“I have the simplest tastes. I am always satisfied with the best.”
— Oscar Wilde

Sonoma Model One静電型ヘッドフォンシステムの開発中、システム全体が2つの重要な基準を満たしていることを確認するため、設計のあらゆる面に特に注意が払われました。

  1. 比類のない音質で高解像度のオーディオを提供する
  2. 究極のリスナーの快適性を提供する

ここでは、使用されているテクノロジとそれぞれのメリットについて説明します。

HEADPHONES

HPEL Transducer

理想的なラウドスピーカトランスデューサの条件は、質量がゼロであり、任意の信号に無限に迅速に応答し、完全に減衰され、歪みがなく、完全に線形であることです。今まで、これらの特性を最もよく例示している技術は静電型ヘッドフォンと言われています。ほぼ60年前に発売された静電型ヘッドフォンは、最高のオーディオ品質を求めるリスナーの選択肢として今でも支持されています。現在、超音波の世界から生まれた画期的な新しい静電トランスデューサがWarwick Audio Technologies Ltd.(以下、「WAT」)によって英国で開発されました。特許取得済みの高性能静電ラミネート(以下、「HPEL」)オーディオトランスデューサは、静電ドライバの分野における新しいパラダイムをもたらし、Sonoma Model Oneは世界で初めてHPELを採用したヘッドフォンシステムです。

従来の静電トランスデューサは、2つの導電性金属グリッドの間に(導電性材料で被覆された)薄膜を配置した構造になっています。膜とグリッドの間には小さな隙間があり、膜はグリッドに対して高いDC電位に保たれ、オーディオ信号はグリッド間に印加されます。この結果、膜が音響信号に応答して動いて音が形成される仕組みです。この際、音がグリッド/膜「サンドイッチ」を通って確実に伝播するためには、グリッドは何らかの方法で穿孔されていなければなりません。

 

これに対して、HPELは、「前面」グリッドのための薄い(15μm-人毛の厚さよりも薄い)可撓性積層フィルムを使用します。ラミネートは絶縁スペーサー(Formex™製)のオープン(セル)構造に貼り付けられ、フィルムはx-y平面で非常に正確に機械的張力を受けます。このようにして、小さな「ドラムスキン」がセルによって作り出されます。ステンレススチールメッシュが「背面」グリッドを形成します。オーディオ信号が1350 VのDCバイアス電圧に重畳されると、フレキシブルな「前面」グリッドによって形成された「ドラムスキン」が振動し、音が鳴ります。伝統的な静電型パネルとは異なり、HPELから聞こえる音はグリッドを通過しません!この機能を最大限に活用するために、Model Oneの設計ではすべて、トランスデューサの前後の領域を可能な限り明確に保ち、​​音波を妨げないようにしました。

 

独自の有限要素解析ソフトウェアパッケージを駆使することで、WATは ‘ドラムスキン’の特性を微調整し、異なる共振周波数を持つようにすることに成功しています。各セルは音響的に独立していますが、並列に駆動されるのです。その結果、各セルからのサウンドは音響空間で合成されますが、独立した共鳴は平均化され、オーディオバンドの大きな共鳴ピークが避けられる仕組みです(単一のドライバエリアではこうした発生する可能性があります)。

薄くて軽いラミネート素材は、60kHzを超える線形性を維持しながら、周波数応答を拡張することができます。 HPELは他に例のない過渡性能を備えており、その表面積は最大周波数応答を得るために最大化されています。さらに、現代的な自動製造技術で製造することが可能なため、HPELは前例のない一貫性とトランスデューサ間のマッチングを提供します(左右チャンネル間で±0.8dB以下)。このように、HPELは優れた耐久性と信頼性を実現しているのです。

当然のことながら、このような軽くて薄いトランスデューサは曲がり易いため、トランスデューサを最適に動作させることができる、特別な超高剛性のガラス充填ポリカーボネート<カセット>にパネルを収納しています。

 HPELの裸特性(10Hz – 60kHz)

