ループバック接続で歪み率を測定し、性能を確認しました。
＜測定１：減衰無し＞
ノート・パソコンの Headphone 端子と Microphone 端子を折り返して接続し、WG で生成した信号をダイレクトに WS に入力、100Hz、1KHz、10KHz、の歪み率（ WSの「THD、+N」の値 ）を測定しました。WG 側 （Headphone端子） の出力電圧 Vo は、パソコンの出力ボリュームは使わず、WGソフトの出力レベル・パラメータで変化させています。
各周波数とも出力電圧が 10mV から 300mV 程度までは、右肩下がりの直線となりました。最低歪み率は、100Hzが0.022% 、1kHzが0.028%、10kHzが0.0253%でした。100Hz と 1KHz は 300mV を超えると、また、10KHz は 400mV を超えると、急速に歪み率が悪化しました。また、10KHz は、歪みが頭打ちになりマカ不可思議な特性です。
歪み率の特性での右肩下がりの直線部分は、雑音の大きさを表しているのだそうです。（ぺるけさん著書「真空管アンプの素」 159 頁） 出力電圧Voに歪み率を掛けて、雑音電圧（＋歪み電圧）を計算し、グラフ化してみました。上記の右図です。
雑音・歪み電圧＝WG出力電圧 * 雑音歪み率
雑音・歪み電圧は、10mV から 100mVの間はほぼ一定で、各周波数とも 0.050mV から 0.052mV 程度でした。 100mV くらいから増え始めていますが、これは、PC内蔵インターフェースの歪み成分でしょうか。
安定性−歪み率の最大値と最小値
WS の歪み率 THD+N の表示は、小数点以下 5 桁（ 0 . XXXXX % ） まであります。測定してみると下位の数値が変動しました。2桁はほぼ安定、4桁はなんとか読み取りが可能です。測定1のループバック接続の測定では、最大値と最小値を記録しました。1KHzの最大値だけ（青線）、また、最小値だけ（赤線）の値でグラフ化してみました。それなりに差異はあったのですが、グラフ化すると線がほぼ重なってしまいました。日を置いて何度か測定しました。結果は同じで変動はありませんでした。目が疲れました。。。
＜測定2：ATTで固定的に1/10に減衰＞
測定1 では、WG 出力電圧 ＝ WS 入力電圧が 400mV を超えると歪みが急増していました。この歪みが急増した理由はWS側にあるのか、WG側にあるのか、調べてみます。
ループバック接続の途中にアッテネータを挿入して WS 側への入力電圧を 1/10倍 に絞ります。こうすることで、歪んでしまった1000mVの出力電圧が、歪まなかった100mVの電圧となります。この減衰した100mVが歪めば、原因はWG側にあり、歪まなければ原因はWS側にある、となります。
アッテネータの抵抗は、WG 側から見た負荷インピーダンスを変化させない値としました。具体的には、WS 側の入力インピーダンスが 4.2KΩ だったので、R1＝3.3KΩ+690Ω、R2＝470Ω としました。
WG側の出力電圧＝100mVから1000mV、WS側の入力電圧＝10mVから100mVの間で測定しました。左図が歪み率特性、右図が雑音特性で、横軸はWS側の入力電圧Vinです。赤線が 1/10 倍に減衰させた場合で、比較のため減衰しなかった場合の特性を青線で追記してあります。1/10倍に減衰させた場合、WG側の出力電圧=100mV〜1000mV （ WS側の入力電圧=10mV〜100mV ） 間で、雑音はほぼ一定で、0.022mVとなりました。
このことから、測定1でWG 出力電圧 ＝ WS 入力電圧が 400mV を超えて歪み率が急速に悪化した理由は、WS側（Microhon端子）の入力電圧の許容値を超えたためと想定されます。WG側（Headphone端子）の出力信号は、10mVから1000mVまでほぼ一定の雑音・歪み電圧でした。
＜雑音が1/10倍にならなかった理由＞
測定2では、WGの出力信号に含まれる雑音は、1/10倍になっているのですが、測定した結果、雑音が1/10倍となりませんでした。何故なのでしょうか？
最初は判らなかったのですが、測定系の雑音は、WG 側だけなくWS 側でも発生している！ と気がついてようやく理解できました。
下図は、測定系の雑音イメージ図です。WG側で発生した雑音は、アッテネータで信号とともに減衰されるので、1/10倍になります。仮に0.04mVだったすると0.004mVです。一方、WS側で仮に0.02mVの雑音が発生しているとします。この雑音は、アッテネータでの減衰にかかわらず、0.02mVのままです。従い、アッテネータで減衰した場合、0.004mV＋0.02mVとなり、1/10倍にはなりません。
＜雑音量＞
WG 側で発生している雑音と WS 側で発生している雑音は、互いに共通する周波数があるでしょうから、単純に0.004mV＋0.02mVと加算はできないと思います。WS 側で発生している雑音をNs mV、WG 側で発生し WS 側で発生している雑音によりマスクされない （ 重ならない ） 雑音を Ng1mV とすると
従って、Ns=0.019mV、Ng1=0.032mV、となりました。
＜WG側の歪み＞
測定3 ATTでWS入力電圧を一定になるよう減衰
歪み率が上昇に転じるあたりのWG の出力電圧が340mVまではアッテネータで減衰せず、340mV以上では、WS の入力電圧が常に340mVとなるようようアッテネータで減衰させました。アッテネータは、（厳密には定インピーダンス型が良いように思えますが保有していないので）、WS 側の入力インピーダンスとの兼ね合いから保有する 50KΩ（A型） としました。
測定の結果、ATTで減衰させる340mV以上の領域で、ゆるやかな右肩あがりとなりました。また、この右肩あがりの部分で、WSへの入力電圧をアッテネータで更に絞っても緩めてもブロードに歪み率は変化しました。最低歪み率は0.22%で、残留雑音は、0.05ｍVでした。
WS側は、340mV以上ではなんらパラメータを変化させていないにもかかわらず歪み率が340ｍV以上で増加した理由は、WS側への入力信号の歪み率が増加、つまりWG側の歪み率が増加したことになります。「ループバック接続雑音・歪み電圧」のグラフから推定すると、WG側は200mVくらいまではTHD＋Nは一定かと思われます。
＜ATTの使い方＞
測定4 実際のアンプを測定
