艦長日誌・私的記録 DS9

　先日からレストアをしていた周波数カウンタ，HPの53131Aのレストアが終わり，実際の測定に活躍し始めました。今回はその前編として，レストア終了までをまとめます。

　手元に届いた53131Aは1996年頃の製造と言うだけあり，お世辞にも綺麗とは言えない物でした。端子はくすんでいたり，赤いサビが浮いていたりしましたし，強制空冷の機器にはよくある黒いホコリが内部にはたくさん溜まっていました。

　その空冷ファンは長年の酷使によって大きな異音を発生させており，交換は必須です。

　とにかく，ケースを分解して可能な限りハンドソープで水洗いをするのが私のやり方です。ですが，あわてて分解したのでリアのバンパーを外すときにケースを割ってしまいました。これは紫外線硬化型のBONDICで修理したものの，強度が足りずにまた壊れてしまったので，エポキシ接着剤で修理しなおしました。

　水洗いをすると，見た目以上に汚れているのがわかります。内部も水でもこぼしたかのような跡があったりするので，思った以上に程度は悪そうです。

　ファンですが，以前ここにも書いたように，この周波数カウンタは電源スイッチをOFFにしても常時電源が投入されており，ファンも24時間回りっぱなしですので，静かで低速回転のものが望ましいです。

　PCの自作が一般化して久しいですが，その恩恵はこうした空冷ファンを，価格や性能で様々なものから選ぶ事が出来るようになったことも1つあるかなあと，私は思うことがあります。

　DC12Vの4cmのファンですが，私は静音タイプのものを選びました。交換すると，本当に回っているのかなと思うくらい静かに，ゆっくり回ってくれています。

　問題は次です。分解の途中，フロントパネルを外すときにうっかり電源スイッチのキートップを外さないまま無理に外してしまったので，スイッチが壊れてしまったのです。

　オルタネートのDPDTで，ITTのPVA2-EE-H1というスイッチなんですが，これを同じ物を買おうと探したのですが，全く見つかりません。仕方がないので似たようなものを探そうとしたのですが，写真ではよく分からないのです。

　図面を見ながらあちこちのパーツ屋さんに似たような物を注文したのですが，届いたものは今ひとつな物ばかり。高さが合わない，キートップがはまらない・・・写真でそっくりだと注文したのに，届いてみると一回り小さい物が届いたとか，そんなのばっかです。

　唯一大きさも高さもすべてが一致したいるものが見つかったのですが，これは在庫切れ。納期1ヶ月という返事が来てあきらめました。

　仕方がないので記憶をたどると，風呂場に着いているヤマハのスピーカーの電源スイッチが，ちょうどこんな感じのスイッチだったことを思い出しました。早速壁からスイッチを外し，確認してみると，アルプスのSPPH110300でした。

　このスイッチは，軸が中心からずれているので，取り付け位置をずらさないといけないのですが，ちょうど1ピンずれた所でハンダ付けすると軸が真ん中に来そうです。53131Aの基板で確認すると，ずらしてもマウント出来ることがわかり，これでいこうということにしました。

　そうそう，ヤマハのスピーカーのスイッチは，同じアルプスのSPPH2シリーズのスイッチをあてがっておきました。高さもピッチも軸の太さもなにもかも違うので，きっと中身を見た人はびっくりするんじゃないかと思います。

　ところが，左側に2.5mmほどずらして取り付けたことで，正面パネルをシャシーに取り付ける時に，スイッチに金属のフレームがあたってしまうことがわかりました。無理に悪阻込むとスイッチが分解します。これは困りました。

　結局，スイッチが分解しにくいようにテープでしっかり固定すること，それとフレームが入りやすくなるように，パネルのプラスチックを少し削りました。

　それでもかなり厳しいのですが，なんとか収まってくれたので，もうこれいいことにします。

　これで一応組み立てが終わり，期待通りに動き出しました。

　しかしあれですね，レシプロカル式だから高速だと思っていたのですが，必ずしもそうではないんですね。アーミングを桁数で指定してやると，9桁でも数秒かかりますし，10桁ならさらにその10倍くらいかかります。

