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(「本当にこれで終わりだ。」の舌の根の乾かぬうちにw追加)

自作アンプBA3886の電源・ミュート通知ランプの光を見やすくするための導光を改良した。ストロー+マスキングテープだと光が弱いので、何とかしたかった。調べると、光はプラなどの透明な棒の中を通る(屈折率の関係で棒が曲がっていても通るらしいから、管より棒のほうが良さそう)とのことだったので、(今はコンビニでは左のページにあるような透明なプラのフォークは手に入らないので、)アクリル棒などを買って加工してみようと思った。

疲れでパワーがなくてしばらく店に行けなかったのだが、昨日、眼科(別途投稿予定)からの帰りに100円ショップに寄った。が、なぜか、そういう素材系のものがほとんどなくなって居て、アクリル棒なども全然なかった。使える可能性があったのは、光る耳かき(光の通る先端部を使おうと思った)とタオルハンガー(透明なポリカーボネート製)程度だった。別の店でも同様だったので、光る耳かきを買って来た。

余談: 店で見て居たら、光る耳かきは独り者には全く無用の長物であることに気付いた。自分の耳の中が光っても見えないではないかw それでスマフォで見られるものが売られているのだろう。ただ、それにしたって鏡みたいに左右逆(かどうか不明)など結構怖い気がするが・・・

とりあえず光らせてみたら、予想以上に強烈に明るくて驚いた。まるでライトセーバーのようだ。※ だからでもないが、なるべく非破壊的に分解しようと思った。意外にうまく行き、ほとんど時間が掛からずに、無傷で先端部(導光棒)を外せた

※本体まで煌々と光るので、先端の透明な棒の意味があるのかとか、これを使って耳かきをしたら目がおかしくならないか、ちょっと疑問だw ただ、パッケージの絵に偽りがないどころか謙遜しているのに、感心したw

試しにアンプのランプの上に付けてみたら結構明るかったので、導光棒底部のバリを取り、ブルタックでちゃんと付けてみた。明るくなると思って棒の先端のシリコンのカバーを外したが、明るさにムラが出るのでカバーを付けた。そのほうが明るさが均等かつソフトになっていい。それから、ミュート時の赤は やっぱりいい色だ。この色は妖しくて癖になるw

当初は、うまく使えるようなら、少し曲げて底部がLEDの真上に来るようにしたり、先端を切って丁度いい高さにしようと思って居たが、そのままでも、少し斜めに付いて居るけどLEDの光がちゃんと受けられ、上部全体が光って見やすいので、外れるとか何かにぶつかるとかの不都合がなければこのままにしておくことにした。結局、ほとんどポン付けで うまいこと行ってしまった。それから、光り方が、大昔に欲しかったヤマハ A-5などの羊羹的なランプに似ていていい。

これで、机で椅子に座った状態でも、少し身体を動かせば電源・ミュートの状態が分かるようになったし、遠くからでも状態が分かるようになった。

 

なお、残った本体はちゃんと光るのでスポット的に照らすライトに使えるが、そういう用途があるのか不明だ。更に、先にオーディオ用の光ファイバを付ければ奥まったところも照らせそうだが、そんな用途があるのかも不明だw

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この稿では、自作アンプBA3886の製作に関する、今まで出していなかった素材をまとめて出す。製作に関しては本当にこれで終わりだ。

使わなかった話と写真

  • スピーカー端子の固定
    • 元々の横長の穴にテキトーに付けただけだと、着脱の時に端子が回転してズレるので、ケースをヤスリで削ってちゃんと取り付け穴を作った。そこに端子の広い部分が嵌って固定できた
    • なぜか、端子の間隔は2.54cm(1インチ)くらいがしっくり来たので そうした(つもり)。人間工学的にいい単位なのだろうか?
  • 小さいリレー2個がスキー板みたいに大きな箱に1個ずつスカスカに入って、2個口で送られて来た・・・
    • 間違ってレール(?)2本分(数十個)頼んだかと心配した。
    • 送料無料だからいいけど、ある意味嫌がらせ??
  • ミノムシクリップ付きコードの修理: 駄目になったミノムシは自作したものではなかった。コードが金具に圧着されているところの手前(クリップの反対側)が折れて接触不良になっていた(事前に予想していた圧着部ではなかった)。そのため、引っ張ると簡単にちぎれた。駄目なものは直し、残りは補強した。
    • しかし、直したものもすぐに反対側が駄目になったので、もう寿命と判断し、新しく買うことにした。
    • → 新しいもの(秋月)はつるつる滑って親指を痛くした?? 右の親指の外側だけが痛む。 → しばらく使わずに居たら痛みは軽くはなったが、まだ治らない。他に原因??
      • 滑る以外にバネが硬いせいもある。
      • → 滑りは台所用アルコールや洗剤では落ちないが、ディゾルビットならなんとかなりそうだが、全部にやるのは面倒なので、そのままにしている。
  • 基板の固定
    • 放熱のためにLM3886をベースに付けているので、基板がベースに垂直になっていて固定が難しかったが、ネジ穴に細長いプラ板(DVDケースの背を切ったもの)を付け、それをベースの端とベースを固定しているゴムスポンジの間に挟んで、基板が動きにくくした。
  • 最後のピンジャックの交換
  • ランプの光を延長: 雑音の少ない置き方にしたら、電源・ミュート通知ランプがヒートシンクの陰になって見えなくなったので、とりあえず、ストローの導光管を付け、上端のマスキングテープで散光した。それまでの散光フードは外した。
    • 余っているオーディオ用の光ファイバを使おうかと思ったが、難しそうなので、断念した。
    • 暗い(薄い)が、点いていることは なんとか分かる。
    • ミュート時の赤は、いつもながらいい色だ。
  • ボリュームの入力をピンジャックに
    • 雑音の入りにくい8-oneのコードをボリュームの入力にも使いたくなったので、入力をピンジャックにした
    • 元々アンプの入力に使っていた、中心電極が回ってしまうピンジャックを使った。
      • 期待せずに瞬間接着剤を付けたら、なぜか まあまあ付いていた。
      • まだ弱いが、このコネクタはあまり着脱しないので良しとした。
    • それを、(なぜか手元にあった)ピンプラグのカバーに嵌めた
      • これも弱いが、あまり着脱しないので良しとした。
  • 部屋(スピーカー)での測定結果
    • アンプを換えてもスピーカーでの特性はほとんど同じだった(上(LR)中(L)下(R)、それぞれ2本ずつの線が交換前後の特性)。
    • それでも音が違うのは、動的な特性や複数の音が混じっている場合の挙動が違うせいだろうか?
    • (アンプには関係ないが、)以前からあるLの120Hz辺りの広く深い谷をなんとかしたいが、どうにも難しい。
  • 片付いた作業机の様子
    • さまざまな物がなくなって、随分すっきりした。今はもっと片付いている。

細かい工夫や発見・トラブル・アイデアなど

  • コイルの作り方: キットの説明書には「10回」と大雑把な指定しかなかった(直径は「鉛筆」、ピッチの指定はなし。インダクタンス値の指定もなし)ので、別の回路図で想定されるインダクタンスの値を調べ、便利なページで正確な巻数、直径、ピッチを確認した。
    • まあ、大雑把なものでいいのだとは思うが、基準を明確にしたかった。
  • サーボ基板を繋ぐコネクタを壊した。
    • キットの説明書に何も注意がなかったので、長いコネクタ(3つに分割して使う)をニッパで普通に切り分けたら外装が割れてしまった。。。
    • → かなり苦労して補修したが、接触不良を疑って新しいものに交換した。
    • 上のコイルもそうだが、説明書の写真が不鮮明で見にくかったり回路図の描き方もいい加減(線が接続されていない箇所がある)だったりして、このキットは(箱に比べて)随分大雑把な印象だ。
      • 線が接続されていないってことは、手描きの回路図をドローツールで清書したのだろうか? 当然、シミュレーションもしていないのだろうか。
  • (ヒートシンクを使おうとした時) 基板の奥行きがわずかに(<1mm)広く、LM3886の下部とヒートシンクの接触が不充分だった(隙間ができた)。 → ヒートシンクに力を掛けてLM3886の脚を曲げて外に出した。
  • 何回もの修正・変更で、コンデンサなど大きい部品の外装が(間違って触れた半田コテの)熱でボロボロ・・・
  • 電線は見た目は細くても大電流が流せる。
    • 例: AWG22(径: 約0.6-0.7mm)でも7A前後も流せる。
    • ただ、電源のインピーダンスとは別かも。
      • 過渡特性の関係なのか。特にコネクタは良くなさそうで、大出力時に超低域の歪みが増える。
  • 電源電圧は±12Vか15Vか? → 検討して±15Vにした。
    • DC-DCコンバータの出力は固定(30W)で、それを電圧と電流に按分(?)する(P= IE)のとLM3886の電圧降下の関係で、15Vのほうが最大出力が大きくできるため。
      • 12Vでは電流に比べて電圧が低いため、電源容量に無駄ができてしまう。
      • 書いたあとで気付いたが、ステレオなので左右で同時に大きな音が出る場合が多いことを考えると、電流が多目に取れる12Vのほうが良かったのかも知れない(誤差の範囲かも知れないが)。 (7/6 7:37)
        • まあ、そもそもそこまで大きな音量で聴かないので、実用上は関係ないことは確かだ。
  • 内部のモジュール間の接続にXHコネクタを使ったのは大正解だった。PCの電源で言えば「フルモジュラー式」で、作業や調整や確認の時に半田付けなしで手軽に着脱できるのが良い。
    • ただ、線やコネクタの容量は充分でも電源のインピーダンスが上がるようで、大出力時に中低域の歪みが増えたので、GNDはコネクタなしで直結の線を追加した。
    • あと、入力やスピーカーの音を通す線は接点を減らすために直結にしたので、手軽にできない作業もある。
  • ブレッドボードは便利だが、意外に部品が載らないし、込み入ってくると配線に手こずる。そして、GNDと電源のラインがあったほうがいい。ないと、足りなくて苦労する。あと、ジャンパ線も15本では全然足りない。関係ないけどミノムシも足りない。直しても足りないw
  • エネループは単3ですら強力で、ショートさせると本体もコードも熱くなる。
    • 気付かないでいると、コードの被覆が溶けるのでは?
  • 作業中に工具や部品が落ちそうになった時、咄嗟に取ろうとしないほうがいいのかも。
    • 鋭利なものや熱いものの場合、危険 (例: ナイフやドライバーが太腿に刺さる、火傷する、潰れて壊れる)
  • 段々細くなる半田
    • 太いと横に流れることがあるし、無駄に使うから良くない。
    • 元々は確か1.2mmだったのが、1mm(アンプを作る時に補充) → 0.8mm(最後に補充)となった。
  • 先端が磁石の工具は全然良くない。特にラジオペンチ。
    • 部品やリード線をセットして放そうと思っても くっついたままそのまま戻ってしまうので、苦労が水の泡になる。
    • 使おうと思うと、先端にリード線の切れ端がくっついていて汚らしいし、危険。しかも簡単には外れないから面倒。
  • ハリ玉よりブルタックのほうが柔らかいうえに強くて良い。
    • ただ、剥がしたあとにくっついて少し残ることが多い。柔らかいためで、その分付きがいいので、一長一短。
    • 白でなく薄い水色なので、見えるところに使う場合は問題になるかも(そういう想定のものではないが)。
    • 量も多く、割安な感じ。
  • 半田吸い取り器が全然吸い込まなくて がっかりした。なぜ??
    • その後、使い方を思い出して なんとかなった。ただ、少し弱い感じ。ピストンとシリンダーの隙間が大きいせいか?
  • 基板から外に出している線が折れやすい。
    • 半田の付いた部分が硬く、付いていない部分との境目辺りが弱いようで、何度も線を動かすと切れる。
    • → 接着剤ではうまく保護できず、ブルタックを被せて動きにくくした。
      • 本当は、半田の付いていない部分(被覆)を基板に固定すべきなのだろう。
  • 「海苔」音源(例: ELT)が以前より普通に聴けるのは、歪や雑音が少ないとか、低域の再生能力(← 歪 ← 電源)が上がったせい?
    • それでも、疲れている時は長くは聴けない。

使えたもの/使えなかったもの

  • 最も使えたもの
    • 回路シミュレータ: アナログ回路は詳しくないので、これがないと何も試せなかった。
    • ブレッドボード: 半田付けなしで回路を動かせるのは すごく便利だった。
    • XHコネクタ付きコード(ラジコン用): (上述のとおり)
  • 最も使えなかったもの
    • プラのメッシュ: 電源コードをまとめるのに使おうとしたが、使わず。
      • 触るだけで端がバラける(そうしているうちに、使うところがなくなりそうだった)。それを固定する方法が不明。
      • 僕の確認不足だが、太過ぎた。
    • Scarlett Solo
      • アンプの測定には特性が悪過ぎる。歪みや雑音がサウンドカード(ASUS Essence STX II)の10倍くらい大きい。

参考にした・便利なサイト・ページ

ためになった&なかなかスゴいページ

※以前の投稿で紹介したページは省略した。

指向や考え方などが違うせいか、ページ間で記述が異なる・矛盾していて、どれを採用すればいいか迷うこともあった。例: GNDの処理(1点GND)について

いいパーツの店(通販)

  • 秋月電子通商
    • 基本は ここ一択だが、意外にない物もある。
    • メール便もやってくれるとありがたいが・・・
  • 宮崎電子パーツ
    • 一度しか使っていないが、他の店よりもメール便の送料が安く、欲しいものがそれなりに揃って居た。

 

(7/5 5:14 画像ギャラリーがなくなっていたので、復元した。; 7/5 5:57 加筆・修正; 7/5 6:15 画像を追加; 7/5 9:46 少し加筆・修正; 7/6 7:37 少し加筆)

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当初は他のいくつかの製品・自作アンプと比較しようと思って居たのだが、僕の測定はPCを用いた簡易的なもので、もちろん較正している訳ではなく、公平・客観的な比較ができないので止めた。

