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» 2007年06月01日 00時00分 公開

どうする?SoCのオーディオ品質課題は山積み、出口は見えず (2/5 ページ)

[Ron Wilson,EDN]

高集積化の要求

 SoCの設計者にとって、音質への要求が高まること自体には、対応策がないわけではない。占有面積とコストに対する要求がそれほど厳しくないセットトップボックスやテレビの市場を対象とする多くのSoCベンダーは、単に外部のアナログチップやチップセットに向けてデジタル出力を引き渡すことで対応している。この手法であれば、特性評価やテストの問題は、そうしたことにより詳しいアナログの世界の企業に任せることができる。

 しかし、現在ではこのような対応が難しくなりつつある。SoC設計チームに対して、アナログ部分も含めた高集積化の要求が高まってきているのだ。あるSoCベンダーは次のように述べている。

 「さらに高集積化を進めたいという要求が市場全体に広がり、SoCベンダーはD-Aコンバータ、さらには低消費電力のパワーアンプをメインチップに搭載しなければならなくなってきた。つまり、ノイズが大きく、電圧の低いデジタルCMOS環境において、高精度なアナログ設計を行わなければならないわけだ。その結果、これまでに広く論じられてきた問題のすべてを再び蒸し返すことになる。それだけでなく、特性評価やテストの問題もSoCチームのところに返ってきてしまう。その問題は簡単に解決できるものではない」。

 Belnap氏は「高集積化によって生じ得る問題は、過去にも経験している」と述べる。「初期のMP3プレーヤの開発者は、PWM(pulse width modulation:パルス幅変調)回路とD-Aコンバータをチップに集積しようと試みた。しかし、音質が伴わなかった。現在では、HD DVD/Blu-Ray Discシステムをホームレシーバに集積しようという状況にあり、アナログ回路まで集積するのはさらに困難になる。音質についても、まったく新しいレベルの問題になってきている」(Belnap氏)という。

 SoCの設計者がアナログ特性を評価する一般的な方法と、オーディオ市場のハイエンド製品で用いられるようになってきた技法とを比較すれば、これからのSoCの特性評価で生じる問題を理解することができる。そうした比較によって得られる結果は、SoCの設計者にとっては気の滅入るものになる。

 つい最近まで、SoCの特性評価はオーディオ機能におけるデジタル的な部分を中心として行われてきた。これについては、複数の標準化団体が進んで支援の手を差し伸べ、評価用のデジタル入力データや、評価結果と比較するための基準値を提供してくれた。MP3のように損失を伴う圧縮システムの場合には、基準値は出力の許容範囲を定義した幅として示される。TI社ソフトウエアインフラストラクチャマネジャのMatthew Watson氏は、「このような動きは、10年ほど前のDolby Digitalから始まった」と述べる。「ATSC(Advanced Television Systems Committee)が、米Audio Precision社製テスト装置での結果をグラフとして提供してくれた。そのグラフと、製品のTHD、S/N比、スペクトルが適合しているか否かを確認することができた」(Watson氏)という。

 CDなどで用いられている非損失の音源データフォーマットでは、許容範囲を示す必要はない。特性評価を行うエンジニアは出力データを基準データと比較し、標準化団体は出力データが完全に一致することを要求すればよい。Watson氏は、「デジタル出力の品質はアナログ出力のそれよりもかなり高い。そのため、社外の規格を満たしていれば基本的にわれわれのなすべきことは完了している。顧客はテストで行う処理が厳密であることを理解しているので、その結果に満足してくれる」と語る。

 しかし、D-Aコンバータのアナログ出力については状況がまったく異なる。チップの設計者は、テストの問題ではなく、回路設計やチップ面積の観点から、SoCにアナログ出力を設けることを避けてきた。チップの設計者がオーディオ機能のアナログ部分を集積するのは、音質への要求がそれほど高くなく、特性評価がそれほど熱心に行われない場合だ。例えば、オフセットや信号振幅を確認するために、デジタル入力をゼロスケール/フルスケールにしてアナログ出力を調べたり、1つの出力波形を確認したりするだけである。

 しかし、このような状況は変化してきている。オーディオ愛好家の求める高度なレベルに近づくに連れ、特性評価はより厳密になるだけでなく、より消費者の嗜好に依存したものとなってきた。ハイエンドのオーディオチップベンダーである英Wolfson Microelectronics社でマーケティング担当バイスプレジデントを務めるJulian Hayes氏は、「ハイエンド製品のユーザーは、音質についてそれぞれに異なる見解を持っている」と述べる。「つまり、ハイエンド向けの製品では、特性評価作業が激増することになる」(Hayes氏)ということだ。また特性評価の内容も、より難易度の高いものとなる。

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