　しかも，被測定周波数によって測定時間も変わってくる（これは当然のことで，高い周波数になると周期が短くなるわけで，何周期も測定しないと桁数を稼げないからです）

　それでもまあ，8MHzとか10MHzを9桁で測定して，ほぼ1秒ですから，これまで私が使っていた周波数カウンタ（7桁で1秒かかる）に比べて，まさに天国のような使い心地なんですが・・・

　あまり使う事はないでしょうが，24時間通電して異常がないことを確認して，内蔵発振器を調整します。基準となるのはGPSモジュールから出てくる8MHzです。

　でも，やっぱり内蔵の発振器だと6桁くらいが限度で，それ以下はずっと変動していますし，調整のツマミでもきちんと追い込めません。6桁くらいでと割り切って，そこそこの精度であきらめました。

　長くなったので次回に続きます。ここまでで一応53131Aは正常に動作するようになりました。念のためセルフテストも通して見ましたが，すべて合格です。傷だらけですし，変色も破損もありますが，それも含めてうちに来たのが何かの縁です。大事に使ってやろうと思います。

　うーん，これまで散々時間と手間をかけてきた自作の8桁カウンタ，どうしたものか・・・

　昔住んでいたアパートでの話なのですが，2階にいる人が入れ替わった時に，どうも生活時間帯のズレから，うるさくて落ち着かないという事がありました。

　こういうのは，気になり始めると切りがなく，普通ならやり過ごせるようなことでも気になって仕方がなくなるものです。

　結局疲れてしまって引っ越す事になるわけですが，それまでの間私が頼ったのは，ボーズのノイズキャンセルヘッドホンQuietComfort15でした。調べて見ると，2010年1月に買っていますね。

　引っ越し後，本来の目的でこの強力なノイズキャンセルヘッドホンを使うことはなくなりましたが，静かな環境を即座に手に入れる事が出来て，しかも音質もそんなに悪くないということで，とにかくよく使っていました。

　ですが，ヘッドバンドとイヤーパッドの合成皮革がボロボロに加水分解するようになりました。顔や頭に黒い粉が付くようになり，そこらへんに落ちています。これではたまらんと，イヤーパッドは新品に交換し，ヘッドバンドは合成皮革を全部剥がしてしまいました。

　そうしてしばらく使っていたある日，修理をお願いしたらQuietComfort25に新品交換になったという話を耳にしました。保証期間が済んでいるので当然有償修理ですが，修理代金（定額だそうです）である17280円で現行機種のQC25がそのまま手に入るというのですから，どうしてもQC15でなければ困るという人を除けば，とてもいい話です。

　別に公式なアップグレードパスとして用意されているわけではなく，修理内容によっては新品交換になることがあり，その場合に現行機種であるQC25に交換されるという話ですから，とにかく修理の依頼をすることから始めねばなりません。

　私は特にQC15に思い入れがあるわけではなく，どっちかというとデザインは好きではありませんでしたし，当時は最高性能を誇ったアナログ式のノイズキャンセルも，QC25ではデジタル式になって，さらに磨きがかかったといいます。

　6年使って，もし半額でQC25にしてもらえるなら，その方がうれしいです。

　何度かのメールのやりとりを経た後，私の要望を聞き入れて下さって，QC25に交換してもらえることになりました。手順は，QC15を先に元払いで送る，この時本体さえあれば，付属品や箱は必要ないとのことです。

　しばらくすると，代引きでQC25が送られていきます。この間僅か数日です。

　てなわけで，先週6月16日に無事に受け取ることができました。

(1)どんなもの

　2014年に発売されているQC25のことを，今さらここに書くのも面白くないとは思いますが，QC15に比べて改良されたのは主に3つ，ノイズキャンセル方式がデジタルになったこと，電源OFFや電池切れでもパッシブヘッドホンとして使える事，そしてiPhone等のスマートホン用に，マイクとリモコンを備えていることです。

　変わっていないところは，単4電池1本で動作すること，ケーブルを抜いてしまってもノイズキャンセル機能は使い続けることが出来る事，折りたたむことが出来る事です。


(2)ノイズキャンセルについて

　QC15もかなり強力でしたが，サーっというノイズが大きくて，音楽を聴いているときには気にならないものでも，私のように静粛性が欲しい人が音楽を聴かずに使っていると，このノイズの大きさが目立って来ます。

