ディスクリートとICオペアンプの音質差

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主観の音質じゃなくて測定特性がどうしても気になる方は↓を参考にしてください。

http://www.sg-acoustics.ch/analogue_audio/ic_opamps/pdf/opamp_distortion.pdf

オペアンプの測定データ　←持ってたオペアンプは殆どここで測定しました。自前測定です。

opamp

ここの記事では耳で聞いた音質について書きたいと思います。Philewebでも以前書いたのですが、同じ内容に色々と追記したので改めてまとめておきたいと思います。

ディスクリート＞ICという説について

よく見かけるディスクリートとICは音が違うという意見ですが、実験結果から言えば私自身はこれは一部の例外（THS4631とか）を除けば正しいと思います。

まず一番大きな差は音の分離、見通しの良さです。これはそのアンプの測定値にかかわらずICとディスクリートの間には超えられない違いがあると感じました。高特性のICを使用すると高域がなめらかで綺麗になり、特性が悪いものはザラッとした質感になっていきますが、それは特性による音質差であって、それ以外の部分、聴感上の分離の良さ＝ディスクリートの良さはそういったTHD、IMD特性とは全く別の要素に関係しているとしか思えません。なぜなら現実には悪い測定値のディスクリートであっても、より良い測定値を持つICより、音の分離だけは良いのです。

もう一つ不思議なのが同じような特性、設計のICでもそれぞれに全く異なる音質的な個体差、個性が特性とは別の次元で存在することです。詳細は書きにくいですが主観のみで言えば、OPA604は中域が盛り上がっているように聞こえること、LTシリーズは総じてドンシャリ気味で固い音質傾向、LM6171はハイ上がり気味、LME49710は軽やかな音、LM4562はLME49720よりもわずかに暗い、OPA627とMUSESは高域にかすれたような色がつく、LME49990は中高域の分離が良い、AD797はLME49990と特性が似ているが分離は悪くぜんぜん違う音、というような具合です。これらの傾向はそれぞれの測定結果とはあまり関連性がありません。測定によって変わる音質傾向ももちろん別軸で存在していますが、それ以外に音質的個性が存在する。この2つの異なる軸の音質傾向が同居して初めてそれぞれのオペアンプの音が出来上がっているというように私には聞こえます。

測定特性と関係のないオペアンプの音質的個性はアンプに使った場合だけにとどまらず、レギュレータのエラー訂正アンプに使用した場合であっても、全く同じような音色が乗ります。アンプとレギュレータそれぞれに求められる特性は違うはずですが、出てくる音色にはオペアンプ個体の共通点があります。これも理論的にはなかなか説明がしにくい部分です。

ではどこからオペアンプICの音質的個性が出てくるのか？

はっきりしたことは言えないのですが一つ経験からの仮説があります。それは半導体の不完全さです。半導体は絶縁や配線抵抗がディスクリートアンプと比べて不完全な為、半導体内部では非常に微弱ながら電気的に影響を与え合っているという話です。現実に-200dBの領域での対策が音質に影響をあたえるのがオーディオの世界です。また電子ボリュームやDACのデジタル電源の実験からも、半導体の絶縁限界が音質に与える影響というものが存在することは十分に考えられます。

例えばオペアンプの内部配線は半導体ですが、これは電源ケーブルやラインケーブルをシリコン製にしたらどうなるのかという例と同じだと思うのです。オーディオ・マニア的視点からしたら十分に音は変わりそうですよね。同じ銅線でも純度や構造で音が変わります。銀と銅ではどうでしょう？材質や構造で音が変わるということはケーブルでは一般的な現象です。なのでオペアンプの音質的個性とはこのようなところからやってくるのだと思います。それは製造プロセス、回路の引き回し方、半導体の絶縁限界によって作られるのではないかということです。

ここで新日本無線のMUSESの謳い文句を引用したいと思います。

  • 従来では音質向上を実現する際の障壁になっていた、材料・チップサイズ・生産性
  • 「音の質感を高める」・「空間の再現性を高める」、など音質にこだわり、回路技術/チップレイアウト、そしてフレーム材質

