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この「技術ノート」は十数年前に発表されたもので、GRACE designのチーフデザイナーであるマイケル・グレースによって執筆されたものです。今改めて見直してみると、同社が創立当初から現在に至るまで一切のブレの無い、一貫した目標に基づいてプロオーディオ機器をデザインしていることが再認識できます。また同時に、彼らのマイクプリアンプ設計が、最初のプロダクトであるMODEL801の段階からパーフェクトな完成度でデザインされていた事にも驚かされます(その基本回路設計は25年以上経った今でも変わっていません!)。現行バージョンでは、アップデートの度に小さな改良が重ねられ、スペック自体はより研ぎ澄まされたものになっていますが、25年前に発売された彼らの製品は今でも多くのスタジオで第一線で活躍しており、プロフェッショナルなメンテナンスが提供されています。GRACE designは、彼らが発売している製品はすべて「一生をかけて使用されるべき製品であり、現在のユーザーの子供たちにまで引き継がれるべきものだ」という哲学を貫徹しており、その事に最も貢献しているのが、この技術書で解説されている「アナログデザイン」の普遍的な素晴らしさだとも言えるでしょう。

ここでは当時の技術ノートの日本語訳を見直し掲載すると共に、2007年頃に掲載されたマイケル・グレースへのインタビュー記事もお届けいたします。

GRACE designの「タイムレスな価値を持つオーディオ製品をデザインする」という、シンプルながら究極に難しいゴールに挑戦し続ける一貫した姿勢を感じ取っていただければ幸いです。

Technical Discussion of GRACE design high-fidelity audio products

私たちグレースデザインの目標は、音楽の体験をキャプチャーしてそれを表現する事、そしてそれを完全に理解するための(ミュージシャンやエンジニアの)能力を拡張できる、タイムレスな価値を持つオーディオ製品をデザインして製造することです。このゴールににつながる道はたくさんあり、私たちは強い信念をもって、すべてを調査、テスト、評価しています。このテクニカルガイドは、特にマイクロホンプリアンプのアナログ回路設計における私たちのコンセプトを知るための良いガイドになると思います。
— マイケル・グレース

 

 

Preamplifier design – Our Amplifier topology
アンプ設計におけるトポロジー

グレースデザインのプリアンプ回路は、トランスフォーマーレス、そしてフルバランスのデザインを採用しています。入力アンプは、完全に統制されたモノリシックICであり、比類なきローノイズ性を実現できます。電圧増幅セクションはカレントフィードバック(トランスインピーダンス)式のアンプで構成されているため、従来の一般的なOPアンプなどのボルテージフィードバック式とは、比較にならないほど精巧なサウンドを達成できます。

ボルテージフィードバック式のデザインでは、位相補償のためのコンデンサを持っており、インプットステージにおけるハイインピーダンス電流によって充放電される必要があります。小さなシグナルにおいてはそれほど大きな問題を引き起こすことはありませんが、大きなシグナルにおいては、位相補償コンデンサを確実にチャージするための多くの電流が必要となります。その結果、シグナルを作り出す為の電流は制限を受けることになり、スルーレート・リミッティングの要因となってしまうのです。

カレントフィードバック式のアンプは、それとは全く対照的といえます。カレントフィードバックでは、フィードバックシグナルは抵抗を介してローインピーダンスなインプットトランジスターのエミッタに送られます。この場合、電流は常に制限を受けることが無く、スルーレートリミッティングも生じません。カレントフィードバック式のアンプでは、より優れた周波数特性、ワイドなゲインレンジが獲得できます。その結果、よりオープンで音楽的なサウンドクオリティーとなり、 ダイナミックな音楽の複雑な波形の細部まで繊細に描き切る能力を得るのです。最高のゲインレベルまで同じ音質を完全に維持できるため、リボンマイクなどの低出力なマイクロホンにも大きなアドバンテージがあります。

 

