Phil-M Communityを熱心に読まれている方々ならご存知の通り、
日記のタイトル「水晶発振器は周波数が高ければ高いほど音質が良いのか？」という疑問が世間にはあります。
知ってはいましたが・・・、分かりません。

近年の話、「中華SDトラポ」だとか「SDカード再生I2Sトランスポート」と呼ばれる個体が異様に音質が良い要因の一つとして、一般的な製品に比して高い周波数の水晶発振器が採用されているという事が要因ではないか？という憶測もあります。

高い周波数といっても、DuCULoN®（デュカロン®）と同じ
45.1584MHz、49.152MHz の2種類なのですが。。。
※前述の異様に音が良いトラポにはDuCULoNのラインナップとおなじ周波数45.1584MHz、49.152MHz の2個の水晶発振器が搭載されています。44.1kHz用と、48kHz～192kHzサンプリング周波数用で2個。
※DuCULoNのラインナップは45.1584MHz、49.152MHz の２種類だけです。一般的な？オーデイオではこれの半分の周波数の水晶発振器が採用される事が多いです。

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という訳で、自分なりに？調べてみました。

改めて当日記の疑問？というか主題は、発振器の周波数を100MHzとかケチな事いわず、1GHzだとかもっと高い周波数にしたらどうなるのか？という疑問です。なんとなく、周波数は高い方が良さそうに思えるのですが “どうしてそう思うのか” 　最初に考えてみます。　次に、”自分が思った事” と “メーカーの考え”  の相違 を 比較してみます。それが当日記の大きな流れです。

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１．最初に思い浮かべるジッター

↑これは、私が最初に思い浮かべたジッターの図です。
発振周波数が何Hzであってもジッターの振れ幅(時間)は同じに思っていました。そこに罠がありました。

少し思いを巡らせると、その罠に気付きます。

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2．現実のジッター？

↑まぁ・・・　そういう事ですよね。

私は発振周波数100Hz、10Hzと低くするとジッターの時間幅もそれに反比例して長くなる誤ったイメージをしてしまっていました。どんな発振周波数でも同じようなジッター波形が観測されるようなイメージです。でも、そんな訳ないですよね。本来、ジッターの揺らぎって小さい物ですから。低周派領域で且つオシロで見れたらやばい。（音質の悪いなぁと思ったDACのクロックをオシロで観測してみると、トリガーのかかりが悪いので何となく “やっぱりか” と感じる事はあります。）

追記ここから(↑上記、動画を撮って紹介しようかと思いましたが、たかじん様が既にi2sのジッターを動画で見せてくれていましたので紹介します。水晶発振器を使わないＰＬＬなSPDIFは遣う気にならないですね。。。)

おまけ　(nightwish_daisukiの動画。SDトラポなので？揺るぎが無かったように記憶してます。)

追記ここまで

ジッターは、伝送したいクロックに対して “相対的に小さくないと” まともに信号伝達が出来なくなります。 それに加えて高周波ではその信号自体の伝送が難しくなってきて、波形が崩れてきます。よって、アイパターンの開口部で信号の良し悪しを判定することに。。。

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アイパターンについて、↑上記 Panasonicのサイトから引用ここから

引用ここまで

周波数が高くなると、伝送する事自体が難しくなる。
ルビジウムなどの外部クロックの発振周波数が 10MHz で独占(のように見える)のは伝送まで考えた丁度良い周波数なのかもしれません。※伝送距離が短ければその限りでないのかも？ 

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3．評価は『位相雑音』で行うのが通例（低位相雑音が重要だ）

オーディオに採用される水晶発振器では特に低位相雑音性能が重要といわれているようです。そして各社？低位相雑音をウリにして広告しています。

https://www.ndk.com/jp/products/info/ocxoduculon.html
※この “可聴帯域” という表現は個人的に好きではないです。ここでの20Hz～20kHzというのは発振周波数から20Hz～20kHz離れた(オフセットした)場所での位相雑音(dBc/Hz)だからです。

https://ele.kyocera.com/ja/technical/xtal_low/

https://www.crystek.com/specification/vcxo/CVCSO-914-1000.pdf

「NDK」「Kyocera」「CRYSTEK」の低位相雑音の広告を拾ってきました。特にCRYSTEK の 1GHz モデル は　“Ultra-Low Phase Noise “と謳っていますね。超テキトーですがこの３社から一つずつピックアップして オフセット周波数 1kHz での位相雑音をグラフから読み取ってみますね。

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-139dBc/Hz，26MHz発振器@ｵﾌｾｯﾄ1kHzの場所　※先のKyoceraのサイトから

-172dBc/Hz ，DuCULoN®@ｵﾌｾｯﾄ1kHzの場所　※DuCULoN®の２種類の発振周波数のどちらか？　　

 

-113dBc/Hz，1GHz発振器@ｵﾌｾｯﾄ1kHz　※先のCRYSTEKのPDFから

という訳で、位相ノイズの観点（ｵﾌｾｯﾄ周波数が1kHzのポイント）ではDuCULoN®が圧勝。次点がKyoceraの26MHz。ワーストがCRYSTEKの1GHzとなりました。あまり良い比較では無いですが、周波数が高ければ良いというものでも無さそうという雰囲気が伝わればいいなと。DuCULoN®の製造元NDKがいうように 20～20kHzのオフセット周波数の範囲が重要なので　ここで 1kHzという１ポイントにだけ注目したのは悪い事です。良くありません。余裕のある人はその範囲で改めて３者比較してみて下さいね。

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ついでに、
天下のルビジウムクロック 10MHz はどうなんだ？
1つ見てみます。

！？

１０Hｚのオフセット位置でなら -130dBc/Hz　ですと！？
DuCULoN®でも その位置では -120dBc/Hzです。
それを上回るというのか ルビジウム (Model 3272F) は！！