すると、以前書いたまとめのコメントでほとんど「全部」だ。としては味気ないので、少しコメントを追加する。その中で、参考程度に他の製品の値も書く。

全般的にBA3886の特性・性能は期待以上(当社比w)となって充分満足しているが、以下だけは あえて言えば「もう少し何とか」したかった。

  • 消費電力: 無音時でも5W近いのは、気にはならないが、現代としては「食い過ぎ」な気はする。
    • メーカー製品の例: ヤマハ A-S501の待機電力は0.5W, DENON PMA-30は0.2W, TEAC AI-503は0.5W以下
      • ただ、これらは待機・スタンバイモード(実質的にoffの状態)の場合と思われ、再生中で無音の時はもっと大きいのだろう。
      • どの製品にも非スタンバイ時の無音時の値が書いてないということは、それほど小さくないのかも知れない。 (検索すれば、誰かが測った値があるかも知れない)
        • → 検索したら、上記の機種はなかったが、PMA-30に近いPMA-60の実測値が出て来た。デジタルアンプにも関わらず、無音時 12-13Wと随分大きいので安心したw
          • そして、スタンバイモードは、車のアイドリングストップと同様に、単なるスペック・規制逃れだけのための欺瞞だと感じた。
        • それから、BA3886に近い、(普通の)AB級らしいトランジスタアンプでは9Wというものがあったので、BA3886の5Wは、まあ、「そんなにおかしくない」と推測できる。
        • 一方、小さいデジタルアンプで1.1Wというものもあったので、5Wは小さいとは言えないのは確かだ。
        • 他には、AVアンプはとんでもない大食いのようで、無音時でも40W近くあるようだ。それどころか、80W以上もある製品すらある。一体何に使っているのだろうか。チャネル数が多いのと、ビデオ回路があるせいだろうか?
  • ゲイン: 5倍程度(以下)にしたかったが、アンプIC(LM3886)の制限で、10倍以下にはできない(発振してしまうそうだ)ので どうしようもない。
    • 入力にボリューム+アッテネータを入れて、全体的なゲインを小さくしても充分な特性が得られたので、良しとしている。
  • クロストーク(チャネルセパレーション): 現状(約92dB @1kHz, 約77dB @10kHz)でも充分良いが、10kHzで80dBくらいだと「完璧」な気がする。ただ、メーカーの製品でも高域はそれほど良くないようだ。
    • 例: A-S501: 50dB以上 (10kHz)
      • なお、消費電力で挙げたその他の製品には記載がなく、その他の特性についてもヤマハほど詳しく書かれて居ない(それどころか、上に挙げなかった一般的なオーディオ機器でも、ヤマハ以上のものは見当たらなかった)が、どういう思想・指向なのか推して知れそうだ。
    • それから、BA3886のL→RとR→Lの漏れ量に差があるのは、アンプ基板とスピーカー端子の位置関係によるのかも知れない。
      • アンプ基板のL側のすぐ脇(距離約3cm)にRのスピーカー端子があるので、Lの信号がRに漏れやすいのではないか。
  • アンプICの温度: 消費電力と同様、もう少し低いといい気がする(現状は、無風時に室温+18℃前後)。が、電源のDC-DCコンバータはもっと熱いので、アンプだけ冷たくても仕方ない。

 

次に、個人的に最も重要と考えている歪みに関して分かった、興味深いこと(カタログに書いてない歪み率の推測方法)を書く。

歪みを測定していて気付いたのだが、どういう訳か、歪みの量(歪み率ではない)は出力が変わってもそれほど変化しなかった。もちろん、出力が限界近くまで大きくなると増大するが、それより充分に小さい場合では ほぼ一定だった。不思議に思って調べたら、例えば、AB級アンプのクロスオーバー歪みの量は振幅によらずほぼ一定という情報(Benchmark社)や、残留雑音(→ THD+NのN)の量がほぼ一定なために、小振幅時には歪み率が増える(→ 歪み量がほぼ一定と解釈した)という情報(new_western_elec)があった。

特性測定ソフトREWで測った「歪み」がTHDなのかTHD+Nなのか未だに判然としないのだが("THD"と書かれているし、歪みのグラフとは別にノイズフロアのグラフが描かれるので、THDだと思っては居る)、いずれにしても、歪み(THDまたはTHD+N)の量は小出力時には ほぼ一定なのは確かそうだ(もちろん、そうでないアンプもあるだろう)。そこから、カタログに書かれていない、小出力時の歪み率を推測する式を考えた。

ある出力P(振幅はA)での歪み率をRとすると、歪み量Dは以下となる。

D= A * R

※書いていて、歪み量は振幅でなく出力に比例するのかも知れないと思ったが、最初の考えどおり振幅を用いる。

一方、振幅Aは負荷をLとすると、

P= A2 / L → A= sqrt(P * L)

となり、L= 8Ωの場合、A= sqrt(P*8) V となる。

ここで、小出力時にはDが一定と仮定すると、Pとは別の出力P'(振幅A')での歪み率R'は、以下のように推測できる。

R= D / A → Dが一定とすると、R'= D / A'

L= 8Ωとし、A'を置換して、 R'= D / sqrt(P' * 8)

Dを置換すると、

R'= R * sqrt(P * 8) / sqrt(P' * 8)

となる。

※これは要するに、典型的な歪み率のグラフ(→ : ページ中のグラフ)の左側の右肩下がりの直線に近い部分の(小出力での)値を推算する。

上の式の妥当性を いくつかの例で検証・推算してみる。以下での歪み率は すべて1kHzでの値である。

1. LM3886(データシート)の歪み率のグラフ(Fig. 23: 1kHz, 8Ω, Vcc= 28V)で試す。 → 式が成り立つ。

※1W付近で歪みが少し増大しているので、その手前の0.7Wでの値を用いる。

  • 0.7W: グラフより約0.005%
    • 0.1Wでは、推定0.013%: グラフでは約0.015%: 概ね合っている。
      • 計算: 0.005/100 * sqrt(0.7*8) / sqrt(0.1*8) *100
    • 0.01Wでは、推定0.041%: グラフでは約0.04%: 合っている。

2. 以前のアンプSAYA SP192ABの歪み率のグラフで試す。 → 式が成り立つ。

※1kHzのグラフは余りにも値が小さく、形状も普通でなくて妥当性に疑問があるので、20kHzを使う。

  • 1W: グラフより約0.009%
  • 0.2Wでは推定0.02%: グラフでは約0.02%: 合っている。
    • 0.1Wでは、推定0.028%
    • 0.01Wでは、推定0.090%

小出力時(0.01W)の歪み率はBA3886の10倍程度と推測でき、実測値の傾向と合っている。

3. new_western_elec 「アンプの歪率カーブの読み方」のVFA-01の歪み率のグラフ(上から2番目)で試す。 → 概ね成り立つ。

  • 1W: グラフより約0.0028%
    • 0.1Wでは、推定0.0089%: 本文の記載は0.007%: 少し大きい。
    • 0.01Wでは、推定0.028%: グラフでは約0.022%: 概ね合っている。

4. オーディオデザインのコラム「パワーアンプの性能・音質比較」のDCPW-100とB社セパレートアンプの歪み率のグラフで試す。 → 1Wからの推算は成り立つ。 (7/5 11:33追加)

  • DCPW-100: 1W: グラフより約0.001%
    • 0.1Wでは、推定0.0032%: グラフでは約0.003%: 合っている。
    • 0.01Wでは、推定0.0010% (グラフはなし)
  • B社: 1W: グラフより約0.008%
    • 0.1Wでは、推定0.025%: グラフでは約0.02%: 合っている。
    • 0.01Wでは、推定0.080% (グラフはなし)

※1Wからの推算は成り立つが、表に書かれている1kHz 80Wの歪み率からの推算値は数倍になった。グラフを見ると、DCPW-100では約10W以上で右下がりでなくなり、B社も傾きが変わっているためだと考えられる。そのため、定格出力に近い大出力での値からの正確な推算は難しいようだ。

5. メーカー製品の(、カタログに書かれていない、)小出力時(0.01W)の歪み率を推算してみる。

  • ヤマハ A-S501
    • カタログ値: 45W時、0.019%以下 → 0.01W時、推定約1.3%以下
  • DENON PMA-30
    • カタログ値: 定格出力-3dB時、0.05% → 0.01W時、推定約1.6%
      • 「定格出力-3dB」の意味が不明だが、電力比として定格出力(20W)*0.5= 10Wとした。
  • TEAC AI-503
    • カタログ値: 1W時、0.005%以下 → 0.01W時、推定約0.050%以下

あくまでも個人的な推測だが、カタログ・仕様に大出力時の歪み率を載せているものは、その値が かなり小さくないと、小出力時の歪み率は良くなさそうだ。もちろん、それらが特別な技術・回路を使っていて(例えば、デジタルアンプの特性はAB級とは違う可能性が高い)、小出力時の歪みを低減させている可能性もある(であれば、カタログにもそのように書くし、小出力時の値も出すはずではあるが・・・)。

すごく穿ったことを書くと、まず、

メーカーは、良い機能やスペックは必ず出す

ことは確実だ(じゃなかったら、何のために新しい技術・製品を作っているか分からない)。とすれば、カタログのテンプレートにならって定格出力時の歪みを載せたとしても、他製品に比べて小出力時の歪みがすごく小さければ、それも出すはずだ。値どころかグラフすらも出していないということは、小出力時の歪みは良くないと想像できる。

そのことは技術者もメーカーも百も承知だけど(そりゃあ、社内で測ったグラフを見れば一目瞭然だ)、(今までの流れで作っていては)どうにもできないので、(いかにも目をひく)大出力向けの機能や性能をうたって、(一般ユーザーにとって最も重要な)小出力時の特性については(知ら)なかったことにして(、なおかつ、大出力時の話を書くことで、ユーザーには小出力でもいかにも良さそうに思わせて)いるのではないだろうか? (あくまでも僕の想像だが、そうだったら全く嫌だね)

また、当然のことかも知れないが、最大出力が大きなアンプより、小さなもの(しかも、カタログでの歪み率が小さいもの)の方が小出力時の歪み率が小さそうだ。要するに、やたらに出力が大きいアンプは良くなさそうだ。 → 大は小を兼ねない。

ちょっと違うけど、車に例えれば、大排気量・大パワーの車は いいと言われるが、小排気量・小パワーの車の「おいしいところ」(大抵は回転数の高いところ)をキープして走るほうがおもしろいのに通じるかも知れない。実際には、排気量・パワーに関わらず、トルクが大きい車が一番楽だし走りやすいと思うがw

もちろん、歪み率が大きい/小さいからといって音が悪い/良いとは言えないが、僕は、歪みは少ないに越したことはないと思うので、仮に次にアンプを買うとしたら、上の方法で選別してみたい。

 

最後に、このBA3886を作る時に、いくつかの候補の中から、特に歪みに着目してLM3886を採用したのは正解だった。そもそもデータシートでの(小出力時の)値が良く(歪みが少ない)、自分の測定結果もそれに反せず良かった。

そして、BA3886の音が良く(正確には、再生能力が高く)感じる原因が歪みの少なさにあるのか(あるいは、雑音の少なさかも知れない)は不明だ(し、そもそも音がいいのか悪いのかも確かでない)が、少なくとも、数値上は当初の期待・要望に違わないものが出来た。

そういう点で、BA3886は技術的には成功だったと言える。

 

(7/5 11:33 歪み率の推算例を追加、例の番号を修正)

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新アンプBA3886が出来上がり※、撤収モードになった。最後に手こずったのはアッテネータの謎であった。

※理系的に正確に書けば、完了度は98%くらいだw

最終的なアンプの特性などを測った時に、クロストーク(チャネル・セパレーション: 左右チャネルの漏れ具合)が意外に悪くて気になった。原因を調べたら、なんと、測定用にスピーカー出力とサウンドカード(ADC)の間に入れたアッテネータだった(使わない場合は、クロストークはそれほど悪くなかった)。大層な名前だが単なる抵抗の組で、スピーカー出力の電圧を下げているだけなのだが、それを入れるとクロストークが数十dB悪化する。

それで、検索して調べてみると(→ 参照)、クロストークには容量性と誘導性のものがあるそうで、それらをなくそうと、アッテネータ両端のコードを短くしたり左右の抵抗の間隔を広げてみたが、全然効果がなかった。

それで、いつものように いろいろ推測しつつ試してみた。

まずは、サウンドカードのADCへの入力にミニプラグ・ジャックを使っているのが悪いのかと考えた。※

※検索して良く出て来たのだが、ミニプラグ・ジャックは左右のGNDが共通なのだが、そこに接触抵抗があるとクロストークが悪化するとのこと。(→ 参照1, 2, 3)

それで、サウンドカードの入力にピンジャックを追加して※ミニプラグを止めてみたら、かなり(約18dB, 約8倍: 改善量のグラフ: 黄緑→緑・紫)良くなって びっくりした。正直に書くと、ピンジャックにするまでは「実際にはそんなに関係ないよ」と思って居たが、全く間違いで、ミニプラグ・ジャックは本当に良くない。想像だが、良く書かれている接触抵抗以外に、細いプラグ(外径3.5mmなので、中は1mmくらい?)の中をLRの+が本当に「密」に通っているから、その部分で漏れるのではないだろうか? (容量性?)