Integrated Vs. Discrete
インテグレートとディスクリート

グレースデザインの電圧利得段は、2つのインプットアンプと差動アンプを高密度に集積したICを採用しています。この高密度集積化は従来のディスクリートアンプに比較して多大なアドバンテージがあります。シグナルパスは最短でルーティングされ、基板パターンの寄生インピーダンスの影響も極小に抑えられます。さらに集積化によりインプットトランジスタは更に高品位な熱トラッキングを可能にし、熱によるドリフトなどの影響も圧倒的に少なくなります。

 

Active Balanced Outputs
アクティブバランスのアウトプット

グレースデザインのバランス出力アンプのトポロジーは、トランスを使用した一般的なデザインのマイクプリアンプに比べ、大幅な音質的アドバンテージを持っています。OCMRR (Output Common Mode Rejection Ratio) は、通常の製品が40dB位であるのに対して、60dBもの数値を達成できている事はそれを証明しています。

バランス出力段は、ハイスピード性 (約2000V/uS) と、高出力電流といった能力において優れた設計になっています。私たちが設計したバランス出力回路は、たとえ長尺のケーブルを使用していて容量性の負荷が高い状態でも確実な駆動能力を保ちます。アンバランスでオペレートしている場合であっても、妥協の無いトランジェント・パフォーマンスが実現できます。

アウトプットデバイスはクラスABモードで、これは過度のパワーエネルギーの損失を防ぐだけでなく、耐久性において最も信頼できるものです。

  
  

Controls
コントロール

それぞれのゲインコントロールには、精巧で安定したロータリースイッチに、メタルフィルムレジスター(薄膜型金属皮膜抵抗)を実装したものを使用しています。多くのプロ機器で採用されているコンダクティブプラスティックのポテンシオメーターは +/-1000ppm/℃の温度コフィシェントを持っています。音楽のシグ ナルが可変式のポテンシオメターに達すると、ポテンシオメターの温度によって抵抗値が変動することで利得設定にずれが生じてしまうのです。高いアンプゲインにおいては、特に大きなシグナルの劣化が起きてしまう事になります。温度変化が抵抗値の変化させる結果、ダイナミックディストーションが生じてしまいシグナルに悪影響を与えています。私たちの製品では、温度コフィシエントが +/-50ppm/℃と安定度が桁違いに高性能であり、精巧なメタライズドフィルムレジスターによるロータリースイッチを採用したため、不安定要素を完全に取り除いています。

シグナルパスについても可能な限り短くおさえられており、フェイズリバースとインプットアテネーター機能にはリレーを使用しています。シールドされたゴールド接点はパーフェクトな信頼性をさらに高め、シグナルが劣化する要素を徹底的に排除しています。このコンタクトは、500万回ものオペレーションに対する耐久性も保障されています!

 

Power Supply パワーサプライとグラウンド

どんなオーディオデバイスにとってもパワーサプライはとても重要な要素です。GRACE designではローノイズなスイッチング式電源を採用し、信号ルーティングやシグナルグラウンド、さらに内部構造のデザインを徹底することで、最も進化したパワーサプライ設計を確立しました。

2ステージのレギュレーターにより超低ノイズ仕様の+48Vファンタムパワーを作り出し、DCボルテージはチャンネル毎に独立設計の各オーディオカードに分配されています。さらにオーディオ回路用には、+/-24Vブリレギュレーテッドサプライから、+/-18Vオーディオパワーサプライを作るローカルレギュレーターを用意し、他のチャンネルからの影響を完全に遮断した独立電源を供給するという、これ以上にない完璧なパワーサプライセクションを構築しています。

正しいパワーサプライとシグナルグランディングは、ハイエンドなオーディオパフォーマンスを達成するのに重要な条件です。私たちの各オーディオ回路基板には、非常に安定した信号とリファレンス電源を提供するための、低インダクタンスの銅製グランドプレーンが組み込まれています。 ノイズ耐性を高めるために、5Vロジック/リレーおよびLED電源には独自のグランドリターンがあります。