Injected Magnesium Ear-cups

アルミニウムと比較して、マグネシウムは約1/3軽く、優れた防音性を備えています。優れた強度対重量比、高い剛性、優れたEMI / RFI遮蔽性を兼ね備えたマグネシウムは、HPELトランスデューサを収納して最適な性能を発揮する理想的な素材です。 Model Oneのイヤーカップは、非常に高い圧力で精密射出成形によって形成されます。その結果、重さは10.7オンス(303グラム)になり、ヘッドフォン装着時の快適性にも優れています。高い強度と耐腐食性のためにヘッドフォンには高級ステンレス製のネジと留め具しか使用されていません。

 

 

Handmade Cabretta Sheepskin Ear & Headband Pads

Sonoma Acousticsは、ヘッドフォンの快適性も最も重要な事柄と考えており、私たちはリスナーがModel Oneで音楽を楽しく聴くことができる時間を長くしたいと思っています。しかし、耳とヘッドバンドのパッドが何らかの不快感を引き起こした場合、優れた響きをもった軽量なデザインを生み出すことができません。そのため、最大限のリスニング時間を実現するため、Model Oneのパッドはすべてトップグレインのカブレッタ・シープスキンレザーを用いたハンドメイド品となっています。 カブレッタ・レザーは、その軽量、滑らかさ、しなやかさ、そして耐久性で大変評価の高い最高級シープスキン素材です。

Model Oneで使用されているレザー原料はエチオピア製で、皮革は1826年以来革を鞣してきた英国のピタード社によって製造されています。最終的には、パッドはドイツで手縫いされて製品に使用されています。

Nylon 12 Headband

ヘッドバンドは、ヘッドフォンが生涯ヘッドを着用したり、ヘッドから取り外されたりする回数を考慮する必要があり、さまざまなヘッドサイズに適応するのに十分な柔軟性と、頑丈さとストレス下でのクラッキングに対する抵抗力を組み合わせることが重要です。これらの基準を満たすために、Sonoma Acousticsはナイロン12(別名ポリアミド12)製のヘッドバンドを選択しました。これにより、必要に応じてヘッドバンドを曲げることができ、長時間の使用でも強いままお使いいただけます。また、ナイロン12は騒音や振動を減衰させる効果もあります。

内部では、ヘッドバンドには強度とスムーズな操作を保証するためにチタン蒸着コーティングを施したステンレス鋼製部品が含まれています。

Custom Low-Capacitance Cable

静電型ヘッドフォンは、相手側のアンプからみると通常のダイナミック・ドライバーのような負荷の形をとりません。そのため、アンプをヘッドフォンに接続するために従来のケーブルを使用することは不可能です。したがって、Sonoma AcousticsはStraight Wire Inc.と協力して、Model Oneのためにまったく新しい基本設計を行いました。目標は以下の基準を満たすことでした:

  1. 容量を最小限に抑える
  2. 機械的ノイズのピックアップを最小限に抑える
  3. 信号の純度を最大にする
  4. ケーブルは、薄く、柔軟で軽量にする

これらの基準の一部をケーブルで取得することは問題ではありませんが、1つの領域で理想に近づくには、他の何か、通常は薄く、柔軟で軽量な面を犠牲にして達成ことができるので、それらをすべて取得することは非常に難しいことでした。

Model Oneで使われているケーブルは、銀メッキされた無酸素高導電率(OFHC)超純銅の非常に細い素線で構成されています。断熱材は、適切に高い誘電率を有し、十分に減衰されるために発泡ポリエチレンを採用しました。左右チャンネル信号ケーブル間に共通のグランドはなく、ジャケット内のファイバーフィラー材料は導体を可能な限り離れた状態に保ち(容量とクロストークを低減するため)、ケーブルマイクロフォニック雑音を減衰させます。優れた強度を確保するために、2本のケブラー®繊維がケーブルに織り込まれています。