正直これをみると半導体の不完全さからくる音質への影響について、彼らは一定の確信を持ってMUSESを設計しているように見えます。技術志向の方になるほどMUSESの評価は低く、とにかく特性が劣っていることを殊更に主張しがちですが、実は音質への対策という意味では特性面の音質への影響はもちろん、見えない音質要因への対策もするべきだと思うのです。技術者としては特性至上主義でいいと思うのですが、オーディオは特性だけで測りきれない異なる側面もあるのではないでしょうか。

そういう意味では新日本無線のような「既に必要十分な特性を持つICオペアンプに対してより特別な音質的アプローチ」をする会社があっても良いと思いますし、オーディオの観点では必ずしも間違ってはいないと思うのです。事実MUSESの音は普通のICオペアンプよりも優れています。

技術的には行き着いているとも思われるオーディオが現在でも趣味として支持されるのはこの点にあるのではないでしょうか。実は行き着いていない未知の領域があるわけです。ただほとんどの方にとってそれは必要とされていないだけでしょう。現代の科学でわかっている範囲がこの世の全てで絶対であって、それ以外の現象はこの世界には存在しないと断言するのは少し早計のような気がします。この世界にはまだわかっていないことがたくさんあります。

ディスクリートに近い音を持つICオペアンプ

ではICでディスクリートを超える、またはディスクリートに近い個体があるかどうかですが、まずは音質が良くて使い勝手も良いオペアンプを紹介しておきたいと思います。ここで紹介するOPA627、LME49990、MUSESシリーズ。これらはディスクリートアンプには及びませんが平凡なICとは明らかに違う分離の良さを持っていると感じています。

・BurrBrown OPA627

オーディオでこのオペアンプが有名になった理由はそのスペックよりも、平均的なICを超える分離の良さを備えていることが重要な特徴だったのではと思います。LME49990とMUSESが登場するまでは唯一の「ICを超えるオーディオIC」だったのではないかと推測します。また測定ではない聴感での帯域バランスもよく、高域に適度に化粧をする独特のカラーもオーディオ用として魅力的と思います。安定性が高く非常に発振しにくいのも良い点です。

・ナショセミ（TI）　LME49990

ほとんどの帯域でOPA627とMUSESを超える分離を見せます。ベース、バスドラムの帯域を除く、中高域ではディスクリートに匹敵する脅威の分解能を持っています。高域は高特性ゆえの滑らかさと分離を兼ね備えており文句はないのですが、低域だけはなぜかIC並に見通しが悪く、帯域ごとの音質差が激しすぎます。ベースとバスドラムに集中してディスクリートと比較したらすぐに分かる差だと思います。ぱっと聴きはすごく良いのですが、長く使うにはオーディオ用としてはバランスが悪いかもしれません。このなかでは発振安定性はやや落ちるので回路によっては簡単に発振してしまいます。ネットでよく熱がすごいって見るのですが安定していれば本来はそんなに熱でません。熱でてるなら発振していると思います。

2015/10/15追記：LME49990は廃番になるようです。スペックや特性で代わりになるようなものが殆ど無いにもかかわらず無くなってしまうというのは残念です。AD797は高いしゲインの制約も厳しいです。肝心の音質も全然違います。あとはOPA1611もLME49990より高いし音質も若干落ちます。ということで結局LME49990は今でもローノイズかつ高音質が必要な用途でよく使いますので10年分まとめ買いしました。これを多用している方は今のうちに確保しておいたほうがいいです。

・MUSESシリーズ

このシリーズは測定での特性の悪さと売り文句とのギャップがあり、あまり評判がよくないように思えます。しかし真価は測定値ではなくその音色、音の分離にあるように感じました。音色はOPA627のようなオーディオ的なほどよい癖をもち、分離はOPA627を超えていると思いました。もちろんディスクリートには及びませんが平凡なICとは明らかに違う音に仕上がっています。LME49990のような帯域ごとに変わってしまう癖もありません。国産メーカーでMUSESが大きく採用されているのはこのように音質が優れているからでしょう。オーディオ用としてはOPA627の後継として良好な位置づけです。これも安定性は高いので使いやすいです。