 

Passive Components パッシブコンポーネンツ

パッシブコンポーネントを慎重にセレクトする事は、オーディオ設計において極めて重要です。抵抗器、コンデンサー、インダクター、コネクター、ワイヤー、スイッチ、さらには半田の品質など、全ての要素が音質に大きく影響します。私たちは全ての部品を、最適な音響性能と長期的な信頼性のために選択しています。コンデンサーは、信号の純度に最も大きな影響を与えます。シグナルパスで使用される唯一のコンデンサは、ファンタム電源のデカップリング用のものですが、これにも超リニアーなフィルムコンデンサーを使用しています。オーディオ回路の残りの部分は、DCサーボ制御でダイレクトカプリングされています。すべてのシグナルパスにおいて電解コンデンサーは一切ありません。多くの機器で多用されている電解コンデンサーは、温度安定性、誘電吸収率、許容誤差、寿命のすべてにおいて望ましくないと考えています。誘電吸収(dielectric absorption)により、コンデンサーは放電時に一定量の電荷を保持し、それが時間の経過とともに漏れ出し、高周波のスミアリングを引き起こしてしまうのです。これは刺々しく一般に”ソリッドステート的”とも呼ばれるようなサウンドになる要因となります。

フィルムコンデンサーは、最も高性能な電解コンデンサーよりも圧倒的に誘電吸収が少ないため、トランジェント性能の大幅な向上につながります。音質的には空間を再現する精度が向上し、低周波帯域のリアリズムが増します。さらにフィルムコンデンサーは、はるかに厳しい許容誤差で利用できます。これは、バランス入力・デカップリングにおいて、許容可能な低周波数のコモンモード・リジェクションにとって重要です。

電解コンデンサーの代わりにフィルムコンデンサーを使用すると、はるかに自然でメタリック感の少ない音響特性が得られます。すべてのオーディオに関連するコンデンサは、低ノイズと優れた温度安定性を実現する精密なフィルムタイプであり、エンドキャップにもスチールではなく銅を使用して誘導性リアクタンスを回避しています。フェライトビーズ、コモンモードチョーク、および安定したポリプロピレンコンデンサーは、入力アンプをRF干渉から保護するための入力フィルターを形成します。フェライトビーズは、出力アンプを出力ワイヤへの干渉から保護します。

 

Conclusion

私たちのデザインは「常に音楽に最適化」されています。計測可能な歪やノイズ、フェイズ、周波数帯域などはもちろん重要ですが、音楽は無限に複雑な波形を形成する生き物のようなもので、安定して動かないサイン波とは異なります。そして全てのデザインを判断し決定するのは、最も感度の高いテスト機器とも呼べる「人間の耳」に他なりません。

私たちは、エレクトロニック・デザインを、妥協なき音響性能、完璧な信頼性、および美しさをもたらす総合的なプロセスだと考えています。開発段階でエレクトリカルとメカニカルの要素がパーフェクトに考え抜かれていれば、 時代を超えた音楽の価値を残す機器を完成させることができるのです。

 
 

マイケル・グレース | 開発インタビュー

2007年のTapeOpインタビュー記事より

マイケル・グレースは1994年にブティック・プロオーディオ・カンパニーとしてコロラド州のBoulderでGRACE designをスタートさせた。彼のデザイナーとしての成功は彼の音楽を愛する姿勢からきている。彼は当時大ファンであったというGrateful Deadのライブコンサートを高音質に録音するためにマイクプリアンプを設計したのだという。急成長するGRACE designの人気の秘密に迫ります。


– あなたの機器設計の美学やデザインプロセスについて教えてください。

マイケルグレース(以下MB):
キーワードは「音楽的」であるということです。全てのオーディオ製品において最終的なゴールと言うものは、「あなたがそれを聴くとき、音楽だけが聴こえているべき」ということです。私たちが心がけるべきは2つあります。「音楽的であること」と「信頼性のあること」です。この両方には同じくらい最大のフォーカスを当てています。いくら世界最高のサウンドを聴かせる機材であっても、セッションの間にミュージシャンを待たせてしまったり、どこか調子が悪いというのではまるで意味がありません。