※以前買ったが汚くて却下したピンジャックを加工して、昔使っていたサウンドカード(ESI MAYA44 XTe)を捨てる時に外しておいたパネルに貼った。アンプの特性測定用アダプタに使ったら特性は問題なかったので、こっちも頻繁に使わないから多少汚くてもいいと考えた。返金されたのに使うのはズルしているようで心苦しいが、こちらから「使えないから返金しろ」と言った訳ではないので、(本来の用途に使うのを諦めて)捨てる代わりに使ってみるのは、まあ許されるのではないか。

随分改善できたものの、「まだ甘い」とか「もう一声」の感じだったので更に試行錯誤したら、アッテネータの抵抗が大きいと漏れが大きくなることが分かった。それまでは、抵抗が大きいほうが電流が小さくなって電力を消費しないから、測定対象への影響が少ないと考えて、47kΩと10kΩ(ゲイン: 約1/5.7)にしていた(→ 回路図)。その10kΩの両端の電圧がADCに入るのだが、クロストーク測定の場合はADCに入力信号がない(とは言え、アンプは0Vを出している)うえに抵抗が大きくて(インピーダンスが高い)開放に近くなって、反対のチャネルからの漏れが入りやすくなると考えた。 (誘導性?) 実際、抵抗が大きい場合は雑音が入りやすいので、ADCの入力が開放に近い状態になっているのだろう。

で、抵抗値をカットアンドトライしたら、3.3kΩと680Ω(ゲイン: 約1/5.9)だと、ミニプラグを止めた時と同様に(約18dB, 約8倍: 改善量のグラフ: ベージュ→黄緑)良くなった。

ミニプラグと抵抗で合計約36dB, 64倍(グラフ: ベージュ→緑・紫)も良くなった計算で、アッテネータを通してもサウンドカード単体(グラフ: 灰(最下部))と同様の特性となり、予想以上の効果だ。

「うまく行った!」と思いつつ、念のために、改良したアッテネータで大出力時の通常の特性を測定してみたら、別な問題が発覚してしまった。。。 今度は中低域の歪みが約2倍に大きくなってしまった。(グラフ: 青→緑・オレンジ) この原因は今でも分からないが、アッテネータの抵抗値(約4kΩ)は比較的大きいものの、低域などで比較的大きな電流が流れると抵抗の直線性が悪くなって歪みが出るのかと想像している。ただ、調べてもそういう情報はないので、確証はない(まあ、そんな抵抗は全く使えないな)。あと、計算上はあり得ないのだが、低域では抵抗の容量(W数)をオーバーするのかも知れない。オーバーしなくても、発熱で抵抗値が変化するのかも知れない(これも、前述と同様に使えないな)。あるいは、スピーカーの逆起電力と(← 負荷を抵抗にしていたので、これはない)DCサーボの挙動に影響するのかも知れない。

そういう訳で、クロストークが悪化せず、しかも、歪みが大きくならない辺りまで抵抗値を増やすことになった。再び試行錯誤して最適(折衷案的)な抵抗値を探したところ、手持ちでは20kΩと4.7kΩ(ゲイン: 約1/5.2)であることが分かったので、アッテネータを作り直した。(特性: 歪み: グラフ: 水色・ピンク, クロストーク: グラフ: 水色・ピンク)

結局、アッテネータの抵抗値に関して以下のようなことが分かった。

  • 抵抗大: クロストークが増える。雑音が増える。大出力時の歪みが減る。
  • 抵抗小: クロストークが減る。雑音が減る。大出力時の歪みが増える。

 

「本当に これで終りだ」と思っていたら、サウンドカードに追加したピンジャックにコードを挿す時に、接着していたパネルからジャックが剥がれてしまった※ので、針金で固定し直して一件落着となった。

※プリットという強力接着剤で貼ったのだが、いつもながら、付きがいい場合と悪い場合の差が激しい(好き嫌いが激しいのか?)。ただ、今回はピンプラグを抜き挿しする時の力が大きくて、ジャックが貼ってあるパネルが歪んだ(たわんだ)ために剥がれたこともありそうだ。

※ずっと、線の取り回しの関係でジャックの左右配置が逆になってしまったと思って居たのだが、今見たら正しい。やはり、疲れているようだ・・・

 

これでようやく 半田こてを置くことができそうだ。まあ、山口百恵のように引退する訳じゃないけど、しばらくは遠慮したいw てなことを思っても、大抵は何かトラブルがありそうだ。

それから、ハードにはハードなりの面倒さはあるものの、ソフトのような面倒さがない(「回路をちゃんと考えて、部品をちゃんと接続すれば動く」的な)のがいい。とはいえ、詳しくないと今回のような謎で苦しむのか・・・

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苦節4か月。どうにか新しいアンプBA3886が完成した。あとは もう本当に些細なことしか残っていない。それで、まとめとして、作ったアンプの構成・仕様・特性に関する資料(カタログとか詳しい紹介資料的なもの)を書いたので載せる。

なお、Markdownから本文を生成した都合で図や写真をクリックしても拡大できないが、(元の画像は大きいので、)ブラウザの右クリックメニューで大きく表示できるはずだ。

→ 「何とか」した。画像をクリックすると、オリジナルサイズの画像が表示される。 (6/22 14:08)

また、あとで特性に関するコメント(他製品との比較も?)や技術的でない余談も書きたい。


ステレオ オーディオアンプ BA3886の構成・仕様・特性

2021/6/19-23 Butty

構成

BA3886は以下の各部よりなる。

  • アンプ部
    • アンプ本体
      • アンプIC LM3886により入力信号を増幅して、スピーカー出力に出す。
    • DCサーボ部
      • アンプのDC出力(オフセット)をカットする。
  • スピーカー保護部
    • アンプの出力に大きなDCオフセットを検出した時に、アンプの電源をoffにしてミュートし、スピーカーを保護する。
  • 電源部
    • 外部の元電源(ACアダプタ)を本機が使用する電源(±15V)に変換して供給する。
    • リップルフィルタにより、電源に含まれる雑音(主に高周波)を低減する。

全体的な構成図

BA3886 構成図 2021-6-21.png

スピーカー保護機能の構成図

BA3886 SP保護 構成図 2021-6-21.png

スピーカー保護部と電源部の回路図

BA3886 SP prot 20210604.png

全体的な仕様・特性

入出力

  • ライン入力(非平衡, 入力インピーダンス: 100kΩ)
    • RCAジャックx2 (白: L. 赤: R)
  • スピーカー出力(4-16Ω)
    • 丸・Y端子用端子(5.8Φ) x2(+, -) x2組(L, R)
    • 8Ωで特性の測定と動作確認をした。
  • 温度センサ出力
    • ミニジャックx1
      • RチャネルのLM3886付近に設置したサーミスタの出力
      • 温湿度計: タニタ TT-585 (改)に接続して使用する。

電源

  • DC 10-35V, 約31W (約0.89-3.1A)
    • 12, 24Vで動作確認した。
  • コネクタ: XHコネクタ 4ピンジャック
    • ピン1, 4を使用

スイッチ類

  • 電源スイッチ
  • ミュート ラッチスイッチ
    • スピーカー保護基板上のスライドスイッチ
    • Onにすると、しきい値付近のオフセットでの断続的ミュートを防止することが可能。 (通常はon)
  • スピーカー保護機能チェックボタン (L+, L-, R+, R-)
    • スピーカー保護基板上のプッシュスイッチ (青: L+, 白: L-, 赤: R+, 黒: R-)
    • 押すとスピーカー保護回路のセンス入力にオフセットが入力されてミュートする。

保護機能など

  • アンプIC(LM3886)内蔵の保護機能
    • 電源: 低電圧・過電圧
    • SPiKe(過負荷など?)
    • 過熱
  • DCサーボ機能
    • アンプのDC出力(オフセット)をカットする。
  • 出力オフセット検出でのミュート機能
    • 何らかのトラブルにより、スピーカー端子に しきい値以上のDC出力を検出した場合、アンプの電源をoffにして音を停める。
    • しきい値付近のオフセットでの断続的ミュートを防止することが可能。 (ミュート ラッチスイッチで切り替え)
    • チェックボタン(L+, L-, R+, R-)で保護機能をテスト可能

消費電力

  • アイドル(無音)時, 常用出力(約11mW)時: 約4.6W
  • 出力: 約0.8W(片チャネル)時: 約8W
  • 最大出力(約9.6Wx2)時: 約31W

大きさ・重さ

約14x14x7cm (突起物を含まず), 約530g (付属品を含まず)

外観

色・材質

  • 本体: 黒色
    • 材質
      • カバー(メッシュ): PP
      • ケース: PC+ABS
      • 滑り止め(底面): ハネナイト(NBR)
  • ランプ
    • 電源ランプ: 薄オレンジ色
    • ミュート通知ランプ: 赤色

正面より

DSC_3895_2964489332_v2.JPG

内部

DSC_3899_2964489332_v2.JPG

付属品

付属品一式

DSC_3911_2964489332_v2.JPG

(写真の左上から右下に)

  • 特性測定用アダプタ
    • 出力端子: RCAジャックx2
    • 内部接続コネクタ: XH 4ピン プラグ, ジャック 各1
  • ランプ光拡散キャップ (通常版)
  • 特性測定用負荷抵抗(8Ω)x2
  • 消費電流測定用アダプタ(抵抗 1Ω)
    • コネクタ: XH 4ピン プラグ, ジャック 各1
    • 電流(電圧)測定用ミノムシクリップ x2
  • 温度測定用温湿度計 (タニタ TT-585 (改))
  • 特性測定用アッテネータ
    • ゲイン: -16.5dB
    • コネクタ: 両端ピンプラグx2
  • テスト用スピーカー
  • ミュートのしきい値測定用オフセット生成用ボリューム (10kΩ B)
  • ミュート確認用電池ホルダー (単3x1)
  • リップルフィルタバイパス用ショートプラグ

アンプ部の特性・仕様

以下、特に記載のない限り、値は実測値。

最大許容入力(振幅)

  • 仕様: 約1V
  • 実測値: 約0.93V (片チャネル時)
    • 出力がクリップしない振幅

最大出力

  • 仕様: 約4Wx2チャネル
  • 実測
    • 片チャネル出力時: 約11W (THD: 0.0021%@1kHz)
    • 両チャネル時: 約9.6Wx2 (THD: 0.0021%@1kHz)

コメント

仕様と実測値の乖離が大きいが、短時間は上の出力を出せるものの、連続出力できるのは仕様どおり4Wx2程度が上限と考えられる。

ゲイン

信号発生器で生成した1kHz, -30dBFSの正弦波を入力し、出力との比を求めた。

  • 仕様: 10倍 (20dB)
  • 実測: 約11倍 (約21dB)

出力オフセット

入力をショートした時の出力のDC電圧を測定した。

LRともに1mV以下 (使用した機器では測定不可)

残留雑音・SN比

入力をショートして出力を測定した。

残留雑音

約17μV (A)

  • L: 14.6μV (A)
  • R: 16.6μV (A)
残留雑音の周波数特性

BA3886 Final check RN cmp 1.png

  • L: 青, R: 赤
  • 灰色: サウンドカードのみ

SN比 (1W出力時)

約105dB (A)

  • L: 106dB (A)
  • R: 105dB (A)

測定帯域は5Hz-20kHz。

本節の測定値はサウンドカード自体の雑音を補償したもの。ただし、グラフは補償していない。

コメント

使用したアンプIC LM3886のデータシートでのSN比は92.5dB(A, 1kHz, 1W)だが、本機のSN比がそれより大きい(約5倍)のは、以下の原因が考えられる。

  • 測定方法が本資料と異なるため。
    • データシートでは1kHzのSN比を求めている。
      • 実はデータシートの記載が誤っていて(、あるいは誤解させるもので)、広い帯域(例: 80kHz)の雑音で計算している可能性もある。
    • データシートに記載されている"Rs= 25Ω"がどの抵抗なのか不明。入力をショートする抵抗なのであれば、本資料(0Ω)と異なるので、雑音が増してSN比が低下する可能性がある。
  • BA3886のゲインが10と通常の約1/2のため。

周波数特性

振幅

両チャネル約8W出力時: 3Hz-20kHz: +0, -1.1dB

振幅の周波数特性

BA3886 Final check Amp cmp 1-2-1.png

  • L: 青系, R: 赤系
  • 暗色(一番下): 常用音量(約11mW)時
  • 中間色(中間): 出力約1W時
  • 明色(一番上): 出力約8W時
  • 灰色: サウンドカード直結 (出力: -10dBFS)

位相

両チャネル約8W出力時: 20Hz-20kHz: -0°, +3°

位相の周波数特性

BA3886 Final check Phase cmp 1-2.png

  • L: 青系, R: 赤系
  • 暗色: 常用音量(約11mW)時
  • 中間色: 出力約1W時
  • 明色: 出力約8W時
  • 灰色: サウンドカード直結 (出力: -10dBFS)

本節の測定値はサウンドカードの入出力特性を補正・補償したもの。ただし、グラフは補正・補償していない。

コメント

PCの再生系(JACK)を現状(44.1kHz)以外のサンプリングレートにするのは手軽でないため、測定は約20kHzまでとなっているが、サウンドカードは高いサンプリングレートをサポートしているし、本機も特に制限をしている訳ではないので、更に高い周波数も再生可能と思われる。ただ、そこに必要性を感じていないので、測定する予定はない。

歪み(THD)

  • 常用出力(約11mW)時 (ボリューム使用: 12時辺り): 約0.0070% @1kHz
    • L
      • 30Hz: 0.0019%
      • 1kHz: 0.0072%
      • 4kHz: 0.0078%
    • R
      • 30Hz: 0.0024%
      • 1kHz: 0.0068%
      • 4kHz: 0.0083%
  • 約1W出力時: 約0.0027% @1kHz
    • L
      • 30Hz: 0.0050%
      • 1kHz: 0.0025%
      • 4kHz: 0.0032%
    • R
      • 30Hz: 0.0059%
      • 1kHz: 0.0029%
      • 4kHz: 0.0035%
  • 約8W出力時: 約0.0014% @1kHz
    • L
      • 30Hz: 0.0026%
      • 1kHz: 0.0010%
      • 4kHz: 0.0015%
    • R
      • 30Hz: 0.0028%
      • 1kHz: 0.0017%
      • 4kHz: 0.0028%
各出力での歪み(THD)の周波数特性

BA3886 Final check Dist cmp 1-2.png

  • L: 青系, R: 赤系
  • 暗色(1kHzで一番上): 常用音量(約11mW)時
  • 中間色(1kHzで中間): 出力約1W時
  • 明色(1kHzで一番下): 出力約8W時
  • 灰色: サウンドカード直結 (出力: -10dBFS)
  • 各曲線の色が薄い部分(例: 高域)は、歪みがノイズフロア以下であることを示し、歪み率の信頼性は低い。
特記事項
  • 測定帯域(フィルタ)は10Hz-20kHz、負荷は8Ω。
  • 約1W, 約8W出力時はスピーカー出力のあとにアッテネータ(-16.5dB)を入れて測定した。
コメント
  • 使用したアンプIC LM3886のデータシートでの1kHz, 10WのTHD+Nは約0.003% (1kHz, 8Ω, Vcc=±28V, 10W, 80kHz)だが、本機の8Wでの歪み率がその約1/2なのは、以下の原因が考えられる。
    • データシートはTHD+Nのため。
    • 本資料の測定帯域が狭いため。
    • BA3886のゲインが10と通常の約1/2のため。

    今のところ、測定帯域が狭いためではないかと考えている。

  • 8W出力時に超低域(30Hz以下)の歪みが増大しているのは、電源やその配線の容量不足(、あるいはインピーダンスが充分に低くないこと)によると思われる。上述のとおり、仕様上の最大出力が約4Wなので仕方ない面もある。

クロストーク(チャネル・セパレーション)

片チャネルだけに信号を入れ、そのスピーカー出力(振幅)に対する、反対チャネル(入力なし)からの漏れ信号の振幅の比を求めた。

約0.6W出力時: 約92dB @1kHz

  • L→R (Lチャネルに信号を入れ、Rチャネルのスピーカー出力を測定)
    • 1kHz: 92.0dB
    • 10kHz: 77.6dB
  • R→L (Rチャネルに信号を入れ、Lチャネルのスピーカー出力を測定)
    • 1kHz: 106dB
    • 10kHz: 77.2dB

反対チャネルからの漏れ信号の振幅の周波数特性

BA3886 Final check Cross talk cmp 4.png
緑: L→R, 紫: R→L, 灰: サウンドカードL→R, R→L; スピーカー出力は-6.6dBFS相当(上の線)

本節の測定値はサウンドカード自体の漏れを補償したもの。ただし、グラフは補償していない。

特記事項

大出力(振幅)を測定するためにアッテネータを入れるとクロストークが悪化するため、アッテネータが不要な最大出力で測定した。

コメント

中高域でL→RとR→Lに差があるが、原因は分からない。一時はサウンドカード自体の特性かと思ったが、そうではなかった(上のグラフでは差がない)。線の引き回しや基板の作りが関係しているのだろうか。

