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二つ以上投稿(予定)を飛ばすが、作成中のアンプBA3886が完成してもいないのに、それに付随する新たなプロジェクト的なものが始まってしまった。

もとはと言えば、アンプ基板のオプションのDCサーボ基板(以下、サーボ基板)の特性に疑義があるので良く考えたり調べたり試したところ、僕がサーボ基板に求めていた、スピーカー保護(入力系やアンプの異常でスピーカーに大きな直流が出て、コイルを焼く)が余り(ほとんど)実現できないことに気付いた。

確かに、買う前に聞いた時も そんな話ではあったが、例によって数値が何もない(例: 何Vまでは補償可能)のに期待してしまったのが大バカだった。

それから、サーボ基板のメインの機能であるオフセットの自動調整に関しては、確かにちゃんと働いているのだが、個人的には馬鹿らしいと思うようになった。というのは、LM3886(以下、3886)のほとんど変化しない(温度で緩やかに変わる程度)オフセット電圧を四六時中監視して調整し続ける必要なんてないからだ。そんなことをしたら、再生する音の超低音成分によって常にアンプの出力が変動して(フラついて)却って音が悪くなる可能性がある。つまり、「痛くもない腹を探るな」ってことだ。

これに関して、似たようなことを書かれていそうな方が居た。ただ、検索結果の見出しだけで本文は読んでいないので、実際にはどういう考えかは分からない。

更に、オフセットの調整については、充分ではないながらも、サーボ基板なしでもできている。フィードバック回路にコンデンサが入って居て直流付近のゲインを下げているので、アンプが故障しない限り大きなオフセットが出力されることはない(外から直流が入った場合は不明だが、ゲインが低いから大惨事にはならないのかも知れない)。実際、僕の場合はサーボ基板なしでもオフセットは左右ともに-3mV程度でしかない。

ただ、未確定ながらも、そんな小さい電圧でも耳閉感・圧迫感の原因になるような感じで、なかなか馬鹿にできない。もし、こういうことを僕のキットを作った方が考えていたのなら、(いくら技術者としてあり得ない、いい加減な奴だとは言え、)オーディオ機器の作り方に関しては大したものだと認めざるを得ない。

(書き疲れたので、某宇宙戦艦の帰路のように「ワープ」したいが、そうも行かないw)

上のような経緯で「サーボ基板は不要」という考えになったのだが、それに関して調べているうちにスピーカー保護の重要性が分かって来た。上にも書いたように、もしアンプが壊れたら、あるいは、入力機器(僕の場合、PC)のトラブルで、大きな直流がスピーカーに出る可能性は0ではないのだ。そうなると、スピーカーが焼けて壊れてしまって数万円の出費になるから、すごく痛い。であれば、ちょっとの出費で事前に対策をしたほうがずっといい。

調べていて、こういう安全策に無頓着な人が多いのを実感した。僕のキットを作った人もそうだ。もうすこし危機感を持つとかマジになったほうがいいと思うが・・・

それで、スピーカー保護のための物(キットや基板)を調べた。実は今のキットを買う前にも調べて良さそうな物はあったのだが、そこは問い合わせへの態度がいい加減だったので止めた。さらに、そこも使っている、一般的なスピーカー保護用IC μPC1237(以下、1237)の一般的な使い方だと左右チャネルを合算しているので、左右から符号が逆の直流が出たら正しく検出できないという情報を目にした(もちろん、前述のキットもそうだった)。

まあ、確率的にはそういうことが起こる可能性は低いが、そもそも「アンプの故障などでスピーカーに直流が出る」という低い確率のトラブルに対処するのに楽天的な想定をするのは、どうしても許容できないのだ。そんな想定をするなら、その物自体の存在価値がなくなるのではないだろうか?

例えば、車に前後から同時に衝突した時に開かないエアバッグは許されるだろうか? そんなことが起こる確率は低いから想定しないのは許されるだろうか?

それにしても、僕の調べた限り、上に挙げたたった一人の方以外誰も気にしていないのが不思議だ。もしかしたら、回路の作りがうまくて実は大丈夫というオチがあるのか。 (ないと思う)

まあ、誰もちゃんと考えず(回路をコピペ?)、詳しい検証をしていないのだろうと推測する。それでも問題ないのは※、3886がしっかりしていて、(回路の不備でなく)故障で直流が出ることが滅多にないからだろう。

※メーカー製品はちゃんとスピーカー保護をしているとのことなので、そうでないのは個人の自作などに限られるから問題が公にならないこともあるだろう。

随分調べたが、1237を使うもの(市販品)では左右チャネルの直流漏れを独立に検出できる物がなかった。一方で、トランジスタ式なら可能そうだった。

ただ、僕はトランジスタに滅法弱くて全然いじれないので(そもそもアナログに弱い)、1237のキットなり基板を買って改造することにした。いろいろ調べて、Amazonにキットを注文して もう届いている。千円くらいだった。

このキットは、どういう経緯かは分からないが、元々はClover pro-5.5 speaker protectorという名前のようだが、販売ページにその名前は出ていない。少し高いが完成品も売っている。

 

中国製らしく大変アバウトな包装・梱包(全部品がひとつのビニル袋にごちゃまぜで、緩衝材なしで、普通の紙の封筒に入って来た)で、過不足のチェックをしたら部品がいくつか余ったが、足りないよりはずっといいし、むしろ得した気分だw あと、脚が曲がっている部品もあって、レビューで文句を言っている人が居たが、僕は気にならなかった。直して折れたら別だが、それよりはずっとマシだw ただ、説明書類が何もないのは、あらかじめレビューで読んだけど、「本当だったか・・・」と思った。が、基板のパターンが読みやすいうえに、解析したのか回路図動画を出されている方が居たので楽だった。

部品の過不足確認以外に、上の動画を観て「はっ」として、一応 リレーの動作確認をしてOKだったが、他の部品、例えば、メインの1237が不良とか偽物、そして、他の細かい部品(抵抗やコンデンサなど)が不良とかいう心配もあるがw、作ってみないと分からない。まあ、いくらアバウトでも、中国製が全部駄目だったら、今や世界中がうまく行かなくなってしまうから、「ほとんどの場合は問題ないけど、ちょっと(?)悪い連中が居る」って理解をしている。

が、それこそが自分でもけなした「楽天的」な態度なのかも知れない・・・

いろいろ検討・シミュレートし、当初からの要求事項である、左右独立の直流漏れ検出はできそうな気がしている。他にもいくつかアイデア・やりたいことがある。例えば、直流を検出した時に出力を切るのにスピーカーの線をon/offしない(リレーを通さない※)ようにして音質を劣化させないことだ。他には、直流を検出して出力を切ったら、電源を切るまで切ったままにして危険な出力を断続させないこと(オリジナルは一定時間後に自動復帰するが、それだと却ってひどいことになりそうだ・・・)や、オリジナルは1237の用例にならって交流電源で12Vだが、僕はBA3886の直流15Vで動かす。自由に改造できるから、キットにして良かった(ちゃんと動けばね・・・w)。

※これについても無頓着な人が多いのに驚く。キットに添付されているのはパワーリレーで、常時100Wくらい出しているならいいけどw、家庭で普通に聴くには粗雑過ぎるだと思う。オムロン製(本物ならw)だから物はいいだろうが、電力用なので音を扱うにはちょっと心許ない。

なお、リレーについては、パナにオーディオ用リレーがあったようだが、今はディスコンらしい。他にオーディオ用とか小信号用を探せば、あるのかも知れない。

ただ、そういうアイデアを試すためには、是非ともブレッドボード(半田付けしないで回路が組める板)が必要な気がしたので注文し、休みながら届くのを待っている。 (今ここ)

なお、今の勢いだと、あまりにも変更箇所が多い(部品だけ使っている感じ)のでキットの(本来の)基板は使わず、ユニバーサル基板に組みたい。ただ、手持ちの基板が小さいので、載り切らない時は元の基板をパターンカットしまくって(部品を載せるだけ)、ある意味魔改造的にしようとは思っている。

→ ちょっとユニバーサル基板に載せてみたが、大きな部品を全部載せる前にフルになってしまい、無理がありそうだ。ただ、リレーを外に出せばいい気はする。 (4/6 22:16)

スピーカー保護機能の大きい部品をユニバーサル基板に載せてみたが・・・

 

どこで足を踏み外したのか(最初から?w)、なんか、休む暇がないな・・・

 

(4/6 18:21) その後、考えたり調べたりしているうちに、上に書いたディスコンになったパナのオーディオ用リレー ALA2シリーズ以外で良さそうなリレーが見付かった。オムロンの信号用のG6AやG5Aのシリーズだ。仕様的にはALA2と遜色ないと思う。それで、スピーカーのon/offに使えそうなので、とりあえずG6A(の高感度型)を2個注文し(1個660円だった)、早速回路図なども変更した。

しかし、それから更に考えてみたら、接触抵抗が50mΩ(ALA2も同じ)なのが気になった。最初は かなり小さいから問題ないと思ったのだが、ダンピングファクター(以下、DF)への影響は小さくなさそうだ。

例えば、仮にアンプの出力インピーダンスを0Ωとした時、それとスピーカーの間に50mΩのリレーを入れた場合のDFは、

8/(50/1000)= 160

となる。それなりにいい(普通の?)アンプは100以上あるというから、影響は見過ごせないと思う。接点を2個(並列)使えば320となって まあいいが、やっぱり、何か気に入らない。

例えば、DF=100(出力インピーダンス= 80mΩ)のアンプの保護に上のリレーを使った場合、接点1個だと

DF'= 8/((80+50)/1000)= 61.5

と、約39%も低下してしまう。接点を2個使っても約24%低下する。

もちろん、DFは高ければ高いほどいいというものではないが、普段は何もしない保護機能のために折角の性能を落としてしまうのは どうも嫌だ。DFでなくても、リレーの接点の増加や配線の引き回しで音質はわずかにでも劣化するはずで、そういうのは できるだけ避けたい。

それで、(G6Aの注文は止めずに、)元々考えていた方式(アンプの電源を切ってミュートする)で、キットのパワーリレーの代わりに使うことにした。メリットは、消費電力が小さくなることと、背が低くなって設置の自由度が増すことだ。消費電力は約1/3(約520mW → 約150mW)になり、背も約1/3(約25mm → 約8mm)になる。

今気付いたが、オリジナルのキットどおりリレーを2個使ったら、1W以上にもなるではないか。それが、音を出している間(アイドル状態でも)ずっと消費され続けるのは すっごく嫌だ。常時100Wも出す人は別だがw、僕のアンプはアイドル時の消費電力は5-6Wなので、1W増えるのは結構大きい。

実は、常時掛かり続けるリレーの消費電力が大きいのが嫌で、ミュート処理の動作を負論理(リレーのコイルを常時offにし、ミュート時だけonにする)にしようとしたのだが、まだ(検討でも)成功していない。単にリレーへの出力を反転させる方式でも可能そうだが、やっぱり成功していない。

あと、ラッチ式のリレーでも消費電力を減らせるが、起動時に1度だけセット(電源またはスピーカーを繋げる)する処理(おそらく、1237のリレー出力の立ち下がりでリレーのセットコイルをonすればいいはず)が必要で、実現するのが大変そうなので止めた。

上のような処理はデジタル・マイコンなら容易だが、アナログ回路なのでハードルが高い。シミュレーターでいろいろ挑戦したが、うまく行っていない。もしかしたら、今もあるのか分からないが、(耐圧の高い、)昔のCMOSのロジックICを使えばいいのだろうか? あと、僕がトランジスタから逃げているのも大きい。トランジスタやFETを使えば、リレーへの出力を反転させる回路ができる気がする。

そして、僕の予定ではリレーを1個だけ使うので、オリジナルに比べて消費電力は約1/7(約1.0W → 約150mW)だ。それならコイルが常時onでも許せるし、なかなか気分がいい^^

ブレッドボードが届いたら、僕のミュート方式を実装して問題がないか確認し、駄目だったらスピーカーを切るようにしようと思っている。

今のところ、問題が起こる可能性が見つからない。というのは、3886は(ミュート機能をちゃんと実装していれば)電源on/off時にポップ音が出ないので、一般的なアンプのように電源on/off時のミュート(1237の機能の二つ)はそもそも不要だし、直流が出て危ない時には、ポップ音が出ようが出まいが(この場合は出ると思う。でも、リレーで切っても同様だ)、電源を切ればとにかく直流は出なくなるはずだからだ。

ただ、ちょっと気になっているのは、改造版保護回路の作りが悪くて、起動時などに電源on/offが頻繁に起こるとか、電源on/off時のリレーのチャタリングで雑音が出たりアンプが壊れる可能性だが、知識も経験もないので、どちらも「やってみないと分からない」としか言えない。後者については、アンプの電源入力に大き目のコンデンサが付いているから何とか大丈夫な気はする。

更に細かいことでは、リレーの2つの接点のon/offの微妙な時間差で正負電源がon/offするタイミングがずれて3886が壊れる可能性もありそうだが、そこまで弱くないと期待する・・・

始めの頃に考えたのだが、もし、3886のミュート機能を使ってスピーカー出力を停めるなら、上のような心配は不要なのだが、そもそも3886が壊れて直流が出る可能性への対策なのに3886の機能を使うのは矛盾しているので、止めた。

また、DC-DCコンバータのリモートコントロール端子を使えば手軽に電源を落とせるのだが、その場合は保護回路は元電源で動かすことになる。一方、1237のオフセット入力などのGNDが電源GNDと共通のため、元電源(= DC-DCコンバータの入力側)とスピーカー出力(= DC-DCコンバータの出力側)が絶縁されなくなってしまい、元電源の雑音の流入の点で劣化するので止めた。1237の仕様はいろいろ惜しい・・・

 

(4/6 20:48 若干加筆・修正, 4/7 7:49 若干加筆・修正)

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次期アンプBA3886のアンプIC(LM3886)を冷やそうと思って買ったヒートシンクの冷えが今ひとつだったので、葬り去るつもりではあったが、いつもいつも余計な考えが浮かぶ性質なので、DC-DCコンバータの放熱に使うことを思い付いた。ちょっと試してみたら結構冷えたので、乗り気になった。ただ、上にカバーが被さっていると冷えが悪いことが分かった。それで、禁じ手とも言えるので「それだけはしないようにしよう」と思って居たのに、ヒートシンクをカバーの上に出してみた

さすがに冷えは悪くない。あと、やる前はちょっとワイルドになり過ぎないかと心配だったのだが、色が黒で目立たないのと、出す量(約8mm)が適当だったせいか、それほど目立たなくて良かった(仮止め用のダクトテープを除く)。ただ、そもそも、カバーの上には何も載せられないし、放熱のために上を開けるのが前提だから、これで何も問題なかったのだ。きっとwww

ちなみに、カバーの下の状態で、それまでの放熱板に比べて3℃くらい低くなり、カバーの上に出したら約1.4℃下がった。更に、風が当たるようにしたら約0.5℃下がった。

なお、冷えるようになったとは言っても、今の時期でも軽く40℃を超えるので、「市販品だったら、温泉みたいなマークと"Hot surface. Avoid contact."なんてシールを貼る必要があるんだろうな」と思った。

これで、BA3886の天面をヒートシンクの部分以外は全部閉じることができて、中に埃が溜まる心配が少なくなった(PCのファンで送風しているため、0でない)。

今気付いたが、ヒートシンクの冷えが悪かったのは、カバーの下で通風が悪かったのもあったのだろう。ただ、外見とか手触りは良かったのに期待外れではあった。それでも、今、(2個組みのうち)一個は使えたので良しとしよう。

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次期アンプBA3886を作っている途中で、それまでは「生涯しないだろう」と思って居たことをした。回路シミュレータを使ったり、回路にパッチを当てたりした。あと、以前書いた 壊れた回路の修理も、以前の僕にはとてもできないことだ。

修理の件は前の投稿に書いたとおりなので、ここではシミュレーションとパッチの話を書く。

回路シミュレーション

発端は、アンプキットのオプションのDCサーボ基板(以下、サーボ基板、サーボ回路)の動作が何かおかしい気がしたことである。現象としては、サーボ基板を付けると、超低域(例: 30Hz以下)の歪みが増大することがあるのだ。

それでメーカーの方に問い合わせたのだが、解決しなかった。先方は回路には問題ないというスタンスで、最初からこちらの測定方法などを疑っていて、ある機材がないと分からないと言い張って居た。こちらでもいろいろ試した結果、最終的には回路には問題なさそうなことが分かったのだが、最初から現象を否定され※、その割には先方からは証拠(測定値やグラフ)が一切提示されなかったので、回路の正当性・妥当性に疑念が起こった。

最終的にはコミュニケーションの問題なのだが、技術者なのだろうから、ただ「こっちには問題ない」と言うだけでなく、客観的に説明して欲しいと思った。自分でキットを開発したあとで何かしら測定して検証したはずで、その資料はないのだろうか? もしかして測ってない????