私は多くのライブリモートレコーディングを体験し、信頼性に問題がある場合、それは耐え難いことだと学びました。音質が秀でているということに対するプライドを良い機材のオーナーとして持つと同時に、もしその機材のノブに触った瞬間に(機材に対する)「強い信頼感」が感じられるべきだと思います。本当には必要ないような装飾やおまけの機能は必要がありません。いかに素早く簡単に「音楽を創造する」というタスクに対して、目標を達成できることこそが重要なことであると考えています。



– 近年ではたくさんのマイクプリアンプが市場に出回っています。ビンテージのクローンから、新しいバリエーションをもった真空管機器、中国製の2万円のプリアンプまで・・・。開発者としてGRACE designのマイクプリアンプの価値はどこにあるとお考えでしょうか?

MB: どんなオーディオ製品でも最終的には「どんなサウンドがするのか?」ということが重要です。私はディスクリートやクラスAといった単一のデザインの基準というのはまだ達成されたものではないと思っています。全体的なアプローチとしては一定の基準を達成しているのでしょうが、あらゆる側面からシグナルパスを見つめてみると、パッシブコンポ-ネンツからパワーサプライのレイアウト、グラウンドの設計、アンプ設計など気づくべき部分がたくさんあります。

GRACE designの全てのアンプ設計は「カレント・フィードバック」方式の緻密なゲイン設計が成されています。一般的な「ボルテージドメイン」のアンプ設計に比較して、「カレント・フィードバック」のアンプは大変複雑な波形でもそれをただしくトラッキングすることが可能です。豊かな倍音構造の再現や、OPアンプ設計などで問題となるスルーレート・リミッティングの影響がない電流のトラッキングが実現されます。

ICを使ったデザイン、スタンダードなOPアンプによる設計では様々な問題が避けられないと思います。それはソリッドステート回路の固有のキャラクターにもなっています。私たちのマイクアンプ設計で採用されている「カレント・フィードバック」のアンプでは、再現性の高い、とても音楽的な、誇張のない、正確な描写力を、(一般的なソリッドステート機材の特有のキャラクターではないサウンドで!)実現しているのです。

私たちはテスト段階であらゆるタイプのマイクプリアンプを比較対象にしてリスニングテストを行います。毎回テストのたびに驚くことは、私たちのマイクアンプのサウンドが、ソリッドステート式のアンプよりも、ひじょうに高いクオリティーの真空管プリアンプのサウンドに近いということです。

その他にも数え切れないほどの回路的な判断と工夫があります。その全部が製品の研ぎ澄まされた品質とキャラクターに同じように影響を及ぼします。そのような理由から、私たちは極限に精密な金属フィルム抵抗を使用し、電解コンデンサーを信号のパスに一切使用しません。極限まで信号パスのコンポーネントを減らしダイレクトカプリングしています。これらは全て音職人としての「耳」を使って追い込まれた結果です。測定器だけで設計された機材とは決定的にこの部分が異なります。私たちは「耳」で聴いて全てを追い込んでいきます。

Brothers Mike and Eben working on the model 801 preamplifier, 1994.



あなたが最初にデザインした機器はどんなものだったのでしょうか?