ディスクリートオペアンプの個性

ディスクリートオペアンプのもう一つの特徴は強い個性を出すことができる点だと思います。自前測定で上げた3種類はどれも全く違う音色を持っています。通常のICは特性以外の音色等に着目して作られていないはずですから、音の個性という意味ではICごとに音色の変化はあるものの明確なメッセージ性には乏しいと感じます。

逆にディスクリートであれば、人間が十分な吟味を重ねた設計であればあるほど製作者の音楽の個性や好みがそこに強く反映されているはずです。細部まで個性を反映することのできるディスクリートオペアンプのもつ表現の豊かさはオーディオを面白くしている要素だと思います。

では測定にも使用したディスクリートオペアンプの音色について感じたことを書いてみます。

・DiscreteA（DEXA NewClassD）

dexa_discrete

一言で言うならばみずみずしい音。低域は豊かで高域には強めの色が乗り、全体的にメリハリのある音楽的な印象。決して高特性ではないが、音楽表現のための個性が強く乗りトータルではうまく聞かせている。特に一般ボーカル曲、ジャズ、アコースティック全般、好みによってはEDM系も。音数が多すぎず帯域レンジが広めの曲が向いていると感じた。音数の多い楽曲（フルオーケストラ等）はやや雑味のある表現に聞こえる。レコーディング用のマイクプリアンプやADに使用したら良い機材になりそう。

・DiscreteB（Fidelix）

fidelix_discrete

DiscreteAより全体的に主張がおとなしく控えめで地味に聞こえる。高域は優しく中域がふくよか。低域はやや弱い。帯域バランスは中域よりでレンジは狭めに感じる。基本的には真面目でありながらも、そよ風のような雰囲気を伴っている。音数が少なめでやさしくおとなしい表現（激しくないクラシック、アカペラボーカル、スローテンポ小編成アコースティック等）が向いているのでは。レンジが広かったりアタックが強めの表現は苦手そう。

・自作Discrete

ause_discrete

見た目はDexaのオペアンプの影響を受けていますが設計は自前です。上記ディスクリートオペアンプ以外の個性を持つ、分離がよくて高域がなめらかなものが欲しかったので作りました。上記2つのディスクリートとも、ICとも全く違う音質です。以前Philewebで書いた記事では音質評価を書いていませんでしたがここでは書いてみたいとおもいます。これは癖が少なくとにかく分離重視で、クリアでハイスピードでキレのあるタイプです。この3つのなかでは音数が多い時に一番精細に描写できるのはこれです。低音は量感よりも細身で下まで伸びます。傾向は高特性のICオペアンプに似ている部分もありますがディスクリートなので分離はこちらのほうが上です。

こちらに自作ディスクリートの詳細記事はアップしました。

・Burson Audio

burson_pic1

追記です。友人が持っていたので比較しました。これは残念ながらこの中では最も分離が悪くICに近い音質です。これはアナログの温かみと表現したら良いのかもしれませんが正直これならMUSESとそれほど変わりはないかもしれません。ディスクリートだから良いと断言できないのはこのオペアンプが初です。唯一これだけリード部品で構成されているのでリードインダクタンスの影響で高周波特性に問題があるのでしょうか？多分高音質なパーツを集めて作ったのでしょうけれども良い方向に作用していないと思います。または音質志向そのものが異なるのかもしれません。個人的には同じような方向性を目指していると思われるアナログ的な質感の良さとディスクリートの分離の良さを兼ね備えているのはDEXAのオペアンプだと思います。

ディスクリートを超える？ICオペアンプ

最後に、ディスクリートを超えるICオペアンプについてです。以前はこのようなものは無いのではないかと思っていたのですが、探せばあるもので実際にリスニングでテストした有力候補をいくつか上げておきたいと思います。このあたりのICの使いこなしを身につけてしまえばもうディスクリートアンプなんて不要なんじゃないかと思います。ですが難点はこれらは発振しやすくなかなか使いにくいことです。既存の回路でオペアンプだけ差し替える用途だとまずまともに動きません。自前での改造は必須です。発見した高速アンプの使いこなしのポイントやテクニックは後でまとめてあります。