アイドル時のアンプIC LM3886の温度

  • 無風時: 室温+18℃前後
  • 風がある時: 室温+16.5℃前後

スピーカー保護部の特性

以下、値は実測値。

出力をミュートするオフセットのしきい値(振幅)

DC (オフセット)

約+1.2V, -1.4V

AC (超低音をオフセットとみなす特性)

  • 1Hzの正弦波をミュートするスピーカー出力の振幅: LRともに約1.9V
  • 最大出力となる振幅(約9.3V)の正弦波がミュートする上限周波数(Hz): LRともに1.75Hz

制限事項

短時間(下記以下)で電源を再投入(off→on)すると、ミュートされて起動できない。再投入は、少なくともミュート通知ランプ(赤)が消灯するまで待つこと。

  • 電源の再投入間隔: 約5秒
  • ミュート後の電源の再投入間隔: 約20秒

コメント

起動(電源on)時のミュートを防止するコンデンサが放電するまで待たないと、起動時にDC-DCコンバータの電源制御端子が"L"にならず、アンプの電源がonにならないため。

主な使用モジュール・部品

  • アンプ部
  • スピーカー保護部: 自作
    • オペアンプ: MUSES 8820D
      • 手持ちを使った。特に指定はない。
    • ダイオード: RL205x4
      • 手持ちを使った。特に指定はない。ただし、オフセットのしきい値に関係する。
    • トランジスタ: 2SC1815 GRx3
      • 特性が近ければ何でも良いが、オフセットのしきい値に関係する。
    • リレー: オムロン G6A-274P-15 12VDC
      • アンプが稼働中はコイルが常時onのため、消費電力が小さい高感度型にした。
  • 電源部
    • DC-DCコンバータ: コーセル MGFW302415
      • 出力: ±15V, 1A
      • 上部にヒートシンク(約4x4x2cm, アルミ製)を付けた。
    • リップルフィルタ: コーセル SNA-03-223
  • その他
    • ヒートシンク兼ベース板: AData SSD SX900のマウンタ (アルミ製, 約10x10cm)
    • ケース: バッファロー Wi-Fiルータ WSR-300HPのケース (上半分を加工)
    • カバー: ダイソー 鉢底ネット 角型 (C029 No.4) (加工)

補足・コメント

アンプとは別だが、入力接続用コードは雑音に大きく関係する(とは言え、聞いて分かるほどの違いはない)。試したうちでは、エイトワンのもの(例: EAC-110)が一番雑音が少なかった。

また、外付け部品の元電源(ACアダプタ)は、歪み特性(特に低域)に大きく関係する。手持ちの数種類を試したところ、SAYAのアンプ SP192ABのACアダプタ(24V, 2.7A)が最も良かったので使っている。

測定に関して

使用した機材 (主要なもの)

  • 周波数特性、雑音などの測定
  • DC電圧・抵抗値などの測定
    • テスター: 三和 YX-360TR

測定結果についてのコメント

PCのサウンドカードとソフトを使用して測定したため、測定値の一般的な保証・認証や他者との比較妥当性はない。すべて「自称値」である。

測定しなかった・できなかったもの、載せなかったもの

  • ダンピングファクター: 手持ちの機材では正確に測定できないため。
  • スルーレート: 手持ちの機材では正確に測定できないため。
  • ダイナミックレンジ: 定義が想像していたものと異なっていたのと、様々な定義があるので、残留雑音から求めたSNRで代用することにした。
  • 矩形波(方形波)応答: 測定したが、あまり意味がないと思うので割愛した。

 


(6/22 7:05 測定方法などを加筆・修正, 残留雑音とSN比の測定値を修正; 6/22 8:49 クロストークの測定結果を修正; 6/22 11:27 クロストークの測定方法を修正して結果を訂正、全体を更新; 6/22 13:30 細かい加筆・修正; 6/22 14:00 本分をJoplinのRAWのMDを使うように変更; 6/23 7:32 元電源について記載, クロストークにコメントを追記, いくつかの特性の代表値を記載, 細かい加筆・修正)

 

PS. JoplinでMarkdown(MD)で書いたファイルを簡単にWordPressに入れられると思って居たが、意外に面倒だった。テキスト部分はコピー・ペーストやMD用プラグインで容易にできるが、画像までは面倒見てくれず、自分でファイルをアップロードし、Joplinの生成したファイルのパスをサーバ用にURLに変換してサイズを調整する必要があった。いろいろ試して、Better Find and Replaceというプラグインを使ってページ内で画像を指定する部分を自動変換することで対処した。他の同様なものだと、なぜかページが真っ白になるものがあった。相性問題か。

途中までは、MDでは手間が掛かり過ぎるからPDFを載せようとしたのだが、馬鹿らしいしビューアのプラグインでは見にくいので、MDを何とかした。

また、MDをインポートするプラグインも いろいろあるものの、画像込みの場合にはImport Markdownが一番手間が少なそうだ(ただし、画像は手でアップロードする必要がある)。

こういう、本題とは関係ないところで半日くらい潰れたw

(6/22 14:22) 備忘録として、JoplinのMD中の画像を表示できるようにするためのBetter Find and Replaceの変換ルールを書いておく。

  • Rule's type: Regular exp. (正規表現)
  • Find: (変換対象のパターン: JoplinのMDの画像リソース名(":/"で始まる32文字)を見付け、"alt="から画像ファイルのsuffixを見つける。)
(<img +)(src="):/([0-9a-f]{32}(\.[^"]+)?)" +(alt="[^"]+(\.[^"]+)")?( .*)?( />)
  • Replace With: (変換方法: 画像のパスをアップロード先にし、幅を制限する。クリックしたら画像を表示する。)
<a href="/wp-content/uploads/JMD/_resources/$3$4$6"
$1$2/wp-content/uploads/JMD/_resources/$3$4$6" width="100%" $5$7$8
</a>
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製作中のアンプの音・性能に関しては もう最後の詰めの段階、実際にあるのかどうか知らないが、「最後のレンガ」を差し込みつつあるって感じだ。

 

アンプの置き場所と雑音の謎

近頃は変更・調整するたびに特性を測っているのだが、先月末頃、なぜか歪みが増えたと思って調べたら、特性測定用コードに雑音(最初はPCからだと思った)が入っているためであることが分かった。歪みと雑音は別のものなのになぜ関係しているかというと、測定に使っているソフトREWはTHD+NでなくTHDを測っているはず(明示されていない)で、雑音があっても歪みは独立に測定できるはずだが、雑音があると その周波数の歪みも増えてしまうようだ。

おそらく、歪み測定の前か後に無音時の雑音を取得して差し引いているのだろうが、雑音の量が変動すると差し引く量が不足して歪みが多くなるのではないか。

それで、なるべく雑音が少なく(「静かに」)なるようにしようとした。

調べたら、PCよりもAC電源の周波数(50Hz)とその高調波の雑音が多く、アッテネータや接続コードから入っていることが分かった。その他には他の部屋のインバータかららしき7kHz辺りの雑音が広い山として入ることがある。更に、USBかららしき8kHzや、PCかディスプレイかららしき15kHzの雑音が鋭い山として入ることがある。試行錯誤したら、コードの置き方を変えると雑音の量が結構変わるが、それ以上に、アンプ本体の置き場所や置き方で随分変わることが分かった。もちろん、時間による変動は大きい。

なお、アンプ内部のDC-DCコンバータも雑音源ではあるが、意外に影響は少ない。また、それに電源を供給する電源コードからの雑音も意外に少ない。ただ、もちろんそれらに特性測定用コードを近付けると雑音は入る。

コードの置き方は、なぜか、床に置くよりも、いかにも雑音が多そうなPCの上に置くほうが雑音が少ないことが分かった。

アンプの置き場所については、当初予定していた右のスピーカーの下はなぜか雑音(50Hzとその高調波)が多くて駄目だった。そして、コード同様、(コードで思い付いた)PCの上一番良かったのが不思議だ。想像だが、PCのケースは結構厚い金属(鉄)で、そのすぐ上にコードやアンプを置けば雑音(主に床から来る?)がアンプに入るのを防げるのではないだろうか。アンプのケースはプラなので、基本的に雑音が入りやすいのだろう。PCの雑音は(意外と言ったら悪いが、)ケースできちんと遮断されているようだ。

PCのケースで雑音が遮断されるとなれば、「もしかして、PCの中に入れれば完璧?」と思いもしたが、きっと中はPCの雑音の嵐だろうから、まあ止めておく。

置き方も結構シビアで、90°回転させるだけで雑音の量が変わるので、好きには置けず、雑音と使い勝手をうまく調整する必要がある。結局、PCの上で入力端子を手前に、スピーカー端子が左に来るように置くことにした(ほぼ確定)。

その時、入力や特性測定用コードはきっちり堅くまとめるのは良くなく、ふんわりさせるくらいがいいようだし、なぜかPCの左側に垂らすのは駄目だし、PCの下に押し込んでも良くなく、写真のように、右に垂らして床にだらしなく置くのがいいようだ。ちょっと「なんだかなぁ」であるw

その他に、PCのマウスを操作するどころか、マウスに触るだけで雑音が増えるので、正確に測定するのはなかなか大変である。

いずれにしても、上記のすべては聞こえないレベルの雑音なので(もし、聞こえるような雑音が出たら、星一徹のように全部捨てるくらいの勢いだ)※、そこまで厳密に測ってセッティングする必要はないのだが、自分で作ったものなので一度は最高の性能(限界)を測りたいと思ってやっている。* 実際に使っている時は、そういう最高の性能は発揮されないし、されなくても分からない(から問題ない?w)。

※無音時にアンプから出る雑音(残留雑音)の総量は、例えば-98dBFS RMS(最新の、一番「静か」な時の値)で、電圧にすると15μV程度である。一方、スピーカーに出ている音は例えば150mV程度だし、部屋の暗騒音の音圧は分からないものの-40dBFSとすると、余裕は58dB(振幅は約800倍、パワーは約6.3万倍)となるから、無音時でもまず聞こえないだろう。(実際に聞こえない)

*要するに、作ってできたら ただ聴いて、証拠もなく定性的に、「やっぱり いい音だ!」と満足・ドヤ顔するのでは、技術者として全く失格・あり得ないと思っているのだ。少なくとも、いい音だと思ったら、どうしてそうなのかを考えなければいけない。

 

なお、「雑音」と言っても、その量はとても小さく(サウンドカードの限界に近い、というか越えていそう※)、上記のように耳では聞こえない。 だから、正確には「雑信号」だろうし、「ノイズ」と書くほうが通りやすそうだが、日本語では同じことなので「雑音」と書いている。

※使っているサウンドカード(ASUS Essence STX II)のダイナミックレンジは、入力は118dB(A)、出力は124dB(A)。

 

特性測定用アダプタを作った。

そのように微小な信号(雑音)を測って比較するためには、測定に使うコード類は、それまでのテキトーなミノムシコードなどでは雑音が入りやすいうえに安定性や再現性がなくて駄目なことが分かったので、特性測定用アダプタを作った(もったいないので、汚くて却下したピンジャックを使った)。これをアンプとスピーカー保護基板を繋ぐコネクタの間に挟めば、いつでも測定できる。

ついでに、特性測定時のスピーカーの代わりの負荷抵抗の安定性を向上させるのと着脱が容易になるように、バナナプラグを平らにして接触を改良(希望)したもので負荷抵抗を作ったり、大量の抵抗(10Ωを10本)を並列に繋いで力技で消費電流測定用アダプタも作った。アナログテスターしかないので大雑把にしか測れないが、有効数字2桁くらいで消費電流が測れそうだ。

試しにBA3886の消費電力を測ったところ、アイドル時は約4.6W(24V 0.19A)と、以前AC電源用の測定器で測った時の値(約6W)に概ね合った。また、10W(片チャネル)出力時は約18Wとなった。この時、DC-DCコンバータの損失を差し引いた損失は約4.6Wで、エコではないが、僕は許せる。

 

謎の雑音

そうして測っていたら、変な問題に気付いた。時々、2kHz以下の広い帯域で雑音が瞬間的にかなり(10-20dB)大きくなる(グラフ: 青と赤)のだ(「平坦な雑音」と呼んでいる)。アンプの回路や実装に何か問題があるかと心配になって いろいろ調べ、試行錯誤したのだが、原因は分からなかった。

その過程で、スピーカーに振動が加わって電力が発生して起こっていることも疑ったが、違っていた。確かに、スピーカーの前面を紙などで叩くとスペクトラムが近い雑音は出る(グラフ: 水色とオレンジ)が、アンプにスピーカーを繋げていなくても起こったので関係ないことが分かった。それに、そこまで大きい振動なら体感するはずだ。

そして、そのスペクトラムの形状から、どうやらパルス状の雑音(信号発生器で試したら、矩形波(デューティ比50%)で15Hz, -65dBFSが最も近い形状となった(グラフ: ベージュ))で、パルス幅は約33ms、振幅は約0.7mV程度のようであることが分かった。

想像ではアンプからそういう雑音が出ることはなさそう(出るとしたら正弦波的だと思う)*なのと、僕の部屋の機器が原因でないことは確かめたので、外部の機器(例: 水道のポンプ)からAC電源経由で入っていると想像している。オシロスコープがあれば確認できるが、ないので確証はない。※

*一つ気になったのは、アンプ出力のオフセットが大きくなり、それがDCサーボで補償される時にパルス状になることだが、オフセットが突然急激に増減することは余り考えられず(なだらかに変化するのではないか)、また、サーボのLPFの周波数を下げて応答速度を下げても効果がなかったので、違うと考えた。

※理論的には、ちゃんと分圧すれば(例: 1/100)、PCのサウンドカードでも見られるが、さすがにそれをする勇気は全くない。ただ、AC電源のコード(片方)に入力のコードを隣接させれば波形が見られるかも知れないが、他の雑音が混ざる可能性はある。

スピーカーから出る雑音の大きさ(振幅)は-83dBFS程度(約85μV)で大きくはないが、パルス性なので聞こえるかも知れない。今気付いたが、もしかすると、以前起こっていた「ポツポツ」雑音はこれが原因だったのかも知れない。ただ、近頃聞こえないのが不思議ではある。残留雑音を少なくしようとしていろいろ改良したので、以前より出るレベルが小さくなったからかも知れない。

(6/12 7:53) その後、更に調べたところ、アンプの電源on直後(例: 2分以内)に雑音が出やすいことが分かった。ただし、しばらくoffにしていて温度が低くなっている時にonしないと起こらない。ということから、アンプの温度が急に・大きく変化する時に起こるのではないかと推測した。確かに、日中はほとんど起こらず、朝と夕方に起こることが多い。