結果として生じるケーブルの容量は50pF / mと低く抑えられています。アンプの端では、ジャックはアンプシャーシから電気的に絶縁されていますが、ヘッドフォンへは高精度のセルフラッチングコネクタを使用して確実に接続します。ケーブルに内蔵されたセンスループが各イヤーカップに接続されており、アンプまたはヘッドフォンのいずれかでケーブルが接続されていないと、アンプは自動的にシャットダウンします。

ENERGIZER & DAC

Discrete Single-Ended Class-A Amplifier

すべての静電型トランスデューサと同様に、HPELは機能するために高電圧駆動アンプを必要とします。 Model Oneの場合、このドライブは、HPELと最適にマッチングされた非常に低い歪みと広い帯域幅を備えた高性能なシングルエンド・ディスクリートFETクラスAアンプから供給されます。このアンプは、静電型トランスデューサの固有の容量性負荷を駆動するように設計され、最適化され、クラスA出力段は高バイアスレベルで動作し、非常に高いスルーレートを実現します。このような高いバイアスレベルで動作させることで、線形性を改善しています。

駆動信号の最大振幅は145 V(rms)で、1350 VDCのバイアスに重畳されています。低い電流レベルで動作しているにもかかわらず、使用中の高い電圧は増幅器の出力において(ヘッドフォン増幅器の)大きな電力に変換されます。その結果、電力レベルに対処するように設計された高品質のデバイスが使用されています。

 “Regardless of the type of gain device, in systems where the utmost in natural reproduction is the goal, simple single-ended Class-A circuits are the topologies of choice.”
— Nelson Pass

FETは、しばしば、真空管の音響特性とソリッド・ステート(トランジスタ)の信頼性とを兼ね備えると言われています。 Model Oneでは、リニア・アンプ・アプリケーション向けのInternational Rectifier製のFETが選択されています。 AVX、Bourns、Vishayなどの電子設計における特定用途向けに最適化された最高の受動部品を使用するという当社の取り組みは、細部までこだわり続けた結果といえます。

すべての干渉源からの絶縁を保証するために、アンプは完全にシールドされ、機械加工されたアルミ製エンクロージャーに収納されています(下記参照)。

アンプは以下の入力を装備しています:

  1. USB 2.0(デジタル)
  2. 同軸S / PDIF(デジタル)
  3. 「ハイ・レベル」RCA(x2)ジャック(アナログ)
  4. 「ロー・レベル」の5 mmステレオジャック(アナログ)

USB 2.0入力は、32-bit / 384 kHz PCMとDoPによるDSD(DSD64 / DSD128)までのHi-Res Audioフォーマットに対応し、S / PDIF入力は最大24-bit / 192 kHzのすべてのPCMフォーマットに対応します。高レベルRCA入力は最大入力信号2.1 V(rms)で動作し、低レベル3.5 mmジャックは最大信号850 mV(rms)に対応します。

ESS SABRE Reference DAC

Model Oneは、真の高解像度性能を実現するために開発された製品です。クリティカルなデジタル/アナログ変換段階では、フィールドリーダーとしての地位を確立しました。 ESS Technologyは、世界でもトップクラスのDACチップメーカーとして広く認められており、当社はModel One用のDACチップに32ビットのリファレンスDACを選択しました。 Model Oneでは、2つのステレオDACチップを特別なモノモードで使用し、測定上129dBの信号対雑音比(SNR)を達成しています。

Custom 64-bit Fixed-Point Digital Signal Processing

スピーカーやアンプの測定に精通している人なら、間違いなく数十Hzから二十数kHzまでのフラットな周波数応答のプロットが見られるはずです。フラットな周波数応答は、これらのコンポーネントの最終的な目標であり、アンプでは非常に簡単に実現できますが、特に実世界のリスニングルーム(無響室とは対照的に)では実現が難しい事柄といえます。

残念ながら、ヘッドフォンの状況はもっと複雑です。音場が私たちの耳と相互作用する効果は、頭部伝達関数(HRTF)として知られる非平坦な周波数応答を生じさせます。さらに悪いことに、HRTFは、音が到来する方向に応じて変化する性質をもっています。