・THS4631

下のリンク先（trieste）で紹介されていたものです。上記のICオペアンプ類とはちょっと格が違ったので別項目で紹介したいと思います。発振安定性が非常に低いため発振せずに使える回路が限られているのが最大の欠点ですが、なんと自前のディスクリートアンプより良いです。自作のプリアンプの出力回路で安定したので色々と比較をしたのですが、何度聞いてもTHS4631のほうが優れています。一つディスクリートオペアンプ側の優位性があるとしたら、どんな回路でも内部設計変更で発振安定性を確保しつつこれに近い音質を確保できることでしょうか。

THS4631の音質の主な特徴はとにかく濁りがないところ、ICは大抵中低域に濁りがあって見通しが悪い、モコモコして不明瞭なことが多いのですがこれはその濁りがありません。低域はキレと量を両立してますし、高域もかなり引き締まっています。でもこれは高域は電源が悪いとキツイ音になりそうです。高音が明瞭なのに低音は決して薄くならず歯切れよく下に伸びておりかなり気持ち良い音です。これは凄い。文句をつけるのは価格と安定性くらいです。価格は一個1000円なので大量に使おうと思うと厳しいです。

ちなみに今までこれに近い高速タイプのICで試したものといえばAD829、LT1222、LT1357、LT1363、LM6171等ありますがこれらはそこまで圧倒的な音質は持っていませんでした。特にディスクリートよりも上回るようなことは決してありませんでした。なのでディスクリートを上回る理由はTHS4631が持っているスペック以外の個体差要因と思われます。

注意点としては、THS4631は安定しない回路で使うと音質が大幅に劣化してしまうことです。発振状態で無理やり比較したところLME49990以下の音質でした。特に低音がスカスカになります。このあたり回路によって音の傾向は異なるかもしれませんが、ちゃんと安定させて使わないとまともな音質にならない点は注意です。

もう一つ気づいたことはTHS4631にLME49600バッファを経由（安定させるにはZobel以外のテクが必要です）して使うと音質が落ちます。原因は不明ですが、同じバッファ経由の条件でLME49990と比較した場合に両者の音質差がかなり縮まって似たような音質になってしまいます。ということでTHS4631は非常に些細な要因でこの高音質は保たれているようです。その要因が何であるのかは全くわかりませんが。

（2015/01/03追記）

色々追加で試していたのですが、DACの差動合成でTHS4631を使った場合はハイ上がりで低音があまり前に出てきません。これはLME49600経由や発振状態の音に近いです。もちろん発振しているわけじゃないのですがTHS4631は特定条件下でのみ高音質を発揮する可能性が高まっています。共通点としては電流量でしょうか。負荷を直接出力につないでいるときは音質は最高ですが、負荷との間にアンプやバッファを挟むと良さが出ないようです。ということは電流を一定量消費しないと高音質にならないということかもしれません。どのような条件でも最高音質にならないのは重要な点なので、最終結論ではないですが途中報告として書いておきたいと思います。

・AD812、AD811

これらもほとんど全ての電圧帰還ICオペアンプよりも優れた音質を持ちます。AD812はSAYAで推奨しているオペアンプですね。いいもの選んでます。ただしこれは完全な電流帰還アンプなのでよくある電圧帰還用の回路では安定して使えません。ですがうまく工夫して使えばほとんどの電圧帰還オペアンプよりも優れています。

比較したのは高音質のもの限定で厳選した電圧帰還ICのLME49990、OPA627、MUSES8920、OPA1612（OPA211）等ですが、これらよりも圧倒的に良いです。音はTHS4631の印象と近いのですがTHS4631側の安定性の問題（発振していると音質が劣化する）で同じ条件で直接比較できないため、どちらが優れているかははっきりしません。