その点、前に書いた電源関連部品メーカーの方はちゃんと証拠を出してくれたので、安心できたし納得できた。

※回路は正しいが、現象がないとは言えない。再度検証する予定だ。

回路図を見ると、入力のローパスフィルタに互いに逆方向に繋がったダイオードが2本入っていて(→ 参考)、見慣れない使い方だが、振幅を1V程度(VF)に制限しているようだ。ただ、そこで制限すると、サーボ回路に入る波形が歪み、それがアンプにフィードバックされるので、結果的に出力にも歪みを生じるのではないかと考えた。

サーボ基板に関して もう一つ疑問があった。それは、僕はアンプのゲインを標準から下げるためにフィードバック回路の抵抗値を変えているが、サーボ基板からフィードバック回路に出力する抵抗(以下、出力抵抗)をゲインに合わせて変えなくていいのかというものだ。メーカーに質問したら問題ないと言われたが、やっぱり詳しい説明がないので、どうしてかは分からなかった。

出力抵抗での対応から、ダイオードについて聞いても埒が開かないと思い、実際の回路で波形・特性を確認しようと思ったが、うまくできるか不安かつ線を付けるのが面倒だったので、使ったことはないけど回路シミュレータを使ってみることにした。検索してみたら、"Circuit Simulator Applet"という(そのまんまの名前の)、webブラウザで動く すごく手軽なものがあった(実際に使うなら、画面の大きいこちらが良い)。

回路シミュレータはSPICEというのが標準らしく、フリーのものもあるのだが、なんか面倒・取っ付きにくそうだった。僕のような趣味レベルの者には上述のものがすごく便利だ。

一目見たら 僕でも容易に使えそうだったので、ちょっと簡単な回路を試したら本当に動いた。それで、疑問のあったサーボ回路をシミュレートしてみた。

最初はサーボ回路の入力部のダイオードと抵抗とコンデンサの回路でシミュレートした。

入力の周波数や振幅を変えて動かしてみると、予想どおり、超低域(2Hz)で振幅が大きい(1.5V)場合に波形が歪んだ(図の左下のグラフ)。もちろんだが、ダイオードを外せば波形は歪まない。次に、実際のサーボ基板同様にオペアンプも含めてシミュレートしてみたが、同様の結果になった。

僕はハードは素人だし回路の意図も分からないし、検索しても似たような回路が出て来なかった※から、この回路が「余計なこと」をしているのではないかと思った。

※その後、検索に出て来て解決に繋がった。 (後述)

それで、実際にサーボ基板のダイオードを外して試してみた。しかし、超低域の歪みはほとんど変わらなかった。それで、上にも書いた、出力抵抗も「おかしい」のかも知れないと考え、実際のサーボ基板とアンプ基板の回路をシミュレートしてみた。図の上半分がアンプの回路、下半分がDCサーボの回路(それぞれ概略)である。

すると、オリジナルの出力抵抗ではオフセットが除去できない(0.2Vの直流入力が出力に約1.5Vで出ている)という結果になった。※ それで、出力抵抗をアンプと同じ値にすれば除去できる(同じ入力で出力は-59mV)ことが分かった。

※その後、長時間掛ければ除去できることが分かった。

実際の基板で試したところ、オフセットがないのは当然ながら、期待どおりの特性になり、超低域の歪みの増大が解消できた。 (グラフ: 紫) 「僕の考えが正しかったぞ!」と思って喜び勇んで試聴したのだが、なぜか耳閉感や圧迫感が起こった。疲れかと思って何度かサーボ基板を着脱して試したのだが、付けると途端に駄目になった。

気になったのは、改造後の特性では位相が ずれる範囲が大きくなっていた(グラフ: 紫, 実際のずれは黒との差)ことだ。超低域以外では ずれの量は数°と大きくないが、200Hzくらいまでずれていた。どうしてかは分からなかったが、出力抵抗をオリジナルの値に戻すと直ることが分かった。

書いたあとで思うが、超低域で位相が大きく(10°以上)ずれるのが良くないのかも知れない。ただ、部屋の特性補正に使っているイコライザの位相ずれは もっとひどい(量が多く、変化が単調でない)ので、位相は関係ない気もする。

が、それでも聴いてみると駄目だったので、一旦サーボ基板は諦めた。

ところが、少しして、アンプIC(LM3886、以下3886)のオフセット調整について調べていたら※、同じICを使ったアンプでダイオードが使われているDCサーボ回路が見つかった。

※サーボ基板はアンプの出力のオフセットを補償する(0にする)もので、ないとオフセットが数mV出るため、以前のアンプでのように、可能な範囲で手で調整したいと考えた。

ということは、サーボ基板の回路が正しい可能性が出て来た(高い)ので、外したダイオードを付けて試したら、悪くなかった。おそらく、ダイオードで調整量(直流を含む、超低域の削減量)を制限することで、振幅が大きく変わって音に影響が出るのを防ごうとしているのではないか。だから、調整を行っている超低域の振幅が大きい時に歪みが増えるのは、ダイオードでの振幅制限によって補正信号が歪んでいるのだから、当然のことだと想像する。

また、出力抵抗については、あくまでも勘だが、改造後の小さい値だとオフセットの調整・補正は速いが、そのために本来の音の変動も激しくなって音質に影響が出るのではないかと考え、元の値(ゆっくり調整すると想像している)に戻した。すると、それからは(耳が不調の時を除いて)耳閉感や圧迫感が起こらなくなった。

結局、(理屈は不明ながらも、)メーカーの方の言うとおり、オリジナルの回路のままで問題ないことが分かった。

まあ、「素人考えは うまく行かない」という実証になったが、手軽に使えて結構複雑な回路も作れるシミュレーターが見付かり、ちゃんと実際の動作に・が合うことが分かったのは収穫だった。(使う羽目には なりたくないけどw)今後も使えそうだ。

そう言えば、つい最近も3886のフィードバックの超高域安定化回路の検証に使った。ゲインを変えているため、その部分が変更前と同様に動くか確かめた。データシートに式が載って居るのだが、カットオフ周波数の計算式に不明な項s※があって計算できないので、シミュレーターが便利に使えた。

※思い出せないのだが、sってz変換のzみたいなもので、周波数に関係する値なのだろうか、あるいはQ値(カーブの鋭さ)に関係する値なのかと思うのだが、全く忘却の彼方だし、"s"で検索しても本物は出ないだろうしで・・・ (TI(元NS)も、データシートに書いてくれればいいのになぁ・・・)

回路にパッチ

上のサーボ基板の改造後、アンプの電源on時にポップ音が出るようになった。サーボ回路を変えたために起動時の電流・電圧が増えたために音が大きくなったと想像するが、その音が出るのは、おそらく3886のミュート機能がうまく働いていない※ためだと考えた。

※最初にメーカーに聞いた時は、「ミュート機能は使っていない」ということだったので、動かなくて当然ではある。

アンプ基板の回路を見ると、使っていないのになぜかある、電源on時にミュート機能を働かせるためのコンデンサの容量が小さ過ぎるようだった(他の回路の1/100くらいだった)。それで、サーボ基板の時のようにシミュレートしてみた。

オリジナルのコンデンサでは、電源on後に3886のミュート機能が働く時間(3886のピン8から流出する電流が0.5mAより大きい期間)が数十msと短すぎるが、(他の一般的な回路にならって)容量を100倍に増すと約1秒になって、充分そうだった。

実際の基板で試そうとしたが、一つ問題があった。コンデンサの容量を100μFに増やしたいが、手持ちにはないのだ。買うと送料のほうが高く付くので、買わずに何とかしたかった。コンデンサに電圧を掛けている抵抗を変えて何とかならないかシミュレータで試したが、無理そうだった。

それで、古いルータの基板を見たら、使えそうなものが1個あった。が、BA3886はステレオで、3886が2個あるからコンデンサも2個必要で、足りない。ダイオードを使って1個に共用できそうな気がしたが、ここで冒険はしたくなかった。

更に粘ったら、うまいことに、サーボ基板に その容量のコンデンサが2個あることに気付いた。そのコンデンサは正負電源のバッファリングをしているもので、必要ではあるが、サーボ基板の電源はアンプ基板から取っており、アンプ基板にはもっと大きいコンデンサが付いているから なくてもいいと考えた。ただ、何も付けないのも良くなさそうなので、気休めではあるが、手持ちで最大のもの(10μF)を付けた。

その時に思い付いたのは、「ドミノ移植」である。ちょっと不謹慎?

動かしたら期待どおり動き、ポップ音は解消した。また、サーボ基板もちゃんと動いている。今回は成功だ^^

その後、上記のとおりサーボ基板をオリジナルに戻したので このパッチは不要になったが、電源on時にミュートして悪いことはないどころか好都合なので、そのままにしている。

 

てな訳で、一勝一敗で なかなかおもしろかった。ムカついたり慣れないことをしたりして、結構疲れたけど・・・

 

PS. サーボ基板の件は、メーカーに結末をフィードバックするのが筋で、そうしようとは思っているが、まず再度検証するつもりなので保留している。それに、これを書いたらまたムカついて来て、連絡する必要・意味なんてない気がして来た。

「技術者としての最低限の筋を通さない人に、こっちから筋を通しても無駄だよね?」って思う。

ミュートについては全く「ダマ」にする。そもそも「使ってない」というのだから、どんなに簡単でも それを変える方法を知らせる必要はないだろう。まさに、「余計なお世話」だ。使わない理由は不明だが、知っていてやらなかったのかも知れないし。

「ミュート回路を使ってないなら、なんで役に立たないコンデンサを入れてるんだ?」っていう疑問があるが、分からない人のことはどうでもいい。

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次期アンプBA3886の放熱で ちょっと思い付いて試したら、高級車のエンジンカバーのような感じになったw

BA3886のDC-DCコンバータの放熱の改良 (プロト)

なお、実用化版は気のせいか醜くなった模様。

 

(3/29 18:29) ようやく熱対策が一段落した。今までにしたことを順序を追って書く。

  1. ベース(土台兼放熱板, アルミ製の2.5→3.5インチ ドライブアダプタ)にアンプIC LM3886(以下、3886)とDC-DCコンバータ(以下、コンバータ)を取り付けて(写真は取り付け部)放熱するようにしたところ、電源を入れて少し(30分くらい)すると急に3886が熱くなることに気付いた。
  2. いろいろ調べてみると、コンバータがかなり熱くなり、その熱がベースを伝わって3886を熱していることが分かった。
  3. それで、ベースでは駄目だと考えてヒートシンク(アルミ製)を買って付けてみたが、残念ながら、いかにも冷えそうな外見からの期待に反して今ひとつ冷えなかった。何度か試したが諦めて、ベースに戻した。
    • どうも、サイズ(4x4x2cm)が小さいのとフィンの間隔が狭い(強制空冷に向いているようだ)からのようだ。
      • 最適なフィンの間隔については、下記の「回路・基板設計者−」を参照した。現状の2倍程度の間隔がいいようなので、フィンを1枚おきに撤去したかったが、さすがに無理だった。
    • 熱抵抗を計算してみると、いろいろな方式があって、どれが正しいか分からないのだが、ベースに比べてすごくいい値ではなかった。
    • 以下に、参考にしたページとそれで見積った値を書く。
      • ヒートシンク熱計算妥当性?
        • ベース(両面, 約1mm厚, 240 cm2): 約4℃/W
        • ヒートシンク(約2mm厚, フィンを考慮しない= 64cm2): 2個の場合、約3.5℃/W
      • 回路・基板設計者のための失敗しない基板熱設計のポイント
        • ベース(縁を考慮しない= 1×104 mm3): 約20K/W
          • 明らかに値がおかしいので、この方式(包絡体積で見積もる)の想定に合っていないようだ。
        • ヒートシンク(3.2×104 mm3): 2個の場合、約5K/W
      • 放熱の基本設計
        • ヒートシンク: 市販品の例の40×20×40mmの剣山型ヒートシンクに近いので、6.8 ℃/W辺り
      • ヒートシンクの大きさの決めかた
        • ベース(24000 mm2): 約3℃/W
        • ヒートシンク(約2mm厚, フィンを考慮する= 22400 mm2): 2個の場合、約2℃/W
      • 放熱板、放熱器(ヒートシンク)の放熱設計法
        • アルミ板で作った放熱器(ヒートシンク)の熱抵抗
          • ベース (片面の面積: 120 cm2): 約7℃/W
        • 包絡体積に依存する場合の熱抵抗
          • ヒートシンク (32 cm3): 2個の場合、約6℃/W
      • さまざまな値が出て、どれを信じればいいか分からなくなったが、結局、最後のページ(アスナロネット)が実際の開発経験に基づいていて一番確からしそうなので、以下と推定した。
        • ベース: 約7℃/W
        • ヒートシンク(2個): 約6℃/W
      • そして、結局、単体ではベースとヒートシンクの放熱能力は同等と推定した(数値は異なるが、「回路−」以外のページでの見積りでも「大差ない」結果になっている)。
        • 更に、ベースにはいろいろな部品が載っていたり下にケースがあったりするので、ヒートシンクより放熱が良さそうだと推定した。
      • なお、3886の仕様(要求条件)としては、周囲の温度が40℃の時、内部損失を10W(電源電圧が±20Vの時に出力0-20W(8Ω))とすれば(← かなり厳しい想定)、冷却板の最大の熱抵抗は9.8℃/Wなので、上のどちらでも問題ないはずであり、「冷えない」・「熱い」というのは僕の個人的な感想とか好みのようだ。
        • ただ、電子部品の寿命の点から、できるだけ冷やすに越したことはないのは確かである。
    • 細かい話だが、ヒートシンクを付けるに当たり、(別に書くが、問題があると疑って居た(が、結局、問題はなかった))DCサーボ基板(以下、サーボ基板)を使うか迷っていた。サーボ基板はアンプ基板の下部に(子ボードとして)取り付けるため、その有無でアンプ基板の高さが変わる。すると、ヒートシンクの高さも変わってしまって、サーボ基板の着脱時に調整が必要で面倒になる。
      • → それで、アンプ基板を上下逆に設置することにした。(→ 配置図) そうすれば、サーボ基板を付けても(全高は高くなるものの)ヒートシンクの高さは変わらない。
      • ただ、結局、ヒートシンクを使わないことにしたので、残念ながら、このエキセントリックwな配置はボツになった。
  4. 試しにコンバータをベースから離そうと、また、熱気が3886に伝わらないように上方に置こうとして、リップルフィルタ(以下、フィルタ)に載せたら、確かに3886はそれほど熱くなくなった。
  5. その配置でなるべく高さを低くしたかったので、フィルタを上下逆に付け、その底板※を外してできた窪みにコンバータを少し浮かせて設置することにした。
    • ※底板は鉄製で、アンプに使っているコイル(写真中央少し上の茶色い丸い物2個)に影響を及ぼしそうなので、外した。ただ、コンバータのケースも鉄製なので、実際には意味はなさそうだ。 → その後、コンバータのケースは真鍮製であることが分かったので、意味はあったかも知れない。
      • それに、シミュレーション例によれば、数cm離れていれば影響はなさそうな感じ(あくまでも、アナログ的な直感)だった。
      • こうしたくなったのは、3886をベースに押し付ける板(以下、押え板)を鉄製の部品(PCのスロットカバー)で作ったら、途端に耳閉感が起こったからだ。
        • 良く調べたら、押さえ板がコイルの真下にあって接触すらしていたので、全然良くなさそうだった。
          • → 押え板をプラ(PCのドライブベイのレールと結束バンド)で作り直した
      • これが、良く言われている(が、僕は信じて居なかった)、「鉄(磁性体)は音を悪くする」の原因・実例なのかと実感した。
        • ところが、今調べてみると、鋳鉄製のインシュレータなんてのが(もちろん「音にいい」という主張なのだろう)売られていたりして、謎は多いwww
      • 書いたあとで気になったが、コイルの近くにはスピーカー端子もある。材質を調べても分からなかったが、試しに磁石を近付けても付かないようなので、磁性体ではなさそうだ。色や柔らかさから、真鍮だろうか?
      • 写真を見ていて思い出した。この配置の時は、コンバータをベースの下側に取り付けていて、それもコイルの近く(写真の押え板の左辺り)だったから、コンバータのケースの影響もあって、かなり ひどかったのではないか。 ← コンバータのケースは真鍮製なので、音への影響はなかった(ただし、熱の影響はあった)。
    • この工夫には余り効果はなさそうなものの、とりあえずコンバータの置き場所ができたのがメリットである。
  6. 更に、コンバータが熱く(50℃前後)なって なんとなく嫌なので、缶(保存用ビスコ)の蓋(アルミ製)で作った放熱板を付けたところ、若干冷えた。
    • メーカーに聞いたところ、コンバータの使用温度の上限は85℃で、部品には充分なマージンを確保しているとのことで、寿命が短くなる心配は全くないのだが、気分的に少しでも冷やしたいと思った。
    • コンバータとフィルタのメーカーのコーセルには何度か質問しているが、個人の素人にも関わらず いつもちゃんと教えて下さって、とてもありがたい。
    • 放熱板はアルミのような物なら何でもいい訳ではないようで、薄いと放熱効率が悪いのか、アルミ箔では温度が下がらなかった。
    • 放熱板の効果を確認後、接触面に熱伝導グリスを塗布してみたが、あまり効果はなかった。放熱板が平坦でないためか。
      • あと、コンバータの表面に製品ラベル(PP?)が貼ってあるので、その上にグリスを塗っても無意味なのかも知れない。
    • なお、3886に使えなかったヒートシンクを使おうとも思ったが、ケース内に充分なスペースがないのとベースに熱を伝えたくないので見送った。
  7. 更に温度を観察していると、部屋の微妙な気流(エアコンや扇風機やドアの開閉)にも影響されることが分かった。
    • 結構前から置き場所にしたいと思って居た、スピーカーの下(台の重しの上)には風が来ないらしく、温度が高目だった。 (PCをスピーカーと垂直に設置していて、下記のPCの風が当たるようにする前)
  8. それから、カバー天面には埃よけを付けて塞ぐことにしているのだが、いろいろ試したら、コンバータの放熱板の上さえ開けていれば、他を全部閉じてもそれほど熱くならないことが分かった。
    • ただ、放熱には材質や厚さが関係しているようで、クリアフォルダー(PP?)はピシっとしていいのだが、熱が篭って駄目だった。薄いビニルが良かった。
    • → スーパーでもらえる、水物を入れる薄い袋(PE?)を切って貼っている。
  9. 天面を塞ぐのに矛盾しているが、やっぱり少しでも冷やしたいと思い、上記の気流の件から、PCの後ろ側に置いて ケースファンの排気(「廃気」?)に当てて冷やすことを思い付いた。
    • 排気の温度を測ったら全然熱くないので(高負荷時は不明)、使えそうだった。
    • BA3886をスピーカー台の重しの上に載せると(かつ、PCをスピーカーと平行に設置した場合)丁度ケースファンの排気が当たりそうなので試したところ、まあまあ冷える(例: 無風-0.9℃, 室温+17.3℃)ことが分かった。
      • この時、置き方が重要で、アンプ基板が風に平行になるように置かないと冷えないことが分かった(→ 参照: 配置図)。垂直(対面)だと風が通らず、熱気が排除されにくいのだろう。
      • 冷え方はファンの回転数にかなり依存する。回転数はHDD温度に比例するように制御しているので、HDDの負荷はもちろん、間接的に室温にも比例することが期待できる。ただ、何かしら風があれば温度が下がるので、それで充分だ。
      • なお、コンバータの温度は風の有無には余り影響されず、例えば室温+23.5℃前後だった。
    • 風を当てたら当てたで生まれる余計な心配は、風で埃が飛んで横から入って溜まらないかである。が、それは様子を見て対処することにした。

