影響を全く受けずに原音に忠実なパルス幅変換を実現。 電源の変動に対しても安定した変換が可能。 ・時間軸分解能が無限のパルス幅変調方式 デジタル的サンプリングを用いない、きわめて正確かつ純粋なパルス幅変調方式。 VL Digital 2では従来回路にベクトル発生器を追加。 より正確なパルス幅変調を実現。 ・シンプルな回路構成 複雑な回路や高速デジタル演算を用いることなく、簡単なアナログ回路で実現。 信号品質劣化による音質への悪影響を追放。 デジタルアンプと一般的なPWM方式 　最近普及が進んでいるデジタルアンプ(D級アンプ)の多くは、音楽信号の情報をパルスの幅に変換(PWM：Pulse Width Modulation)して電力増幅する方式をとっています。通常のデジタルアンプは、図1右上のような構成が標準的です。 デジタルアンプは、電力を消費する部分がアナログアンプと比べて非常に少ないため、高い効率が実現できることが最大の特徴です(図1)。"デジタル"と名がついていますが、PWM方式を用いるデジタルアンプは、High とLowのパルスの幅そのもの(アナログ量)に音楽情報を持たせているため、連続量を扱うという観点からは、アナログ方式であるという考え方もできます。 図1　デジタルアンプとアナログアンプの違い     　デジタルアンプは、数100kHzの高速で大電力をスイッチングするため、周囲に非常に大きなノイズをばらまくことが欠点の1つです。うまく設計すれば、このノイズはかなり小さくでき、音楽信号への影響も比較的抑えこめますが、何らかの動的要因によって瞬間的に現れるノイズが入力に重畳されることも予測されますし、また他のデジタル機器の影響を受けてパルスノイズが乗った信号が入力される場合なども十分考えられます。 図2　瞬時値比較型PWM方式 >> ポイント拡大   　一般的なデジタルアンプ(PWM方式)の変調回路には、入力信号とは別の比較用基準信号を用意し、たとえば入力信号レベルが比較信号レベルよりも高いときはHigh (1)、低いときはLow (0)を出力するような、瞬時値比較方式と呼ばれる変換方式がよく用いられます(図2左)。この方式のパルス幅変調回路に、さきほど述べた原因などによってスパイク状のノイズが含まれる信号が入力された場合、音楽信号に対応した正しい幅の出力パルスが得られず、変換エラーを引き起こします(図2右 / ポイント拡大)。この波形は、最終的にはアンプ回路出力部のローパスフィルタで積分されて出力されますが、この波形にも変換エラーの影響が残ってしまい、音質劣化の要因となります。 新PWM回路、VL Digital 　VL Digitalは、この問題をユニークな回路構成によって解決しています。 　VL Digitalの回路構成を模式的にあらわしたのものが図3の左側部です。VL Digitalは、ベクトル発生器と積分器･反転トリガ回路を組み合わせた、積分型パルス幅変調回路です。 　VL Digital回路に入力された信号は、その信号レベルに応じたベクトル(電流)に変換され、積分器で積分されます。この、電流を積分した値(電荷)があらかじめ決められている値に達すると、トリガがかかりパルスが反転します。実際の回路では、2組1対のベクトル発生器･積分器が互いに相補するような形で動作し、1周期の波形を生成しています。 　入力信号を積分してパルス幅を決定するため、たとえ入力にスパイク状のノイズが混入していても、その影響を受けることなく音楽信号に忠実な波形変換が実現できます(図3右)。しかも、変換過程でデジタル的処理を一切行わないため、時間軸方向の分解能が無限大の純粋なPWM波形が生成できます。 図3　VL Digital     　また、VL Digitalはデジタルアンプ方式自体が潜在的に持っている、電源変動に対する弱さを克服する機能を備えています。 　デジタルアンプは、電源電圧までスイングするPWM波形を積分することで出力を得ているため、電源電圧の変動は、出力の歪みに直結します(図4)。これを回避するためには負帰還が有効ですが、多量にかけると音質を損なう要因となります。また、電源電圧自体が変動しないようスイッチング電源などで安定化させるのもひとつの方法ですが、これとて電源回路に負帰還を用いて安定化させている点でアンプの負帰還と変わりはありません。 　VL Digitalでは、安定化されていない電源(トランスなど)を用いる場合においても高い性能と音質を両立させるため、電源変動の情報をモニターしながらリアルタイムに変調波形をコントロールして変動の影響をキャンセルする機能を組み込んでいます。これによって、リップルが乗ったような電源を用いるときにも、その影響は出力には現れません(図5)。 図4　デジタルアンプにおける電源変動の出力への影響 図5　電源にリップルがある場合のデジタルアンプ出力スペクトルの比較 　VL Digitalは、非常に高精度なパルス幅変調を複雑な回路や高速デジタル演算を用いることなくシンプルなアナログ回路で実現、ノイズや電源リップルなどの外乱に影響されることなく安定してその性能を発揮できる、優れたパルス幅変換回路です。

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