　また，圧迫されたようなつーんとした感覚もありましたし，ヘッドホン装着中に手で叩いたり押したりするとボコボコとすることもありました。

　QC25はこのあたりがかなり改善されていて，まずノイズキャンセルがさらに強力になっていて，かなりの帯域でキャンセル機能が働いているようです。完全に消すと安全性に問題がある人の声も，耳障りにならない程度にキャンセルされているような感じです。

　サーっというノイズは消えているわけではないにせよ，かなり軽減されています。ほとんど気にならなくなっているレベルでしょう。つーんと言う圧迫感も軽減s慣れていますし，装着時の不自然さも少ないです。

　手で触ったりしたときの異音もなくなっていますから，2年前の製品とは言え，相当いいヘッドホンになっていると感じました。


(2)音質について

　相変わらずBOSEらしい，低音が強調され，繊細さのない太い音です。QC15よりは洗練されていると思いますが，それでもモニター用に使えるようなものではありません。悪い音ではないし，疲れないのでこれはこれでいいとは思いますが。

　問題なのは，パッシブ時の音です。前述のように，電源スイッチをOFFにしたときに，QC25はパッシブヘッドホンとして動作します。音が出なくなってしまったQC15からは大きな進化なのですが，音の変化がひどくて，とりあえず音が出るというレベルです。

　高音は出なくなり，中音域にエネルギーが集中し，低音もポンポンいいます。これは長時間聞いているとしんどくなるでしょうね。

　一般に，ノイズキャンセルヘッドホンのヘッドホン部分というのは，通常のヘッドホンとは違う特性になっていることがほとんどです。複雑なフィードバックを使っているので，ヘッドフォンの裸の特性もそれに合わせた物になっているからなのですが，これだと電源のON/OFFで音質も変わってしまいます。

　音質を同じにするにはイコライザを使うしかありませんが，イコライザを使うにも電源がいるわけですので，電源無しで動くパッシブで音質を改善するのは，とても難しいと言えるでしょう。

　それでも，緊急避難的に電源OFFでも音が出るようにした決断は，賞賛されるべきものだと思います。


(3)装着性とデザイン

　QC15も悪くはなかったのですが，QC25はさらに良くなりました。長時間の装着にもなんら問題なく対応し，私も2時間ほど連続で使っていましたが全く違和感なく装着し続けていました。

　デザインは私の場合，黒と青のものなのですが，なかなか格好良くて，これなら人前で使えると思いました。折りたたみもうまく出来ていて，QC15よりも小さくたためますが，使い勝手を行わないのはさすがです。

　ほら，よくあるじゃないですか，クチャクチャに何度も折りたたんで小さくするようなヘッドホンとか。でもあれって，言いように思えて，全体の剛性が低くなり，装着感が全然ダメになるんですよね。特にヘッドバンドがしっかりしていないと装着感が悪くなるので，QC25はうまく作っているなあと思いました。


(4)総じて

　さすが，当時から悪い評判を聞かないQC25だけあって，大満足です。これで故障しなければうれしいのですが，こればかりはしばらく使ってみないとわかりません。

　QC35も気になるこの頃ですが，QC35は乾電池で動きませんので，QC25は私にとっては最善の選択です。格好の良さと高いノイズキャンセル性能は素晴らしく，QC15が勝っている点は何もないと断言しましょう。交換してもらって大正解でした。

　為替相場のこともあるし，今月末に登場するQC35のこともあるので，QC25への交換がいつまでこの値段でできるか，わかりません。わかりませんが。BOSEのユーザーのサポートの良さは正直うれしかったですし，こういう事の積み重ねがユーザーの忠誠心を育むんだろうと思います。

　他のメーカーのように売りっぱなしで買い換えて下さい，ということに慣れて閉まった私は，つくづくBOSEにしておいて良かったなあと，そう思いました。

　結局買ってしまいました，周波数カウンタ，HP53131Aです。

　実のところ，20年近く前に買った秋月の8桁周波数カウンタキットを，数年来レストアしたり改造したりして楽しんできたわけですが，使用頻度を考えても，8桁という精度を考えても，こればかりは既製品を買うことはないだろうなあと思っていました。