 

というところで、熱にも なかなか苦労したが、とりあえずは落ち着いた状態だ。

こうして試行錯誤してみると、特にスマフォなど小さい製品を作るメーカーの方の苦労の かけらが分かった気がする。部品を詰め込んで小さくすると同時に、雑音も熱も対策しないといけない、もちろん性能も上げないといけないのだから、全く大変だ。

僕は特に詰め込んで小さくする必要はなかったのだが、例によって酔狂で挑戦したwww

この件で残って居るのは、暫定的にダクトテープで貼っている放熱板を「ちゃんと」取り付ける(マジックテープを考えて居る)ことと、フィルタの中身が底部に押し付けられて力が掛からないようにする(ゴムスポンジなどを敷くことを考えて居る)作業程度だ。

 

それから、全体としても大分進んだ。あとは正式な特性・性能の測定・評価や部品をベース・ケースにちゃんと取り付けるとかコードの長さを調整するなどの細かいことが残って居る程度だ。(この先は長くないと信じてw)大体1か月掛かったか。

 

なお、題では「次期アンプ作り」だが、BA3886は もうすっかり「現行」になっており、今までのアンプは単なる「電源中継コネクタ」に成り下がっている。音と特性の良し悪しについては「ちゃんと」比較する必要があるが、とりあえずは問題なく聴けているし、印象としてはこっちのほうがずっといい。

聴いていると、例によって、「初めて聞く音」が何度も出るのだが、それはきっと、別のことだと思う。

 

PS. スピーカー端子の材質について調べていたら、あるブログに興味深い記述があった。そういうのに一番いい材料は銀や銅で、ポピュラーな真鍮はそれらより数倍導電率が低いので駄目だとのこと。「へえ」と思って調べたら、正しかった。Wikipedia: 「電気抵抗率の比較」によれば、それらの電気抵抗率(Ω・m)は

  • 銀: 1.59 ×10-8
  • 銅: 1.68 ×10-8
  • 黄銅(真鍮): 5.00〜7.00 ×10-8

で、確かに真鍮の抵抗は銅の約3倍である。が、「逆の目糞鼻糞」である。どちらもものすごく小さい。10 nΩ・mのオーダーで、オーディオ機器で使う量で抵抗値の違いは大きくない。仮に音質が抵抗率に比例するのなら、真鍮には音を悪くする「何か」が数倍多いのだろうが、果たしてそういうこと・物はあるのか。僕は違いが分からないのだが、銅線中の酸素の量や結晶の方向みたいなものか。

更に、もっとおもしろいことは、他の電子機器同様、オーディオ機器でも部品や線の接続に多用されている半田は、鉛(今は鉛フリーなので、例えば銀や銅になっているようだ)と錫の合金であるが、それらの電気抵抗率(Ω・m)は

  • 錫: 1.09 ×10-7
  • 鉛: 2.20 ×10-7

と、銅や真鍮などに比べて1桁大きいことだ。鉛フリー半田なら鉛は関係ないが、錫の影響は多大なはずで、金メッキは音が柔らかくなってしまい、ニッケルメッキは抵抗が大きくて駄目だというほど鋭敏な耳の持ち主であれば、錫なんて通したら、きっととてつもなく軟弱な音がしてクラクラしてしまいそうだが、それは許せるのだろうか??

やっぱり、そういう方は半田付けなどという邪悪な手法は使わず、溶接とか銀ろう付け(← 実は純銀ではないようだ)しているのかも知れないな。すごいことだwww

更に言えば、そもそも、半導体に使われるシリコンなんて とんでもなく抵抗率が大きい(3.97 ×103 Ω・m)※うえにわざわざ不純物を含ませてすらいるから、そういうのはHi-Fi再生には全く向かないのではないだろうか。だから真空管?* 是非、教えて欲しい。

※ゲルマニウムはちょっと良い(6.90 ×10-1 Ω・m)。ガリウムやヒ素は随分良いが、それでも錫レベルだ。

*仮に真空管自体は音がいいとして(ただ、電極の材質の音がモロに出そうだが、それはどうなのかという疑問はある)、真空管アンプに使われるトランスにはとんでもない長さの銅線が使われており、それこそ電気抵抗率が効いて音が劣化しそうだが、それは問題ないのだろうか?

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先日 過大入力で壊れた、PCのサウンドカード(ASUS Essence STX II))の入力部(ADC)。なかなか諦め切れず、思い付いたことをちょっと試したらうまく行きそうだったので やってみたら、予想以上にうまく行った。

なぜ諦め切れなかったかというと、入力の制御(設定)は全然できないものの、入力信号のレベルが完全に0でなくふらついているため、ADCは壊れておらず、その前のオペアンプが駄目になっただけだと思われるからだ。それなら、そのオペアンプを交換すれば直るはずだ。

実際に、基板上のADCやオペアンプのピンを触ったら雑音(主に50Hz)が入力できたので、ADCは生きていそうなことが確認できた。

基板を見て信号経路を想像しているうちに、オペアンプは2種類(4580(写真: 白いテープの上の黒い四角2個)と5532(写真: 中央辺りの縦に2個並んだ金と銀の丸の右の黒い四角2個))使われており、壊れたのは入力ジャックに近いことから初段と思われる4580と推測した。が、それはピッチが狭い(1.27mm)EMP8というパッケージ(サイズ: 約5x3.9mm)で、交換はなかなか手強そうだった。このサウンドカードに添付されていたオペアンプを使うことも検討したが、DIPという大きいサイズなので それを使うのも難しい。

それから簡単な回路図を描き起こしたら、正しいかは分からないが、このボードは差動入力にも対応可能なようで、もったいないことに※入力がGNDに直結された-入力側にもオペアンプ(4580の1/2)が使われていることが分かった。

※このオペアンプは ただ"0"を出しているだけなのだ。

それで、4580が壊れたのなら、そのあとに信号を入れればADCに入力できるはずで、試したら本当にできた

これは運が良くて、4580の出力のあとにカップリングコンデンサがあったので、(パターンカットなどせずに)手軽に その出力側(= 5532の入力側)に信号を入れられたからである。

予想どおり、壊れたのは初段だけで、それ以降のADCなどは無傷だった(ただ、どうしてか制御系もおかしくなっているが・・・)。

更に予想・期待したのは、壊れたのは+入力側(オペアンプ4580の半分)だけで、もう半分(入力がGNDに直結された-入力側)は生きている可能性があることだ。それなら、壊れた+入力側を使わないようにし、代わりに-入力側に信号を入れ、元の+入力側の出力の代わりにGNDを繋げば、極性は逆になるものの、ADCに信号が入れられると考えた

やってみたら、細かくて苦労したり間違いもあったが、なんとかできて、ちゃんと入力できるようになった!

壊れたICの同じダイ上にある別の部分(半分)が生きているというのは、なかなか運のいいことだ。入ったのが雷とか100Vではないので、ダイ全体が破壊された訳ではないからだろう。

もうひとつ幸運だったのは、入力切り替え用リレーがデフォルト状態でライン入力側になっていたことだ。もしこれが開放や もう一個の入力(フロントパネルのマイク)側だったら、リレーもいじらないといけなかった。

修理はほとんど改造で、オペアンプの脚を切って持ち上げて線を繋ぐなど、大変エグい(「魔修理」?w)。細かくて脚にしっかり半田付けするのが困難だったので、強度や耐久性には不安がある。

4580のピン3本を(半田が剥がせなかったので)切って持ち上げ、1本(壊れていない半分の入力端子: 元のGND→-入力)に信号入力を繋いだ。残り(壊れた半分: 元の+側の入力と出力)は入力信号に影響を与えないように持ち上げた。本来は入力をGNDに落として安定させたかったのだが、切って脚がほとんど残らなかったので面倒になって止めた。まあ、壊れている部分だから よもや発振はしないと思う。

謎なのは、新たに-入力側になったほうの、GNDに接続したカップリングコンデンサを直結すると(: 右端の×の部分)、大きな雑音が出ることだった。差動入力の関係なのか、僕には良く分からない。元からそうなのだが、絶縁する以外にGNDからの入力?にもカップリングコンデンサを入れる意味が分からない。差動入力なので同相の雑音が除去されるが、直結するとそうでなくなるということだろうか。

ただ、+側もそうだが、このコンデンサが、時々測定値が変になることに関係している気がした。あと、電解コンデンサなので入力した音は悪そうだ。

特性を測ってみると(やっぱり、極性は逆になった)、(疲れたので詳しくは見ていないが、)大丈夫そうだ。振幅は真っ平だし、位相は見慣れた形だし、歪みも悪くない。

 

さすがに疲れたが、今回もうまく行って気分はいい。近頃は「ハード屋さんかな?」という稿を書こうとするくらい(あとで書く予定)、(仕方なくw)ハードもいろいろやっている。全部うまく行っている訳ではないが、半分前後は思ったとおりになっている。でも、半田付けは好きでない※から、そういうのがないものをメインにしたい。が、そういう楽なものはほとんどない。

※火事の危険があるから神経を遣うし、うっかりすると火傷するし、半田に含まれる鉛の蒸気を吸うと、あるいは、手などを経由して体内に入ると絶対に身体に悪いと思うからだ。ただ、世の中で随分多くの人が未だに鉛フリーでない半田を使っていると思うけど、その害について聞かないということは、半田を溶かした時に出る煙ほど多くは蒸発していないのか、それほど毒性が高くないのかと想像する。

でも、やっぱり嫌だ。子どもの頃は無頓着に使いまくっていたが、その害がないのが不思議だ(いや、実は充分にあったりしてwww)。

→ いかに半田付けが嫌なものかについての素晴らしい「あるある」。 (3/21 8:52)

 

(3/21 5:29, 9:49 少し加筆・補足・修正)

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ご安心を。壊れたのは作っているアンプじゃなくて、PCのサウンドカード(ASUS Essence STX II)ですw アンプの特性を測っていたら、過大入力したらしく、突然「カチッ」というリレーの音がしたあとは入力できなくなっていました。正確には、入力がふらふらと雑音だけになってしまいました。

ただ、その少し前も振幅が小さくて、そもそも寿命だったのかも知れません。振幅が小さいから、アッテネータは要らなかったかと思って直結したら、壊れてしまいました。

以前、電源の雑音を測定した時に、「(過大入力したら)初段が壊れるかも」と書いたにも関わらず、このありさまです(悪いことに、初段どころかADCが壊れた様子)。幸運なのは、出力は問題なくできるので、音楽は聴けることです。

あ、でも、今気付きましたが、初段のオペアンプ(あれば)だけが壊れた可能性もありそうなので、また見てみます。

不思議なのは、壊れたあとで試しに再起動したら、入力自体ができないような構成になっていることです。推測では、サウンドカードが起動時に内部的にADCをチェックしても応答がないとかおかしい応答だから、入力系がないものとしてOSに状況を伝えているのではないかと思います。

ちなみに、ライブメディアのLinuxで試しても同じなので、サウンドカード関連の設定などの問題ではなく、本当にサウンドカードが壊れているようです。

仕方ないので、今はスピーカーの特性測定用のScarlett Soloを使っていますが、今ひとつ挙動不審なところがあって信頼できないので、サウンドカードを直したいです。が、ADCが吹っ飛んだとして交換するとして、チップ自体は3千円ちょっとで買えるとしても、交換する時にサウンドカード全体を壊したり、ADC以外が壊れている可能性もあるので、得策ではないでしょう。

なかなか難儀です。

 

それから、ライブメディアを試す時にDVD-RWに書き込もうとしたら、光ドライブが壊れていて書き込めず、笑いました。交換してから今までに数えるほどしか使ったことがないのに、もう壊れますか・・・

 

(最初の文章をひきずって、全部丁寧な書き方になりました。まあ、たまにはいいかと)

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次期アンプBA3886は、中身はもちろん、外見も大分 形になって来た。いろいろ苦労したが、今のところはプロトタイプとして出来上がりつつある。

さまざまな偶然があって、外見は なかなかいい感じになった(予想を超えたので、思わず吹き出すくらいだw)。底部は、最初から使っていたバッファローの古いルーターのケース※の片割れ(深さがある)を魔(?)改造して入出力端子や電源スイッチを取り付けた。その上にベース(アルミ製放熱板, 2.5→3.5インチ ドライブアダプタ)に載せたアンプ部・電源部を載せ、その上に蓋(カバー)を被せた。

※このケースに特に思い入れはなかったのだが、丁度いいサイズ(14x14cm)なのと、プラスティックで加工しやすいので、使い続けることになった。

カバーは、100円ショップを物色中にひらめくものがあって、植木鉢の底に敷く網(鉢底ネット)で作った(今は習作なので仮止め状態)。大して工夫しなかったのだが、予想外にいい感じになった。遠目で見ると金属メッシュに入った真空管アンプに見えそうだ(その演出のため、電源ランプには ちょっと手間を掛けた)。なお、細かいことだが、高さを あと5mmくらい低くしたい。 → できた。結束バンドで網を固定した。 (3/19 10:17)

この網は加工が楽なうえに意外に丈夫で なかなかいいのだが、臭いのが欠点だ。なぜか半田の臭いがする。結構強くて目が痛むほどだ。洗っても余り減らないようだ。「半田」と書いたが、正確には半田のフラックス(付きを良くするための薬剤)の臭いなのだろうが、似たような成分が入っているのだろうか?

他にも案はあったが、色や通気性や大きさが悪くて却下した。それ以前の案では、クリアフォルダーで蓋を作ってMac mini的になったのだが、通気性が悪くて温度が上がったのでボツにした。

調べたら、昔はMac mini風のドライブケースが売っていて、それを使いたかった※のだが、もう売ってないし放熱性(通気性)が悪いので止めた。

※既に似たようなことをされた方が居た。

 

なお、通気性に関しては、良いほうがアンプIC LM3886の温度が上がらないからいいのだが、天面を開けると中に埃が入るので なるべく閉じたい。それで、温度が上がり過ぎない範囲で今の蓋の天面を塞ぎたいと思っている。が、難しそうなので、代替案として、広目の板(具体的にはスピーカーの台の天板)の直下に置く(ぶら下げる?)手も考えて居る。

 

ついでに電源の話を少し。電源はやっぱり重要で、どういう訳か、電源が違うと歪みの出方が違うことが分かった。負荷への応答性なのだろうか。手持ちの中では、SAYAのアンプの電源が一番良かった(小・中出力での歪みが少なかった)ので、とりあえず使っている。ただ、合うDCジャックを持っていないし、買うにしても何がいいか不明なので(通す電力が大きいため、ちゃんと合っていないと接触不良になるようだ)、アンプの中のジャックの端子から電源を引っ張り出すという荒業を採ったw

そういう点でも、BA3886はプロトタイプ的なことばかりだ。

 

今日は とりあえずここまで。

 

(3/19 5:34 画像を追加、キャプションをわずかに変更; 10:17 微調整後の写真を追加、加筆)

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次期アンプBA3886は話題に事欠かず、ここに書き切ることができないw 詳細に書きたいが、書いたら疲れてしまって、BA3886に掛ける時間がなくなってしまう。まあ、今までのように ぽつぽつとベストエフォート()で書きたい。

BA3886の中心となるIC、LM3886は放熱が必要で、データシートには出力や周囲温度などに応じて必要なヒートシンクの熱抵抗が書いてある。それに対応するものを用意すればいいだけだ。が、そう簡単には行かない。熱抵抗が書いてないものが結構あるし、そもそも手持ちのもので済ませたいが、そんな物の正しい熱抵抗が分かる訳もない。

今使おうとしているのは、2.5インチSSDの3.5インチへの変換マウンタだ。友人にもらったADataのSSDのアルミ製のものだ。事前の見積りでは「何となく」間に合いそうな気がしていたが、確証がないので、実際に使って確認したい。

確認するには、アンプIC(LM3886)の温度を測る必要があるが、手持ちにはそういう温度計はない。正確には、外気温を測っているものはあるが、取り外すのが面倒だ。

そこで作ったwww

(疲れと あとが詰まっているためw、以下の文章は更に簡略化します)

湿度計が駄目になったタニタの温湿度計から温度センサを取り出して、コードで延長した。それをLM3886(2個あるので片方)に貼り付けたら、なかなかうまく温度が測定できた。まあ、いろいろな誤差はあるが、変化は分かるから、当てずっぽうとか指の感覚などよりはずっといい。そして、コードは普通のミニプラグ・ジャックのコードで繋げるようにしたので、多少は自由に延長できて、他にも使えそうだ。

不器用ながらも、近頃は熱収縮チューブなどを活用して、コードやセンサの保護をするようになった。結構な進歩だw

そして、以前から試そうと思って居たのだが、LM3886をベース・放熱板に付ける際に熱伝導グリスを塗ったら どのくらい効果があるか試した。すると、効果はあったもののそれほど大きくなく、使わない場合より1-2℃下がった程度だった。

