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ケーブル物語：デジタルケーブルで信号は劣化するでしょうか？（その３）

 

伝送ジッターの音楽への影響は、音楽のすべてのトーンを変調することです。

というのが、前回（その2）の結論でした。

では、ケーブルで発生する伝送ジッターの発生原因は、何でしょうか？

■ジッタ－発生源
答えは、それはありとあらゆるものである可能性がある。
これは多くの場合、DAC出力とその性能に測定可能な影響を及ぼします。
しかし、それだけではありません。デジタルサンプルが受信デバイス/ DACに到着する前でも、ある程度のジッターが発生します。 
S / PDIFデジタルオーディオケーブルを例に取ります。
オーディオビットは、一連の「1と0」としてその上を移動します。
しかし、パルスがゼロからゼロ時間で最終値に達する完全な方形波を再現できるケーブルはありません。☚出来る限り周波数特性に優れた広帯域でハイスピードなケーブルが求められる。とフィデリティゲートは考えます。

ケーブルとその駆動および受信回路は、これらの波形を歪ませ、ノイズの多いパルスにし、低い値から高い値に移行するのに時間がかかります。
これらの値をキャプチャするために、そのような電気的歪みにもかかわらず、受信機は「ゼロ交差」でそれらをサンプリングします。
これは、波形が「1」か「0」かを示すしきい値を超える時間です。

■「ケーブル誘導」ジッタ－
波形がわずかに上下に移動すると（ビットが変化すると定期的に変化します）、水平基準線と交差する正確な瞬間も変化し、受信機（DACのD/A変換部）から見たときにタイミングが変化することがわかります。これを「ケーブル誘導」ジッタ－と呼びます。

これで、ケーブルを変更するだけでシステムのアナログ出力が変更される可能性があると最初に言った理由がわかりました。

ケーブルを変更すると、上記の波形が変更され、それに伴って、外部DACに送信されるジッターが変更されます。
上記により、デジタルサンプル値をキャプチャできますが、それらのタイミングを検出することになると、困難な状況に直面します。
Julian Dunnによるこの2回目の測定では、S / PDIF用に設計されたものではなく、通常のオーディオケーブルを使用しようとするとどうなるかを視覚的に確認できます。

受信者（DACのD/A変換部）がデータをキャプチャして「バッファ」（メモリ）に入れ、そこから再生するため、ジッターは問題ではないというよく言われる概念は間違っています。

オーディオサンプルは、再生されるまで便宜上キャプチャされて保存されます。ただし、DACはバッファキャプチャの前のタイミングを使用してサンプルを出力する必要があるため、この事実によってタイミング変動の影響が排除されるわけではありません。

これを読んでいるエンジニアは、受信機には、DAC用の調整可能なクロックを作成する役割を持つPLLと呼ばれる回路があることをすぐに指摘します。
また、PLLは入力のタイミングジッタ－を除去できます。
残念ながら、実際には、PLLはすべての変動を完全にフィルタリングすることはできません。
ほとんどの実装は、残念ながら聞こえるタイプの低周波ジッターに敏感なままです。これは、PLLがフィルタリングする周波数が低いほど、データをキャプチャするために着信レートに「ロック」する速度が遅くなるためです。言い換えると、ジッターを除去することで、デバイスが何かを再生し始めるのに時間がかかります。
これにより、PLLで発生する可能性のあるフィルタリングの量に上限が設定されます。入力を変更した一部のプロセッサ/ DACでこれが見られ、再生が開始されるまでに長い時間がかかるようです。
上記の問題には、賢いがより複雑な解決策があります。 S / PDIFインターフェースを備えたデバイスを長年構築した後、メーカーはほとんどの場合、ジッタ－を非常に低く許容可能なレベルに抑える方法を考え出しました。

「デジタルはデジタルである」という理由で、ケーブル効果などに反対する議論をやめなければなりません。
ケーブルは聞こえる違いをもたらさないかもしれませんが、それはそのようにシステム操作を誤って説明する言い訳にはなりません。
アーキテクチャ的には、ここにはかなり複雑なシステムがあり、それがどのように機能するかを理解することは、情報に通じた消費者であるための重要な部分です。

紹介した英語の記事の要点は、1.5nsという極小のジッターであってもオーディオに大きな影響を与えることと、HDMIのジッターはS/PDIFの実に40倍以上のジッターが測定されたという事実、そして、メモリバッファーやPLLという役割があってもジッターの影響を避けることは厳しいという点でした。☚ここで比較されたHDMIは古いバージョンであり、現在販売されているOPPOに実装されているHDMIのバージョンでは改善されています。

ジッターを極力抑えるために、精度の極めて高いマスタークロックジェネレータが重要となります。汎用の水晶発振器（50～100ppm）とは次元の異なる数百万もするルビジウム（0.00005ppm）やさらに精度の高いセシウム（0.00000005ppm）のマスタークロックジェネレータがレコーディングスタジオで使われているのはまさにその理由からです。

デジタル技術に疎いユーザーが、「デジタルはデータが変わらないのだから、CDだろうがメモリーだろうが、HDDだろうがSDだろうが、元のデータが同じであれば出てくる音は完全に同じ」というのは、全く間違った認識です。

「人は自分が理解できる物事しか理解しようとしない」

当時の実験結果から、S/PDIFとHDMIデジタル出力のバイナリデータは完全一致することがわかりました。
https://www.monionoheya.com/2020/10/hdmi.html　☚こちらが、要約する前の原文です。こちらで論じているのはHDMIとS/PDIFの比較ですが、私の要約はS/PDIFに絞り込んで要約しています。なお、この中にはUSB転送については論じていません。

次回のケーブル物語：デジタルケーブルで信号は劣化するでしょうか？（その４）では、
デジタルケーブルで発生する伝送ジッターについて考察します。

ケーブル物語：デジタルケーブルで信号は劣化するでしょうか？その４へ

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