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聴覚実験に用いるヘッドホンアンプのクロストーク*○森川大輔，酒井翼，平原達也（富山県立大）

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はじめにヘッドホンを用いる各種の聴覚実験では、ヘッドホンアンプのチャンネル間のクロストークの影響に注意する必要がある。クロストークを避けるために、左右のチャンネルで別々のヘッドホンアンプを用い、ヘッドホンと 2 台のアンプを接続するために Y 型分岐ケーブルが用いることもある[1]。しかし、ヘッドホンの TRS プラグと分岐ケーブルの TRS
ジャックの Sleeve での接触抵抗が大きい場合にもクロストークは大きくなる。
本稿では、ヘッドホンアンプや分岐ケーブルによるクロストーク量の違いを計測した結果について報告する。

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計測系

計測系を図 1 に示す。オーディオアナライ
ザ (Brüel & Kjær,3560-C) の 出 力 は 、 ア ン プ(audio-technica, AT-HA21 または AT-HA20)の R
ch 側を通り、3560-C の R ch に入力する。信号を入力しないアンプの L ch 側の出力は、3560-C の L ch に入力する。したがって、3560C の L ch への入力は、R ch からのクロストークである。R ch のアンプの入力出力電圧はいずれも 1V とし、L ch のアンプ入力端子はショートした。R ch と L ch で 2 台のアンプを用いる場合には、各アンプの L ch 側を使用し、その出力は分岐ケーブルを通して、3560-C に入力する。𝑉l (𝑡)と𝑉r (𝑡)はヘッドホンの L ch とR ch にかかる電圧、𝑅C は L ch と R ch の共通接地抵抗である。また、各チャンネルとアースの間の𝑅L はヘッドホンを繋いだ場合の負荷抵抗で、ヘッドホン(Sennheiser, HDA-200)の実測インピーダンスである 42Ωの抵抗を接続した。計測周波数は 20 Hz から 100 kHzまで 1/3 オクターブ間隔とした。
使用した分岐ケーブルは A1～A4, B, C, Dで、A, B, C は市販のフォーンジャックを用いて作製したもの、D は HOSA 社の YPP-136 でSingle AMPOUTPUTRL42Ω

R chVr

R AMP
INPUT

RC

RL42Ω
L ch
L AMP

SplitterCableVl
B&K
3560-C

Fig. 1 計測システム
ある。A1～A4 は、すべて作製後に十数年間使用されている。

3結果

図 2(a)に AT-HA21 と AT-HA20 単体の左右チャンネル間のクロストーク特性を示す。実線は AT-HA21 で、左右どちらのクロストーク量も 1 kHz 以下では−75 dB 程度で左右差は小さかった。破線は AT-HA20 で、R ch から Lch のクロストーク量は最低でも−58 dB で、Lch から R ch のクロストーク量は 3 kHz 以下
では−60～−80 dB で大きく変動した。なお、
6 台の AT-HA21 と 2 台の AT-HA20 の個体差はそれぞれ±2 dB、±0.5 dB 以下であった。
図 2(b)に 2 台の AT-HA21 に各分岐ケーブルを接続した場合のクロストーク特性を示す。
破線は A1～A4 で、最もクロストーク量が大きい結果では−28 dB、小さい結果でも−51 dBであった。青線は B で、クロストーク量は−66dB であった。赤線は C で、クロストーク量は 4 kHz 以下は−90 dB 以下であり、100 kHz以下でも−70 dB 以下であった。黒線は D で、クロストーク量は−69 dB であった。なお、クロストーク量の左右差は±1 dB 以下であった。

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クロストークアンプの内部抵抗を r とし、図 1 のように
L ch に何も入力しない場合、R ch から L ch へのクロストーク量は以下の式で表せる。

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Crosstalk of headphone amplifier used in psychoacoustical experiments, by MORIKAWA, Daisuke,SAKAI, Tsubasa, and HIRAHARA, Tatsuya (Toyama Prefectural University).
日本音響学会講演論文集- 567 -