なお、LM3886の温度は結構ダイナミックに変わる。当然ながら、パワーを出すと熱くなるが、何もしなくても上がることがある。発振しているのか、気にはなっている。今までに見た最高温は、特性測定の時に超低音(20Hz)を大出力(約10W)で出しっぱなしにして忘れて居た時の48.3℃(室温: 23℃)である。負荷抵抗も熱くなっていた。小さいアンプでもそれなりにパワーが出るから、油断したら危ない。まあ、充分かは分からないが、それなりに冷えることは分かったし、電源の負荷試験にもなった。

(3/14 13時 追記) 電源の話が出たのでついでに書くが、BA3886の消費電力は、アイドル(無音)時でも約6Wで結構多い。この点でも、発振していないか気になっている。ただ、元電源とDC-DCコンバータのオーバヘッドがあるので、それらを20%ずつとすれば、アンプ単体では約4.2Wとなり、(これもいいか悪いか分からないが、)まあまあか。

音を出した場合、(電源容量の上限になって)出力が飽和しない(超低音で飽和する)上限の音量・出力だと、片チャネルで約23Wという値が出た(この時の出力は約10W)。電源を生成しているDC-DCコンバータの出力は30Wなので、両チャネルで最大音量(とてもじゃないが、スピーカーでは出せないw)を出した場合には、コンバータと元電源のオーバヘッドを考慮すると40W台前半になるのではと想像している。

 

オーディオアンプを作っているはずなのだが、車の水温計やPCのCPUのクーラーへの取り付けみたいなことをしたw

たまたまだが、温度計が丸いところが、往年の車の「6連メーター」みたいな雰囲気があって、結構気に入っている。

そういえば、昔使って居たマランツのアンプにも温度計(針式)が付いていたのを思い出した。トランジスタだかの温度を表示していた。冷えていると音が悪いからだったか。

 

(3/14 12:35 わずかに加筆; 3/14 12:49 構成を調整)

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今日の夕方に、とりあえず、次期アンプBA3886本体が一通り出来て、詳しい測定はしたいのだが、どうにも音が聴きたくて聴いている。本体だけは出来上がったので、早速今までのアンプと置き換えて試している。

それにしても この外見。冷静(今は酔っているがw)に見ると、「は? 何これ?」だ。とてもじゃないが、オーディオアンプには見えない。キカイダーの中身みたいだ。でも、ドクの作ったタイムマシン(特に、1955年に修理した版)に通じるものはあるかもね^^

ひとまず出来上がった、BA3886本体

全部出来てから音を聴いた最初の感想は、「なぜか、確かに今までのアンプとなんか音が違う」だ。それが何によるのか、いいのか悪いのか分からないが、特性の測定とか別の用事よりも「なんか聴きたい」気分にさせて、「もう一曲」を繰り返して数曲聴き続けさせたということは、悪くない可能性が高い。

ちなみに、物理特性は、振幅や位相は全く問題なく、歪みは今までのアンプの1/10くらいで小さい(まだ詳しく確認していなので暫定値)が、それが音の違いに関係しているのかは不明。

 

参考までに、BA3886の音を聴いて今までに思ったことを列挙する。

  • 両チャネルが出来たら、片チャネルの時より音が変わった感じは減った。両耳になったせいか? ただ、音はやっぱり違う。
  • "Waiting for a Girl like You": 高域がクリア? わずかな圧迫感は疲れ? ただ、聴いていて、今までより身体(例: 脚)が疲れない感じがする。
    • ↑ これ、自分でもおかしな言い方だけど、筋肉が疲れない(もっと普通に書くと「くつろげる」とか「癒やされる」※)音ってあると思う。
      • ※誤解されないように書くが、このアンプは決してマイルドなんかでなく、僕の好きなストレート系、グサっと来る系である。
  • "Come Together": なんか違う。多分いい方に。多分、より忠実な音になったのではないか?
  • "Something": 低音が違う。ダンピングファクターがいいせいか? 最後の方のベースがはっきり聞こえた。
  • "Polythene Pam": 右のアコースティックギターがリアル。
  • "Across The Universe": 若干の圧迫感。

上にも書いたように、いいことばかりでもなく、やっぱり圧迫感があることがある。ただ、それが疲れや耳の調子によるのか、アンプの音によるのかは分からない。

 

他にいろいろ書くことはあるが、今回もとりあえずここまでで。

 

おまけ

我ながら すごいと思っている、1点アースの図。一体何本繋がっていることやら・・・ これが本当に効果あるのかは分からんがw、一応やってみた。

1点アースがすごい状態。

細かい話だが、下のベース兼放熱板(2.5インチドライブ→3.5インチアダプタ)の青い塗装がちゃんとしているので、(見た目からの想像に反して)このアースはまだベースには繋がっていない。塗装を剥がす必要がある。

ただ、ベースに繋げたとしても、それで何かいいことがあるかというと、ない気はする。良く分からないが、とりあえず どこか1点でGND線が繋がっていることが重要そうだ。

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(無理に こじつけなくてもいいのだが・・・)

昨日、BA3886のアンプ部を片チャネル分だけ組んで、やっぱりちょっと失敗したり いくつか謎はあるものの、何とか一発で音が出た。写真は(壊れてもいいように)テスト用の小型スピーカーだが、「本物」でもちゃんと鳴った。

BA3886で最初に音が出た時

歪みは今のアンプよりずっといいので、それだけでも作ったのは無駄ではなかったようだ。早く残りを作って交換したい。

(とりあえず、今はここまで。)

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注文していた部品類が揃ったので※、昨日、電源部を作った。この部分は僕のオリジナルだ。まあ、買って来た部品を繋げるだけの「簡単なお仕事」wではあるが、それなりに試行錯誤して検討・設計した。構成はの上半分を参照のこと。

※一番最後に届いた電源部の部品は、当初、納期が一週間とのことで随分先だと思っていたら、実際には2日くらいで届き、なかなか嬉しかった。「見掛けによらず できる子じゃん」て感じだったw

電源部は、外部の直流電源(ACアダプタのような、単一出力のスイッチング電源を想定。「元電源」と呼ぶ)から、DC-DCコンバータでアンプに使う電源(±15V)を生成する。また、DC-DCコンバータのあとにリップルフィルタを入れて、生成した電源に含まれる雑音を除去する。その仕様は以下のとおりである。

  • 入力(元電源): DC 10-35V, 約35W以上 (約1(35V時)-3.5(10V時)A以上)
  • 出力: DC ±15V, 最大1A (30W)

例によっていくつか想定外のことがあったものの、大きな問題はなく※、まあサクっと動いた。

※ただし、その前の準備作業で思わぬ失敗をして、アンプ部の部品(DCサーボ基板と繋ぐコネクタ)を一個壊してしまった。何とか補修したが、どうにも安定性に不安があって気に入らないので、(これを書いている時に)別のうまい方法を考えた。それについてはアンプ部の作成の稿(予定)で書く。

以下に経過を書く。例によって箇条書きで済ませる。

  1. 元電源選び
    • 入力の電圧範囲が広いため、動作確認や当面使うのには手持ちのいくつかの電源装置のどれかが使えそうだ。ただ、なるべく雑音の少ないものを使いたいので、電源に含まれる雑音を測って比べてみたら、意外な結果になった。
    • 以下の電源の出力の可聴帯域(20Hz-20kHz)の雑音をPCで測定して比べた。
      • TDK スイッチング電源: EAK 12-1R3: 12V, 1.3A: 昔買ったもの。
      • Fineness power ACアダプタ: 型番不明: 12V, 2A他: NovacのUSB-SATAインタフェース つなが〜るKIT(NV-TW130U)の電源
      • パナソニック ACアダプタ: CF-AA6372B: 16V, 3.75A: ノートPC Let's noteの電源
      • Enermax ATX電源: EES500AWT II: 12V, 24Ax2他: 以前PCで使っていたもの。
      • LITE-ON ACアダプタ: PA-1900-32: 19V, 4.74A: 小型PC Vision-HTの電源
      • SAYA ACアダプタ: 型番不明: 24V, 2.7A: 今使っているアンプの電源
      • サイズ ATX電源: SPGT4-500P: 12V, 37.5A他: 今のPCの電源
      • バッファロー ACアダプタ: WA-12M12FU: 12V, 1A: イマイチだったルータの電源
    • 測定の際、電源の出力をそのままPCに入れると電圧がオーバーするので、抵抗で1/11(1kΩと10kΩを使用)に分圧し、上限の2.8V(2Vrms)以下になるようにした。
      • 実際には直流はカットされるから分圧しなくても良かったのかも知れないが、サウンドカードの入力段が壊れる可能性がある。: 今思えば、入力の前に適当なコンデンサやHPFを入れて直流をカットしたほうが、更に正しい結果が得られたかも知れないが、周波数領域での分析なので理論的には関係ないはずだ(が、サウンドカードの初段のつくりによる)。
        • それに、HPFなどを入れると超低域の雑音が測定できなくなってしまう。
    • 主な結果を以下に示す。
      • 電源出力の雑音の点で一番良かったのはTDKとFineness power(以下Fineness)だった(→ グラフ: 緑: TDK, 紫: Fineness)。大容量ならSAYAかEnermax(→ グラフ: 青: SAYA, オレンジ: Enermax)だ。
        • Fineness powerは型番がなく、検索しても出て来なくて全く謎なのだが、なぜか電源の質はいいようだ。そういうこともあるのだろうか?
        • ↑更に、ラベルに書かれているJETの番号で調べたら、"shen zhen feitianying electronic factory"のF1205-20-4Pという型番のものと同じ(最後の"4P"が"6P"でコネクタが違うものもあるし、"Fly power"という名前のものもある。その場合の型番は"SPP34-12.0/5.0-2500")感じだが、会社名からして不審だ。謎は深い・・・
      • SAYAは音にこだわっている割には、180Hzとその高調波の雑音が大きく、アンプ内のフィルタで除去しているのだろうが感心しない。しかも、TDKに負けるのはともかく、得体の知れないFinenessにすら中低域で負けているのもおかしい(→ グラフ: 青: SAYA, Fineness(紫))。
        • とはいえ、グラフのフルスケールは約123dBなので、雑音が多いところでも88dB程度(@180Hz)のダイナミックレンジはあるから、僕的には問題ない。が、Finenessは98dB程度(@50Hz)だから、やっぱり(何回目かの)「どうよ?」な気はする。
      • パナは一流企業なので()電源も質がいいかと期待したが、予想外にひどかった(→ グラフ: 赤)。Enermaxはちょっと雑音が多いが(→ グラフ: オレンジ)、LITE-ON(→ グラフ: 紫)よりは(もちろんパナよりも)いい。
        • まあ、PCの電源に雑音の少なさを求めるのは、八百屋で魚を求めるようなものなのかも知れない。デジタル回路なら、一定量以下の雑音があっても まず動作には関係ないし(それがデジタルだ)、デジタル回路自体が雑音を発生させるので。
      • サイズ(ATX電源)は稼働中のPCに繋げて測ったせいか、かなり雑音が多かった。だから、仮にアンプをPCの中に入れるにしても、PCの電源を使うのは得策ではなさそうだ。バッファローも かなりひどかった。 (これらのグラフは省略した)
    • それで、Fineness powerの出力は、丁度、BA3886に合うPCのペリフェラルコネクタ(4ピン)なので、定格には容量が不足しているけど、動作確認や通常の使用には十分と思われるので、当面使うことにした。
      • それの「本体」のつなが〜るKITは時代遅れになってしまって(「2TBの壁」に非対応)、使えるドライブがほとんどなく、どうしようかと思って居たのも丁度いい。
    • なお、電源の雑音は時間領域(通常の波形)で見ることが多いが、それだと「(スイッチング電源は)ギザギザしてて(やっぱり)イカン」程度で、実害やひどさや周波数分布が良く分からないから※、この測定のように周波数領域で見たほうがいいのではないかと思う。
      • ※例えば、確かに波形を拡大すればギザギザして見えるかも知れないが、重要なのは本来の音の振幅との比ではないか?
        • あるいは、雑音の量が少ないように見えても、雑音が特定の周波数やその高調波に集中していたら良くないだろう。そういうのは波形では分からないだろう。
        • そういう論法は、良く見るデジタル音のビット数とかサンプリング周波数に関する詭弁(例: 「波形が階段状になっている(から音質が悪い)」)に似ている。
          • 言っとくけど、デジタルだったら何でも、途中の波形は階段状になっている(それがデジタルだ)。それを最後にフィルタを通して、(アナログの)音にするのだ。
          • 確かに、何でも上限の決まった正弦波で表していいのかという議論はあるが、階段状になっていること自体に問題はない。
  2. 作成(実装他)
    • あらかじめ、届いた部品の動作確認などをしてから組み立てた。
    • そういう時に使うミノムシクリップ付きコードに接触の悪いものがあり(3本目)、時々変な値が出たり謎の現象が起こって、訳が分からず時間や労力を無駄にした。
      • 昔自分で作ったもので、まさに「身から出た錆」だがw、直すのも面倒なので、使えるコードが減る一方でなかなか困る。
    • 元電源の接続に使うコードを作り電源基板を作り、基板に電源スイッチ、元電源、DC-DCコンバータ(入力)、電源ランプを接続した。また、DC-DCコンバータの出力とリップルフィルタを接続した。
      • 電源スイッチは昔、何か(車にCDを繋げた?)に使うのに作った物が捨てずにあったので、とりあえずそれをそのまま使い、今回は中に電源ランプを入れた。
      • 電源基板と言っても大したものではなく、スイッチとランプの接続端子、元電源の逆接続保護回路、電源ランプ(LED)用抵抗が載る程度だ。
      • 逆接続保護回路はDC-DCアダプタの説明書にならい、ショットキーバリアダイオードとリセッタブルヒューズ(ポリスイッチ)で作った。
      • LEDは30V(±15V)で光らせるため、事前の検討・試行で10k-20kΩにすることにしたのだが、今確認したら5Vで明るさ決めをした時に使った3.3kΩが付いていて、想定より小さいので慌てているw (下手したら壊れていた・・・) (2/7 昼)
        • → 抵抗値を再調整し、6.8kΩにした(これくらいの差なら、壊れることはなかった)。昼なので明る目になっているのかも知れない。
        • こうやって まとめを書くのは、結構意味があるな^^
      • なお、電源ランプの端子は+と-の色分けがないので、間違って逆に接続した時にLEDが壊れないように、逆接続保護用のダイオードを追加した。
    • 数少なかった想定外のことは、以下である。
      • 事前確認の時に分かったことだが、Finenessの出力コネクタにはGNDが1本しかなく、12Vの隣のGNDピンはないので、それしか使っていないと電圧が取れない。 → GND2本を繋げて、どちらでもいいようにした。
        • 本来は、12Vの隣が12VのGNDということではないのだろうか? PCはどっちも同じ?
      • スイッチとランプ用端子の脚が太くて基板の穴に入らなかった・・・ → ヤスリで削った
      • 同様に、端子自体が大きくて、角が基板固定ネジに当たるので、削った
      • 電源ランプのLEDが予想以上に小さかった。2mm角くらいかと思って居たら、1mm角以下の感じで、ほとんど見えない。そのため、付属のリード線も細い。これでは下手するとちぎれてなくなりそうだ・・・
        • なお、ランプの色を(赤でも緑でも黄色でも青でも白でもピンクでもなくw、)アンバーにしたかったので、手頃なものでは「オレンジ」が近いかと思ってこれを選んだが、まあまあかな。
          • もう少し赤が強いといいのか。まあ、これはこれで、昔のアイロンのランプ(ネオン? → これ?)みたいでいいや^^
      • リップルフィルタ接続用のハーネスは、仕方がないのだが、入出力用と正負電源端子用を共用しているので、コードの色が黒で負電源の出力、赤でGNDだったりする。まあ、電位の高低は間違っていないが、黒はGNDのイメージなので間違えやすい気がしたので、コネクタに付いているコードを入れ替えて、負電源側は赤、GNDは黒にした
        • 本来は負電源側は青などにして欲しいが、高くなるんだろうな・・・
  3. 動作確認・雑音測定
    • 作業の区切りの都度動作確認を行って問題があれば修正し、できてから動作確認をして、問題なく動作したのでホッとした。
    • それから この電源部での雑音を測定した。元電源はFinenessの他にEnermaxでも試した。また、リップルフィルタの効果を調べるため、フィルタをバイパスした場合も測定した。更に、フィルタのFG(ケース)をGNDに接続する効果も調べるため、非接続の場合も測定した。
      • なお、電源の雑音は時間領域(通常の波形)で見ることが多いが、それだと「(スイッチング電源は)ギザギザしてて(やっぱり)イカン」程度で、実害やひどさが良く分からないから、上のグラフのように周波数領域で見たほうがいいのではないかと思う。
    • すると、基本的には元電源の雑音量に依存するが、フィルタを入れると2kHz以上の雑音が少し(5dB前後)減るようだ。 (→ グラフ: 紺: フィルタなし, 水色: フィルタあり)
    • フィルタの資料の減衰特性のグラフは10kHzからだし、「本製品はスイッチング電源のリップルノイズ減衰専用フィルタで、ライン周波数では減衰を期待できません。」とあるので、可聴帯域での効果が低いのは仕方ない。
      • 僕もそこに期待していたのではなく、高周波のリップルが音に影響する(可能性があるのかないのかは不明)のを防ごうと思って使った。
    • なお、FGをGNDに接続する効果は見られなかった。 (→ グラフ: 水色: FG-GND接続, 紫: 非接続) ただ、この環境では背景雑音と電源の雑音が同じくらいなので、そもそも雑音が少ないから分からないのかも知れないので、一応、接続することにした。
    • 元電源をEnermaxにした場合は、元からの高域の雑音(10kHz辺り)が出る。 (→ グラフ: オレンジ)
    • それから、SAYAの電源(単体)と比べると、中低域(100Hz-1kHz)で勝っているように思われる。 (→ グラフ: 緑: SAYA単体, 水色: BA3886(元電源= Fineness), オレンジ: BA3886(元電源= Enermax))
  4. 仮設置
    • それから、電源部の各部品をベースの上に仮止めして少し綺麗にし、不意に部品が外れてショートするなどのリスクを減らした。

