1000 Hzを基準信号として
ITU-R 468-4（音声放送における音声ノイズレベルの測定）によれば、1000 Hz での周波数応答は 0 dB であり（下の図を参照）、オーディオアンプの周波数応答性能を評価するための基準レベル信号として適しています。
ピーク応答周波数信号
メーカーがオーディオアンプが1000Hzで動作することを想定していないと宣言している場合、オーディオ信号源周波数をピーク応答周波数に変更する必要があります。ピーク応答周波数とは、オーディオアンプの想定動作範囲内において、定格負荷インピーダンス（以下、スピーカー）両端で最大出力電力が測定される信号源周波数です。実際には、テスターは信号源の振幅を固定し、周波数を掃引し、スピーカー両端に現れる最大RMS電圧に対応する信号源周波数、つまりピーク応答周波数を確認します。
出力電力の種類と調整 - 最大出力電力
最大出力電力は、スピーカーに供給できる最大電力であり、最大RMS電圧に相当します。一般的なオーディオアンプでは、多くの場合、クラスAB増幅原理に基づくOTL回路またはOCL回路が採用されています。1000Hzの正弦波オーディオ信号がオーディオアンプに入力され、増幅領域から飽和領域に入ると、信号振幅はそれ以上増加できなくなり、ピーク電圧が制限され、波形のピークでフラットトップ歪みが発生します。
オシロスコープを用いてスピーカー全体の出力波形を観測すると、信号振幅がRMS値でこれ以上増加できなくなるとピーク歪みが発生することがわかります（図2参照）。この時点で、最大出力電力状態に達したと考えられます。ピーク歪みが発生すると、出力波形の波高率は正弦波の波高率1.414を下回ります（図2に示すように、波高率 = ピーク電圧 / RMS電圧 = 8.00 / 5.82 ≈ 1.375 < 1.414）。
出力電力の種類と調整 - 非クリッピング出力電力
ノンクリッピング出力とは、スピーカーが最大出力で動作し、ピーク歪みが存在する状態で（動作点を増幅領域側にバイアスした状態で）、ゲインを飽和領域と増幅領域の境界まで下げることによって達成される出力です。オーディオ出力波形は、ピーク歪みやクリッピングのない完全な1000Hz正弦波となり、そのRMS電圧も最大出力時の値よりも低くなります（図3参照）。
増幅領域と飽和領域の境界で動作するオーディオアンプは不安定で、信号振幅のジッタ（ピークが不均一になる）が発生する可能性があるため、ピークツーピーク電圧の50%をピーク電圧として波高係数を計算します。図3では、ピーク電圧 = 0.5 × 13.10 V = 6.550 V、RMS電圧 = 4.632 V、波高係数 = ピーク電圧 / RMS電圧 = 6.550 / 4.632 ≈ 1.414となります。
出力電力の種類と調整 - 電力調整方法
オーディオアンプは小信号入力を受け取り、増幅してスピーカーに出力します。ゲインは通常、ボリュームコントロールを使用して細かく調整されます（例えば、テレビの音量は30～100段階に調整できます）。信号源の振幅を調整してゲインを変更すると、制御範囲がはるかに粗くなります。これは、高ゲイン増幅後に信号源の振幅をわずかに減少させるだけでも、スピーカーの出力が大幅に低下するためです（図4参照）。
図3では、ボリュームを調整することで、スピーカーの出力は最大出力からクリッピングが発生しない出力まで低下し、RMS電圧は4.632Vとなっています。図4では、信号源の振幅を調整することで、クリッピングが発生しない出力まで低下した際にRMS電圧はわずか4.066Vにまで低下しています。電力の式は以下のとおりです。
出力電力 = (RMS電圧)² / スピーカーインピーダンス
図 3 の非クリッピング出力電力は図 4 よりも約 30% 高いので、図 4 は実際には非クリッピング出力電力の状態を表しているわけではありません。
したがって、最大出力から非クリッピング出力まで下げる正しい方法は、信号ソースの振幅を変更するのではなく、信号ソースの振幅を固定し、オーディオ アンプのゲインを調整する (つまり、音量を調整する) ことです。
出力電力の種類と調整 - 1/8 非クリッピング出力電力
オーディオアンプの通常の動作条件は、スピーカーの実際の最適な動作状態をシミュレートすることを目的としています。実際の音響特性は大きく異なりますが、ほとんどの音の波高率は4以内です（図5参照）。