一点比較条件があって、LME49600バッファ経由で使った場合は同じ構成のLME49990に対してAD811が圧倒的な優位性がありました。バッファ経由で劣化したTHS4631と比較してという条件ならばTHS4631よりAD811が明らかに上でしょう。バッファなしの素の実力ではこのあたりは変わる可能性もありますが、このあたりは使い方次第で一長一短になると言えそうです。

高速アンプの発振対策の実例

hispeedopamp1

文章だと説明が困難なので回路図を出します。U1がよくある高速アンプだと思ってください。U3がLME49600等のバッファです。ディスクリートバッファでも構いません。ここで発振止として機能しているのはR4+C1の入力LPF、R2+C2の所謂Zobelフィルタです。C3は非反転の場合ゲイン1までの抑圧効果しか無いため高速アンプでの発振止めとしては効果が弱いです。なのでC3はオーバーシュートの調整とかにしか使えないと思ったほうがいいです。

例えばLME49990の場合であれば、この図のようになっていれば安定します。定数をもう少し安定性に振ればヘッドフォンやイヤホンを接続しても発振しないでしょう。C3はなくても大丈夫です。普通のオーディオ用のオペアンプなら大抵はこれで問題ないでしょう。

でもAD829、AD811、THS4631等オーディオ用途から逸脱した高速アンプではこの回路では安定できません。特にTHS4631を使った時は+-10V位で発振しました。この図よりももっと難易度高くて差動合成回路にバッファを組み込んだ構成だった気がします。もちろんバッファなしの単体ならば安定させることは難しくないのですが、このようにバッファが挿入されている場合はバッファのレイテンシの影響で前後回路のフィルタリングではなかなか安定させることは難しいです。

安定の方法は電圧帰還アンプと電流帰還アンプで変わります。まず電圧帰還型、AD829やTHS4631などでこの回路を安定させる方法です。

hispeedopamp2

C4を追加しました。実は電圧帰還型はこれだけで安定します。U1が差動合成の構成でもこれで安定出来ました。ディスクリートオペアンプでは普通に使うテクですがICだと5532等でも使われているフィードフォワード補償っていうものだと思います。高周波がこのC4を通るので安定します。最初はU1とU3の間にCでGNDに落とす手法を考えたのですがこれでは発振を完全に止めることが出来ませんでした。C4はシミュレーションでは余り効果が無いように見えますが実際に試してみるとかなり効果があります。ただしTHS4631で試した限りバッファなしの状態に比べて音質が落ちるので注意してください。

次は電流帰還型アンプで安定させる方法です。

hispeedopamp3

R3を撤去してフェライトビーズを入れます。フェライトビーズは100Mhzで1kΩ以上のものを使います。これだけでバッファを使っても安定します。情報源はここです。しかもこの構成の利点はフェライトビーズはDCで抵抗が非常に低いため、オーディオ帯域では抵抗成分由来のノイズの発生がないことです。電流帰還型はローノイズ性能で高速な選択肢が豊富ですし、さらにフェライトビーズによって抵抗ノイズの影響を排除しながら安定させることが可能なので高速かつローノイズにできます。注意点としてはフェライトビーズと電流帰還型はシミュレーションではうまく動かないようで実測とシミュレーションの挙動がかなり異なります。

電流帰還型オペアンプを使う場合の注意：この回路はIV変換では使えません。IVで帰還部がフェライトビーズだけという構成は明らかにダメです。フェライトビーズのDC抵抗は0に近いからです。また電圧帰還型で見られるNFB抵抗に並列で挿入する位相補償も電流帰還型では逆効果です。小容量のCは高周波をバイパスさせるからです。もしこの説明でよく分からないと感じるなら電流帰還型オペアンプを使うのはオススメできません。

参考になる比較サイト

上記以外にはLH0032も評判がよいですが、これは所持しておりません。評判や中身を見るとあれはディスクリートの音、分離の良さが評価されているのではと思っています。

こちらのサイトではLH0032、LME49990、それ以外の比較もあるので、合わせてチェックしてもらえるとより参考になると思います。自分の評価とは一部違う部分もありますが、評価の内容に違和感が少ないと感じています。

http://triesteaudio.blog.fc2.com/blog-entry-34.html

 

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