その後・・・

  • 電源基板上の端子の高さが予想外に高くて(約1.3cm)アンプの背が無駄に高くなるので、基板をフィルタの前に移した
    • ただ、これでもフィルタの前に無駄な空間ができて「なんか馬鹿みたい」なので(右側の灰と水色の四角(端子)の上下の白い部分)、もう少し何とかしたい。
      • 実際には、入れるケースによって全く問題なくなる可能性がある(逆に、これのために入らないこともある)ので、その時に調整したい。
      • 今気付いたが、ケースに入れる時に端子を捨てて直付すればいいのか?www
    • この失敗は、配置図を描く時に上からの見た目を中心に考えていたからで、3D CADを駆使すれば防げたのだろうが、さすがにそれはオーバースペックだ。そもそも使ったことがないw
  • 寝ながら、電源に実際に負荷を掛けて挙動やベースの放熱効果を確認したくなったのだが、負荷抵抗に必要な容量(W数)が予想以上に(というか、予想していなかった)大きくて(例: 15W)、しかも、抵抗の値によっては最大出力(30W → ±1A)をオーバーするので、手持ちのもの(8Ω, 10W)では無理なことが分かった。
    • 買うと結構高く付くので、アンプが出来たら手持ちの抵抗を繋げて、出力を絞って(というか、そもそも10Wも出ない予定・設計・見積りだから全く安心このうえないw)正弦波を出して確認することにした。

 

ひとまず、一番重要な電源部ができた。次はアンプ部の組み立てである。今日やろうと思って居たが、眠いし、これを書いて一仕事終わった感wがあるし、作業項目を書き出したら結構あるし、これを書いていて思わぬミスが見つかり 慌てずにやったほうがいいと思うから、明日以降になりそうだ。

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アンプIC LM3886※を使うアンプキットを使った次期アンプを"BA3886"(Butty's amp. using LM3886)*という名前にし、今月から本格的に着手した。以下に今までの経過を書く。例によってちゃんとした文章を書くのが面倒なので、箇条書きで済ませる。

※いつも、"3668"なのか"3886"なのか分からなくなる・・・

*"using"より"powered by"とかがかっこ良かったのかな。あと、さっき検索したら、#BA3886は(余り好きでない)紫色だったw

じゃーん、実はもうできちゃいました。

BA3886の完成図?

なんてことは ないですw 上は、各要素の配置の確認のため、部品の付いていない基板を組んだだけのスカスカなものです。

 

  1.  部品配置を検討した。
    • 何度も検討を重ね(描き直し)て随分コンパクトになった。最新の配置案では基本部分は約10x10cm(2.5→3.5インチドライブアダプタに載せる)に収まる予定だが、果たしてどうだか・・・
  2. 今のアンプの改造の仕上げ(= 手仕舞い)をした。
    • 試行のために配線を変更できるように付けていたICソケットと使わない線を外し、配線を短くした。
      • オフセット補正回路の線も短くした。
    • 内部ジャンパ(ソケットよりは接続をしっかりさせる予定だった)で初段バイパスするかどうかを切り替えられるようにする予定だったが、作業中に関連する線の半田が外れて面倒になったので、初段バイパス固定にした。
      • 従来どおり、ボリュームは入力切り替えスイッチでon/off可。
    • 更に、なぜか抵抗1個が割れたらしく(硬いコードを使っていたため、力が掛かったのかも知れない)、断線して左チャネルの音が出なくなったので、以前失敗して外れた右同様に交換した。この抵抗は今ひとつな感じだ。
    • ごちゃついた配線が減って、すっきりした
      • 接触不良の原因となるソケットを廃し、長い配線を短くしても、特性(振幅、位相、歪み、雑音)に有意な違いはなかった。例によって音が良くなった気もするが、気のせいだと思う。
  3. 今度は今までと違って本格的に(腰を据えて)電子工作(とは言え、組み立ての域である)をするので、作業机を用意した。
    • 落ち着くまで結構時間が掛かると想像した。
    • 食事やPCを使う時でも片付けなくて済むが、いつでも作業に入れてしまうから、やり過ぎると疲れそうだ・・・
  4. 2.5→3.5inch ドライブアダプタでの放熱の事前確認をした。
    • アンプIC LM3886をドライブアダプタに取り付けて、ベース(シャーシ)と放熱板の両方の役割をさせることを思い付き、その放熱効果を確認しようとした。
    • ACアダプタ(5V)に抵抗を付けてドライブアダプタ(鉄製, 約10x14cm)に載せ、裸の場合と加熱具合を比べた。
      • 抵抗で消費される電力は約3.1Wで、BA3886の予定最高出力の約4.3W(片チャネル)に近い。ただ、そもそも、最高出力が出る・出すことはまずなく、通常は平均1Wも出ない。その時(通常時)のアンプICでの損失(→ 熱になる)は1W前後と考えられるので、この構成での確認で充分と考える。
        • データシートのグラフでは出力0Wからほぼ垂直に損失が10Wに上昇しているが、さすがに1W出すのに10Wも損失することはなさそうだ。
    • 温度計がないため指の感触でしか調べられなかったが、抵抗の周囲が温かくなったので、放熱できることは確認できた。
    • また、通電して1分くらい経ってから抵抗を指で触ったら、温かい程度(放熱板があってもなくても同様)で熱くはなかったので、そもそもこの程度では熱くならないのか、ドライブアダプタに ある程度の放熱効果があると期待した。
      • もちろん、事前に仕様や放熱に関する調査・検討をして※、僕の使い方なら「気合」を入れなくても大丈夫そうなことは予測していたが、一応、実際に確認したかった。
        • ※全く自信がないのだが、データシートの表によれば、室温40℃で損失10Wの場合にLM3886に必要な冷却器の熱抵抗は9.8℃/W以下であり、放熱板面積と熱抵抗のグラフ(参照)によれば、冷却板として使用予定のドライブアダプタ(配置検討(下記)後に変更したもの: 約100cm2(約10x10cm)、厚さ約1mmのアルミ板)の熱抵抗は約6℃/Wなので、「まあ」(きっと)大丈夫そうだ。
          • なお、上のグラフによれば、元々予定していたドライブアダプタ(約10x14cm、厚さ約1mmの鉄板)の熱抵抗は約8℃/Wとのことだった。
  5. キットやその他の部品の注文・到着・検品
    • 電子関連はAmazonなどと雰囲気が違う感じで、例えば、繁忙らしく発送が遅い会社(今日で3日目なのだが・・・)や、注文を見落とした間抜けな会社(催促したら見落としていたと・・・)があった。
      • ただ、キットを買った三栄電波は、注文した当日に発送してくれて翌日に届くという素晴らしさだった。
      • キットの内容も なかなか「いい感じ」だ。例えば、ちゃんとラベルの付いた箱に入っていて、全部の部品が一袋にごちゃまぜということは全くなく、きちんと小分けされており(袋がツルっと綺麗なチャック付きだったのにも感心した)、小さい抵抗は台紙に抵抗値とカラーコードの読み(これがあれば、測ったり表で調べなくても確認できる)が分かりやすく書かれていたのに感心した。あと、基板が若干厚目な気がしたが、これは普通なのかも知れない。
    • 今までに約2.5万円費やした。残りはケースとそれへの取り付け関連である。あと、もし冷却が不十分だったら、ヒートシンクも必要だ。
      • ベースがしっかりしているので、ケースは安いものにしたい。100円ショップのプラケースが合うとありがたいのだが。
        • 僕は金属が加工できないので、使えないという事情もあるw
    • 電源や小物が届いていないので、まだ検品と配置検討(下記)程度しかしていない。
  6. 配置検討: 例によって想定外の事態: アンプ基板が予想よりわずかに(数mm)広く予定していた配置ができないことが分かった・・・
    • → 試行錯誤し、ドライブアダプタ両脇の縁の切れ目に基板を入れれば配置できることが分かったが、その縁が邪魔なのと底面が平らでなくて不便で、合わせるのが面倒になったので、底面の平らな小さいドライブアダプタ(アルミ製, 約10x10cm)を使う配置に変更した
      • これだと、裏返して使えば縁は邪魔にならず、基板の幅が広くても はみ出させればいい。また、底面が平らなので(普通に)ICが取り付けられる。
    • 幅の他に、2枚目の基板(DCサーボ基板)が低い(奥行きがアンプ基板より小さい)ので、基板を立てて設置した場合、サーボ基板が底面(ベース)から約3mm浮いて不安定なので、その隙間を埋める方法も試行錯誤した。 → 手持ちの雑物を「取っ替え引っ替え」して目処が付いた
      • 全くの偶然だが、色が近いので見栄えも悪くないw (最初は白いのが頭に浮かんだのたが、なかった)
  7. フォステクスの外付けボリューム(の中身)を交換した
    • このボリュームはBA3886でも使うため、アンプキットの標準の100kΩ(写真左)にした。
      • 本当に交換する必要があるかは分からなかったが、アンプの入力インピーダンスと関係があるかも知れないと思い、一応合わせようと思って交換することにした。
      • なお、オリジナルのボリュームはアルプス製かと思い込んで、同じと思われるものを買ったが、実はアルプスではなかった。
    • そのせいか、新しいボリュームの軸はD型(円の一部が欠けている)でなく円型で、フォステクスのツマミが嵌らなかった。そのため、今のアンプのツマミと交換した
      • 買う時にみたページには軸の形状が記載されておらず(写真にも写ってなかった)、思い込みで失敗した。それにしても、円型のツマミって軸が滑って不便だと思うが、なぜそうしたんだろうか?
    • もちろん、新しいボリュームでもガリは出ない。ごく当たり前のことだが、「それが駄目だった今のアンプって いったい何?・・・」って思う。
      • ちなみに、新しいボリュームは何か古めかしく、ごく普通の安物に見えるが、500円もした。100円くらいにしか見えないが・・・
      • 上を見ればキリがなく、千円とかそれ以上のものもあった。最初はアンプのケースキットに使われている千円の箱型でかっこいいのにしたかったのだが、大きくてフォステクスのケースに入らないので諦めた。
    • 交換後、なぜか音量が小さくなり、かなり回さないと普通の音量にならなかった。抵抗値を変えただけなのにカーブ(抵抗・音量変化特性)も変わったのか、また、最大音量が小さくなって音量の小さい曲は無理になってしまったかと思った。が、抵抗値を測定してみたら、実際にはカーブは変わらず、実用音量域が右側(最大のほう)にシフトしているようだ。PCからアンプに流れる電流が「微弱」でなく、抵抗が大きくなると その分電圧降下が大きくなるためではないだろうか。
      • かなり回さないと音が大きくならないが、最大ではほぼ0Ωなので、大きな音が出せない訳ではない。逆に、ゲインの大きなBA3886では回し始めの領域が使われて「丁度いい」状態になるのかも知れない。
        • とは言え、信号を無駄に小さくして再度増幅する しょうもなさは変わらない。
      • そうであれば、当初はゲインを下げるために入れようと思って居た、アッテネータ(抵抗2本で作る簡易なもの)が不要になるかも知れないから、作らなくて済むのは楽でいい。
      • 抵抗値は、ケースキットの回路図では100kΩだったので そうしたが、アンプキットの回路図では50kΩとなっていたので、50kΩなら今のアンプとBA3886の両方で都合が良かったのかも知れない。
    • 交換直後は高域が弱いように感じたが、その後直ったので、いつもの耳の不調だったようだ。
    • (以下、3/5 5:47) 少し使って居たら、ツマミの回転が軽くなった。個人的には重目のほうが好きだが、アルプスのボリュームは軽目なのかも知れない。大径ツマミの効果なのかもと思いもしたが、交換前も付けていて重目だったので、関係なさそうだ。
    • それから、交換直後は使う領域が可動域の右半分にシフトしてしまったように思って居たが、曲(演奏)(、and/or 自分の耳の調子?)によっては左半分になることもあり、調整可能範囲が広がって細かい調整がしやすくなったように思う。

(以下、BA3886とは直接関係ない写真)

 

という感じで、電源などが揃うのは今週後半だろうか。今でもアンプを組み立てることはできるが、確認できないのでおもしろくない。のんびりして体力を蓄えておこうw

 

(3/5 5:47 わずかに修正、加筆)

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「頓挫詐欺」とも言える次期アンプ

ものすごく調べ・検討して、一番の問題だった電源が何とかなりそうなことが分かった。ケースも何とかなりそうだ。ゲインが10以上と大き過ぎるのは どうにもならない。が、それでも進めたくなっている。

それで、次期アンプを実行する理由付けに、今のアンプが駄目なこと・換えるメリットがあることの確認をした。

  • 今のアンプは全く駄目ではないが、いろいろ 気に入らないところが出てきたり、いい加減なところが分かって来た。
    • ガリのあるボリューム: 最初から
    • オペアンプ: ビデオ用を無理して使っている?
      • その理由はA級だからだが、ここがそうでも終段がAB級では無駄では?
    • 電源: 変動に追従しているのか?
      • 電源コネクタ: 貧弱な作りで24V, 2.7A= 65Wも通るのか?
        • DC-DCコンバータは30Wなので、65Wなんて無意味な気がするし。
      • もしかしたら、耳閉感に関係があるかも知れない。
    • 安定性に関する疑問
      • 以前からそうだが、音を出していても冷えていることが多いのに、無音状態でも温かいことがあるのは、耳に聞こえない領域で発振しているのかも知れない。
      • これも耳閉感に関係があるかも知れない。
  • 5年くらい使ったので、「償却」できた。
  • 換えるメリットは「音が良くなる可能性」(余り期待できない)。
    • メリットは余りなくても、趣味で作ってみたい。
    • 自分で改造できるのもいい。

まあ、恣意的なところはどこかの閣議決定と似たようなものでw、要は遊びたいのである。アンプを作って(組み立てて)音がすごく良くなるとは思えないが、おもしろければいいと思うのだ。

 

それで、より具体的に検討し、必要な部品類やケースのサイズを確定させるため、構成・配線図部品配置図を描いた。

注: 配置案1, 3-1の日付が誤っている。正しくは"2021/2/26"。

部品配置は最初は「普通」にしたのだが、微妙に収まりが悪くてケースのサイズが大きくなってしまうことが分かったので、アクロバティックな配置を考えてみた。リップルフィルタが大きいので、(底面が広いので)上下逆に設置し、その上にDC-DCコンバータや電源基板を載せる。DC-DCコンバータは幅が広くて基板から少し はみ出るので、端子を基板の外に出して半田付けする。。。 このとおり作れる可能性は低い気がするが、挑戦したい。

いつものプログラム同様、ここまで来たら できたも同然の気がするので、「あとは やっといてー」にしたいなあ・・・

(2/27 17:02) 書いてから更に配置の最適化や冷却の簡素化をして、ついに当初のアイデアだった、手持ちのIntel SSDの3.5インチドライブアダプタ(マウンタ・ブラケット)上に収めることに成功した(ただし脳内でw)。ぎゅっと凝縮した感じでなかなかいいが、実現可能だろうか??