実際の出力アンプの歪み率測定では、アッテネータでどのように入力電圧を調整したら良いのか？最大出力 ( 5% 歪み ) 近傍の測定ならば、0.1% 程度は誤差の範囲とすると、500mV くらいまではWSへの入力電圧は許容できそうです。
実際のアンプ （ 6DJ8 ミニワッター・シングル ） を使って、アンプの出力電圧を固定し、ATT の減衰量をパラメータ（WS の入力電圧をパラメータ）とした歪み率の変化を測定しました。固定した出力電圧は 1434mV で、このときの歪み率は 4% あたりです。（5%になる出力電圧にすれば良かった）
結果は、WS の入力電圧は、100mV から500mV まで、ほぼ一定の歪み率となりました。
従い、実際の測定では、
© 出力電圧が400mVくらいまでは、アッテネータで絞らない。（出力電圧が400mVということは負荷8Ωで出力0.02W）
© 出力電圧が400mV以上では、WS への入力電圧を“一定”にする（WSのMAX表示は、概ね−10dBくらい）。一定にする際のアッテネータの調整は、おおまかで良い。
拙い測定説明なので測定結果の値も示します
|
WG |
Vo |
アンプ出力 |
ATT |
Vin WS入力電圧 |
WS Max |
WS THD,+N |
||
|
最小 |
最大 |
平均 |
||||||
|
dB |
mV |
mW |
倍 |
mV |
dB |
% |
% |
% |
|
0 |
1434 |
257 |
0.07 |
103 |
-20.99 |
4.072 |
4.080 |
4.076 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.13 |
190 |
-16.03 |
4.056 |
4.075 |
4.066 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.15 |
214 |
-15.01 |
4.031 |
4.014 |
4.023 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.17 |
243 |
-13.99 |
4.034 |
4.046 |
4.040 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.19 |
273 |
-13.01 |
3.974 |
3.999 |
3.987 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.21 |
306 |
-12.01 |
4.002 |
4.011 |
4.007 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.24 |
346 |
-10.99 |
3.996 |
4.001 |
3.999 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.27 |
387 |
-10.02 |
3.995 |
4.004 |
4.000 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.30 |
436 |
-9.01 |
3.937 |
3.946 |
3.942 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.34 |
491 |
-8.00 |
3.900 |
3.923 |
3.912 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.40 |
570 |
-7.01 |
5.518 |
5.529 |
5.524 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.47 |
667 |
-6.51 |
11.268 |
11.275 |
11.272 |
|
0 |
1434 |
257 |
0.63 |
909 |
-6.00 |
20.755 |
20.751 |
20.753 |
＜2次歪み率、3次歪み率＞
Spectrum表示ウィンドウには基本波や高調波が表示され、波形の振幅値を読み取ることができます。少々手間ですが、振幅値を読み取り、2次歪み率、3次の歪み率を求めることができました。
基本波
＜ノートPCの入出力インピーダンス＞
WaveSpectraの入力端子（Micorophone端子）の入力インピーダンス
WaveSpectraの入力端子であるノートパソコンのMicorophone端子の入力インピーダンスを測定しました。低周波発振器の出力をMicorphone端子に接続して低周波発振器のATTで出力電圧を500mVに調整します。次にノートパソコンの代わりに可変抵抗を接続し、出力電圧が先ほどと同じ500mVになるよう可変抵抗の値だけを調整します（低周波発振器のATTは触りません）。同じ値の500mVなる抵抗値がMicorophone端子の入力インピーダンスのはずです。
このようにして測定した結果、Micorophone端子の入力インピーダンスは、4.2KΩでした。結構低い。。。
WaveGeneの出力端子（Headphone端子）の出力インピーダンス
WaveGeneの出力端子であるノートパソコンのHeadphone端子の出力インピーダンスをOn-Off法で測定したところ、出力インピーダンスは76Ωでした。
＜基本的な性能＞
以上から、基本的な性能をまとめると
¬ 測定範囲 0.03% ~
¬ 残留雑音 0.05mV 以下
¬ WS側の共用入力電圧 10mV ~ 400mV くらい
¬ WS側の入力インピーダンス 4.2KΩ
¬ 低周波発振機能（WG側）
Ø 出力電圧 10mV ~ 1V
Ø 出力インピーダンス 76Ω
Ø 出力電圧が200mVくらいまでは、THD+Nは一定
¬ 測定確度 不明、真空管アンプビルダーのアマチュアが使う分には十分みたいです
¬ 測定機能 THD、THD＋N、基本波電圧、高調波電圧、全帯域のスペクトラム、他多数
注意 パソコン内蔵の DSP を使用した値でありパソコン次第で変わると思われます。高性能パソコンや、外部オーディオインターフェースを使えば、良い値となるはず。
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