さらに問題を複雑にしているのは、ヘッドフォンが周波数応答をターゲットにするべきかについて普遍的な合意が存在しないという点です。歴史的には、2つのオプションがありました:自由音場または拡散音場です。自由音場は、無響室のスピーカーのペアを聞くのに似ています。対照的に、拡散音場は、高反射性(残響性)の部屋で一対のスピーカーを聴くのに似ています。これはほとんどのリスニング条件に少し近いかもしれませんが、理想的ではありません。

 “Frequency response is the single most important aspect of the performance of any audio device. If it is wrong, nothing else matters.”
— Floyd Toole

これまでの研究によると、リスナーは実際には何か違うものを好んでおり、良いリスニングルームで<フラットな>スピーカーを聴くのを好むようです。これはSonoma AcousticsがModel Oneで取ったアプローチであり、目標周波数応答は「修正された擬似拡散音場応答」と呼ばれます。

Model Oneでは、ヘッドフォンの出力で希望するレスポンスを実現するため、高性能マルチコアXMOSプロセッサで実行されるカスタム64ビット倍精度固定小数点演算を使用してすべての信号をデジタル処理します。オーディオ処理の分野では、固定小数点演算が最適であり、Model Oneで使用される64ビット演算の精度はほとんどのプロ用オーディオ・ワークステーションの性能を上回ります。

また、DSP内のすべてのフィルタ応答は、最小位相(ミニマムフェーズ)、スロー・ロールオフであり、優れた時間領域応答に最適化されています。

さらに、64ビットDSPの驚異的な精度をさらに活用して、完全デジタル補間の音量コントロール機能をアンプ内に実装することができました。これは、評価したすべての純アナログ方式アッテネーターを劇的に上回りました。利点は次のとおりです。

  1. 忠実度の損失なし、ダイナミックレンジの損失なし
  2. 完全な左右チャンネルマッチング
  3. レンジの終わりにポテンショメータ/アッテネーターの非線形性がない
  4. 「ジッパー」ノイズ、クリック/ポップなどのノイズの問題がない

要するに、アナログボリュームより良く聞こえたのです!

AKM 32‑bit/384 kHz Premium ADC

DSPが目標周波数応答を達成する必要があるため、入力されたすべてのアナログ信号は最初にデジタル信号に変換される必要があります。これは、マルチチャンネルの32ビット/ 384 kHz AKMプレミアムADCチップで行われます。アンプには、ローレベル(3.5mm)とハイレベル(RCA)の両方の入力があるため、選択された入力に応じて別々のADCチャンネルが使用されます。つまり、2つの独立した、完全に最適化された信号経路があり、低レベルと高レベルの入力に対してそれぞれ1つずつ用意されています。このようにして、選択された入力に関係なくADCのフルダイナミックレンジ能力が達成されます。また、ADC段のSNRは測定上120dBを超える性能を達成しています。

Crystek Ultra-Low Phase-Noise Oscillator

あらゆるデジタルシステムの究極の性能は、そのマスタークロックの品質によって決まります。入力信号フォーマットに関係なく最高の性能を保証するため、Model OneはCrystekの超低位相雑音発振器を中心に構築されています。100 MHzで動作するこの製品は、位相ノイズ(<90 dBc / Hz)が非常に低く、業界最高のrmsジッタレベル(100 MHzで82フェムト秒(82 x 10-15秒))を備えています(いわゆる「フェムト・クロック」)。 Model One全体で使用されるすべてのクロックは、Texas Instruments製の周波数分周器を使用する洗練されたクロック分配方式によって、この非常に正確なマスター発振器から得られます。

 

 

Optimum PCB Layout

プレミアムパーツのみを使用しても、高品質の性能は保証されません。 Model Oneの設計では、回路基板のレイアウトに特に注意を払い、可能な限り低いノイズと歪みレベルを確保しました。慎重な部品配置により、-129dB(!)の超低ノイズフロアを維持することに成功しています。