雑音の発生元は以下を推測している。

  • DC-DCコンバータ
  • アンプ基板

DCサーボ基板やスピーカー保護基板なしでも雑音は起こったので、それらは関係ない。今はDC-DCコンバータが怪しいが、それを確定させるのはなかなか大変だ。あと、アンプICの電源変動除去性能(PSRR)は高いのに、除去できないほど大きな雑音が出ているというのも考えにくい(当初疑っていたAC電源経由だったとしても同様)。そもそも、PSRRはリップルが対象で、パルス性雑音には関係ないのかも知れない。

(6/13 9時) 更に調べて、雑音が出ない時は同じ状況で何度繰り返しても出ないので、アンプの問題ではなさそうな感じだ。怪しいのは、サウンドカード(ASUS Essence STX II)のADCである。時々不調になって、何かの雑音が入ったりACの雑音を拾ってしまうのではないかと想像している。以前、過電圧を入れたのが悪かったのか。

残念なのは、もう一個のオーディオインタフェースのScarlett Soloは、(何度比べても)サウンドカードより性能が数段(歪みは1桁大きく、雑音は2倍以上多い)悪いので、アンプの特性の測定には使えないことだ。

 

残留雑音を減らそうとしたら歪みが減った。

残留雑音、特に50Hzとその高調波が大きくて(グラフ: 青)気になるので減らそうと思い、検索して見付かった情報※を参考に試行錯誤した。影響が大きいのは、いわゆる「グラウンドループ」だと思われた。昔読んだ、「オーディオの線はまとめないほうがいい」という説を信じて ばらばらにして居た線の引き回しが悪いように思えたので、対処した。

※雑音対策に関しては いろいろな説があり、1点GNDがいいのか悪いのか書いている方によって異なり、どういう方針にするか迷ったが、下に書いたように1点GNDを止めようとしたら大出力時の歪みが増えたので、基本的には今までのやり方(= 使用したアンプキットのもの, 入力以外は1点GNDする)を継続した。

具体的には、+とGNDの線を離すとコイルやアンテナになってしまって、そこに外から雑音が入るということなので、可能な限り、信号や電源の+とGNDが隣接するようにした(くっつけた)。可能な場合はツイストした(撚った)。以前は、クロストーク(セパレーション)に良さそうだからとLとRを離したが、それもGNDと一緒にくっつけた。気になるのでクロストークを測ったが、悪化はしていないようだった。

ただ、それらの対策の効果を測ったところ、残念ながら今ひとつだった。逆に悪くなったかも知れない(実は、上に書いた、コードの置き方の影響で悪化したように見えたのかも知れない)。ただ、一つ、思わぬ効果があった。

以前は、電源の線(22AWG)が充分太いのとコネクタ(XH)の容量も充分なので、GNDを線1本でコネクタ経由で1点GNDと繋いで居たのだが、試しにコネクタを通さずに直接繋ぐ線(太目にした)を追加したところ、大出力時(例: 14W)の中低域の歪みが随分減った(グラフ: 青・赤 → 水色・オレンジ)。どうやら、GNDの容量が足りなかったようだ(インピーダンスが高かったということなのか)。まあ、こんな大出力は実際に出すことがないので、雑音と同様に体感できないのだが、やっぱり、作ったものはちゃんとしたいので、改善できて良かった。

あと、妙だったのは、以前、基板の銅箔が破れたと思って補修として接続したのが逆効果だったことだ。実際には、元々パターンはそこで切れていて(写真: 黄色の枠内)破れておらず、一方で別の箇所では繋がっている(写真: 赤の破線)のに、切れていると思ったところを接続した(写真: オレンジの破線)ら歪みが増え、その接続を外したら歪みが減った。

なぜか、寝ながら、「(あそこの)パターンは元々切れていたのでは?」と思い付いて、配線前の写真を見たら確かにそうだった。すごく不思議だ。

その辺りはパターンを作る技なのか、僕がまだ見落としているところがあるのか、分からない。

似たようなこととして、(1点GNDは良くないという説を信じて、)電源のGNDと信号のGNDを基板上で接続したら(1点GNDへの線は減らしていない)、大出力時の歪みが増えた。1点GNDの効果・重要性が示されたのだろうが、まだ良く理解できていないので、どうも腑に落ちない。

あと、アッテネータから雑音が入る(ケースを触ると雑音が増大する)ので、ボリュームと一体化した。ボリュームのケースは金属なので、今度は触っても大丈夫になった。

 

コードの交換が効いた・・・

逆に、雑音に意外に効果があったのは、PC(サウンドカード)との接続に使うコード(ピンコード)だった。それまでは、「コードなんてなんでも同じだ」と思って居たが、雑音が入りやすいものとそうでないものの違いがはっきり出た。コードの作り(外側の網線の濃さ?)の差が出るようだ。手持ちだとオーディオテクニカの太いものが一番良く、ソニーのは結構良かったが、出所不明なコードは金メッキで太くても雑音が多かった。あと、JVCのは外見はいいけどイマイチだった。一つ言えるのは、プラグの金メッキは雑音の点ではコードの品質とは関係ないことだ(「あんなの飾りです」?)。

それで、オーディオテクニカのは50cmくらいで短くて不便なので、長くて良いものを探したところ、ヨドバシなどのレビューでエイトワンという謎の会社のが良さそうだったので試したら、本当に良く、あっさりとオーディオテクニカを越えた。値段は数分の1だろう(買ったものは1.5mのもので500円くらいだった)。それに気を良くして測定用コードもそこのにしたが、残念ながら大きな違いは出なかった。だから、アンプの入力から入る雑音の影響が大きいのだろう。

なお、手持ちのオーディオテクニカのコードはシェルが金属だが、どこにも繋がっていなくて、単に物理的な強化(と見栄えの向上)にしかなっていない(浮いているので、抜け止めにすらなっていない)。ただ、これをGNDに接続すると、触った時に雑音が入るので難しい。普通にプラスティックで絶縁するのが(、安っぽく見えるけど)一番良さそうだ。

いずれにしても、これはあくまでも数値の話であって、聞いて雑音が減ったことが分かるかというと分からないしw、音質の改善の有無・違いが分かるかも疑問だ(僕はないと思う)。

 

そんな訳で、「いかにもオーディオマニア」な、意味あるのかないのか分からない微細な改良作業をしていた。効果は数値だけで実際には違いは分からないはずだが、広い帯域で雑音があると音が濁るのか、雑音が減ると見かけ上の歪み(THD+N)が減るので、それで印象が良くなっている可能性はある。実際、何度も書いているように、音がいい・良くなった(正確には、忠実度が上がった)、あるいは変わった感じはする。

 

現在の残件は、最終的な特性を測る(→ 完成!)以外では、ピンジャックの中心電極がプラグと一緒に回ってしまって(接着などいろいろやったが、どうしても解決できない)、線に力が掛かって いつかは切れるので交換する(以前、シンプルで良さそうだと書いたものを見付けた: WTN-20-1263Gのようだ)ことと、そのついでに注文した電解コンデンサで、粗悪コンデンサの代わりに付けたタンタルコンデンサを換えること程度だ。

タンタルコンデンサ自体は悪くないのだが、故障時にショートするとのことなので なるべく避けたいと思う。あと、本来の容量に戻す意味もある。

なお、今までに費やした金額は、約3.6万円(楽天などのポイント利用約5千円を除く)となった。

 

PS. こういう技術的な稿を書く時は やたらに疲れるが、原因が分かった。自分の意見(や文句や愚痴w)を書くのなら厳密な証拠・根拠は不要だし、必ずしも理路整然とする必要もないが、技術的な場合は全然そうではないので、それが大変なのだ・・・

意見なら、「僕が間違っていた・嘘だった」で終わるが、技術的な場合はそうは行かない。

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昨日、懸案だった、自作アンプBA3886に付けてしまった粗悪電解コンデンサ(ただし、証拠は なし。あくまでも、全く別の地平の個人の自主的研究発表であるw)を交換した。部品が込み入っていて大変だったが、何とかできた。気付かずにしていた致命的な間違いなども見付かって、驚いた。

以下の7本を日本メーカーのものに換えた。

  • アンプ基板
    • 電源平滑コンデンサ: 2200μF x2
    • ミュート用コンデンサ: 100μF x2 → 47μF x2
  • スピーカー保護基板
    • 電源平滑コンデンサ: 100μF x2 → 10μF x2
  • 電源基板
    • 起動時のミュート防止用コンデンサ: 10μF

ミュート用コンデンサとスピーカー保護基板の平滑コンデンサは、手持ちに同じ容量のものがないので小さいもので代用した。アンプの平滑コンデンサを買う時に一緒に買えば良かったのだが、すっかり忘れて居た(折角送料が高いのに、全く馬鹿だった)。電源基板のものは最初は忘れていて、別件(断線の修理)の時に気付いた。うっかりすると どこにでも入り込んで居て、恐ろしいものだw

いつも頭に来て居るのだが、基板の銅箔が厚過ぎて半田こての熱が通らず、アンプ基板の平滑コンデンサの脚を抜くのが大変だったので、元の脚を短く切って それに継ぎ足した。インダクタンスとかありそうだが、いずれにしても短くは付けられないので仕方ない。

今になって気付いたが、新しいものは粗悪品より直径が細くて背が低いので、もしかしたら直立で付くかも知れない。また、余計なことに気付いてしまったようだ・・・

↑ そもそも、直立させると下側のコンデンサがアンプICの押え板に当たるから斜めに付けたので、直立させられないことを思い出した。

ミュート用コンデンサの交換後にミュート時間を確認したら、想定よりずっと短かった(数秒のはずが、電源on直後に音が出た)ので、アンプIC(LM3886、以下、3886)のデータシートを良く読んだら、ミュート時間の設定が想定と違っていた。コンデンサと抵抗の時定数で決まると思い込んでいたのだが、そうではなく、ミュートピンから流れ出る電流が規定値より大きい時間だった(以前にも読んでは居たが、時定数と同じと思い込んでいた)。

シミュレートしてみたら、確かに数百msにしかならず、一瞬で音が出るのも納得が行った。それで、シミュレートで見付けた、ミュート時間が最も長くなる(430ms)抵抗に変更したが、それも一瞬で音が出た。

更に、元々の標準的な設定(100uF+15kΩ)では1秒近い(約760ms)はずが、やっぱりほとんど一瞬で音が出ていたので、何かおかしい気がした。が、電源on時にポップ音などはせず目的は達成しているので、現状のままで良しとした(というか、疲れて諦めた)。

(21:54) どうにも納得行かず、電源on時のミュート時間を測定したら、やっぱり100ms未満で、一瞬もいいところだった。気になってデータシートを更に良く読んだら、ミュートの機能や動作仕様が思って居たのと全く違っていた。

データシートの"Electrical Characteristics"には以下のように書かれている。

Pin 8 Open or at 0V, Mute: On
Current out of Pin 8 > 0.5 mA, Mute: Off

3886のミュート機能は、ミュートピン(ピン8)から流れ出る電流を0にすることで有効(ミュート状態)になる。一方、良く見る回路ではピン8には(データシートのサンプル回路のような)ミュートスイッチはなく、大きなコンデンサと抵抗だけが繋がっているので、電源on時にコンデンサに充電される時に大きな電流が流れたあとは定常状態になって、ミュート解除する電流が流れ続けるだけで全く無意味だ。つまり、3886のミュート機能は電源on時のミュートには使われていない。コンデンサの値は、ミュートスイッチがある場合にミュート状態になるまで・解除されるまでの時間を決める。だから、そこに大きなコンデンサを入れても、まさに「あんなの飾りです」だ。

そして、電源on時のミュートは3886の"Under-Voltage Protection"(UVP)で行われる。

僕が期待していた、3886のミュート機能を使って電源on時のミュート時間を長くするには、以下のような追加回路が要りそうだ(あくまでもコンセプトである。これでピン8から電流が流れ出るはずだが、データシートにあるように、ピン8は負電圧でなければならないのかも知れない。: 要確認・調整 ← 等価回路を良くみたら、ピン8はトランジスタのエミッタで、ベース(GNDに繋がっている)-エミッタ電圧で判定するのだろうから、負でないと駄目なことが分かった)。この場合、シミュレーションでは約1.3秒のミュート時間となった。

LM3886のミュート機能を使って電源on時のミュート時間を長くする回路 (コンセプト)

謎が解けた気がした。そして、今まで勝手な思い込みで随分馬鹿らしいことをしていたことが分かった。が、追加回路を作るのは面倒だし(疲れたし、場所もないし)、現状でもUVPによって電源on時の雑音は出ないから、問題が起こらないかぎり実装はしない。

ちゃんとした回路でなく、電源スイッチの余り回路を物理的なミュートスイッチにしても良さそうだが、チャタリングなどの問題がありそうだし、ステレオの場合に2個を共通にしていいのかという疑問があるし(これはリレーを使えばいいが、だったらトランジスタのほうがいい)、今は困っていないので まあ止めておく。

そして、ミュートには役に立たないことが分かったコンデンサ(47uF)をスピーカー保護基板に移す(相互に交換する)といいが、やっぱり面倒だし困っていないので、これも止めておく。

恐ろしかったのは、ミュート用コンデンサを交換する時に回路図やデータシートを再確認したら、今まで極性を逆に付けて居たのに気付いたことだ。。。 負電源に付けるので、GNDを+極に繋げるべきところ、つい、いつもの習性でGNDを-極に繋げてしまって居た。電流が小さいせいか、粗悪コンデンサでも破裂しなかったのは幸いだ。極性が逆でも、交換するまでそれなりにミュートが働いていた(ただ、上記のように時間は短い)ように思えるのも謎だ。回路が何かおかしいのかも知れない。あるいは、電流が小さいと極性が逆でも動くのかも知れない。

極性が逆だったことが、以前あった「ポツポツ」の雑音の原因だったかも知れないが、粗悪品に交換する前はどいういう極性で付けていたかが分からないので何とも言えない。

交換後、特性や残留雑音を測ったら、なぜか残留雑音(200Hz辺り)がわずかに(総量で< +1dB, もちろん全く聞こえないレベル)増えたが、雑音は変動が大きいので実際には変わっていないのかも知れない。振幅と位相はもちろん問題なく、歪みも変わらなかった。

詳しい測定結果は、アンプが完成した時にきちんと出したい。

聴いてみると、(粗悪コンデンサだった時は、ちょっと「やり過ぎ」な感じがしていたのだが、)最初は「普通に良く」、以前より落ち着いた感じ(高音が控え目)がした。その後、時々音が変な感じがすることがある。部品か(以前書いたように、)耳が落ち着くまで時間が掛かるのか。一種のエージング? もちろん、いつもと同様に、いい音と感じることも多いし、初めて聞く音も結構ある。