もちろん、最初はケースなしで(「バラック」で)作り、「できた配置」が収まるケースを探すつもりだ。

今はいろいろな部品の仕様がネットで入手でき、写真や外形図も容易に手に入るので、それらをコピー・ペーストしてスケールを合われば、上のような趣味レベルでは充分正確な配置図が手軽に描けるのが、ありがたい。

 

なお、中核となるアンプキットはオーロラサウンド(以下、音松)のSP-100にした。いくつか比較したが、ここが一番信頼できそうだからだ。例えば、質問にちゃんと回答してくれた。ある会社は、質問全部に答えないとか誤解させる中途半端な回答をするので、こちらの知りたいことが分かるまでに無駄な手間が掛かった。そもそも、詳しい資料なしで売って(「基板の印刷を見て組み立てろ」)、問い合わせ対応しないキット(会社)もある。

それから、音松に決めたあとに検討していて分かったことだが、回路設計も真っ当に思える。というのは、Taming LM3886というサイトの"Stability"の"The Influence of Circuit Layout on Stability"に

LM3886のフィードバック抵抗は、直近に横に2本置くべきだ。

(大意) のように書いててあるが、僕が見たキットはどれも守っていない。大抵、どうしてか、上記ページの"Poor layout"のように、抵抗を縦に、しかも結構離れたところに配置している。音松のキットは抵抗値が見えないので確かではないが、LM3886の直近に横に2本抵抗があるのは見えるので、上が守られている可能性が高い。まあ、"Taming LM3886"が正しくないとか余り意味がない可能性もあるが、それ以外にも回路設計がちゃんとしている、端折り・手抜きがないように感じられたのが決め手だった。ただ、他に比べて随分高いのが難点だ・・・

 

それから意外だったのは、電子部品は買う会社によって随分価格が違うことだ。同じものでもかなり安いところがあるし、同等品ならすごく安いところがある(例: 秋月電子通商)。ただ、どこも送料は ちゃんと掛かる。なお、電子部品に関しては、Amazonは何でも高かった。例えば、スピーカー端子を見たら軒並み高くて(例: 数百円/個)全然話にならなかったが、秋月だと100円くらいだ(ただし、同じ物ではない)。「未だに数十年前の値段でやっているの?」と褒めたいくらいだ^^ その他も同様に安い(例: 結構大きいアルミの放熱フィン(配置図にあるもの)が1個130円)ので、送料が掛かっても秋月を多用することにした。

 

なお、予算は当初は1万円以下だったが、その後、電源が高く付くことが分かったので1.5万円に引き上げた。しかし、現段階で初回注文(ケースなどは なし)は約2.4万円と、どこかのオリンピックみたいなことになっているw

 

というところで、そろそろ部品を発注する段階なのだが、その前に今のアンプの仕上げ・まとめをしておかないと中途半端のまま放置しそうなので、明日にでもやりたい。初段をバイパスして試しているが、音は随分落ち着いて来た。耳の調子が悪かった影響は大きかったと思う。

 

それから、僕らしくなく、まだアンプに名前がない。いつまでも「次期アンプ」とか"New amp"では分からなくなってしまうので、とりあえずは"LM3886 Amp"としているが、おもしろくない。まあ、自分で回路を考えた訳でもないから、これでもいいのかな。

 

PS. 使おうとしているアンプIC LM3886の番号に見覚えがあると思ったら、大昔のアンプIC LM380の系統らしい(とは言え、中身は全く違うが)。何の因果か、僕は中学生の頃に、雑誌を見てLM380のアンプを作ろうとした。しかし、なぜかうまく動かなかった(最初は動いたが、いじっていたら壊れたのかも知れない)ので、同じICを使うキットを買って作って誤魔化した。さすがにキットはちゃんと動いたw

今回は そんなことにならなければいいがね・・・(爆)

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頓挫」と言いつつ、性懲りもなく検討している次期アンプw またもや電源にやられて疲労困憊だ。

12Vや15Vなどの元電源からDC-DCコンバータで±12Vか15Vを作れば、汎用ACアダプタやPCなどの「幅広い電源」が使えると目論んでいたが、それすら難しい。

手軽な受け側コネクタ(ジャック)がない。良くあるACアダプタ用の丸いジャックは、12V, 0.5A (6W)とかが普通で、特別なものに限り、今回流そうとしている3Aとか4A(例: 12V, 3A= 36W)を流せるようだ。そういうものでは、相手のACアダプタのプラグを合わせる必要があるから、容量が合っていれば何でも使える訳ではない。サイズが合っても接触不良で充分流れないことがあるそうだ。だから、ノートPCなどは基本的に専用になっているのだろう。

調べると、汎用コネクタ(例: XHコネクタ)だと、そのサイズに比べて信じられないくらい大きな電流を流せるようだが、僕らにとっては特殊で汎用ではない。一番手軽で汎用的なのは、PCのペリフェラルコネクタ(4ピンの堅いやつ)だ。最初はそれでもいいが、正式版ではケースに付けるのも困難なのでコードを外に伸ばすことになるだろうが、なんともかっこ悪そうだ。他にはXLRコネクタ(流行りの(だった)バランス伝送に使うゴツいコネクタ)も使えそうだが、穴が大きいのでケースの加工は困難だし、基本的に出し側がプラグ(M)なので安全でない感じだ。

今だとUSB PDなんてコンパクトでいいが、デジタル機器ではないので使うのは大変だろうし、ACアダプタが高そうだ。

あるいは、アンプをPC内蔵専用にする手もあるが、負電圧や大電流を扱うから一歩間違うとPCが死ぬので、安易には入れたくなくなった。入れるなら完全なケースに入れるべきで、「PCの中だから剥き出しでもいい」という前提が崩れ、ここでもハードルが高くなった(代わりに、僕のモティベーションは低くなったw)。

 

電源は全く大変だ・・・

 

(2/24 10:19) これを書いた直後は、「次期アンプのことなんて 綺麗さっぱり忘れよう!」と思ってぐっすり寝た。

のだが、起きたらUSB PDが気になって調べてみたら、PD対応のチャージャーなどから電気を取るアダプタが手に入るので(例: 共立電子産業 USB PD トリガーケーブル PDC003シリーズ 15V)※、やれば可能なことが分かって「すわ!」となった。

※注: どのくらい電流が取れるか不明*とのことなので、これ自体は使えないことが分かった。 (2/24 16:52)

*これはこれで、言いたいことは山ほどあるが、まあ、買う前に分かったので良しとするw

のだが、冷静に考えたら余りメリットがないことが分かった。

USB PDで遊ぶとか「最先端に触れる」などが目的ならいいが、今はそうでなく、アンプ(これ自体も難しいうえに、そもそもアンプを作ることすら本当の目的ではない)に電力を供給したいだけなので・・・

あと、折角USBコネクタを付けるのなら、中にDACも入れてデジタル入力もできるようにするのもおもしろいが、おもしろいだけで、やっぱり余りメリットはない。

更に、USBでPCから制御できる入力切り替え機能や電子ボリューム・イコライザなどを入れるのも なかなかおもしろいが、(以下略)w

整理のために候補を比較したら以下の順列となり、とりあえずはATX電源かな(「え?」)と思っている。

なお、費用は必要な電源(±12または15V, 30W)を作るまでで、そのあとのリップルフィルタは含まない。また、コネクタなどの細かいものも含まない。

  1. △+ ATX電源 (or PCから取る)
    • × 4ピンコネクタがかっこ悪いし扱いにくい。 → XLRなどを使う?
    • × ATX電源は大きい。
    • ○ 容量は巨大
    • △ 雑音と安定性が不明
    • ○ PCからも取れる。余っている電源が使える。どこにでもゴロゴロしているw
    • ○ コネクタを変換すればACアダプタやスイッチング電源(外付け)も可能。
    • ○ 費用: (ATX電源代+)コネクタ → 約3千円(DC-DCコンバータ代)〜
  2. △ ACアダプタ (12 or 15V)
    • × コネクタの相性問題(接触不良で電力供給が不十分になる) → 4ピンコネクタなどに変換するかアダプタ固定: アダプタにするメリットがない。
    • ○ 今のアンプのアダプタが流用可能(コネクタで失敗する可能性はある)。
    • ○ 費用: (ACアダプタ代+)コネクタ → 約3千円(DC-DCコンバータ代)〜
  3. △- スイッチング電源(AC 100V)を内蔵する。
    • × 100V ACなので安全確保が重要
      • × 金属ケースが望ましい。ケースへの固定が厄介
    • × 大きくなる?
    • △ 雑音が多い?
    • ○ 楽に大電力が可能
    • ○ 一番直接的
    • ○ DC-DCコンバータ不要
    • USB PDよりは安そう。
    • △ 費用: 約5千円
  4. × USB PDから取る。
    • ○ コネクタが小さくて美しい。
    • × 未知の世界 → 余計なトラブルが多そう。
    • 最大20V, 5A(3A)= 100(60)Wまで可能
    • × アダプタ・ケーブルとの相性問題
    • × PD受電アダプタが必要で、そこで更に問題が起こる可能性もある。
    • × 雑音が多い? (PCからの雑音が加わる?)
    • × ちゃんとしたアダプタ・ケーブルは高そう。
    • × 費用: 約8千円

なんか、安易でしょぼい道に逃げた感じだがw、あとで部品を追加してUSB PDに変えることもできそうだ(まずないと思うが)。

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電源で躓いた次期アンプ。調べていたら、更に本質的な問題があることが分かった。使う予定だったアンプIC LM3886のデータシートには書かれていないが、ゲインを20以下にしたら発振したという事例があるのだ。

キットに関して問い合わせた時に、ゲインを下げるつもりだと書いたら教えて下さった。ありがたい。

(2/21 11:03) その後、更に調べたら、データシート(P.21)に 安定して使えるゲインは10以上(= 20dB) のように書いてあった。読み込みが足りなかったようだ。

LAYOUT, GROUND LOOPS AND STABILITY: The LM3886 is designed to be stable when operated at a closed-loop gain of 10 or greater,

確かに、今のアンプもボルテージフォロア(ゲイン= 1)にしたら発振したし、僕は詳しくないから勘がないのだが、アンプICにはそういうノウハウがあるのだろう。

(2/21 14:27) これについても情報が見つかった。: Why power op amp LM3886 is unstable when the close-loop gain is set below 10 のAnoArqの回答によれば、LM3886は大出力を優先しているために終段のトランジスタの寄生容量が大きくなっており、それでゲインを下げると位相余裕が小さくなるために発振しやすくなるようだ。

だとしたら、頑張って電源を何とかしても、ゲインが今のアンプの大き過ぎる28(= 29dB)とほとんど同じになって使いにくくなるうえに、(PCの)元々の音量は大きいのにアンプに合わせて絞って入れて また増幅するっていうクソそのものアフォなことになって

なんだかなぁ〜

になってしまうではないか。

そもそも、アンプICの選択が駄目だったようだ。そして、ほぼ素人がアナログアンプを構成(もちろん設計なんてできない)するのが無茶だったのかも知れない。いろいろ調べて随分考えたが、なかなかハードルが高かった。

 

まあ、勢いで部品を沢山注文して組み立てて、最後に「あっ!」になるよりはずっといいか。いろいろな知識も増えたし・・・ (近頃こんなのが多いなw)

知識と言えば、LM3886のデータシートの"GENERALIZED AUDIO POWER AMPLIFIER DESIGN" (P.22)に、アンプの最低ゲインの計算方法や、それと出力電圧・電流・電力の関係(設計の基礎?)が書かれていて、すごく役に立った。ただ、そこでもスピーカーは純抵抗とみなされて最大出力などが計算されていて、周波数によるインピーダンスの変化は考慮されていなかった。その点はどういう考えなのかは まだ謎である。

アンプICは自分が出したい電圧(← 入力の振幅≒ 音量で決まる)を出すために電流を自動的に(何も考えずに)増やすのか、出力電圧に応じて出す電流が決まっていて、それ以上は出なくて音が歪むのだろうか。

車で言えば、ドライバーが走るスピードを設定したとして、坂道では設定したスピードになるようにアクセルを調節するのか、坂道でも関係なくアクセルの踏み代を一定にしたままでいる(遅くても速くても知らん顔な)のかということだ。

具体的には、スピーカーのインピーダンス(≒ 抵抗)が低くなれば電流が沢山流れるだろうが、その時の電圧はどうなるのだろうか? 一定だとすれば、それとアンプの出力や電源容量の関係はどうなるのだろうか?

この辺りはまさに「アンプの基本」なんだろうと思うが、僕は(電子回路はオームの法則で動いている的な)オペアンプ大好き人間でwこんなに深いことまで知らないので、全然見当がつかない。

オペアンプ人間にとっては「増幅」といえば当然電圧なので、電力(電流)を増幅するなんていう概念が さっぱり抜け落ちているせいなのだろう・・・

とりあえずは、(耳の調子と折り合いを付けつつ)今のアンプの改造をfixし(仕上げ)て、それでも駄目なら(安い)既成品の(デジタル)アンプを買うかねぇ・・・

(2/22 10:13) とは言え、安い既成品のアンプで気に入るもの(例えば、PSに書いたようなもの)なんて いくら探してもなく(外国製で、日本に入って来ていないものは いくつかあった)、今のアンプに問題なければそれでいいが、駄目だったら やっぱりLM3886(のキット)しかない感じだ。※ あと、「遊び」としては興味あるw が、十中八九、組み立てたあとで「(音が)なんか今ひとつだな・・・」って感想になる悪寒が今からしている。

※その場合は、可能な限りゲインを下げ、それでも大きい場合はアンプの前にアッテネータを付けるかPCの出力音量を下げるかしようと思っている。どちらが音がいいかは難しいが、後者の方が良いと予想している。

というのは、アッテネータの場合には、アナログ的に振幅を下げるため、雑音が増えたり歪みが発生する可能性が高い。一方、PCの出力音量を下げる場合、サウンドカードは24ビットなので、振幅を1/10に(-20dB)すると4ビット減る。ほとんどの音データは16ビットなので、-20dBしても高々4ビット右シフトされる(簡単に言えば、除算される)だけで切り捨ては起こらず* そのまま小さい音として出るはずだからだ。

*16ビットから下方に溢れた4ビットが24ビットの最下位8ビットの上位4ビットに収まるため。以下に、簡単のために1/16した場合の概念を示す。1/16しても元データ(aaaabbbbccccdddd)は失われない。1/10の場合は最下位ビットが微妙なことになるが、聴感上は問題にならない。

元データ(16ビット): aaaabbbbccccdddd
元データを24ビットに変換: aaaabbbbccccdddd00000000
元データを1/16: 0000aaaabbbbccccdddd0000 → DACの出力(24ビット)

なお、実際にはPC内部では音のデータは浮動小数点数や32ビット整数で処理されるので、切り捨てが起こり得るのはDACに・から出力する時だけである。

ただ、いずれにしても、アンプで弱い信号を増幅するので、ゲインが適正ならあり得なかった雑音が増えたり歪みが発生することは確かだ。その量は、(-20dB程度であれば)デジタルの方が少ないと予想する。

こういうことを気にすると、結局、デジタル入力のデジタルアンプ(アナログでは増幅しない、「DACアンプ」)なら、上のような問題は起こらないからいいのだが、どうも気に入らない。単に気分の問題だろうか。

→ 気分は悪いにしろ、DACアンプが僕的に一番正しい方向なのかも知れないな・・・ 仮に、同じ音や特性が得られるなら、なぜ、わざわざアナログにして多大な苦労をして増幅する必要があるのか? デジタルのまま一気にスピーカーに出せば、それでいいではないか。

と思って期待に胸を膨らませて調べて、がっかりした。やっぱり同じことを考えた数年前(今のアンプを買う頃だったか)と同じかひどくなっていて、モノがほとんどなかった。見つかったのは、わずかに3機種: デノン(2機種)とFX-AUDIOとS.M.S.Lのものだった。

最初のメーカーは論外なもの(電源を切る時にポップ音がした)を買ったので嫌で、二番目は口コミはとてもいいのだが、なぜか掲示板に悪評が多い。あと、音がいいように書いてあるけど特性が書いてないのはどうして? そして、メーカーサイトが落ちているのはなぜ?? 最後のは特性が悪いから、乗り換える意味がない。

という具合なので全部却下した。それから、オーディオマニアはこういうのは好きでないようで、ICはいくつかあるものの、手に入るキットはなかった。5年くらい経ってもフルデジタルアンプは時期尚早か。いつまで待てばいいのやら・・・ (2/22 15:09)

 

PS. まずないことは分かっていたが、他になにか小出力で音質のいいアンプICや製品はあるかと思って検索していたら、「ハイレゾアンプの自作!超高性能DAC AK4499EQ搭載」というのが見付かり、ハイレゾやDACや可愛い女の子はどうでもいいんだけど、wそのアンプ部が「純A級低出力バランスアンプ」というのに なかなかひかれた。仕様を見ると、ゲイン: 0dB(1倍), 出力: 2.25Wと、まさに

こういうのがいいんだよ!

である。残念ながら、市販されないので手に入らない。

このアンプの構成も、僕のと同様、オペアンプ(前段)+トランジスタ(中・終段)だ。だから、僕のも筋は間違っていないということを確認した。

なお、オペアンプ(OPA1612)の仕様はすごく、トランジスタの回路は結構複雑なので、そこら辺は僕のと思想が違うようだ。

あと、A級アンプのバイアスをマイコンで調節するのは なかなかいいアイデアだ。というのは、これはDACとボリューム内蔵だから、出す音量が本当に正確に分かるので、バイアス量が的確に調整できるからだ。ただ、そのために、(できないかと思って居た)アンプ部だけの切り出しができないのが残念ではある。入力にADCでも付ければできそうだが、それでは複雑になって全然イマイチだ。

そして、お約束の?、トロイダルトランス採用も結構グッと来た^^ (でも、こういう機器なら いい意味で当然だよねって気もした)

(2/21 7:50)

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(宛てもなく?w)アンプを改造している話。

DCカットコンデンサ(カップリングコンデンサとも言う)にTDKのフィルムコンデンサ(EPCOS)を使って、原因不明ながらも見事に失敗したのだが、懲りずに今度はPARC Audio(以下、PA)のフィルムコンデンサを試してみた。

TDKのフィルムの材質がポリエステルだったのに対してPAはポリプロピレンで、調べるとコンデンサの特性としてはいいらしい(音がいいとは限らない)。更に、雑誌の評価もいいらしい(かと言って、僕のアンプでもいいとは限らない)。

また駄目だったら(買う前から、多分駄目だと思っては居た)嫌なので随分迷ったのだが、材質が違うので「物は試し」と注文した。2個で800円だった。

同じような値段でカナダ(またはフランス)のFastCapというのもあって迷ったのだが、海外製は現地価格の2倍くらいになっていて、その分レベルの低い物だと想像して(、実際には国産(かどうかも不明だが)でもいろいろなマージンはあるだろうが)、こっちにした。どちらも諸特性は明記されておらず、その点で僕の嫌いな「いかにも」な製品ではあった。

到着して、まずは単体でCRハイパスフィルタとして歪みを測ってみた。すると、TDKと同様に超低域での歪みが多かったので、試す前からがっかりした。

実は、あとで、単体での特性とアンプに付けての特性が違うことが分かった。この原因は分からない。アンプの場合、単体と前後の回路が違うせいだろうか。

がっかりはしつつも、折角買ったのでアンプに付けて特性を測ると、(いつものように、どうしてか、)コンデンサの前に抵抗(1kΩ)を入れると内部コンデンサ(元々のもの)と同様にフラットな歪みになった。落ち着いて試し、かつ、手軽に他と比較できるようにするために、(半田付けしなくても)しっかり接続できるコードを作り、かなり大きい(約3x2cm, 大き目のキャラメル2個分くらい)ので置ける場所は ほとんどないのだが、何とかケース内に置き場所を見付けて仮設置した(ものすごいありさまだが、これが良ければ基板の下辺りに置くつもりでは居た)。

