DACのバッテリードライブ化を検討してみる

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実はアンプをバッテリー電源にする計画をしてるころから、(AC電源で2Wしか食わない)DACもバッテリー電源にしようと目論んでいて、電源BOXにはDCアウトレットを2系統つけていました。

が、アンプを引取りに行く前後で新たな情報が。

要約すると、
・共通グランドが長いと具合がよろしくないので、バッテリー〜アンプ間の配線は、3本(バッテリー側で纏めた共通グランド)ではなく、全部独立の4本で行い、アンプ側でGNDにおとすべき。
・バッテリーを複数の機器で共用すると混変調歪みが出るので、機器毎にバッテリーを独立させたほうが良い。
というものでした。

ありゃりゃ。
3本で作っちゃったよ。。
しかもバッテリー側に分配コネクタつけちゃったし。。
どうすっかな。。w

まずはどれくらい影響があるのか考えてみました。
注文してるアンプはAB級のアンバランス動作です。
これは、スピーカーに掛かる信号電圧が+側のときは、ほぼ信号波形に沿った+側の電源電力が消費され、信号電圧が−側のときは−側の電源電力が消費されることを意味します。
また、アンバランス動作のアンプは、グランドに電源電流とスピーカーの-側信号電流が共用で流れます。

アンプのグランドからバッテリー側を見たとき、信号電圧が+側のときはアンプからバッテリー側に電流が流れ、電圧が−側のときは、バッテリー側からアンプ側に電流が流れます。
電流が流れるので、バッテリー側のグランドとアンプのグランドに電位差が生じます。
もちろんアンプ側のデカップリングコンデンサ(パスコン、ブロックコンデンサ)容量とインピーダンス、アンプの消費電力によっては、電位差を低く抑えることも可能ですが、そもそもバッテリーのインピーダンスがとても小さいため使った電力がすぐに補充されるように動き、ほぼ垂れ流し状態であることが予想されます。
つまり、アンプのグランドは、バッテリー側と比べて、信号電圧が+側のとき低くなり、信号電圧が-側のときに高くなります。

第一の問題はここですね。
4本接続では、信号電圧と反対極性側の線には一定量のバイアス電流しか流れず電圧が変化しませんので、信号電圧側の電源電圧が落ちたようにしか見えませんが、共通グランドの3本接続だと、信号電圧と逆の極性の電源電圧が上がってしまい、あたかもグランド電位がふらついているかのような状態になります。

もうひとつの問題。
バッテリーから分配されたDACのグランド電位は、電力を消費しない限りバッテリーと同じ電位(0V)です。(DACは殆ど電気を食いませんし、信号で消費電力が大きく変わるようなものでもありません。)
つまり、同じバッテリーから配線していても、DACとアンプのグランド電位が違ってしまうということです。

これでRCAケーブルを繋ぐと、グランド電圧が同じになるように見えますが、バッテリー〜アンプ〜DAC〜バッテリーと見事なグランドループが出来上がり、アンプから見たグランドラインが、電源ケーブル経由のバッテリールートと、RCA、DAC、DACの電源ケーブル経由のバッテリーと、2系統となることから、RCAのグランドにも電源電流が流れることになります。
電流が流れるので、アンプとDACのグランドに電位差が生じます。
これは4線接続してもあまり改善しません。(かえって経路が複雑になるだけです。)

じゃあ、どのくらいの電位差になるか。
ケーブルの抵抗を15mΩ/m、コネクタの接触抵抗を5mΩとし、電源電流が1Aになったときで計算したら、数mV(条件によっては10mV超)になっちゃいました。
電流1Aと言うと、ウチのアンプの場合は、相当音量が大きい状態ではありますが、ラインで10mVって-40dB程度のレベルにはなりますので、かなり揺さぶられますね。
なお、デカップリングコンデンサの影響も受けるので、電流だけでなく信号周波数でも変化すると考えられます。

実際にやってみたら、ステレオワイドをかけたような音になっちゃいました。w
(左右の差信号にディレイかけて逆相で混ぜるのがステレオワイドなので、まさにそんな動きです。w)
あんまりに理屈どおりで笑っちゃいました。

これを改善するには、バッテリーを分けるか、RCAに電源電流が流れにくくなるように、
アンプのグランドを中心にグランド線を配線するかです。

特注アンプの真のグランドポイントは、パワーアンプモジュールの電源コネクター部で、そこから分岐するのはせっかくの新調ハンドメイドアンプの大きな改造を伴うので却下。w

ということで、作った電源はアンプ専用にして、DACは別にバッテリーを用意しましょう。

ちなみに、これは、正負電源のAB級、B級アンバランスアンプ特有のもので、(ちゃんとバランスのとれた)BTL等のバランスアンプや、A級アンプでは、グランドラインに電源電流が流れないので、4本接続より3本のほうがレギュレーションが良くなる上、グランド電位差も起きないので、そもそも問題が発生しません。