Frieve Vinyl Explained: 物理的に正確なスタイラス/グルーブシミュレーター

Frieveの「Vinyl Explained」はおもちゃではない。ブラウザ上で動作する、物理的に正確なスタイラスがビニールの溝をトレースするシミュレーションであり、接触パッチで実際に何が起きているかを理解したいエンジニア向けに作られている。このシミュレーターは、Hertz/Winkler接触力学、粘弾性減衰、剛体力学をすべてSI単位系で使用し、その出力を実世界の桁数と照合している。

シミュレートするもの

信号チェーンはピンクノイズ（または正弦波）から始まり、RIAAプリエンファシス、ベースモノラルフィルタリング、HFカットオフ、速度-変位積分を経由する。その結果が45/45の左右壁面垂直変位を駆動する。0dB基準は5cm/sのピーク壁面速度——実世界のマスタリング標準である。

スタイラス先端では、接触圧力（2g VTFで約0.4GPa）がPVCの降伏応力を超えるため、約5×7µmの接触パッチ内の微視的な凹凸は押しつぶされて平均化される。粗さは3スケールのAR(1)過程としてモデル化され、解析的なパッチ平均化により、目に見える粗さとスタイラスが実際に感じる粗さを分離する。

トレーシング歪みとビットルーラー

歪みは数式ではなく幾何学から生じる。シミュレーターは各ステップでスタイラスの走査半径放物線を壁面ギャップと照合するため、内周トレブルロスとピンチ効果歪みはモデルの直接的な結果である。内蔵の「ビットルーラー」は、各変調軸に沿った±15µmの壁面変位フルスケールを分割し、実効ビット深度（デフォルト設定で約9.7ビット、DR 72dB）を示す。

ノイズ源

溝の粗さが支配的なノイズ源であり、SNR 60dBに較正されている。埃はフレーク、繊維、グリットを含む物理的堆積モデルに従い、スタイラスによって実際に押し付けられた粒子のみが変形する。静電気は機械的振動ではなく電気パルスとして注入され、実際の再生チェーン動作と一致する。

検証された桁数

シミュレーターは実世界の測定値と一致する：5cm/sの1kHz正弦波で出力誤差<0.03dB、THD≈0.6%。接触共振は約40kHz、カンチレバー静たわみは約0.3mm、アーム共振は約12Hz。これらはランダムな数字ではなく、実際のビニール再生物理と一致する。

欠けているもの

モデルは溝断面の2自由度に単純化され、溝方向の振動とスティックスリップを省略し、ワウ、フラッター、偏心、反り、カートリッジの電気的負荷を扱わない。しかしブラウザベースのツールとしては、驚くほど深い。