　しかし，目の前には53131Aがあります。いわゆるジャン測なので，安かったです。

　8桁の周波数カウンタに対しての不満点ですが，やっぱりレシプロカル式じゃないというのが，最大の問題でした。

　レシプロカル式？

　周波数は1秒間に繰り返す回数を示しているわけですが，例えば1MHzだと1秒間に1000000回の数を数えて表示すれば，周波数カウンタが作れます。これで7桁ですね。

　では，ちょっと応用して0.1秒の間で数を数えたらどうなるかです。100000回の数を数えることが出来ると思いますが，これを便宜上10倍して表示すれば，測定が短時間で終わります。ただし一桁精度が落ちてしまいます。

　逆に10秒かけて数を数えてみます。10000000回の数を数えることになりますが，これ，10秒で1回とか2回という，1Hz以下の周波数も数えていますね。つまり一桁精度が上がっているという事です。

　とまあ，直接式というのは，ゲートタイムと呼ばれる「数を数える時間」の間，数を数えて表示する物です。ゲートタイムが狂ってしまえば測定結果も狂うし，早く結果が見たければ精度は落ち，精度を高めたければ時間がかかるという，まあ常識通りの測定器といえるでしょう。

　ところが，ちょっと考えてみると分かるのですが，1kHzとか100Hzとか，低い周波数の測定をしようと思うと，この直接式では全然精度が出ないのです。1回の測定に10秒かけても，1000.0Hzです。小数点以下一桁しか測定出来ません。

　もっと極端な例でいえば，1Hzの測定は，10秒かけても1.0Hzです。しかもゲートタイムを0.1秒にしてしまうと，そもそも測定ができません。

　ということで，実は直接式の周波数カウンタといのは，かなり使い方に限定があるものなのです。

　これを打破するのに，周期を計って表示する時にその逆数を表示するような周波数カウンタが生まれました。誰が考えたんでしょうね，これをレシプロカル式といいます。

　周期の測定というのは簡単で，入力される信号をゲートとして，その間正確なクロックの数を数えてやればいいのです。1msのクロックを1000個数えたら周期は1秒，ゆえに周波数は1Hzですね。もし1001だったら，1.001Hzということです。

　お，小数点以下3桁まで出ているのに，測定にかかる時間はほとんど変わりません。これがレシプロカル式の威力です。

　レシプロカル式では，測定時間が短くても精度の高い測定が可能です。また，同じゲートタイムであれば，量子化誤差に周波数依存性がなくなります。

　量子化誤差というのは，数を数えた時の最小桁が，1つ増えたり減ったりすることです。数えはじめと数え終わりを示すゲートパルスと，測定したい信号とが同期していないから，数えはじめるタイミングによっては，最後に1つ数え損ねてしまうことがありますけど，これが量子化誤差です。

　1MHzで最小桁が1つずれても大した差はないと言えますが，1Hzで最初桁が1つずれると，これはもうえらいことです。

　しかし，レシプロカル式のばあい，クロックを高くしておけば，測定信号の1周期の間にかなりの数のクロックをカウント出来るので，量子化誤差を相対的に小さくできます。

　ん？でも，高い周波数を測定する時には，量子化誤差が見えてくるだろうって？そう，その通りなんです。でも，ここでもう1つの前提条件である，ゲートタイム（言い換えれば測定にかける時間）が同じなら，と言う話が出てきます。

　高い周波数というのは周期が短いです。ですので，同じゲートタイムなら，低い周波数よりも高い周波数の方が，何周期もたくさん数えることができます。

　そもそも，周期を測定するためのクロックは，測定信号が高いか低いかに関係なく，一定です。これを同じゲートタイムで数えるのですから，量子化誤差はそりゃ一定になりますよね。

　ここですでに気が付いたかと思いますが，直接式に比べてレシプロカル式というのは，周期を測定するためのクロックと，測定にかかる時間であるゲートタイムが，独立した値を取る事が出来るというのが味噌なのです。

　直接式の場合，精度の高い基準クロックからゲートタイムを生成し，その間の数を数えるので，クロックとゲートタイムが切り離せません。でもレシプロカル式は，クロックの数を数えるわけですから，数える時間がゲートタイムであり，クロックとは独立して設定出来ます。