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１kHzのオフセット位置ではどうか？
ルビジウム (Model 3272F)は・・・同サイトから引用
ここから

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引用ここまで

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ルビジウム (Model 3272F)　は 1kHz で -150dBc/Hz以下

DuCULoN®は 1kHz で -172dBc/Hz

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DuCULoN®の面目を保ちました。1kHz離れれば圧倒的。

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ここから分かるのは ルビジウム(Model 3272F)は 発振周波数から たった

10Hz離れた(オフセットした)場所で既に -130dBという恐ろしく
鋭い特性を示すということ。これは凄い。

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セイコーエプソンの資料から引用します

https://www5.epsondevice.com/ja/information/technical_info/pdf/tech_notes_2013_04jitter.pdf

　ここから

　　～中略～

引用ここまで

引用に少し落書きさせてもらいますと　ルビジウム (Model 3272F)　とDuCULoN®の大雑把な違いは下図のように言えます。

先程、1kHzという１ポイントにだけ注目したのは悪い事です。良くありません。余裕のある人はその範囲で改めて比較してみて下さいね。と書いたのはこういう逆転劇もあるからです。

でもDuCULoN®の製造元NDKのいわれる事を信じれば・・・発振周波数から20Hz～20kHzのオフセット周波数の範囲が重要。　”可聴帯域”と書いて  10Hzを範囲に入れなかったのは・・・　(素人考えでは)ルビジウムに負けて悔しいからなのかと邪推してしまいそうになりますが、験聴を重ねたうえの経験値だと信じましょう（＾＾。　

深層？を、ご存知の方いらっしゃいましたらコメント下さいませ。
放送・通信システムの周波数基準のハードルとは何処にあるのか？Model 3272Fのページでは１０Hｚオフセット周波数10Hzで-130dBc/Hzを挙げていた訳ですが放送・通信システムの業界ではどういうハードル設定になっているのだろうか。。。

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水晶発振器は周波数が高ければ高いほど音質が良いのか？

その答えは、たぶんそんな事はない。理由は２点。
①高周波になればなるほど波形は乱れやすくなり伝送が難しくなるので、良い塩梅の周波数がオーディオアプリケーションにありそうだ（発振器と発振を受けるデバイスが近距離にある場合は、“良い塩梅”  ＝ 50MHz弱という事かも？）
②発振周波数そのものより “低位相雑音である事” が 音質にとって重要というのがメーカー側の考えっぽいかも？

ともかく？　聴いて良ければOK（＾＾
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以下、2024/01/23 18時～ 追記したもの。参考情報。

参考情報：
　マクニカ様「新人エンジニアの赤面ブログ」2012.09.06より
　『PLL の分周 / 逓倍（ていばい）』

　　～中略～

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ジッタークリーナ Si5317
https://www.skyworksinc.com/-/media/Skyworks/SL/documents/public/data-sheets/Si5317.pdf

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FemtoClock™ 

https://www.renesas.com/jp/ja/products/clocks-timing/femtoclock-low-phase-noise-frequency-synthesizers

↑ Renesasサイトから引用　ここから

ルネサスのFemtoClock™、FemtoClock™ NG（New Generation）、FemtoClock 2は、高性能で先進的な周波数シンセサイザ機能を実現するクロック製品です。周波数基準として簡素で低価格な基本波モードの水晶振動子を使用することができ、それを基に高品質/高周波数のクロック信号を合成することが可能です。最大1.3GHzの出力周波数と0.5ps未満（実効値）の位相雑音を実現します。また、RC3シリーズはジッター減衰モードも提供し、ノイズの多いレファレンスから100fsの低ジッター出力を提供します。

FemtoClockは、完全なカスタム対応が可能なスタンドアロンのソリューションです。高性能のアプリケーションにおいて、水晶振動子やSAW（表面弾性波）振動子をベースとした発振器を置き換えるものとして基準周波数の生成に使用できます。従来は、周波数の高いクロック信号を生成するために、3次オーバートーンや高周波基本波（HFF、逆メサ型）を使う水晶発振器や、高価なSAW発振器が使われてきました。FemtoClockはこれらを置き換え可能なものであり、より信頼性が高く、より低コストで、より簡単に入手することができます。

固定周波数の発振器とは異なり、FemtoClock製品では、周波数合成技術によって複数のクロック周波数を生成することが可能なだけでなく、多様なアプリケーションで利用できる柔軟性も備えています。シリコン・ベースのデバイスであるため、固定周波数／単一機能の発振器とは異なり、さまざまなクロック・ツリー機能を1つのデバイスに集積することができます。FemtoClockには、さまざまな性能、パッケージのファミリ製品が用意されています。最も基本的なものとしては、小型の8ピンTSSOPを採用し、低ジッターの1つのクロック信号を供給する製品と、4x4mm QFNを採用し、4つの出力を提供する製品があります。それ以外に、より複雑なプログラマブル周波数合成機能やより多くの付加機能を内蔵し、複数出力、複数周波数に対応する製品も用意されています。

Renesasサイトからの引用ここまで

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https://www.rohde-schwarz.com/jp/faq/-rms-faq_78704-1206656.html

↑ローデ・シュワルツHomePageからの引用ここから

ローデ・シュワルツHomePageからの引用ここまで

乱暴な表現をすれば、位相雑音の線の下部の・・・ある帯域のとある面積というか積分が 「RMSジッタ」かも。VCOテスタとして多くのメーカーでローデシュワルツの測定器が採用されているような気がします。この画面、ネットでよく見かけます。

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なぜスタジオ？は10Mなのか。

周波数の絶対確度が重要だという見方もあってそれも音質には重要だという考えもあるようです。↓↓↓

参考情報ここまで