図5の音波形を例にとると、波高率＝ピーク電圧／実効電圧＝3.490／0.8718≒4となります。目的の音を歪みなく出力するには、オーディオアンプは最大ピークがクリップされないようにする必要があります。歪みがなく、3.490Vのピークが制限されないことを保証するために1000Hzの正弦波を基準とする場合、信号の実効電圧は3.490V／1.414＝2.468Vとなります。しかし、目的の音の実効電圧はわずか0.8718Vであるため、1000Hzの正弦波基準に対する実効電圧の低減率は0.8718／2.468＝0.3532となります。電力の公式によれば、電圧 RMS 削減率 0.3532 は、電力削減率 0.3532² ≈ 0.125 = 1/8 に相当します。
したがって、スピーカー出力を1000Hz正弦波信号に対応する1/8非クリッピング出力に調整することで、波高率4の目的音を歪みなく出力することができます。言い換えれば、1000Hz正弦波の1/8非クリッピング出力は、オーディオアンプが波高率4の目的音を損傷なく出力するための最適な動作状態です。
オーディオアンプの動作条件は、スピーカーに1/8のノンクリッピング出力を供給することに基づいて設定します。ノンクリッピング状態では、RMS電圧が約35.32%に低下するようにボリュームを調整します。これが1/8のノンクリッピング出力です。ピンクノイズは現実世界の音に近いため、1000Hzの正弦波でノンクリッピング出力が得られた後、信号源をピンクノイズに切り替えます。ピンクノイズを使用する場合は、ノイズ帯域幅を制限するためにバンドパスフィルター（下図参照）を追加します。
正常動作条件と異常動作条件 — 正常動作条件
さまざまなタイプのオーディオアンプ機器の通常の動作条件を設定するときは、次の点を考慮してください。
- 最も不利な定格負荷インピーダンスに接続されたオーディオ アンプ出力、または実際のスピーカー (存在する場合)。
- すべてのオーディオアンプのチャンネルが同時に動作します。
- オルガンや類似の音源ユニットを備えた楽器では、1000Hzの正弦波を使用しないでください。代わりに、2つのベースペダル（もしあれば）と10個の手鍵盤を任意に組み合わせて押してください。出力を上げるすべてのストップとキーをアクティブにし、楽器の出力を最大出力の1/8に調整してください。
- オーディオ アンプの目的の機能が 2 つのチャンネル間の位相差に依存する場合は、2 つのチャンネルの信号間に 90° の位相差を適用します。
- 一部のチャンネルが独立して動作できないマルチチャンネルオーディオアンプの場合は、定格負荷インピーダンスを接続し、出力電力をアンプ用に設計された 1/8 非クリッピング出力電力に調整します。
- 連続動作が不可能な場合は、オーディオ アンプを連続動作に許可される最大出力レベルで動作させてください。
正常動作条件と異常動作条件 — 異常動作条件
オーディオアンプの異常動作条件は、通常の条件に基づいていますが、スピーカーがゼロと最大出力の間の最も不利なポイントで動作するように音量を調整したり、スピーカーに短絡条件を設定したりなど、可能な限り最も不利な状況をシミュレートします。
正常および異常な動作条件 - 温度上昇試験の配置
オーディオアンプの温度上昇試験中は、メーカーが宣言した設置場所に従って機器を設置してください。特別な指定がない場合は、前面が開いた木製の試験箱に機器を設置してください。箱の前端から5cm、側面または上面に1cmの空間を設け、箱の背面から機器の背面まで5cmの空間を設けてください。これは、一般的な家庭用テレビキャビネットを模擬した配置です。
正常および異常動作条件 - ノイズフィルタリングと基本波回復
一部のデジタルアンプ回路は、オーディオ信号とともにノイズをスピーカーに伝送するため、スピーカー出力波形をオシロスコープで観測すると、乱雑なノイズが発生します。下図に示すシンプルな信号フィルタリング回路の使用をお勧めします（接続方法：ポイントAとCをスピーカー出力端子、ポイントBをオーディオアンプの基準グランド／リターングランド、ポイントDとEをオシロスコープのプローブに接続）。これにより、ほとんどのノイズを除去し、1000Hzの正弦波の基本波をほぼ復元できます（注：図中の1000Fは誤記で、正しくは1000pFです）。
ピーク歪みの問題を排除し、最大出力でも目に見える歪みやクリッピングを起こさない高性能オーディオアンプの中には、クリッピングが発生しない出力電力が最大出力電力と等しくなるものもあります。クリッピングが目に見える形で確認できない場合は、最大出力電力をクリッピングが発生しない出力電力として扱ってください。
[IMAGE_PLACEHOLDER: シンプルな信号フィルタリング回路]
