Lock-in THD+N Analyzer (超低歪みロックイン測定)

概要

Lock-in THD Analyzer は、特定の周波数の基本波成分だけを極めて高精度に「ロックイン検出」して除去し、残った「歪み率 (THD+N)」 を測定するためのウィジットです。

通常の FFT アナライザよりも基本波除去性能が高く、アンプや DAC の微小な歪みを正確に評価できます。

測定の仕組み

このウィジットは「ロックインアンプ」の技術を応用して、以下のように THD+N を算出しています。

1. ロックイン検出: 内部で生成した正弦波（例: 1kHz）と入力を同期検波し、基本波の「振幅」と「位相」を精密に測定します。
2. 除去 (Notch): 測定した基本波成分と同じ波形を合成し、元の信号から引き算します。
3. 残留成分 (Residual): 引き算で残った信号（高調波歪み＋ノイズ）の量を測ります。
4. 計算: $\frac{\text{Residual RMS}}{\text{Fundamental RMS}} \times 100 (\%)$ で THD+N を算出します。

操作方法

基本設定

左側のパネルで測定条件を設定します。

• Frequency: 測定周波数。通常は 1000 Hz です。
• Amplitude: 出力レベル。測定対象の定格入力に合わせます。
• Averages: 測定精度の安定性を高めるための平均化回数です。

フィルター設定

THD+N 測定において最も重要な設定の一つです。不要な帯域のノイズをカットして、純粋なオーディオ性能を評価するために使います。

• HPF (Hz): ハイパスフィルタ。
  • 20 Hz: 直流 (DC) オフセットや超低域のゆらぎを除去します。通常はこれを使います。
• LPF (Hz): ローパスフィルタ。測定帯域の上限を決めます。
  • 20000 Hz: 可聴域内 (20kHz以下) の歪みだけを測る場合の標準設定 (AES17準拠など)。
  • 80000 Hz以上: ハイレゾ機器の高周波ノイズも含めて評価する場合。

結果の見方

• THD+N: 全高調波歪率＋ノイズ。値が小さいほど高性能です。
  • -60dB (0.1%): 一般的なオーディオ機器
  • -80dB (0.01%): 高音質
  • -100dB (0.001%): プロ用・ハイエンド級
• Fundamental: ロックイン検出された基本波の電圧。
• Residual RMS: 歪みとノイズの合計電圧。

グラフの説明

• Waveform:
  • Cyan: 入力波形。
  • Red: 残留成分 (Residual) を10倍に拡大したもの。これが平らな直線に近いほど歪みが少ないことを示します。波打っている場合は高調波歪み、ギザギザしている場合はノイズが支配的です。
• Residual: 残留成分レベルの時間変化。
• Spectrum: 残留成分の周波数分析。基本波 (1kHz) がきれいに除去され、2次 (2k), 3次 (3k) 歪みが見やすくなっています。