　この，ゲートの開け閉めを行うことを，アーミングといいます。

　正確に言えば，直接式でもアーミングを実現したものはあります。でも，レシプロカル式の方が，量子化誤差が周波数に依存しないという特性や，クロックとゲートタイムの独立性が高いので，ずっと自由度が大きいのです。

　蛇足ですが，レシプロカル式にクロックの周波数が低いと，高い周波数で数をたくさん数えられないので量子化誤差が大きくなってしまいます。そのために測定時間をかけるようなことをやってしまうと実用性がなくなってしまうので，クロックを十分に高いものにすることが行われます。

　また，誤差と測定時間のバランスから，測定周波数があるレベルを超えると直接型に切り替わる周波数カウンタも存在します。


　長くなりましたが，簡単に言えば周波数を定義通りに測定するのではなく，周期を測定し，逆数にして表示するという仕組みを使って，高精度な測定結果を短時間で手に入れる事の出来るのがレシプロカル式です。

　これ，実際には，もうレシプロカル式でないと話にならないところまで来ているんですよ。

　先日，GPSで8MHzを生成して，TCXOやOCXOを調整しました。8MHzですので，これで8桁精度を出そうとすれば，ゲートタイムは10秒です。10秒かけて測定しても，捉えることの出来る周波数は0,1Hzまでで，精度としては10E-8なのです。

　しかし，OCXOで10E-7や10E-8ですよね，この程度の精度ですら，8桁の直接式では10秒かかるんです。GPSだってうまくすれば10E-12の精度の周波数を作る事だってでくるわけですが，もはや8桁の直接式では測定するのは不可能な領域なのです。

　ということで，レシプロカル式が欲しいなあと，この際10桁の53131Aを買おうかという流れになるのは当然と言えて，10桁の精度を1秒で出せると言うのですから，これはとても素晴らしいです。

　しかもプリスケーラを使わずとも，直接200MHz以上の周波数をカウント出来るし，ユニバーサルカウンタとして周波数比やパルス幅の測定にも使えたりするので，確かに業界標準器になるのも分かる気がします。

　さて，届いた53131Aは，Hewlett-Packard時代のもので，中をあけてみると1996年頃の製造のようです。古いですね。

　すぐに動作確認を行ったのですが，とりあえず問題なく動作している感じです。セルフテストもパスしましたし，キーも表示も問題ありません。ファームのバージョンは当然ですが，古い物でした。

　そしてファンが強烈にうるさくて，完全に寿命です。53131Aは，AC電源を繋いでいるときには，内部の水晶発振器に電源が入っていて，温度が上がりすぎないようにファンが常時回転する仕組みになっています。

　ですから，ファンがうるさいという事は，24時間うるさいという事です。これはこまりました。

　常時ファンが回っている機器にありがちな話で，内部がとにかく汚いです。分解掃除をしないとなあ・・・

　とまあ，早速分解を始めたのですが，あわてていたのでリアのバンパーを外す時に，プラスチックの枠を割ってしまいましたし，フロントパネルを外すときに電源スイッチのノブを外さなかったせいで，電源スイッチをこわしてしまいました。

　うーん，困った。

　今，スイッチとファンを手配中です。どのみち平日は忙しいですから，あんまりあわてても仕方がありません。まあぼちぼちとやっていきます。

　いろいろ考えていることもあるんです。プリスケーラを使えば53131Aは3GHzまで測定出来るようになりますが，これも完成品を買わずに自分で作ろうかなと思っています。しかし，うちには1GHzを越えるような周波数源などありませんので，必要ないといえば必要ないですね。

　次にOCXOの内蔵なんですが，これはこれでなかなか面倒な感じです。それくらいなら，外部クロックとして外から突っ込んだ方がなにかと便利ですよね。無理に内蔵する理由もないなあ。

　LCD8812K4-01のバックライトが暗くなった件，数日前にここに書いたものですが，電源ラインに入れたダイオードの劣化でVFが0.8Vを越えてしまったことが暗くなった理由ではないかということで，ダイオードを外して試したところ，わずか3日で元の暗さに戻ってしまいました。