オーディオ信号の電気エネルギー源の分類と安全保護
オーディオアンプは高電圧のオーディオ信号を増幅・出力するため、オーディオ信号は電気エネルギー源として分類し、安全保護対策を講じる必要があります。分類にあたっては、トーンコントロールをバランス位置に設定し、オーディオアンプがスピーカーにクリッピングのない最大出力を供給できる状態で動作するようにし、その後スピーカーを取り外して開放電圧をテストしてください。オーディオ信号の電気エネルギー源の分類と安全保護については、以下の表をご覧ください。
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電気エネルギー源の分類と安全保護 |
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| エネルギー源クラス | オーディオ信号RMS電圧（V） | エネルギー源と一般人との間の安全保護の例 | エネルギー源と指導対象者間の安全保護の例 |
| ES1 | ≤71 | 安全保護は不要 | 安全保護は不要 |
| ES2 | >71かつ≤120 | 端子は絶縁されています（アクセス可能な部分は非導電性です）：ISO 7000のシンボル0434aまたは0434bでマークされています | 安全保護は不要 |
| 絶縁されていない端子（導電性端子または裸線）：「絶縁されていない端子または電線に触れると不快感を引き起こす可能性があります」などの安全に関する警告を示すマークを付ける | |||
| ES3 | > 120 | IEC 61984に準拠したコネクタを使用し、IEC 60417シンボル6042でマークします。 |
FAQ – IEC 62368-1 オーディオアンプ試験要件 – よくある質問と回答
Q1: 基準信号としてなぜ1000Hzを使用する必要があるのでしょうか？アンプの1000Hzでの応答が悪い場合はどうなりますか？ A: ITU-R 468-4では、1000Hzにおける周波数応答は0dBと定義されており、オーディオノイズ測定の標準的な基準点となり、アンプの周波数応答性能の一貫した比較に用いられます。メーカーがアンプが「1000Hzで動作することを想定していない」と宣言している場合（例えば、一部のプロ用楽器用アンプや特定の周波数帯域向けに最適化された設計など）、 ピーク応答周波数 代わりに、信号源の振幅を固定し、周波数を掃引し、定格負荷（スピーカー）の両端に最大RMS電圧が発生する周波数を選択する方法もあります。これが代替基準信号となります。
Q2: 最大出力電力と非クリッピング出力電力を正確にどのように区別するのでしょうか? A:
- 最大出力1000Hzの正弦波を印加すると、アンプは飽和領域に入り、出力波形はフラットトップのクリッピングを示し、波高率は1.414（通常は1.37～1.38）を下回ります。オシロスコープでスピーカー端子をモニタリングし、クリッピングを確認してください。
- 非クリッピング出力：最大出力状態から、 バックオフ アンプが増幅領域と飽和領域の境界で動作するまで（ゲインを下げる）、波形はクリッピングのないきれいな正弦波になり、クレストファクタは約1.414に戻ります。（境界でわずかな振幅ジッタが発生する場合は、クレストファクタの計算にピークツーピーク電圧の50%をピーク値として使用してください。）この時点でのRMS電圧は、最大出力電力時よりも低くなります。これらは、同じ試験手順における2つの連続した状態です。クリッピングのない出力電力は、安全性試験において「通常動作状態」の基準として最も一般的に使用されます。
Q3: 最大出力から非クリッピング出力に戻るときに、信号ソースの振幅ではなく音量 (ゲイン) を調整するのはなぜですか? A: 信号源の振幅を調整することで、大まかな制御が可能になります。アンプのゲインが高いため、信号源の振幅をわずかに変化させるだけでも出力電力が大きく上昇します（例えば、元の図4では、信号源の振幅を下げても4.066 V RMSしか得られませんが、音量を調整すると4.632 V RMSに達します。これは約30%の電力差です）。 正しい方法信号源の振幅を固定し、機器の音量コントロール／ゲインをクリッピングが消えるまで調整します。これは実際の使用状況を反映し、附属書E.1の趣旨にも合致しています。