聴いてみると、(僕の印象では)「なんか嫌」だったTDKよりはずっと良かったが、内部コンデンサよりいいとは言えなかった。

最初は低域が少し「ぼわん」とする感じだった。ただ、なぜか全然駄目な訳ではなく、低音がリアルに聞こえる場合もある。それから、今までは普通に(どちらかと言えば元気に)聞こえていた低音が弱くなったり軽目に聞こえることもあった。更に、ベースとバスドラが潰れたような、変な感じになることもあった。

高音も同様で、シンバルなどが若干弱く聞こえるものがある一方、クリアさとともに奥行きや広がりが出たように感じるものもあった。

そういうところを見ると、演奏(ジャンル、アーティスト、楽器)や音源(音質、音作り)を選ぶ(= オールマイティではない)のかも知れない。自分で測った限りでは特性(振幅、位相、歪み、雑音)に有意な差がないので、何がそういう差を生むのかは全く分からないが・・・

そして、今朝からは軽いながらも耳閉感や圧迫感が出た。疲れや耳の調子が悪いのが主な原因だとは思うが、内部コンデンサに戻すと治るか軽くなるので、何かが違うようだ。

結局、PARC Audioのコンデンサは(僕には)「挙動不審」(、「不思議ちゃん」?)で、少なくとも僕や僕のアンプとの相性は良くないことは分かったので、内部コンデンサに戻した。それにしても、内部コンデンサ(推定: パナ ECPU)は なかなか優秀(聴いて驚くということはないが、「卒がない」って感じ)で感心する。

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(今のアンプが駄目だった場合に備えて)次期アンプを検討するにあたり、一番気になっているのは電源である。PCの電源を交換した時もそうだったのだが、PCに限らず、電源は人間にとっての空気や水や米のようになくてはならないものだ。更に、常に100Vなどの大電力が掛かるので、安全面での配慮はかなり重要だ。しかも、オーディオ機器ではその質(例: 雑音の量)が音質に深く関係する。だから、仮にAmazonなどに仕様に合う安いものがあったとしても、安易に使うことは全くできない。

メーカーなどでは(安い物を)試しに使って評価して、不具合やばらつきのリスクを考慮した数を買って作り、試験して駄目なものは落とすだろうが、個人ではそれはできない。

それで朝から探していたのだが、いいものがほとんどなかった。

そもそも、最初から見当違いをしていた。候補にしたアンプIC(LM3886)の電源の仕様を確認せずに、勝手に「±12や±15Vで充分だろう」と思っていたら全然足りない。±20V以上だったのだ(気付かずに進めていたら、ひどいことになった・・・)。(性能のグラフに載っているので)おそらく15Vでも動くだろうが、そこで賭けるのは良くない。

15Vなら一般的なスイッチング電源が使えると思って居たが、20V以上だと やっぱりトランス式になるのかなあと、嫌な気分になった。オーディオ界では「スイッチング電源なんてもってのほか。トランス式が音がいい」というのが定説だが、重いし(下手なものは)危険だし作るのが大変だし、本当に雑音が少ないかというと そうでもないし、給電性能がいい訳ではないのにすごく安い訳でもないから、余りいいことがない。

個人的にはトロイダルトランスに大きなこだわりがあってw使いたかったのだが、やっぱり大変だし、安い(といっても5千円前後はする)ものは国産でなくて不安なので止めた。

それで、±24V、30W以上のスイッチング電源を探したが、ほとんどなかった。なんとか一つ見つかったが、情報が少なくて気が乗らなかった。スイッチング系統では、他には+15VなどからDC-DCコンバータで±24Vを作る方式と、24Vの電源2台を直列にして±24Vにする方式がある(直列接続可能な電源に限る)。

DC-DCコンバータは「ポン付け」で繋げばそのまま使える訳ではなさそうで、放射雑音対策に ちょっとした部品を付ける必要があるので面倒だ(市販しないなら不要なのかも知れないが、そういう勘がない)。しかも、大出力なのは全然安くない(7千円とか)。その代わり、変換元の15Vなどの電源には今のアンプのや汎用のACアダプタやPCの電源などが使えるというメリットはある。

(2/20 8時) その後、例によってしつこく丹念に探したら、外付け部品不要なDC-DCコンバータが見つかった。ただ、±24V 30Wというのは まずなくて(24V単一のも少ない)、±12V(15W)のコンバータの出力を直列にして24Vにし、それを2個直列にして±24V 30W(±15W)を生成することになる。直列接続可能かつ、その±出力も直列接続可能な絶縁型コンバータなら理論・仕様上は可能なはずだが、実際には思わぬ問題が起こりそうな気がする。。。

が、スイッチング電源2台よりはスマート・小型だし、元電源の選択肢が広い(例: 9-36Vまで可能)のは魅力的だし、なにより、危険なAC 100Vを扱わなくて済むので(とはいえ、±24Vは ほぼ50Vで100Vと大差なく、電力も大きいので、油断は危険な気はする)、ここはひとつ賭けてみたい。

(2/20 16:47) 具体的に候補のキットなどについて調べていたら、やっぱりゲインが23などと高くて、せめて10くらいまで下げても問題ないか調べていたら、どうやら、電源は±20Vでなく±10VくらいからでOKそうだ。つまり、データシートに書いてあった"20V"というのは、+と-の絶対値の和で、それは普通は±10Vのことだ(ただ、ここまで低い電圧で使う例を見たことがないので、余り自信がない)。

それだったら、±12Vでも±15Vでも、電力(電流)さえ取れればOKだ。それで、その辺りの電圧で正負が取れるDC-DCコンバータを探すと、30W(±15V, 1A)と42W(±15V, 1.4A)のものが見つかった。余裕を見れば42Wだが、スイッチング周波数が100kHzからと高くない。一方30Wのは380-460kHzと なかなか高くて良さそうだ。

それで、ピーク電力を考えても30Wも使わなさそうだから30Wのものでいいと思って決めて、「実は行けるじゃん!」というふうに書こうとして ここまで書いていたら、とんでもないことに気付いた。ステレオなのでICは2個あるから、ピーク電力は2倍の60Wにもなるではないか! そんなコンバータはあるのだろうか? 並列接続??

やっぱり簡単ではないな・・・ これは くじけそうだ。

(2/22 9:10) その後、ちょっとしたどんでん返しがあった。データシートの読み方に誤解があって、必要な電源容量を実際の2倍に考えていたようだ。例えば、"±12V, 1A"という計算になった場合、正負両方の電流を想定して12*2*1= 24Wとしたが、そうではなく、12*1= 12Wでいいようだ。まだ自信がないが、オーディオアンプでは音の出力が主な消費源であり、(片チャネルの)音は同時に+と-の値を取ることはないので、+と-で同時に大電流が流れることはないから、片方(半分)での計算でいいのだろうと想像する。

すると、やっぱりステレオでも当初の見積りの2倍は不要で、30Wでいいようだ。

更に、上が正しいのかの確認に検索して見つかったところによれば、オーディオアンプの電源は正弦波を最大出力で連続して出すことを想定して設計しておらず、音楽なら連続するのは最大の1/8程度にみている(詳細は未確認)とのことなので、仮に上の考えが間違っていて本当に2倍の容量が必要だったとしても充分吸収できるから、(僕の用途では)30Wでも かなり余裕がありそうだ。実際、今のアンプのDC-DCコンバータは30Wなので、その設計が正しいとすれば妥当そう(大きくは外れていない)だ。

電源2台直列方式は それなりに手軽なので(とは言え、100Vを使うのでヒューズやスイッチなど、いろいろな面倒はあるし、2台は かさばる)、電源1個が安ければ、まあ悪くない。

それから、スイッチング電源やDC-DCコンバータは電気を高速で(例: 100kHz)on/offしているため、出力には高周波の雑音が数十-数百mVくらい含まれていて(それで「オーディオにはトランス電源」ということになっている)、周波数が低いものは音質に影響を与えるので、カットする必要がある。それには、リップルフィルタという 丁度いいいい部品が見つかった(例: コーセル SNA-03)。ただ、オシロを持っていないから、付けてもどのくらい効いているのか分からない。

結局、アンプの電源部は以下のような構成になる(上から下へ電気が流れる)。

  1. AC 100V
  2. 電源スイッチ・ヒューズ
  3. 候補1
    • スイッチング電源(24V, 15W以上) 2個を直列 → ±24V
  4. 候補2
    • スイッチング電源(±24V, 30W程度)
  5. 候補3
    1. スイッチング電源(15V, 30W以上)またはACアダプタ(12or15V, 30W以上)やPCの電源(12V)
    2. DC-DCコンバータ(30W以上): 15Vなど → ±24V, ±15V, ±12Vなど
  6. リップルフィルタ
  7. アンプ基板

それぞれの候補での単価を概算してみると、全体の予算は1万円なのに電源だけで5600-1万円くらい掛かることが分かり※、しかも、作るのはそんなに簡単でないので、検討しただけなのに なかなか げんなりした

※(2/20 8時) 上に追記した、候補3でDC-DCコンバータ 2個を直列する場合には約7300円(元電源は手持ちを流用するので、その費用は含まず)。

※(2/22 9:10) 上に追記した、候補3でDC-DCコンバータ(±12V 30Wなど) 1個を使う場合には約5400円(元電源は手持ちを流用するので、その費用は含まず)となる。

 

PS. LM3886でなくて もう少し小電力(出力)のIC(例: ±15Vで動くもの)なら、電源に対する条件が緩和されて実現しやすいのだが、僕の要求する性能(歪み, SN比・ダイナミックレンジなど)を満たすものがなかった。もちろん、デジタルアンプは対象外である。

PS2. これを調べる切っ掛けだったのは、今のアンプはDC-DCコンバータで±15Vの電源を作っているのだが、まず、それが数十Wもの容量を持っているのかと、高速な負荷変動(音量・振幅の増大, 特に低音で大きそう)に追従できるのかということだ。仕様を調べたら大丈夫そうではあったが、どうも怪しい気がしている。でも、証拠はない。

ただ、もう少し出力側のコンデンサが大きいほうがいい気がした。とは言え、オシロで見た訳ではないし、大きな容量負荷を掛けてはいけないという仕様もあったりするので、僕にはなんとも言えない。

PS3. 電源以外に、ケースも結構大変である。僕には金属のケースを加工することはできない。PCの電源が使えるなら、ベイのトレイに付けて内蔵させるのがいいかと思っていたが、本文に書いたように 簡単には行かない。他のアンプのような製品のケースだけ使う手もあるが、なかなか手頃なものがない。

それで、先日、何か適当なものはないかと中古屋を探したのだが、丁度いいものがほとんどない(昔のステレオは大きいものばかりだし、近頃のミニコンポなどもまだ大きい)うえに、ジャンク扱いで汚いのに安くないものばかりで がっかりした。

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事前検討編の続き。ちゃんとした文章を書くのが大変なので、テキトーに・・・

これまでの道のり

  1. アンプの初段をバイパスして中段に直接音を入れるのに、手始めに外付けDCカット回路(フィルタ)を試したら、期待どおりに動いた。
  2. それをアンプに付けて試したら普通に音が出た(と思われた)。
  3. ちゃんと作ったら、なんか音がおかしくなった。。。
    • 外付けのDCカット回路が悪かったからのようだ。コンデンサの容量が大き過ぎてカットする周波数が低過ぎた。※ → 容量を修正した。 → 更に電解コンデンサは音が駄目なので止め、結局、元のコンデンサを使うことにした。
      • 事前に試した時と実際のアンプでは構成が異なるので、アンプと同様の特性にするのにコンデンサの容量が大きくなったようだ。
  4. 入力の過電圧保護回路を通し忘れたのに気付いたので通すようにした
  5. なんか音がおかしくなった。。。 → 歪み、雑音と耳閉感の泥沼・・・
    • 出力に直流や超低域が出ているせいかと思った。
  6. 測定・試聴と修正・調整の繰り返し。
    • DCカットコンデンサの問題?: TDKのものに換えたら、なんか嫌な音になったので戻した。
      • 内部コンデンサを使うようにしたら、歪みが増えた。(初段をバイパスした場合や初段のゲインを下げた場合)
    • 初段を低ゲインにした場合、出力の振幅が105dB(-18dBFS)までは、なぜか歪みが小さい。: 耳閉感にはあまり関係なさそうだが、謎。
    • オフセットの問題: 調整しても特性や聴感に変化がないので、実害はなかったようだ。
  7. DCカット回路の前にバッファがあったほうがいいのかと思い、初段のボルテージフォロア化(ゲインを1にする)をしてみたが、無事失敗。。。 → どうにか、切ったパターンをリード線で繋いで復旧した。(写真のR9とR5から上に伸びる銀色の線)
    • ボルテージフォロア化した場合、電源を入れて少しすると発振する。
      • DCカットコンデンサを通すと発振する。
    • 初段の出力をDCカットせず中段に直結するか、抵抗を介して中段に接続すると発振はしないが、オフセットが-0.3Vと大きくなる。: 何かが駄目な感じ。
      • その後、「ユニティゲイン(1倍)で安定する」オペアンプ(という選び方・カテゴリ)があることが分かった。今の(AD812)はそうではないような気がする(データシートにはそういうことは書いてない)。ユニティゲインバンド幅が145MHzと高速過ぎるのでは? あるいは、位相補償用のコンデンサが悪さをしていたのかも知れない。

現状

数日前から聴きつつ修正しつつ試しているが、どうにかこうにか、初段バイパス(音を1kΩでDCカットコンデンサに入力, 元のDCカットコンデンサを使う)が落ち着いた感じ。耳閉感や圧迫感が出なければOK(→ 確定)だが、耳の不調もあって、なかなか確信できない。

  • 事前検討どおり、初段をバイパスしても音量は充分で、実用上は問題ない。
    • 外付けボリューム(フォステクス)の回転角
      • 通常のポップ音楽: 9-10時辺り(出力振幅: -40..-30dBFS辺り)
      • クラシック音楽: 12時前後(出力振幅: -60..-30dBFS辺り): 12時の位置(回転角は50%)でのボリュームの通過量は15%なので、この6.7倍(約17dB)は音量を上げられるはず。
  • 周波数特性(振幅、位相)は問題ない。
    • 位相が少し改善されたかも知れない。
    • 歪みと雑音は謎(後述)
    • いずれにしても、まだ構成が確定していないので、特性の値やグラフは載せない。
  • 調整したオフセットは安定している(概ね2mV以下)。

謎、謎、謎

  • 聴いても分からないが、歪み(値)が多い感じ。ただ、少ない場合もある。
    • 全般的に、他の製品の仕様に比べて歪み率が大きい。1桁大きい感じ。: 測定条件が違うせい? 何か間違っている?
      • オリジナルの状態でも大きい。
      • → 良く調べると、そうでもなさそう。: 正直に書いてあるメーカーも、そうでないメーカーもある。書き方(測定した周波数、その時の出力、スピーカーのインピーダンスなど)が統一されていないので、簡単には比較できない。そもそも、数値と音の良し悪しは直結していない(ただ、個人的には、数値が悪いのに いい音になるとは思えない)。
    • 音量に関わらず、歪み量がほぼ一定(傾きが緩い, 小音量時は歪み率が高い)なのはおかしくないか?
      • PCのサウンドカードの特性が出ているのかと思って調べたが、驚くほど良かった。
    • ただ、出力が小さい場合に歪みが少なくなることがある。この時、オフセットが大きいようなので、回路や調整がおかしいのかも知れない。あるいは、オフセットが測定に影響していたのか?
    • 出力は電圧×電流で規定されるので、今のようにゲインが小さくて出力電圧が低い場合は、必要な電力に対する電流が足りなくて歪んでいるのかも知れない。
      • 簡単に書くと、最大出力は「すごく大きい音」を出した時の値だけど、そうでない場合はスピーカーを充分に駆動できないのではないかという疑問。
      • → その後、スピーカーは純抵抗ではないので、周波数によってインピーダンスが変化し、それが小さい場合には大電流が流れるため、たとえ振幅が小さくても出力(電力)が大きくなることに気付いた。インピーダンスの最小値がどのくらいになるのかは分からないが、"0"に近付くから出力はいくらでも必要そうだ。これを確認する方法はあるだろうか? (2/16 20:36)
  • 聴いても分からないが、雑音(値)も多い感じ。
  • DCカットコンデンサに音を入れる時の抵抗は、なぜ要るのか?
    • オペアンプが高速過ぎるため?
  • なぜ、ボルテージフォロア化が失敗したか。
    • オペアンプが高速過ぎるためのようだ。
  • 歪みなどと耳閉感や圧迫感との関連は あるのかないのか。
    • 夕方や夜に治る(減る)ことが多いのが謎。
    • 可聴域外(超低・高域)の歪み・発振などが影響している?
    • 最終段(電流増幅)や電源の容量不足も関係ありそうな気もする。

TODO・希望

  • 部品を載せたり配線に使っているICソケットをなくす。
    • 緩くて接触不良になりつつある。 → 構成・回路を確定させる(半田付けする)かブレッドボード(部品とコードを差し込んで試作回路が作れる基板)を買って それで作る。
  • スイッチでモード切り替え?: 実用性(使う機会はまずない)に比べてリスク(狭い箇所のパターンカット)が大きい。単なる趣味とか自己満足なので やりたくないが、やりたい気もするw
    • 理想
      • ダイレクトモード (初段なし、ボリュームなし)
      • オリジナルモード (初段あり、ボリュームあり)
    • 現状
      • ボリュームなしモード (初段なし、ボリュームなし)
      • ボリュームありモード (初段なし、ボリュームあり)
  • コンデンサを換える?
    • 元のでも充分いいようだが、耳閉感などの一因である可能性が捨てがたいので、試したい。 → 新しいものを注文した。
  • オペアンプも換える? (まず無理)
    • ボルテージフォロアができなかった時点で、「何使ってるんだかなぁ・・・」って気になっている。
    • もっとスローな(オーディオ用の)ものがいいのではないかと思うが、僕には最初から設計することはできない。
      • → もっと普通で素直・まともなアンプ(あれば)にする・それを改造する方が得策。
  • いっそのこと、アンプも換える???w
    • 今のアンプの設計・実装のアラ・矛盾みたいなのが沢山見えて来て、愛着やこだわりがなくなって来た。 (「ええかげんにせい!」状態)
      • 最初にボリュームがガリッた時点で論外だったのかも知れない。
    • 耳閉感・圧迫感がアンプのせいだと分かったら、是非そうしたい。
    • 安くて手軽にいい音が出るものがあるなら、それでいいけど・・・
      • 上述のように、入力レベルが大きくて低ゲインで使う場合は、出力の電流容量を確保するため、ある程度の出力が必要そうな気がしている。
      • → その後いろいろ探したのだが、僕の気に入るものは1機種もなかった。ただ、キットで おもしろそう・良さそうなものがいくつかあった(例: LM3886TFを使ったもの, LM4766Tを使ったもの, LM1875を使ったもの, 発端となったもの(LM1875使用,やたらに高い))ので、それがいいかも知れない。
        • キットならある程度自由に改造できるのもいい。ただ、調整に必要な測定器(オシロスコープなど)はないので、組み立ててもうまく動かない場合には大変なことになる。 (2/16 20:40)
        • それに、基板だけならまだしも、ケース、電源、スイッチ、入出力端子など、周辺のさまざまなものを揃えるのはかなり大変で くじける。今のアンプの中身だけ置き換えるなら、まだあり得るが・・・ (2/17 7:50)

 

To be continued.