ということは、特性は変わらなくても音が変わった可能性がある(思い込みの可能性もある)。変わったとしたら、複数の音が混じった場合や動特性が変わるのだろうか。

以下に、昨夜から今朝の、印象が変わった例を示す(Spotifyで聴いたものにはリンクを付けた)。

  • 少女A - 30th anniversary mix」: 高音(シンバルなどの響き方)が全然違って聞こえる。
  • 瞳はダイアモンド」: 音が悪く聞こえる。詰まった感じ。
  • ルガンスキー: ラフマニノフ ピアノ協奏曲 第3番-1: 何となく音が違う。ピアノの中高音のうなりのような音が、より本物の音に近い気もする。
  • 勝手にしやがれ」: 音が落ち着いて来た感じ。(耳が慣れた?) 音の良さは感じる。特に高音がクリア。
  • 青い夜の今ここで」: なぜか低音が強い。今まではなかった。

 

それから、使っていた別の粗悪コンデンサのメーカー名(Ch*gx)で検索してみたら、やっぱり悪い情報(体験談)しか出て来ない(下に例)。"crap"などと書かれていることもあった。ということは、本当に良くないのだろう。ただ、そういうモノ(が使われた製品)を買って使う人が大量に居るにも関わらず世界が破滅して居ないってことは※、全然使えない訳ではなさそうだ。定格(例: 耐電圧、温度)に充分過ぎるマージンを取ればいいのだろうか? 僕は、例えば、耐圧を使用電圧の2倍以上で選んでいたが、それが効いたのかも知れない。それでも寿命は短かったのだろう。

※ニュースで良く見る、突然発火・爆発した物は こういうのが原因だったりするのかも知れないが、まだ、連日至る所で爆発炎上事故が多発というような地獄の様相には なって居ないので、駄目なものは少ないようだ。

粗悪コンデンサの体験談: いくら いいコンデンサだって、耐圧の3/4以上で使うなんて、随分なチャレンジャーという気がするが・・・ まあ、最初のチェックは必要か。

My only experience with Ch*gx was rather a disappointment. From what I recall they didn't work up to the rated voltage, the leakage increased dramatically around 3/4 of the voltage marked on the can. I wouldn't touch them again.

そして、すぐ壊れる機器ってのは、こうこう粗悪コンデンサが使われているのかも知れない。※ 更に、粗悪コンデンサの中にもいいものがあって、ちゃんと使える・長持ちすることがあるのかも知れない。それが「当たり」ってやつ?

※実は、あの「ソニータイマー」もこういうことなのだろうか。それであれば充分腑に落ちる。本当に、ぴったり1年で壊れるのも可能そうだ。

逆に、粗悪コンデンサの情報を調べると、必ず、「(安物のゴミなんて止めて)日本メーカーのにしておけ」っていう意見があって、こういう分野ではまだ日本の立つ瀬があることに気付いて、ちょっと見直した。

参考: コンデンサのメーカー序列 ("Capacitors Manufacturer Tier List") (c. 2015)

 

不思議だったのは、以前買ったスピーカー保護キットに日本のものが入っていたことだ。実は偽造品というオチなのだろうか。ロゴや色などを信じてミュート用に使ってしまったが・・・ もしや、それでミュート時間が短い??? (うむ。余計なことに気付いてしまったようだ)

そして、手元には電子部品セットなどで大量に粗悪コンデンサが残ったが、ちょとした実験には使えそうだ(使う前にちょっと確認すれば、腐っているかは分かりそうだ)。

 

それから、抵抗などでも粗悪品がある可能性はあるが、電解コンデンサと違って化学反応はしないから、「普通に」作ればおかしなものはできず、せいぜい、値が違うとかだろうと高をくくっているが、実際のところはどうなんだろうね・・・ (さすがに、抵抗を全部交換ってのは できない相談だ・・・)

あと、トランジスタとかICのような半導体はどうなんだろう。化学反応の有無で大きく違うのだろうか? あるいは、同じ国・地域でも、そういうのはちゃんとしたメーカーなのか。謎は多い。

 

PS. 書いたあとで「バイバーイ、粗悪コンデンサくん。」という題も思い付いたが、元の題以上に古過ぎるので止めるw (これのCMが出て来ないのが残念だ・・・)

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僕の耳が悪いという話に関連して、少し前に ちょっとすごいことが分かった。

アンプの特性測定後だったか、気付かずに音を左右逆に出していたら変な音に聞こえた(それで調べたら逆だった)。出ている音自体は何も変じゃなく、左右逆というだけなのにだ。それで、これがたびたび起こっていた「いままで聞こえなかった音が聞こえた現象」に関係あるのかと思った。

僕は左右の耳の特性(聞こえ方)が違うから※、慣れとか脳内で補償されているのが、逆になるとおかしくなるのではないか。

※確か、左耳の低音の感度が悪い。昔の突発性難聴の後遺症か、子どもの頃に中耳炎を何度もしたせいかは分からない。

そして、アンプやスピーカーに何かして音(の構成・成分)が変わった直後にも その補償がうまく行かなくなって、耳閉感などが出るのかも知れない。

と思ったが、単に左右逆の場合には音自体は変わっていないから、補償に関しては変わらなくていいはずで、おかしく感じたのは、それまで何度も聴いて慣れている音(記憶?)と違うからではないか。例えば、左右の耳で聞こえ方が違うままで(バランスの悪い状態で)記憶された音とはバランスが違うだろうから、それで変だと感じたのか。

ただ、後者は本当に音が変わるので、補償との関係がありそうだ。

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先日書いた、自作アンプBA3886からかどうかは分からないけど たまに「ポツポツ」という雑音が聞こえる件で、電解コンデンサの付け方が悪くて駄目になったのではないかと考え、丁度楽天モバイルのポイントが余っていたので、品数は少ないながらも、使えそうなのを見付けて買った。

まずはアンプ基板の電源平滑コンデンサとミュート用コンデンサの2種類を交換しようと思った。その他に、アンプ基板とサーボ基板を接続するコネクタが作る時の失敗で接触が怪しくなっていて、それも雑音の原因かも知れないので、一緒に注文して交換することにした。更に、サーボ基板の着脱を容易にするためのショートプラグも接触不良になって雑音の原因かも知れないので撤去することにした。ついでに、注文したコンデンサの余りでサーボ基板の電源平滑コンデンサも交換することにした。と、一気にいろいろなものを交換・撤去することになった。

コンデンサが届き、基板が込み入っていたので随分苦労して交換した。銅箔が厚く、穴が深く広いせいか半田の量が多くて、部品を外すのに使う半田吸い取り線(このアンプのために新たに買ったもの)がなくなってしまった。アンプの平滑コンデンサが大きいのと、今までのようにアンプIC LM3886(以下、3886)の押え板に干渉しないようにするため、アクロバティックな取り付け方にした。同様に、ミュート用コンデンサも押え板に当たらないように基板の裏面に付けた。

それから、何度も部品を着脱したためにGNDの銅箔が破れて居る箇所があったので、リード線で補接続した。他に、長くて余っていた内部接続コードを5cmくらい短かくした(まあ、自己満足とか気休めに過ぎないね)。

作業後は妙に音が変わった感じだった(悪い感じではなかったが、変化が大きいせいか、あとから考えると不自然な感じがした)。アンプの電源平滑コンデンサの容量を2倍にして、電源に余裕ができた効果かと思って居た。それに味を占めて、アンプから外したコンデンサ2個を元電源の入力に付けて※、消費電力の変化による電圧変動(があるとすれば)を緩和させようとした。

※そもそも、これが駄目な可能性があるから交換したのに、また使うのは矛盾している。が、見た目は大丈夫そうだったので、使うことにした。

というのは、3886は正電源に関しては電源変動抑制能力(PSRR)がすごくいいのだが、なぜか負電源には弱いので、なるべく変動を抑えたくなったからだ。アンプ基板には平滑コンデンサがあり、仮にDC-DCコンバータの変動対応能力が良いとしても、元電源の変動対応能力は不明なので、ここを安定させれば それなりの効果があると考えた。

そのコンデンサは、電源基板の下の空間になんとか押し込んだ(これもアクロバティックだ)。聴いてみたら、音が若干自然な感じになった気がした。ただ、例によって、特性を測って比べても変化はなかった。

 

それからだったか、余計なことが気になってしまった。

注文する時はコンデンサのメーカーなんて気にしなかったのだが、届いたものは初めて見るメーカー(J**O※)で、どういうところなのか ちょっと検索してみたら、「粗悪コンデンサ」の話しか出てこなかった。「運が良ければ2年持つかも」とか・・・ 会社も、インドだか中国だか、どこにあるのか良く分からない。きっと、類似名とか類似品を作る会社が乱立しているのではないか。

※本当に粗悪なのか分からないし、今はまともかも知れないので、明記はしない。

電解コンデンサは、劣化すると性能が低下する以外に液漏れすることがあるのだが、粗悪品では寿命が短いし、性能は最初から悪いかも知れないということが頭に浮かんで来た。途端に、アンプの音が不自然に感じ、耳閉感すら出て来た。まったく「げんきん」というのか・・・

仮に今は性能に問題がなくても、寿命が短かそうだし、気分が悪いまま使うのは嫌なので、秋月に日本メーカーのを注文し直した。※ そして、とりあえず、交換したばかりのサーボ基板のコンデンサを、外して余っていた日本のに交換した。すると、不自然に感じていたアンプの音がまた良くなった気がして耳閉感もなくなった(実際には、アンプ基板のコンデンサはまだ換えていないので、「気のせい」としかいいようがない)。

※秋月のいいところは、こういう「危ないもの」は ちゃんと日本メーカーを扱っているところだ(しかも高くない)。分かっている感じがして、安心感がある。そこらの店と違い、正体不明の安い部品をただ売っている訳ではない。

まあ、気のせいでも何でも、気に入らないまま使うのは良くないからいい。

それにしても、タダだからといって良く調べずに買うと もったいないね。

 

なお、問題の雑音は、直ったのか そもそもアンプからではなかったのか、今はしない「かも?」だ。たまに窓の詰物から似たような音がするので それだったのかも知れないが、方向や音の感じが違うから違う気もする(良く分からない)。もし直ったとすれば、一番怪しいのは、アンプとサーボ基板を繋ぐコネクタの不良、次はサーボ基板の着脱を容易にするためのショートプラグだったのではないかと思う。

 

PS. 楽天はやっぱりイマイチだ。物にはよるけど品揃えは良くないし、各店ごとに送料が掛かって(しかも高いことが多い)経済的でないし、店もAmazonのマーケットプレイスに負けず**なところが結構ある。ページも、作りが悪いのか、再描画がちらついて鬱陶しいとか、右側が見えないことがある(スクロールバーがない)とか、膨大にある小物に隠れて見えないとか、そんなのばっかりだ。そして、買うたびに忘れずに解除しないと山のように来るメルマガが大嫌いだ。

が、まあ、そもそもタダでない限り使う気がないので、どうでもいいことだ。さて、残った数百ポイントをどうするかな・・・

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昨日、たまに良くある、非圧縮・圧縮音源を当てるクイズの紹介を目にして、「どうせ当たらないから」とやる気はなかったのだが、それでも気になって、やってみたら・・・

やっぱり、全然当たらなかった。: 6問中1問しか当たらなかった。

各問は同じ曲の非圧縮版、MP3 330kbps版, 同128kbps版が並んでおり、どれが非圧縮かを当てるものだった。最初の曲から分からず、何度も繰り返し、高音の響きなどの微妙な差に着目して選んだら当たった。でも、それ以降は全部外れだった。妙なのは、ランダムに外れたのでなく、全部、最低品質の128kbpsを選んで不正解だったことだ。

だから、言い訳じみてはいるが、それぞれの違いは分かっていたけど、「非圧縮を選べ」と言われてもどれがそうかは分からず、自分が「いい音」だと思った、あるいは好みの音のものを選んでしまったのかも知れない。あるいは、聴き込むのは疲れるから、テキトーに選んだ可能性は高い。

あと、MP3の規格やエンコーダを作った人が頑張って、低ビットレートでも自然に聞こえるようになっていて、それで原音のアラが隠れたために非圧縮より良く聞こえた可能性は0ではない。かも知れないw

そして、330kbpsのを選ばなかったのは、中途半端で今ひとつと感じたのだろうか。

まあ、耳が悪いのは確かだ。

実際、昔の病気の関係で左右で低音の聞こえ方が違う(これは別の観点だがw)し、わがままなのか、少しでも変な音を聞かせると反抗して来る(耳閉感が出る)w

 

であれば、今頑張って音のいいアンプを作って居るのは「無駄では?」と言われそうだが、必ずしもそういうものでもない気はする。僕の目指す「音のいい」アンプは、「原音(再生する音源)をそのまま出す」もので、音源がMP3でも非圧縮でもそのまま出し、元の音の良し悪しがそのまま出て来ることを目指しているので、アンプで色が付いて音源の違いがなくなったりするのは良くない。

だからまあ、耳が悪くても音のいいアンプは意味がある。と、詭弁を弄する今日この頃(爆)

 

PS. それにしても、以前も書いたが、近頃すごく音が良く聞こえるのだが、だからと言って、それで作ったアンプがいいのか悪いのか分からなくなって来た。つまり、ものすごく出来が悪く、全部128kbpsのMP3みたいな音になっていても、僕はそれが「いい音だ」と思っているかも知れないではないか・・・

ただ、本文に書いたように、(そのアンプを使って再生して)どれが一番いいとは分からないながらも、音質の区別は出来た可能性があるから、全部クソ低品質な音で出ている訳ではなさそうだ。

まあ、最後は自分が気に入る音ならいいとは言えるが、客観的に音がいいのか悪いのかは分からない。それを補助するために測定はしているが、数値で音質をすべて示せることは全くなく、ほんの一部・可能性しか示せない。そして謎は多い。

だからと言って、「特性なんて関係ねぇ。耳がすべてだ!」みたいに、独自の理論などで突き進むのは ないと思う。どんな機器でも物理法則で動くので、基本的な原理を無視したら(客観的には)うまく行かないと思う。

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落ち着いた」とは言え、完成までには細々とした作業が続く。それは、コンデンサの充電のグラフのように、永遠に"100%"にならないのに似ている。数年前に流行った「ロングテール」は良く意味を知らなかったけど、グラフの形から似たようなものだと思って居たが、調べたら微妙に違っていた。あっち(の論)は積分しているようなところが違う気がしたが、コンデンサの充電率ってのはあのグラフを積分したもののような気もするので、同じことかも知れない。

まあ、余計な話はここまでにしておく。昨日は、自作アンプBA3886の電源部などを少し改良した。

 