MB: デザイナーとしては常に他のデザインからの影響が大きいものです。私の初期のデザインはハイパフォーマンスなフォノ・プリアンプでした。当初私はコロラドのハイエンド・オーディオメーカー(ハイエンドオーディオの超有名メーカーJEFF ROWLAND DESIGN)で働いていました。この会社はかなり真剣にシグナルパスからコンデンサを取り除き、ゼロ・ネガティブ・フィードバックのカレントフィードバック回路に取り組んでいました。

その頃私はみなが認める「Deadhead」でした(*ロックバンドのグレイトフルデットのファンという意味。世界一有名なジャムバンドでもあるグレイトフルデットは、コンサート会場にコンサートを録音できる場所を設け、コンサートの録音や録音メディアの交換を許可していたことでも有名)。私は会社からフォノアンプを借りてきてマイクアンプに改造しました。それを当時のSONY PCM-F1デジタルプロセッサーと一緒に担いでコンサートを録音していたというわけです。そのまま1990年頃には、夜な夜な特注依頼されたカスタムマイクプリアンプを製作する事に忙しくなってきたのです。仕事を止めて、マイクアンプの製造に集中しました。その後、弟のEbenとGRACE designを立ち上げたのです。より大きなスケールで生産ができるようになったおかげで、より良いコンポーネンツをコストを下げて入手することができるようになりストレスがなくなりました。そうして最初のプロダクトであるModel 801プリアンプが完成したのです。



GRACE designのような中規模のマニュファクチャーにとって、製造、設計面で大規模メーカーとの違いはどこにあるでしょう?

MB: クオリティーコントロール(品質管理)こそが、いかなるマニュファクチャーにとっても重要な課題であると考えています。私の製造する製品はどれも高価で、思いつきで購入するような製品ではありません。

私たちは製品を生産するたびに全てを正確に、確実に組み上げる必要があります。外部のベンダーとの協調を取りながら、パーツや製造の誤差を常に取り除くことに多くの時間を使っています。生産ロットによって異なるパーツの詳細についても事細かに調査して、だめなものは全て取り除きます!大きなマニュファクチャーはここまで細かな品質管理はできません。同じロットの製品は全て同じ品質であるとの仮定のもとで生産されています。私たちの場合には「全ての一台について100%完璧であること」に多くの努力を惜しみません。ユーザーはそれを望んでいるのですから。クオリティーコントロール(品質管理)はGRACE designの中では食べたり、飲んだり、息をすることと同じくらい当たり前に大切なことなのです。これは本当に大変なチャレンジですが、私たちはこのことをコントロールし続けなくてはならないと誓っています。



アナログ機器のデザインにおいて、現代のデジタル・レコーディング・テクニックとの関連性はいかがですか?

MB: 目を見張るほどのデジタル技術の進化は、私たちメーカーにとって忙しくても見据えていかなくてはなりません。ユーザーは一年前とはもう違っていて、要求も異なるものになっているのですから。「今年はどんなデジタルフォーマットをサポートする?」なんて具合です。大きく考えれば、ユーザーはより安い価格で大衆的な製品を購入し、多くのチャンネルを低価格で揃えられるようになるでしょう。そして「OK。全ての機能もパワーも能力も揃った。果たして本当にこれで全部OKなのかな?」と思うわけです。そしてGRACE design製品の利用される市場は正にそこにあるわけです。ユーザーはまず自分のオーディオインターフェースやミキシングコンソールの中には【ベストなマイクプリアンプ】が入っていないことに気がつくわけです。またコンソールが要らなくなった現代でもモニターコントローラーはまだどうしても必要なわけです。私たちのモニターコントローラー製品はコンソールの消えたスタジオで、最先端の機材として活躍しています。

ポータブル・マイクプリの名機 Lunatec V3



品質管理のプロセスも個々の価格に反映されたものなのですね

MB: もちろんです。個々のプリアンプや製品について膨大な時間が検品、ダブルチェックの検品、検査、そしてロングランテストに費やされています。大きなメーカーでは1000個の製品を流れ作業で組立て、10台のうち1台を取り上げ内部に悪い所がないかどうかチェックしています。私たちは違います。全ての固体について、全ての機能、全てのゲイン設定、全てのスイッチのポジション、全ての入出力、全部の事項について詳細を検品します。一つでもだめなことがあれば、それは「壊れている」ということなのです!GRACE designでは100%パーフェクトな製品だけをパッケージしてユーザーに届けているのです!

 

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