Q4: 1/8 の非クリッピング出力はどこから来るのですか? なぜ他の比率ではなく 1/8 なのでしょうか? A: 現実世界の音楽信号や音声信号は、通常、波高率≤4です（図5の例では≈4を示しています）。波高率=4の信号を歪みなく再生するには、アンプはピークをクリッピングなしで処理する必要があります。1000Hzの正弦波（波高率=1.414）を基準として、目標信号のピークが3.490Vの場合、ピーククリッピングを回避するために必要な正弦波RMSは3.490 / 1.414 ≈ 2.468Vとなります。しかし、実際の目標信号のRMSはわずか0.8718Vです。電圧比は≈0.3532、対応する電力比は0.3532² ≈ 0.125 =となります。 1/8. アンプを出力設定すると 1/8非クリッピング出力 （1000 Hzの正弦波を基準とした場合）は、波高率≈4の典型的な実世界信号を歪みなく再生するための最適な動作点に相当します。実際には、まず正弦波でクリッピングのない1/8（RMSがクリッピングのない最大値の約35.32%）に調整し、次にピンクノイズとバンドパスフィルターに切り替えます。
Q5: ピンクノイズを使用する場合、なぜバンドパスフィルターが必要なのですか? A: ピンクノイズは非常に広いスペクトル（20Hz～20kHz）を持ちます。ピンクノイズを直接入力すると、特定の周波数でアンプが過負荷になったり、過剰な高周波ノイズが発生してオシロスコープの波形が乱雑になり、クリッピングの判断が難しくなったりする可能性があります。バンドパスフィルター（通常は元の回路に示されているように、有効なオーディオ帯域に制限するフィルター）を追加すると、帯域外ノイズが除去され、波形がよりクリーンになり、実際のオーディオに近づくため、正確なRMS測定とクリッピング評価が可能になります。
Q6: マルチチャンネルアンプや独立して動作できないチャンネルの場合、通常の動作条件をどのように設定すればよいですか? A:
- 最も不利な定格負荷インピーダンスをすべてのチャネルに接続します。
- すべてのチャネルを同時に操作します。
- 他のチャネルに依存するチャネル（電源 IC 内の内部リンクなど）の場合でも、定格負荷を接続し、設計された 1/8 の非クリッピング出力電力に設定します。
- フルパワーで連続的に動作できない機器（熱保護機能を備えた一部のプロ用アンプなど）の場合は、メーカーが宣言した最大連続動作電力を通常の状態として使用します。
Q7: 異常な動作条件によってシミュレートされる主な最悪のシナリオは何ですか? A: 異常状態は正常状態を基盤として発生しますが、次のような最も深刻な単一障害を引き起こします。
- 音量を 0 から最大までの任意のポイント（特に温度上昇が最も高くなる位置）に設定します。
- スピーカーがショートしました。
- スピーカーがオープン回路です。
- 異常な信号源（例：DCオフセット）
- 過熱、過負荷、または制御不能なエネルギー放出につながる可能性のあるその他の故障。これらは、温度、絶縁、および保護が依然として安全要件を満たしていることを確認するために使用されます（付録E.2、B.3、B.4を参照）。
Q8: 装置 温度上昇テスト中はどこに配置すればよいですか? A: 製造業者が宣言した設置方法に従って機器を設置してください。特に宣言がない場合は、 一般的な家庭用テレビキャビネットのシミュレーション:
- 前面開放型の木製テストボックス。
- 機器の前端はボックスの前端から 5 cm 離れている。
- 側面と上部に 1 cm の余裕あり。
- 機器背面とボックス背面の壁の間に5cmの隙間を設けています。この配置は、一般的な家庭の設置環境を模倣しています。
Q9: デジタル アンプはスイッチング ノイズの多い乱れた波形を出力します。オシロスコープでクリッピングをはっきりと確認するにはどうすればよいでしょうか。 A: 元の記事で推奨されているシンプルなフィルタリング回路を使用してください（ポイントAとCをスピーカー端子、ポイントBをリファレンス/リターングランド、ポイントDとEをオシロスコーププローブに接続し、1000pFのコンデンサなどを含む）。これにより、高周波スイッチングノイズの大部分が除去され、クリッピングの判定に使用できる1000Hzの基本正弦波が明瞭に復元されます。注：元の図の「1000F」は誤植で、正しくは1000pFです。
Q10: アンプが最大出力でも目に見えるクリッピングを示さない場合はどうなりますか? A: 一部の高性能D級アンプや、その他の優れた設計のアンプでは、最大定格出力でも目に見えるクリッピングや歪みが発生しません。そのような場合は、 測定された最大出力電力を非クリッピング出力電力として扱う — それ以上のバックオフは必要ありません — その値を使用して後続のテスト (1/8 電力、温度上昇など) に進みます。