電源部のかさ上げ

電源部の脚に使ったボスが以前の台より少し低かったので、5mmくらいかさ上げした。実際には、持ち上げないほうがヒートシンクが外に出っ張らなくて見た目はいいのだが、そもそも、DC-DCコンバータ(以下、コンバータ)の放熱を良くするためにヒートシンクを外に出すことにしたので、邪魔にならない範囲で出す量を増やして放熱を良くしたいのだ。

かさ上げするのにいい物を検討し、ペットボトルのキャップを加工したものにした。切りやすく、それなりに丈夫なので便利だ。サイズも丁度いい。今回使うのは上の部分全部ではなく、その内側のパッキン的な円形の突起(これの高さが約5mmで丁度良い)までと、ちょっとニッチである。

そこを円型に切り抜き、コンバータの端子やコンバータとヒートシンクを固定している結束バンドが当たる部分を切って、うまくコンバータが載るようにした。それの中央部に穴を開け、ネジでボスに固定した。

例によって基板への固定は難しく、今回もハリ玉にした。ネジの頭に少し盛って、コンバータに付くようにした。が、やっぱり弱いので、側面をダクトテープで補強した。きっと、厚い(7mmくらい?)両面テープで貼り付けるとか(これは着脱が不便なので、余り良くない)、細いコード(基板の穴を通す)でコンバータをヒートシンクごと基板を縛ればいいのだろう。

→ いろいろ考えているうちに、良く家電のコードをまとめるのに使われている被覆付き針金を使うことを思いつき、うまく行った。面倒だし通らないから穴とか通さず、大雑把にヒートシンクとコンバータと基板の外周をぐるっとまわして縛り付けた。簡単だけど、一応針金なので、堅く縛れてぐらつかない。何度も着脱すると切れるだろうが、その時は交換すればいい。灯台下暗しだ。これの圧力で、気付かずに挟んで居た線の被覆が破れてショートとかいうことはないと思うが・・・w (5/30 9:12)

結構うまく行った。ペットボトルキャップの台は低いせいか、斜め上からだと隠れてほとんど見えない。カバーを付けると、ヒートシンクが若干高くなって、(気分的には)放熱が良くなった感じだ。その他に、ヒートシンクが高くなってランプ(LED)との間隔が広くなったので、ランプが見える範囲が広くなったという予想外のメリットがあった。

 

ピンジャックの交換

次に、懸案のピンジャックを交換をした。今までのは、取り付け台がプラスチックだったせいもあるが、ネジが1個のせいもあってうまく固定できず、緩みやすかった。それを2連(固定はネジでない)のものにしようとしたら、汚なくて論外なものが届いたので止めて、別のものを注文した。それはネジ(外側がナットの形状になっている)やワッシャが多いので、ちゃんと固定できそうだった。が、それも僕には今ひとつな物だった。

付ける場所が平面でないせいかナットがうまく嵌らず、手探りで力を掛けて締めていたら、片チャネルが斜めだったようで、気付いたらネジ山がなくなってしまって居た・・・ 仕方ないので、偶然手元にあった、少し小さ目なのか、ちょっとキツいものを無理して使った。何度か嵌めていたら、なぜか通るようになった。元々同じサイズだったのか、インチとミリで微妙に差があったのを無理して広げたのかは不明だ。

なんとか付いて、ここまでで満足しておけば良かったものの、ジャックを良く見たら、GND端子板の接触方法が今ひとつなことに気付いた。※ 本体と端子がナット経由で接触しているだけ(本体のネジ→ナットの側面→端子板)なのだ。なんか気に入らないので、端子を本体に半田付けした。本体はなかなか半田が乗らない(だから、金メッキではなさそうだ)ので、時間を掛けたら何とか付いた。ところが、、、熱で中央部の絶縁体が縮んでしまって、プラグが挿さらなくなってしまった。熱で溶けないかと気になっては居たが、縮むことがあるものだな・・・

※別件で検索していたら、似たようなこと(ただし、もっとちゃんとしている)を考えられた方が居て、やっぱりGNDを本体に半田付けしていた。(→ 参照: 下のほうの「【RCA端子を考える】」: このサイトは今までにも良く参照している) この方は高周波的に考えられているが、ネジでGNDを繋ぐのは駄目だっていう直感は当たっていたようだ。

それにしても、上のページで紹介されているシンプルなピンジャックは まさに「こういうのが欲しかったんだよ」なのだが、一体、どこで手に入るものか・・・ (5/30 7:21)

キリやヤスリで穴を広げたが、中の端子に傷が付いて耐久性が心配になったので、使うのは諦めた。それで、仕方ないので、元のピンジャックを使うことにした。新しいピンジャックのワッシャをケースに接着して(写真では1枚だが、実際には表側にも付けた)、固定しやすくしてみた。ひとまず付いたが、まだ固定の具合は分からない。接着できたかすらも不明だ。確かめるために力を掛けると剥がれそうで、怖い。ジャックの間が随分広いのは気に入らないが、こうしないとワッシャをケースに固定できる面積が狭くて弱くなるので、仕方ない。普段は見ないから良しとする。あと、ここから空気が入って、アンプの冷却にいいかも知れない(希望)。

ちなみに、元々のプラの台は新しいのを付けようとして穴を広げようとしたら割れてしまったので、使えなかった。: 「いつもpoint of no return人生」であるwww

それから、さっき失敗したにも関わらず、このジャックもGND端子を半田付けした。こちらは絶縁体は無事だった。やっぱり、秋月のは安くてもそれなりに質がいい(思わぬことが起こりにくい)のではないか。駄目になった新しいのは楽天で買ったが、「高級」と書いてある割にはメッキの質が今ひとつ(光っては居るが、表面が荒い。半田の乗りが悪かったので、本当に金かも怪しい)だったり、GND端子板が鉄製だったりして(実用上は鉄でもいいけど、「高級」と名乗るなら鉄はないと思う)、(期待はして居なかったものの)結構がっかりした。

新しいピンジャックのレビューに今回のことを書いたが、その店は「レビュー歓迎」のように書いているにも関わらず、今のところ音沙汰なしなので、「うむ。なるほど」と思って居る。

端子板を半田付けと言えば、スピーカー端子も同様の構造なのだが、こちらはネジ2個で端子板を挟んでいるから少しは良さそうだと思って、保留している(実は、面倒なのが一番大きいw)。あと、スピーカーは入力よりは電圧・電流が大きいので、導通の問題も起こりにくそうに思うが、実際には常用出力はmWオーダーなので、それほど大きくなさそうだ。

作業で意外に苦労させられたのは、ピンコードの芯線の絶縁体が溶けやすくて、すぐに駄目になる(芯線が表に浮き出てしまう)ことだ。左右で微妙に違い、確か左(白)が弱い。ほぼ毎回そうだ。たまたま昔から使っていた(、そして今は何の思い入れもない)ソニー製のピンコードを流用しているのだが、こういうところも気に入らない。 (僕の半田付けが下手ってことは大いにあるがwww)

 

アッテネータの改良

昨日は最後にアッテネータの化粧直しをした。今までは、抵抗添え木をしてビニル袋に入れていたが、いかにも弱い(実際、作った直後に壊れたので添え木を付けた)ので、ケースに入れた。

前回書いた雑音は、アッテネータが壊れたせいかとも思ったが、そうではないようだ。

ケースは半田の入っていたプラのものにした。それまでに比べて、まあ簡単な作業だった。各チャネルの抵抗を熱収縮チューブで保護し、更にダクトテープで巻いて、結束バンドでコードの抜け止めをしてケースに入れた

ケースに入れたせいか、出力側のコードが短くてケースが邪魔になるように感じるが、まあ、これも普段は見ないし頻繁にいじるものでもないから良しとする。

それぞれの作業はちょっとしたものだが、失敗したりして一日掛かりになった。アンプの外見は間違い探しのように変わらないが、その影ではいろいろ地道な作業をしているのであった。

 

(-17:02 加筆・修正など)

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近頃、電源部の設置を正式なものにしたり電源コードを換えて、自作アンプBA3886は急激に完成に近付いた。良くある曲線でいえば、傾きがなだらかな領域に入った感じだ。

 

電源部をちゃんとした。

電源コードはXHコネクタ(ジャック)付きコードにした※。暫定的に使っていたPCのペリフェラルコネクタ(4ピン)は汎用的でいいのだが、意外に耐久性が悪くて接触不良になったためだ。コードをスイッチの端子に半田付けしても良かったが、中で受けるコネクタ(プラグ)付きコードをスイッチに繋げた。こうすることで、元電源接続用のコードを改造しなくて済むから信頼性が向上し、抜き差し回数が多くてコネクタが駄目になったらコードごと交換すれば良いので手間が省ける。それから、動作確認などの時には、スイッチを飛ばして直接DC-DCコンバータに接続することもできる。

※電源コードは少し長目にしたかったので、京商のラジコン用の30cmのものにした。太さが22AWGとのことなので、ちょうどよかった。楽天モバイルのポイントがなかったら手持ちの短いコードで自作するところだったが、ここは信頼性と耐久性を期待して奮発したw

これに関連して、元電源に以前使っていたSAYAのアンプ(SP192AB改)のACアダプタを使うので、そっちの出力もXHコネクタ(ジャック)にした。そのため、(もうないだろうが)SP192AB改を使う時のために変換ケーブル(1)を作った。更に、他の4ピンコネクタが出力の電源を使う時(主に動作確認)のためにも変換ケーブル(2)を作った。

電源部の設置方法は さまざまな検討をしたのだが、最終的には、「ボス」という ネジ穴のない所に貼って支柱にする部品を脚にして、それに基板をネジ止めし、その上にDC-DCコンバータとヒートシンクを載せることにした。見た感じは、大昔の喫茶店のテーブル型ゲーム機や阪神・淡路大震災で倒れた高架の高速道路、それから、アニメ「アラレちゃん」に出て来るニコチャン大王を連想して心許ない感じだが、それほど高くないせいか足(ベースに貼る部分)が広いせいか、容易には倒れない感じだ。実際に設置する場合は、両面テープでベースに貼るから ずっと安定するだろう。

なお、DC-DCコンバータはハリ玉で基板に(ここは もうちょっと強くしたいが、難しい: ダクトテープで補強かな)、ヒートシンクは結束バンドでDC-DCコンバータに、それぞれ固定した。これで、ダクトテープでの仮止めが排除できるはずだ。既に、外から見える部分にはダクトテープはない

 

音がいい(気がする)

音に関しては、概ね修正版(ダイオードを除去した)サーボ基板を使い出してから全く問題ない。耳閉感や圧迫感は、回路の影響もあったかも知れないが、耳の調子や疲労によるものが大きかったようだ。それどころか、近頃は、なぜか音が随分良く感じる。(別の時にも何度も書いているので信憑性が低いが、)今まで気付かなかった細かい音(高音も低音も)が聞こえたり、今まで聞こえていた音でも新たな成分に気付いたりするので※、原音(録音された音)が かなりクリアに再生されている印象だ。いかにもオーディオ的な表現をするなら、「(今まで掛かっていた)もやのようなものがなくなって、見通しが良くなった」感じだ。

妙なのは、今まで(以前のアンプを使っていた時)は、その「もや」に気付かず、ことあるごとに「いい音」に感じていたことだ。いかに僕の耳の信用できないことか・・・

※近頃印象が変わった演奏は数多いが、例えば"We are the world" (1985)は驚くほど違って聞こえる。数日前のことだったが、イントロからして違って聞こえて、別バージョンかと思うほどだ(再び掛かった今日も同じ印象)。全く謎だ。

もう一つの例は、(今試しに聴いている)ELTの"Every Best Single+3" (1999)の曲だ(例: "Dear My Friend")。どれも音が詰め込まれて過ぎていて(「海苔」状態, いわゆる「うるさい」演奏w)耳にキツいのだが、今は、キツいながらも詰め込まれた音を分解できる度合いが高まった感じだ。それに、そんな強烈な音がストレートに聞こえて来るにも関わらず、意外と耳が痛くならないのが不思議だ。

そういう点では、(ELTかどうかは不明だが、以前ちょっと聞いた気がするのだが、)ミキシングやマスタリングするの人は、(言われているように)家庭用やポータブルの低音質の機器を意識していた訳ではなく、やっぱりスタジオの普通に音がすごくいい機器を前提に音を作っていた気がする。

その理由はまだ分からないし、気のせいかも知れないが、僕が常用する音量(= 微小出力)での歪みの少なさ※が関係ありそうだ。常用音量での歪みを以前のアンプ(SP192AB改)と比較したところ、例えば1kHzではBA3886の約4倍だった。

測定例: ボリュームが12時辺り(推定出力: 約8mW)での1kHzの歪み率(THD)と歪み量

    • BA3886: 0.014%, -103dBFS
    • SP192AB改: 0.058%, -90dBFS
      • ゲインが小さいため、同じ音量になるようにボリュームを上げた。

※歪みの少なさは、BA3886というよりも、使用しているアンプIC LM3886によるところが大きい。データシートのグラフでも、1kHzのTHDは10mWでは約0.035%である。BA3886の値が小さいのは、歪みを測定している帯域が狭いことと、ゲインを10に下げている(標準は23など)ためかと推測している。

なお、SP192ABは改造(内蔵ボリュームと初段アンプをバイパス)で特性が悪化した可能性が考えられたので、歪みの小さくなるであろう、マニュアルの出力-歪み率グラフの範囲内の約500mWで測定したところ、悪くない値(0.0087%@1kHz)となったので、改造は歪みには関係ない可能性が高い。

つまり、SP192ABは微小出力での歪みが大きいことが分かった。推測だが、終段はAB級アンプではあるものの、動作の繋がり(というのか?)が今ひとつなために微小振幅での歪みが大きくなっているのではないか。あるいは、AB級といえども微小振幅では特性が悪いのか。※

※AB級の動作を調べてみたら、微小振幅では正負のトランジスタの出力を合算するようだ。だから、それらの出力の振幅のバランスやタイミングが今ひとつ「合っていない」と歪みが増えるように思う。

あと、回路例ではトランジスタのバイアスを増やすためにダイオードが使われており(→ : "Pre-biasing with Diodes")、実際にSP192ABでも見たが、今までの経験から、その非線形性が歪みを増やすような気がする(確証はない)。

書いたあとで見付かったページ: 「トランジスタ式ミニワッターPart2設計詳説」によれば、上のダイオードについて、

ここで使用するダイオードの順電圧と2個の出力段トランジスタのベース~エミッタ間電圧が奇跡的にフィットしていないと、アイドリング電流が多すぎたり少なすぎたりします。 (中略) 0.01V以下のオーダーの追い込みをしなければならないので、半導体メーカー発表の大雑把なpdfデータは使えません。