CNC-Machined Aluminum Amplifier Enclosure

重量を最小限に抑えるためにあらゆる努力がなされたModel Oneのヘッドフォン部とは対照的に、アンプ部は非常にしっかりとした作りのユニットです。高純度のアルミニウム6063番のソリッド・ビレットから始めて、材料をまず押し出し、次にCNC加工して、増幅器のベースおよび側壁を含む浅いU字形を生成します。この際、残っている金属の壁は厚さ5/16インチです。完全なエンクロージャーを形成するために、厚さ1/2インチのエンドプレートとともに、同じ厚さのトッププレートが同様に製造されます。特別な3Dの波の形を模したパターンは、放熱を促進するためにCNC機械によってベースとトッププレートに切削加工により形成されます。

金属の所望の仕上げを得るために、機械加工された部品は、その後、陽極酸化処理がされる前に、微細ガラスビーズを用いて高圧下でブラスト処理されます。最後に、すべてのロゴとラベルが金属内部にレーザー・エッチングされますので、文字が消えたり掠れたりしない作りになっています。

システムのパフォーマンスを向上させるのに役立たなかった場合、美しいケースはほとんど役に立たないでしょう。 Model Oneのシャーシ全体が導電性を持ち、理想的なEMI / RFIシールドとして機能します。シャーシのすべての機械部品とカスタムユニバーサル電源ユニット(以下を参照)とアースグランドまで伸びる電源グランドプレーンの間に、低インピーダンスの接地経路を確保するよう注意しました。信号グランドはこの保護シールドから絶縁された状態に保たれ、これらのすべての機能が共に超低ノイズフロアに寄与し、外部からの干渉を防ぎます。

Superior USB Data Cable

Model Oneがサポートするすべての高解像度デジタルオーディオフォーマット(32ビット/ 384 kHz PCMおよびDSD64 / DSD128)をサポートする唯一の接続であるため、これを使用する際に性能上の妥協がないことを確認することが不可欠でした。そのため、Straight Wire Inc.と共同で、付属のUSBケーブルを開発しました。このUSBケーブルは金メッキコネクタと銀メッキされたデータパスを備えているため、デジタル音楽ソースとModel Oneとの理想的な接続を実現することができます。

Custom Universal Power Supply Unit

高音質を実現するには、安定したクリーンなパワーがオーディオ回路の動作に不可欠であることは明らかです。 Model Oneでは、敏感なオーディオパスからできるだけ多くのノイズを排除するために、2つの部分からなるパワーソリューションを選択しました。

第1段階は、カスタム設計されたユニバーサル電圧の外付スイッチモード電源ユニットです。これはラップトップコンピュータなどで提供されるユニットに似ているかもしれませんが、内部的には大きく異なります。ヘッドルームの問題を避けるために、当社のデバイスは、アンプの定格電力の約3.5倍の電力を供給することができます。さらに、ユニットは固定周波数スイッチャ(85kHz以上で動作)を使用することで、消費電力が変化することによりスイッチング周波数がオーディオ帯域に落ちる可能性を回避しています(つまり、スイッチング周波数はすべての操作条件で85kHz以上に留まります!)。このユニットは内部のフィルタリング回路も改善されており、極めて低いノイズとリップル(<50mVのピークツーピーク)にとどまっています。また、(ヘッドフォンケーブルにあうように編みこまれたカバー付の)カスタム仕様高品質シールドケーブルを介してアンプに接続され、さらに理想的な接続を確保するため、高性能のSwitchcraft製ロッキングDC電源コネクタが装備されています。加えて、大量のフェライトコアフィルタがDCケーブルに追加され、EMIを低減しています。

第2段階として、アンプ内部で、すべてのオーディオ回路の電源は複数段で構成されたアナログ・デバイセズの超低ノイズ・大電流仕様のリニア・レギュレータから供給されます。絶縁されたパワー・レギュレーション・ステージは、アナログ部とデジタル部の両方、およびハイ・レベルとロー・レベルの回路段に使用されます。

こうした2部構成のパワーソリューションは高価ですが、妥協することなくオーディオ性能を提供するという設計目標を達成するためには必要不可欠なものです。