2020年3月

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押す力が弱まったために、Sleeve の接触も弱まり、𝑅C が大きくなったためと考えられる。
A のクロストーク量は接点復活剤を用いても改善されなかったが、ジャックを強くかしめると数十 dB 改善された。C は 2 枚の金属板が 90°程度の間隔で配置しているが、他のジャックと異なり Tip の金属板が大きく内側にせり出している。C のクロストーク量が小さくなったのは、せり出した金属板によってSleeve が強く接触し、𝑅C が小さくなったためと考えられる。

結論

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本稿では、ヘッドホンアンプや Y 型分岐ケーブルの違いによるクロストーク量を計測した。その結果、聴覚実験に用いるヘッドホン
アンプもしくは分岐ケーブルには、Sleeve を強く接触させチャンネル間の共通接地抵抗が十分に小さいジャックの物が適し、その経年劣化には注意が必要であることがわかった。
-20(a)-40
AT-HA20 R➡L-60
AT-HA20 L➡RCrosstalk [dB]𝑉l (𝑡)−𝑅C=(1)
𝑉r (𝑡) 𝑟 + 𝑅L + 𝑅C
式(1)より、クロストーク量はアンプや分岐ケーブルのジャックとヘッドホンのプラグとの𝑅C に依存し、𝑅C が大きいほどクロストーク量は大きくなる。r=39 Ω、𝑅L =42 Ωとすると、クロストーク量が−60～−80 dB となるのは、𝑅C が 10～100 mΩ程度の場合である。A では、数百 m～数Ωもの𝑅C が生じると考えられる。
クロストークの影響下で L ch と R ch に同じ信号を入力すると、左右の信号に時間差があるかでレベルが変化し、同時の場合逆位相の信号で減ずることになりレベルが下がる。
時間差の有無によるレベルの差は、ホワイトノイズの場合、𝑅C =10 Ωで 1 dB 程度になる。
左右の信号にレベル差を与えると影響はさらに大きくなる。これは、レベルが大きい側からのクロストークが、レベルが小さい側の信号に与える影響が大きいためである。L chと R ch の入力信号を𝑆l (𝑡)、𝑆r (𝑡) とすると、レベル差の変化は以下の式で表せる。
𝑉l (𝑡) (𝑟 + 𝑅L + 𝑅C )𝑆l (𝑡) − 𝑅C 𝑆r (𝑡)=(2)
𝑉r (𝑡) (𝑟 + 𝑅L + 𝑅C )𝑆r (𝑡) − 𝑅C 𝑆l (𝑡)式(2)より、r=39 Ω、𝑅L =42 Ωとし、𝑆l (𝑡)と𝑆r (𝑡)をレベル差 20 dB の同じ信号にすると、レベルが低い側のレベルはさらに低くなり、ホワイトノイズの場合、𝑅C =10 Ωでレベル差は 40 dB になる。一方、同じレベル差 20 dBで、𝑆l (𝑡)と𝑆r (𝑡)に時間差を与えたり、𝑆l (𝑡)と𝑆r (𝑡)を異なる信号にすると、レベルが低い側のレベルが上がり、ホワイトノイズの場合、𝑅C =10 Ωでレベル差は 17 dB 程度になる。
また、𝑆l (𝑡)と𝑆r (𝑡)に時間差がある場合には、時間差 0 に負の相関が生じる。

-100-20(b)A-40-60B
D-80C

考察

AT-HA20 でクロストーク量に大きな左右差が見られ、AT-HA21 に見られなかったのは、𝑅C や r 以外に、アンプ内のプリント基板の配線パターンや筐体アースの取り方が影響していると考えられる。
各分岐ケーブルのジャックの内側を図 3 に示す。A では 120°程度の間隔の 2 枚の金属板がプラグの Tip、Ring と接触するとともにプラグを押し、入口の Sleeve が接触する。Aのクロストーク量が大きいのは、十数年間の使用によって金属板の反発力が弱りプラグを日本音響学会講演論文集-80-100201001k10k100k

Frequency [Hz]Fig. 2 各条件のクロストーク特性
LLLRALRBRCDR

Fig. 3 TRS ジャックの内部
参考文献[1] 森川大輔, “はじめての音像定位実験,”
音響誌, vol. 74, no.10, pp. 547-554, 2018.

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