音◎響の沼

20 年の集大成？

　デジタル・オーディオとのつきあいは、CD プレーヤの改造から始まりました。外付けの D/A コンバータを製作するきっかけになったのが、「ラジオ技術」誌 1989 年 2 月号から掲載された「アナログ派がこだわる デジタル・プロセッサの製作」です。それ以来、さまざまなディバイスを購入しては試聴をくり返し、「自分好みの音はコレだ！」と結論付けたのが 2003 年のこと。図らずも、「アナログ派がこだわる デジタル・プロセッサの製作」に使われたディバイスが含まれていました。それが、デジタル・フィルタのヤマハ YM34xx シリーズです。
　ヤマハの IC はアマチュアには入手が難しかったので、秋葉原の「秋月電子通商」に YM3434 が流れたときには歓喜したものです。もう 15 年以上も前のことですが、本機にはその当時に購入した YM3434 を使用します。とはいえ、現在では入手できないディバイスを使うのは「絵に描いたモチ」になってしまうため、現行品のデジタル・フィルタ内蔵 DAC バー・ブラウン（テキサス・インスツルメンツ）PCM1794A を使った応用例にも言及します。

構成 - 受信部

 <第 1 図> DIR9001 の接続 ［クリックで拡大］ 　本機はデジタル・フィルタの制約により、サンプリング周波数 48kHz までの対応となります。CD プレーヤなどの同軸デジタル出力を RS422 レシーバの AM26LV32 で受信し、テキサス・インスツルメンツの DAI レシーバ DIR9001 で復調します。DIR9001 は内蔵 VCO のジッターが非常に少ない特長をもち、ヒアリングでも好印象でした。DIR9001 自体はサンプリング周波数 96kHz の DVD Audio にも対応しているので、PCM1794A と組み合わせれば再生できるようになります。
　データシートはテキサス・インスツルメンツのウェブサイトから入手できます。復調したオーディオ・データの出力フォーマットは、YM3434 では「Right Justified（MSB First, 16-bit）」つまり「右詰め（MSB ファースト，16 ビット）」を選択します。25 番 FMT0 と 26 番 FMT1 ともに L としますが、このピンはプルダウンされているので無接続でもかまいません。
　一般的なデジタル・フィルタでは、DIR9001 の内蔵 VCO で生成されたクロックをシステム・クロックとして使用します。その周波数を設定するのが 13 番 PSCK0 と 14 番 PSCK1 です。PCM1794A への応用も考えて 256fs に設定してありますが、YM3434 は非同期のクロックで動作するのでこのクロックは使用しません。設定ピンはプルダウンされているので無接続でもかまわず、そのときの周波数は 128fs になります。
　パッケージは AM26LV32 が 16 ピン SOIC（SOP）で、DIR9001 が 28 ピン SSOP です。ダイセン電子工業の変換基板 D016 と D028 を使うと、ピンの左右幅は 15.24mm と 17.78 mm になります。

    
 <第 2 図> YM3434 の接続 ［クリックで拡大］
 <第 3 図> 部品配置図 ［クリックで拡大］

構成 - DAC 部

 <第 4 図> 部品配置図 ［クリックで拡大］ 　DAC にはアナログ・デバイセズの AD1860N を、片チャンネルあたり 8 個パラレルにして使います。4 個ずつ積み上げて、左右合計 4 つのブロックに分けています。YM3434 の出力信号のうちデータ出力は 8 個のピンに、ビット・クロック出力は 16 個のピンに接続されますが、負荷として重過ぎるため 4 個ずつになるようバッファで小分けします。前述したようにワード・クロックは 74HC107 で 2 分周し、Q と Q のそれぞれに 1 ブロック（4 個）を接続します。
　AD1860N は PCM56P とピン・コンパチブルな電流出力型の 18 ビット DAC で、パラレルにするときには出力端子を単純に結線します。1 個あたりの出力電流は ±1mA ですから、8 パラなら ±8mA になります。アナログ・デバイセズのウェブサイトにはデータシートがないので、端子説明などは PCM56 のデータシートを参照してください。AD1860N のほうが消費電流が少なく、±5V のとき ＋5V 側が 10.0mA で －5V 側が 12.0mA（いずれも代表値）です。タイミング図は AD1861 のデータシートを参照してください。