　電源電圧はこの時5.3V，LEDの両端の電圧は2.3V付近まで落ちてしまっていましたので，これはもう完全にLEDそのものの劣化といってよいでしょう。

　私自身はLEDの専門家ではないので，どういう劣化をするのか，どういう故障モードになるのかをよくは知りません。今度調べて見ようと思いますが，同じ電圧では電流が流れなくなり，それに伴って輝度が下がるということなのか，同じ電流が流れても輝度が下がってしまうのか，その辺もよく分からないです。

　今回のケースでは，VFが2.7Vが2.3Vまで下がっていました。VFが2.3Vということは抵抗で3Vの電圧降下がないといけないので，50Ωの抵抗には60mA流れていることになります。

　並列に繋がったLEDですので，仮に特性が揃っているとして半分の30mAがLEDに流れている電流という事になりますが，VFが2.3Vで30mA，そしてこの輝度というのは明らかにLEDの不良という事になります。

　とりあえず，新しいLEDに交換して様子を見ましょう。輝度が落ちるのに2ヶ月ほどかかっていますので，それ以後の輝度の低下があるかないかで，原因がどこにあるかを考えたいと思います。

　先日，ついつい出来心でOCXOのジャンクを買ってしまいました。10MHzのもので，もともとGPSDOについていたものようです。

　トリマによる周波数微調整がない代わりに，電圧制御で周波数の調整が出来るものです。この手のタイプは初めて買いました。

　安い物なので，ダブルオーブンではないでしょうから，性能的には期待していませんでしたが，動作確認くらいはしようと周波数カウンタの電源を入れました。

　そう，この周波数カウンタは以前GPSを使って内部のTCXOを追い込んで，8MHzに大して0.1Hz以下にしたものです。そして同時に，手持ちの10MHzと9HzのOCXOもぴったりの数字にあわせ込んでいます。

　早速，この時あわせた10MHzと9MHzを測定してみます。電源投入後2時間ほどすると周波数も消費電流も安定してくるので，このあたりで数字を読みます。すると，

9MHz・・・9000.0014Hz（+1.4Hz）
10MHz・・・10000.0012Hz（+1.2Hz）

　となりました。また，今回手に入れたOCXOを測定してみると，

10000.0025Hz（+2.5Hz）

　となりました。

　うーん，すっきりしないなあ。この結果をどう見ればいいのか。考えてみることが訓練になるので，逃げずに考えてみましょう。

　まず，このズレが周波数カウンタのタイムベースと，被測定対象であるOCXOの，両方のズレに来ていることは否定できませんが，2つのOCXOの間のズレが0.2Hz程である事を考えると，タイムベース側のズレの方が大きいだろうと推測できます。

　で，仮に10MHzのOCXOが全くずれていないと考えて，誤差は10MHzに対して1.2Hzですから，0.12ppmです。TCXOの規格が2ppmですし，以前書いたようにこのTCXOは電源電圧の変動に弱いので，電源の安定度まで加味して0.12ppmというのはかなり頑張っている方だと思います。

　でもでも，これだけ頑張っているように見えても数字というのは残酷です。8桁の7セグメントLEDのうち，2桁が違った値を示していることのやるせなさたるや。

　これをきっちりするには，GPSDOを自分で作り，これをクロックソースとして周波数カウンタに供給するしかないでしょう。おや，ここにちょうどいいOCXOがあるじゃないか。

　以前書きましたが，GPS衛星に搭載しているクロックは10E-13くらいの精度が本当はありますけど，地上に届くまでに大気の揺らぎなどで10E-8くらいまで精度が落ちてしまいます。

　それでもまあ10E-8ですから大したものだと思いますし，10E-8といえば10MHzに対し0.01Hzであり，8桁くらいの周波数カウンタならこれでもう十分なわけですが，もっと上を目指そうと思えば，この誤差は蓄積せず長時間の平均を取れば取るほど小さくなっていきますので，1000秒の平均で10E-12，10000秒で10E-13まで理屈の上では追い込めることになります。3時間ほどで10E-13ですか。本当かなあ。

　まあ，0.2ppmくらいならもういいかなと言う気もしますし，GPSDOを作らずともOCXOベースでタイムベースを作ればいいかなとか，そもそも8桁では足りないのでこの際だから53131Aを買っちゃうか，などといろいろ考えているところです。