W COREの分析

  1. 【第1回】W COREの紹介:パソコンのノイズがオーディオシステムの音質に与える相関関係の考察
  2. 【今回】オシロスコープを使ってパソコンとW COREのノイズの測定
  3. ネットワークプロトコルとROON、そしてW CORE
  4. W COREの詳細分析
  5. W COREの音質向上の効果と分析

W CORE製品分析の第二回、「オシロスコープを使ってパソコンとW COREのノイズの測定」です。

今回の実験は、パソコンとW COREで発生するノイズ量を測定したもので、ノイズの量と周波数ごとの特性を分析したデータです。測定に使用した装置は、Tektronix TDS 2024に、Oscilloscpe with FFT spectrumアナライザーです。

パソコンは一般的なスペックのPCで、ASUSの上級マザーボードにi3 CPU、128GB SSDが搭載し、OSはWindows 10のモデルです。

PCのノイズ測定

動画を見れば分かるが、PCはノイズ発振器といっても過言ではないほど膨大なノイズを作り出しています。第1回目で書いたように、SMPS電源部、CPU、GPU、FANなどが作り出す過剰なノイズです。
00秒:電源オフ
2秒:電源オン
10秒~:OS起動開始
29秒:Roonで再生開始
再生時にパソコン操作してない状態でも、RoonのシステムやOS内部の動作によって様々な波形のノイズが次々に発生し続けます。

▲ PCの電源を入れる前の状態。測定基準は20mVに設定。

▲ PCの電源を入れた瞬間の状態。電源が供給されPCが起動し、深刻に不安定な波形が表示されます。

▲ 電圧の変動量によって様々な異常波形のノイズパターンが現れます。

▲ PC内のプログラムなどの実行でクロックが変動する瞬間、たくさんのロジックの動作が変化します。CPU使用量が増え、多くの電源を瞬時に要求し、その瞬間にSMPSノイズも急増し、膨大な電流差によってひどく不規則的にノイズが発生することになります。

▲▼ PCでROONを起動し音楽を再生させた時。リソース使用量が増え、電圧も不安定に変わり始めます。

CPU、クロック、FANモーターの逆起電力など、様々なノイズが混在して増幅され、非常に複雑で多様なパターンの過剰ノイズが発生することになり、このようなノイズはそのまま電源ケーブルやLANケーブルを通じて外部へ放出されることになります。

このようなノイズが電源ケーブルを通じてオーディオにそのまま流入されると、音質に悪影響を与えると言う事は、敢えて説明しなくてもお分かりでしょう。PCをオーディオシステムに接続したり、同じ電源タップにつなげただけで、オーディオの音質が悪化する原因です。

W COREのノイズ測定

動画を見れば分かりますが、W COREのグラフは変化は非常にごく僅かです。これは外部に放出されるノイズが無いと言えるレベルです。
電源オフから、電源オン、再生開始以降、変化が非常に僅かだという事が分かります。

▲ W COREをオンにする前のノイズです。

▲ W COREを起動すると若干のノイズが発生します。 これはコンピュータが起動すると現れる現象で、メインボード上のSMPSのノイズとCPUでOSが起動すると現われる現象です。
PCのように不規則で深刻なノイズは全く出ません。

▲ 起動し終わるとノイズは再び安定する様子が確認できます。これはコンピューターOSの違いもあります。Windowsは予測不可能な様々なプログラムが動作してSMPSとCPUノイズを制御するのは困難で、Linuxではこのような部分をカスタマイズすることで精密な制御が可能です。

▲ ROONプログラムが動作した時のW COREのノイズです。電源の入ってない時とほとんど差が無い程に非常に安定しています。一般的なPCと比べればノイズが無いと言える内容です。

では、続いてノイズが発生する周波数帯域を分析してみましょう。見るようにします。

PCノイズの周波数帯域

動画でPCの電源を入れると、ノイズの周波数帯域が拡大する事が確認できます。全帯域にわたってノイズが増加しています。

▲ PCの電源を入れる前の周波数です。

▲ PCが動作すると全帯域でノイズレベルが上がっています。

▲ もう少し明確な比較のために、両方の周波数帯域を比較してみます。上のグラフで見れば、動作前の青色に比べて、動作時の赤色はPCノイズのために、全帯域にわたってノイズレベルが増加していることが確認できます。

このようなノイズは、一般的な許容値として、コンピュータや他の家電製品には全く影響を与えないが、周波数を利用して音楽を聞くオーディオでは深刻な影響を与えることになります。特に2500~5000Hzに多くの変化が見え、この部分のノイズは音を混濁させ騒々しく感じる主犯になります。

W COREノイズの周波数帯域

W COREノイズの周波数帯域です。 動画を見ると、W COREの動作時やROON動作の際にも周波数帯域にノイズは測定されません。

▲ W CORE電源オン前

▲ W CORE電源オン後、ROON動作時

更に明確な比較のために、両方の周波数帯域を比較してみます。青色がオンの前、赤色がW CORE動作状態です。周波数帯域の変化がほとんどなく、パターンが違うだけです。

このグラフでW COREは音質に関係するノイズを発生させないことが確認できます。