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本来なら、「ゲインを下げるなら、余計なアンプをすっ飛ばせばいいじゃない。」の実装編を書くところ、予定外の(でも よくあるw)寄り道をしたので書く。

(少し書いていた)初段アンプをバイパスする件と並行して、劣化しているために耳閉感や不安定さの原因になっていると思われたDCカットコンデンサを換える話も進んでおり、新しいコンデンサ(TDKのフィルムコンデンサ EPCOS B32529 1μF)*が届いたので、早速試してみた。※

*手軽に入手できてオーディオに使えるコンデンサは余りなかったのだが、オーディオ用とか高音質をうたうものは色が付いてそうなので止めて、いかにも普通だけど特性が良さそうなのを選んだ。レビューに「素直な音」とか書いてあったのもポイントだった。ちなみに、約150円/個だった。あと、スピーカー用なのか、フィルムコンデンサには大きいものが多くて使えないのが残念だった。

※アンプの回路変更用に付けたICソケットは、最初は初段オペアンプのゲイン調整用の追加抵抗だけだったのだが、いつの間にか ほとんどフルに使われており(14ピンのうち12ピン(6組)を使っている)、あたかもパッチベイのようになっている。それで、大抵のことは半田付けなしで試せるようになっている(実際、DCカットコンデンサの入れ替えは こうやって挿すだけだw)。ただ、やっぱり接触不良や抜けが起こりがちだし、いつか多くのコードのどれかが切れる可能性が高いので、(壮観ではあるが)好きではない。

最初の印象は、(地味な外見どおり)おとなしめだった。異常にキラキラした手持ちの電解コンデンサとは全く違い、「ごく当たり前」という感じの音を出した。アンプに元々付いていたコンデンサに比べると若干おとなしい印象で それが物足りない気がするが、こっちのほうが「本当・本物の音」なのかも知れないと、(何度か挫けながらも)試している。

なお、やっぱり・当然ながら、周波数特性(振幅、位相)は換える前と違いがなかった。歪みや雑音が少し違うが、大きな差ではない(なので、グラフは省略した)。それなのに音に違いが出るのは、大きな謎だ。いつか正体を突き止めたい。

ただ、周波数特性に違いがなかったということは、僕の回路の読みや勘が正しく、元のコンデンサと同じ容量(書いてないし、測れない)を選んだということで、それはそれで喜ばしいことだ^^

あと、僕は余り信じていなかったが、コンデンサを換えたあとは音が今ひとつなことがあって、エージングが必要なのかと思った。ただ、それがエージング不足によるのか、演奏の元々の音なのか、耳の調子によるのか分からないので、何とも言えない。元のと交換して試したりすると、印象が行ったり来たりする。

(2/14 10:16) それから試しているのだが、どうもTDKのコンデンサは今ひとつな感じだ。聴いていると、悪くない時もあるのだが、段々、「なんか音が悪い」、「音が荒れている・埃っぽい」(今気付いた表現)とか感じたり耳に圧迫感が出たりして、元のコンデンサに戻すと「まあまあ」・「普通」になる。それで少ししたら、「もしかして気のせいだったのでは?」と思って再びTDKに換えてみると「やっぱり駄目」ということを何度も繰り返している。圧迫感は耳の調子もあるが、特性は変わらないのに音が悪く感じて「なんか嫌」な感じになるのは謎だ。

(2/15 10:34) 性懲りもなく代わりのコンデンサを調べていたら、元のコンデンサはパナのECPUというシリーズのようだ。型番など書いてないから確証はないが、独特の光る金属的な外観がそれらしい。だとすれば、ECPUに悪い評判は見なかったので、いいものを使っているようだ。ただ、表面の薄い皮のような「何か」が剥がれるのは大丈夫なのだろうか??

(2/16 12:03) 別件で検索していて、コンデンサの歪みを測るというページがあり、それをヒントに手持ちの「キラキラ」電解、TDK EPCOS、内部(パナ ECPU?)の各コンデンサを測って比べてみた。※ すると、興味深い結果となった。結論を先に書くと、歪み(THD)と雑音に関しては以下のようになった。

内部 > TDK >> 電解

なお、振幅と位相に大きな差はなかった。

※アンプで使われているようなDCカット回路(1μFと20kΩのCR HPF)にして、測定信号を入れて出力を測った。

THDは はっきりと差が付いた。内部(グラフ: 緑)は低域(100Hz以下)がTDK(グラフ: 水色)より10-20dBも小さかった。電解(グラフ: 紫)は低域がTDKより5-10dB大きかったし、振幅が大きい時に歪みが増大した(グラフ: 明るい紫)ので論外だ。

TDKが嫌な感じだったのは、この低域の歪みが多いせいだろうか? そして、もし、何らかの条件(音の構成・成分、温度、湿度?)で内部コンデンサも低域の歪みが増すとして、あるいはコンデンサは関係なくとも、イコライザ・フィルタの設定や音の構成・成分で低域の歪みが大きくなり、それで耳閉感や圧迫感が起こる(、あるいは、起こる切っ掛けになる)としたら今までの謎が解ける切っ掛けになりそうだ。

 

それから聴いていたら、いつもの耳閉感(あるいは圧迫感)が起こった。それで原因を探っていて、昨夜は音源に入っている超低域(例: 40Hz以下)が悪さをしているのかと思って測ってみたら、曲(演奏)によって いろいろだった。1970年代のものは結構未処理っぽく「入るだけ入れたよ/出るだけ出すよ」的なのだが(一方で、古いために音質が悪いものもあるのがおもしろい)、新しいもの(例: 1990年代以降)は意外に処理されている(気を遣ったフシが伺える)ことが多い。想像するに、大昔のアナログ時代は いくらすごい音を入れても滅多に再生できなかったからテキトーで良かったが、デジタル化された近年は機器の性能が向上したために、迂闊に入れるとちゃんと再生されてしまって「うるさい!」とか文句が来るからではないか。

それで、そこら辺をフィルタでカットしてみたのだが、(例によって)ほとんど効果はなかった。

そうこうしているうちに、(今朝だったか)どうしてか、アンプから直流が出ていて、それが悪さをしているのではないかと思った。試しにテスターで測ったら、本当に出ていた(しかも測れた!)ので驚いた。僕的には全くありえない、お粗末なことだ。これはオフセットといい、大きいと音やスピーカーに悪影響を及ぼす。オフセットの量は、左が約-10mV、右が約-15mVだった。最初は、これくらいなら問題ないと思ったのだが(実際、調べると問題ない範囲のようだ)、普段聴いている時の電圧(振幅、音量)と比べたら、そうでもない感じだった。

太古のアナログテスターで測るところが いかにも竹槍戦法を想起させるが、精度は悪いけど、針が動くだけの電圧はあるってことで、それを0(= 開放時の値)に近づけるのは何もしないよりは意味があると思う。少なくとも、最初の0点が狂っていない限り、0にしたつもりで大きくなって逆効果ということはないはずだ。

普段聴いている音量(スピーカー端子での振幅)を調べたら、約-45dBFS(最大値の0.00562倍)で、サウンドカードの仕様から、約11mVrms= 16mVとなった。随分小さくて なんか信じられないのだが、この計算が正しければ全く無視できない。

16mVの振幅に10(or 15)mVも余計な直流が出ていたら、それは全然話にならないでしょう・・・ (家庭での使いみちがあるかは別として)数百Wのアンプなら仕方ないけど、これは小出力で高音質をうたっているのだから、その領域でちゃんとしてなかったら「何サボってんの?」だね。

それで、大学の実験でやったことのある、オペアンプのオフセット調整の仕方を調べてやってみた。本来は可変抵抗を使って補正量(電圧)を調整するのだが、そんなものはもちろんないので(仮にあっても、テキトーなものでは不安定で駄目だ)、現状のオフセット電圧を打ち消すような抵抗値を計算し、手持ちの抵抗から見繕って付けてみた(回路図では左下のR22に並行に数百kΩの抵抗(左右で値が異なる)を付け、それを負電源(-15V)に接続した)。

すると、数回試したら意外なほどうまく行って、テスターの読みでは ほぼ「なし」(概ね1mV以内)となった。大きな期待を抱いて聴いてみたがw、例によって耳閉感は改善されなかった・・・ 結局、耳閉感は機器の問題だけではなく、僕の耳の調子によるところが大きいようで、今日は夜になったら治った(どうも、夜は調子いいようだ)。あと、車のステレオでもならないところが不思議だ・・・ そら辺に謎を解く鍵がありそうだ。

またしても、周波数特性(振幅、位相)は違いがなかった(なので、グラフは省略した)。残念なことに、聴いた音にも違いは出なかった。

それから、オフセット電圧は温度などで変動するとのことだが、今のところずっと"0"のままである。アナログテスターで見えない変化はあるのだろうが、想像するに、このオフセットは回路に使われているダイオードまたはオペアンプの個体差によって最初から生じているもので、温度が少々変わってもあまり差が出ないのではないか。

ただ、そうであれば、「仮にも高音質をうたう製品で そういう個体差を知らん顔して出すってどうよ」と言いたいが、この程度は実用上は全く問題ないという考えだったのだろうと想像する(実際そうだ)。でも、僕は全然気に入らない。だから直した。

オフセットを補正するのに、抵抗を追加する以外に、PCのサウンドカードに付いていた交換用オペアンプがたまたま低オフセットだったので、それを使うことも検討したが、まずは効果を調べるために抵抗にした。でも、オフセットの変化が激しいようならそれに交換したいと思う。それにしても、音質重視と言いつつオフセットの大きいオペアンプを選んでその補正をしないってのは余りにも杜撰で、僕には考えられないことだ。

以前も書いたが、オーディオマニア向け製品は すごく微細なところにこだわっているのだが、それが全然効かないことだったり、今回のように随分間抜けなことがあったりするのが どうにもアンバランスで、馬鹿らしいと思うことが多い。

(2/15 10:44) オフセットを補正・調整したあと たびたび確認していたが、大分いい感じで、温まると増えるものの、左は-2mV以下、右は-1mV以下(どちらもアナログテスターを目視した値)に収まっている。左の調整用抵抗値は右より大きかった(約1.5倍)ので変動幅が大きいのだろうか。

てな訳で、進歩のない寄り道をしたが、自分の考えたとおりにできたので、おもしろいことはおもしろかったし、僕のオペアンプの経験値は確実に増えた^^ (それが趣味以外の何かに役立つかは不明だw)

 

まあ、回路や僕との「相性」なのか・・・ 何とも不思議だ。

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前回ちょっと書いた、アンプのゲインを下げる改造の続きである。

はじめに、理解しやくするため、アンプのブロック図を以下に示す。「初段」、「最終段」と呼んでいるのは、図中の「プリアンプ」と「6dBパワーアンプ」である。

アンプSP192ABのブロック図 (マニュアルより)

これまでは、アンプの初段のゲインを下げることで僕の希望(ガリの出るボリュームを排除する)を満たせていたのだが、使っている・聴いているうちに、

もしかして、この初段は なくてもなんとかなるんじゃまいか?

と ひらめいた。それで、初段のゲインを下げている時に後段に入る振幅(音の大きさ)を計算してみたら、以下のように何となく行けそうだった。

アンプの仕様: ゲイン: 29dB (約28倍) うち、初段(プリアンプ): 23dB (約14倍)、最終段(パワーアンプ): 6dB (2倍)

初段のゲインを下げた時の(初段の)ゲイン: 11dB (約3.6倍)

初段のゲインを下げて使った時の外付けボリュームの通常使用時の最大の回転角(率)とその時のボリュームの透過率: 約50%, 15% (ボリュームは15A特性(推定)のため、回転率が50%の時の透過率は左の値となる)

→ この時、入力の振幅を1とした時に後段に入る振幅: 3.6*(15/100)= 0.54

つまり、初段はアンプと言いつつも増幅はしておらず、ゲインを下げた状態でも更に約1/2に絞って後段に入力しているから(正確には、外付けボリュームで かなり小さくしたものを3.6倍して後段に入れている。: 僕の大嫌いな、馬鹿馬鹿しく無駄なことをしている)、初段がなくても間に合うはずである。

後段だけにした場合のアンプの出力は、PCのサウンドカードから入力する場合、以下のように約4Wと推定できる。(実は、最初は約0.5-1Wと見積もっていたが、それよりずっと大きいので「行けそう」だ。というか、行っているw)

アンプを後段だけにした時、最大音量時にはサウンドカードの最大出力電圧をアンプの後段に入れるとすると、サウンドカードの最大出力は2Vrmsなので、振幅(電圧) E= 2.8V

電力P= E2/Rなので、簡単のためスピーカーを8Ωの純抵抗とした場合、
アンプの出力P= (2.8V*2)2/8Ω= 3.9W

※アンプの初段は電圧だけを増幅し、最終段で電圧と電流を増幅するため、出力(電力)に寄与するのは最終段だけであると考えて、この計算とした。つまり、最終段に充分な電圧(振幅)を入れさえすれば、初段の有無に関わらず、その分の出力は出ると考えた。

つまり、アンプを後段だけにした場合の最大出力は約4Wとなる(もっと大きな振幅の出るサウンドカードなら、もっと出るはず)。

また、PCから最大音量で再生する場合に最低限必要な出力(PCの音を歪まずに出し切れる出力)を求めて、アンプの出力が充分かを考えてみた。

サウンドカードの最大振幅は、上記のとおり約2.8V
それがスピーカー(8Ωの純抵抗とする)に掛かった場合の電力は 1.0W (2.82/8Ω)

PCの最大音量を再生する場合には約1W(以上)必要だが、アンプを後段だけにした場合の最大出力は約4Wなので充分そうだ。最終段のゲインの2倍が効いている。

もちろん、実際にアンプに必要な出力は聴力(耳の感度)、耳とスピーカーの距離、部屋の広さ、騒音レベルなどが関係するが、初段のゲインを下げた状態でもかなりボリュームを絞って使っているので、おそらく足りると思われた。

(実は、上のような検討は 事前にして居たが、間違いもあったりして、今 再確認しながら書いている。いわゆる「後付け」だが、それなりにうまく行ったので結果オーライとも言えるw)

近頃思い出したのだが、このアンプを買う頃、こういうふうにゲインを下げる(高・低に切り替える)機能が欲しかったが、残念ながら付いていなかった(確か、別の候補に付いていた気がする)。前面パネルのスイッチは入力切り替えでなく、ゲイン切り替えであって欲しかったが、そうでなくて残念に思ったのを思い出した。それを今、実現しつつある。

それで早速試してみた。なんとなく難航しそうな気がしたが、やっぱりいろいろ苦労・試行錯誤・紆余曲折した。今日も、これを書くためのデータを測定していたら、妙な値や音になったために測り直したり調整・修正したりして一日潰れてしまった。それで 疲れて後半を書く気力が消滅したので、一旦ここまでで公開する。

 

To be continued.

 

PS. 前の稿に書いたように、やっぱり、手持ちの素性の不明な電解コンデンサの音は駄目だ。やたらにキラキラした音になって、賑やか・うるさい感じで嫌になる。一見、高域の特性がいいように聞こえるから一般受けしそうだが、忠実ではなさそうだ。

それにしても不思議なのは、そういう音のおかしさが周波数特性(振幅、位相、歪み)に全く表れないことだ(例: キラキラしているからといって、高域が持ち上がっている訳ではない)。いったい、どういうものなのだろうか? 動特性なのか。

それで、今は元のコンデンサに戻している。※ ただ、半田付けの熱で劣化してしまったのか、どうも挙動不審な感じだ。それで、フィルムコンデンサを注文した。どういう音になるかは分からないが、電解コンデンサではないという点でマシだと思う。

※妙なのは、元のコンデンサに戻した直後に、音が「ものすごい迫力」で聴こえることがあり(曲は「ステキな恋の忘れ方」(1985))、「いったい どうしてこうなった?」などと不思議に思ったが、なぜか今は落ち着いている。これも上の挙動不審なことの一つだと思う。

あと、もしかしたら、耳閉感もコンデンサの状態がおかしくなった時(あるいは、そもそもコンデンサが変な特性で、特定の構成の音で破綻するのかも知れない)に起こるのではないかと、疑っている。その点でも、新しいコンデンサがどうなるか興味深い。

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