構成 - アナログ部

 <第 5 図> 分流回路 　電流出力型の DAC には、出力電流を電圧に変換する I/V 変換アンプが必要です。一般的には反転型オペアンプが使われ、DAC の出力電流が ±1mA のとき帰還抵抗を 3kΩ とするのが標準です。8 パラの ±8mA では 375Ω と計算されますが、オペアンプ IC ではドライブ能力が不足します。IC ならバッファを追加するか、全体をディスクリートで組む必要が生じます。その常識をくつがえしたのが、「ラジオ技術」誌 1993 年 9 月号に掲載された「PCM56P×32 シフト・パラの実験」に記されている「分流回路」です。つまり、「余分な電流は捨ててしまう」という考えかたです。
　本機に使う MUSES 02 のドライブ能力はあまり高くないようなので、帰還抵抗は 1kΩ 程度にとどめたいところです。逆算すると、DAC の出力電流を ±3mA に制限すれば標準的な音量になります。これは「DAC 5 個分の電流を捨てて 3 パラ相当にする」ということです。分流回路の抵抗は図のように 3：5 の比率になり、手持ちのつごうから 18Ω と 30Ω を使っています。最初から 3 パラでいいじゃないか、なぜこんな面倒臭いことをするのかというと、「自分好みの音はコレだ！」からです。
　帰還抵抗にはコンデンサを並列に接続して 1 次ローパス・フィルタを構成します。1kΩ と 3900pF でカットオフ周波数は約 41kHz になります。

PCM1794A への応用

 <第 6 図> PCM1794A の部品配置図 　次に、DAC の現行品である PCM1794A への応用を考察します。PCM1794A はデジタル・フィルタを内蔵しているので、YM3434 などを追加する必要はありません。DIR9001 のデータ出力フォーマットを I²S に設定すれば直結できます。
　PCM1794A はモノラル・モードで動作させることができ、出力端子をパラレルにすると出力電流は 15.6mA（ピーク・トゥ・ピーク）になります。これを 3：5 の比率で分流すると 5.85mApp になり、帰還抵抗 1kΩ で I/V 変換すれば 5.85Vpp になります。5.85Vpp は ÷2√2 で 2.07Vrms になります。この値は PCM1794A のデータシートに載っている第 24 図と同じです。つまり、バランス変換アンプはデータシートのようにゲインを 0.5 で設計すればよいということです。ただし、モノラル・モードのときに得られるはずの S/N 比（理論値）は得られません。
　このように、「余分な電流は捨ててしまう」という割り切りによって、アナログ部の設計の自由度が大きく広がります。十分な音質をもつオペアンプ IC が登場したことと合わせれば、D/A コンバータの設計の自由度が大きく広がったともいえます。

デジタル・フィルタの入手

　本機のように、かつてパラレル DAC ブームが起きたときに衝動買いしたまま死蔵していた DAC を使いたいときには、単品のデジタル・フィルタが必要です。しかし、近年はデジタル・フィルタを内蔵した DAC が主流となり、単品のデジタル・フィルタは生産されなくなりました。電子パーツ通販大手の「Digi-Key」や「チップワンストップ」を検索しても、バー・ブラウンの DF1704/DF1706 がときどき出てくるだけです。「秋月電子通商」にはパイオニアの PD00601 が少量残っているようです（2010-12-04 現在 153 個）。素直な音がするデジタル・フィルタなので、あるうちに買っておいてもよいでしょう。
　DF1704/DF1706 を使うときの注意点として、BCKO（出力ビット・クロック）の周波数が挙げられます。システム・クロックが 256fs と 512fs のとき BCKO は 256fs 固定に、384fs と 768fs では 192fs 固定になります。サンプリング周波数が 48kHz のとき 256fs は 12.288MHz ですから、PCM56P などの古い DAC が動作を保証する 10MHz を超えてしまいます。DIR9001 が出力するシステム・クロックを 384fs に設定してください。

データシートの入手元：
DIR9001 - テキサス・インスツルメンツ社の製品情報ページ
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/dir9001.html
AM26LV32 - テキサス・インスツルメンツ社の製品情報ページ
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/am26lv32.html
PCM56 - テキサス・インスツルメンツ社の製品情報ページ
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/pcm56.html
PCM1794A - テキサス・インスツルメンツ社の製品情報ページ
http://focus.tij.co.jp/jp/docs/prod/folders/print/pcm1794a.html
YM3434 - 非正規の英語版
http://www.datasheets.org.uk/YM3434*-datasheet.html
AD1860N - 非正規の英語版
http://www.datasheets.org.uk/AD1860*-datasheet.html
MUSES 02 - 新日本無線株式会社の製品情報ページ
http://semicon.njr.co.jp/jpn/MUSES/MUSES02.html

姉妹ページ ［PCM54 でサイン・マグニチュード］ ［レガシー DAC で 96kHz 18-bit ハイレゾ］