とあり、ダイオードによってトランジスタのバイアスの量が変わり、特性が左右されるように思える。SP192ABは製品なので、その辺りの選定・設計はちゃんとしていると思うが、どこかで(最初から?= 当たり外れ?)「奇跡的なフィット」が狂ってしまったのかも知れない。

そういう意味では、(片チャネル辺り)トランジスタ2個(種類が異なる)とダイオード2個それそれの個体差の積算は結構大きいだろうから、単に部品を付けるだけでなく、1台ごとに測定・調整が要るのではないだろうか。

この点では、アンプICなら、ICごとの個体差はあるものの、同じウエハーに出来た部品の特性は揃っているだろうし、メーカー基準に収まっているはずだから安心だ。 (後付けの論理)

なお、今まで見た範囲では、歪みの量は(どういう訳か)出力を変えても余り変わらないので、出力を上げると(分母が大きくなるため)歪み率が下がる。もちろん、出力の上限に近づく・超えると歪みは増えるから、主に出力が小さくなる方向での話である。

結局、それは、出力-歪み率のグラフ(→ : 一番上のグラフ)で良く見る、左から右に掛けて直線的に下がる部分のことだと気付いた。だから、普通・典型的なアンプでは歪みの量は出力に余り依存しなさそうだが、変なアンプではそうとも限らないだろう。

本稿の「歪みが少ない」などは、特に「量」と書いてない限り、歪み率を指す。

話が逸れるが、SP192ABには感心したこともある。歪みが全帯域でほぼ一定なことと、中高域の残留雑音が小さい(BA3886より約6dB小さい(= 約半分))ことだ。前者はいいのか悪いのかは不明だが、どういう理屈でそうなっているのか興味を持った。後者は、推測だが、電源フィルタの性能がいいためではないかと思っている。なんともうらやましい(そのフィルタを移植したい気分になった)が、-130dBFS以下という全く聞こえない領域の話なので、まあ、「気分の問題」である。

いずれにしても、僕に必要なのは、微小出力で音のいいアンプであることを確信した。上の「約8mW」というのは どうも値が小さい気はするが(それでも1W未満であることは確かだ)、市販製品のスペックに書かれているような、最大出力(概ね数十W)での歪み率なんて何の参考にもならない。今では、特性のグラフが書かれていることすら まずないので、結局、「能書き」と勘(や口コミや提灯記事?)で選ぶしかなく、であれば、今回のように自分で良く部品を調べ・選んで作るほうが、「当たる」確率が高そうだ。

歪みについては、(上に書いた、)歪みの量は出力にあまり関係なく、ほぼ一定という仮説が正しいなら、最大出力での歪み率から小出力時の値を推定することもできそうだ。 → 概ね、大出力で歪み率がいい(普通な)ものは、小出力での歪み率は大きくなるのだろう。だから、最大出力が小さくて歪み率が低いものがいいのは確かだ。

書いたあとで見付かったのだが、Benchmark社のページ: 「技術資料:パワーアンプの「ファースト・ワット(最初の1W)」に関するABX評価テスト」では、「スピーカーを0.01Wで駆動すると」と書いてあり、通常再生の出力として10mWは妥当な値であることを確認した。

また、「0.01W出力時の歪み成分は1Wの時の歪み成分と実質的には同等と言えます。」とあるし、ページ一番下のグラフ「アンプのTHD+N測定データ」もそのようになっている(注: このグラフの縦軸は率(%)でなく量(dB))ので、上の「歪みの量は出力にあまり関係ない」仮説も合っていそうだ。

ただ、そのページの「AB級アンプ」の回路図はB級のようなのでちょっとおかしいが、ここでは概念を説明しているので良しとする。また、AB級でも実はクロスオーバー歪みが出る気がしている。

 

余談: 上のページの下の文には大賛成だし、もしアンプを買うならBenchmarkがいいような気がして来たが(ステマじゃないよ)、きっと、「お高いんでしょ」だろうなw (← ステレオパワーアンプが約40万円と、よくある馬鹿高な製品より ずっとリーズナブルではある。)

皮肉なことに、アンプの性能指標としては、最大電力時のTHD+N(全高調波歪み+ノイズ)を最重要視する傾向があります。しかし、残念なことに、この高出力時のスペックは、「最初の1W」以下でのパーフォーマンスとは直接関係がありません。

 

スピーカー保護基板が完結(希望)

それから、スピーカー保護基板作成後に気になって居た、配線誤りによるショートの可能性については、起こり得る問題のリスクや配線(部品配置)に起因する問題の有無を検討してから写真や目視で確認した。

リスクの検討では、どこかの配線がショートした場合に起こり得る問題(例: センス入力に電源電圧が出る、センス入力がショートする)は独立(例: 複数のショートでそれらの問題がなくなることはまずない)なので、配線ミスでどこかがショートしていたら、(論理的には)何かしら動作が異常になるはずだけど それはなかったので、現時点では配線には問題ないことが分かったが、潜在的に将来問題が起こるリスクのある配線の有無が分からないので、配線の検討もした。

配線の検討で見付かった、本質的にリスクの高い配線(センス入力(スピーカー出力)と電源が隣同士になっていた)を修正し、写真の確認では電源の繋がった脚の半田に、隣のGNDに近くなっているヒゲが見付かったので、改善した。目視で気になったところも改善した。

 

そして、a few more things・・・w

以上のようなところで、BA3886の残件が大分・急速に減った。が、例によっていくつかの謎や問題(かも知れないこと)がある。最後を除き、調査中・対処方法検討中である。

  • 使う元電源によって、雑音はもちろん、歪みすら変わる。
    • 歪みの違いは電源の性能(例: 容量、負荷変動への追従速度)によるのかと推測している。
      • → 下に追記のページにより、追従速度が重要そうだ。
    • 今のところ、手持ちのうちでは、SAYAのACアダプタが一番いい。それから、以前は歪みが多過ぎて駄目だと思って居たデスクトップPC(今使っているもの)の電源(Scythe)も、実は歪みの点ではSAYA同様であることが分かった(以前は同じPCのサウンドカードで測定していたため、相互作用のようなもので歪みが多く出ていたようだ)。
      • ただ、SAYAより雑音が多い(といっても、例えば-100dBFS台のような、耳には聞こえない微小レベルでの差)ため、積極的に使う理由はないが、SAYAのアダプタが壊れた時には使えそうだ。
    • 上に追記したBenchmark社の別のページ「技術資料:「スイッチング電源はノイズまみれ」というオーディオの迷信」(このページの内容も大変興味深い)に、以下のようにあるので(太字は私が付けた)、電源と歪みは関係があることが分かった。

AHB2には、パワーアンプにしては珍しく、レギュレーターを装備した安定化電源を使用しています。レギュレーターは、THDの低減に役立ちます。当社の知る限り、AHB2よりもTHDが低いパワーアンプは存在しません。繰り返しますが、これは主にスイッチング電源の使用によるものです。

    • 余談: 上に挙げたようなBenchmark社のページを読むと、僕のBA3886での指向(例: 小出力重視、(デジタルでない)AB級アンプ、スイッチング電源、信号系にリレーは使わない)が正しいことが分かって、なかなか いい気分である^^
      • あと、AHB2の電源がアンプ基板の上25mmにあるってのも、本当に偶然ながらBA3886の配置(アンプ基板の斜め上40mm?)に似ていておもしろい。
      • それにしても、AHB2は低ゲイン指向で、最低では9.2dB(約2.9倍)が可能というのを見ると、そういうのが欲しかっただけに、LM3886(最低ゲインは10倍)でも出来たらと つくづく思う。
  • たまにスピーカーから小さい雑音(例: 「ポツッ」)がする。原因不明だし、本当にスピーカーからかも不明。無音の時しか分からない。
    • 昨夜、サーボ基板のオペアンプ(以前、片方を180°回転させて取り付けて過熱させたことがあるので、それによる不調を疑った)の左右を交換したら、しばらく出なかったが、今日の夕方に出た。だから、オペアンプは問題なさそうだ。ただ、今日はどっちから出たか分からないので、まだオペアンプが悪い可能性もある。
    • 雑音の音が、昔のアンプが寿命(おそらく、電解コンデンサが劣化した)になった時に似ているので、電解コンデンサを交換する予定である。今のコンデンサはもちろん新しいが、取り付け・設置に問題があって、脚に余計な力が掛かって不調になった可能性を疑っている。
    • あとは、アンプでなくPCのサウンドカード(の電解コンデンサ: もしあれば)が寿命になった可能性があるので、左右チャネルを入れ替えて雑音が出るチャネルが変わるかを見ている。
      • この場合は対処が難しい。
  • 上のスピーカー保護基板の改善後に動作確認をしたところ、不思議なことに、今回配線を修正したチャネル(左)の、1Hzの正弦波をオフセットとして検出する振幅が基板製作直後に比べて1dB高くなっていた。
    • おそらく温度(室温)変化によるものだろう。あと、(全く考えづらいが)今回の配線の修正でわずかに(数mm)線が長くなったので、それが効いているのだろうか?  それから、オペアンプ周りの抵抗の誤差のばらつきが温度上昇で広がったのだろうか。
    • あるいは、上記のオペアンプの左右の交換が効いているのか?
    • → ミュートしきい値で1dB(約1.1倍)くらいの差は問題ないので、この差が別の問題に起因するものでない限り対処しない。

 

PS. 本稿は3月下旬にタネを書いたのだが、その後、何度もどんでん返しがあって、2か月経った今、ようやく公開となった。

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昨日組み立てた、製作中のアンプBA3886のスピーカー保護基板。動作確認しないことには使えないし、完成にもならないのだが、どうにもだるかった。大体 最初はちゃんと動かなくて、下手したら、抵抗などが過熱して変な臭いすら漂って来るのだから嫌に決まっている・・・

とはいえ、このままにしておく訳にも行かないので始めようとしたら、電源がなくて何もできないことに気付いたw というのは、昨日作っている途中で確認した時はリレー制御部だけだったから、+12V(または15V)だけで良かったのだが、今はオペアンプがあるので±15V(12Vでも動くだろうが、15Vで設計しているので、正式な確認には12Vでは不充分)が要るのだ。

すっかり忘れて居た。スピーカー保護基板はアンプの電源部のDC-DCコンバータ(±15V)と繋がないと動かないし※、そのためにはコードやコネクタを準備しなくてはいけないことを。

※実際には2個の12VのACアダプタを直列にしても動くが、面倒(というか、馬鹿臭い)で する気が起きなかった。

仕方ないのでコードとコネクタを作った。それが準備運動になったらしく、やる気が上がって来たので、動作確認をすることにした。

すると、信じられないことに、確認項目すべてがOKだった。

ちなみに、ミュートするオフセットのしきい値は+1.3, -1.4Vだった。(設計・シミュレーションでは+1.2, -1.4Vだったが※、なぜか正負の差が小さくなったのは良かった。)

※DC-DCコンバータの出力制御(RC)端子でミュートする方式にするためにリレー駆動回路を変えたら しきい値が下がったので、アンプのゲインを変更して調整した。

リレーが閉じる電圧(または電流)と開く電圧(同)が非対称なために しきい値が変わったのだろうと推測している。前の方式ではミュート時に閉じていた(コイルをonにする)が、今はミュート時に開く(同offにする)ようにしている。

それから、このしきい値だとニッケル水素電池(1.2V)では負のチェックができないが、乾電池(1.5V)なら問題ないので良しとした。そもそも、チェックが楽なことは本質でないし、チェック機能もある。

それから、PCから最大の音量(-3dBFS, 振幅: 約1.98V)※を出してミュートする上限周波数は3.5Hzだったので、実用上は何も問題がないことが分かった。

忘れて居た。これを測る時、弱い(小容量の)電源を使ったために出力がクリップして、変な値(例: 10Hzでもミュートする)が出て、ちょっと慌てた。

※実は、アンプに2V入れるとゲインが10倍なのでアンプ出力は20V(50W)となるはずだが、電源は15V 30Wなので出せずにクリップしてしまうので、-3dBFSは不適当だった。ただ、サウンドカードの特性のために超低域では振幅が小さくなるので、3.5Hzでは ぎりぎりクリップするかしないかの辺りだったようだ。

次回は-8dBFS(アンプ出力は約8V, 8W)か-6dBFS(同約10V, 12.5W)で確かめたい。 まあ、そもそもそんなに大きな音は出さないので、実用上は問題ないことには変わりない。 (9/19 9:46)

(大体、いきなり「全部OK」なんてあり得ないし、僕のすることには絶対に間違いがあると思っているから、)なんか嘘臭いので、途中で、付けた部品が間違っていないかを確認したが、大丈夫だった。接続(配線)については作っている時に都度確認したのだが、本当は、意図しない部品とのショート・誤接続も確認すべきだが、さすがに面倒なのでパスした。

それで、とっちらかった基板などをある程度まとめて、綺麗にした。そして、入力やスピーカーを繋げて意気揚々と電源onしたら、即座にミュートした。。。 あの赤いランプが煌々と点いた。

駄目な条件を調べたら、元電源にSAYAのACアダプタ(24V)を使って(別のアダプタの12Vなら問題ない※)、DC-DCコンバータの出力にアンプを繋げると駄目だった。

※一瞬、「元電源を12Vだけにすればいいじゃん」という悪魔の声が聞こえたが、断固として拒否した。そんなことをしたら、四季のある美しい国と一緒だ。

それで、電源基板の、起動時のミュートを防ぐ回路の時定数(待ち時間)が短いのかと思い、長くしようと思って部品交換のために配線図や基板を見たら、何か変な感じがした。それで良く調べたら、接続(配線)が間違っていた。RC回路は抵抗のあとにコンデンサが来るべきなのに、最初にコンデンサが来ていた。配線図を描き直しているうちに間違ったようだ。

実際、同じ回路のブレッドボードは ちゃんと動いていたので、配線が間違って居たのは間違いない。

そこ(コード2本)を修正したら、ちゃんと起動した。結局、回路には問題なかったし、スピーカー保護基板にも問題はなかった。そして、「回路シミュレータはすごく使える!」ってことを再認識した。

厳しいことを言えば、それは「今のところ」である。きっと、保護基板にも電源基板と同じような間違いがありそうだ。ただ、今はちゃんと動いているので、シビアなものではないと期待している。が、実は、そういう誤りはあとで大惨事になること(があること)も知っている。が、配線のすべての誤りの可能性をチェックすることはできないので、確認は難しい。

実は最後は詭弁で、「すべての誤りをチェックする」ことは現実的でないが、「可能な限りのチェック」はやればできる(そして、それには価値がある)。が、まあ、国家的業務でも原発でもないしw、疲れたのでしなかった。

が、それで本当にいいのか、ちょっと迷いはある(それでスピーカーが焼けていいの?)。もう少し、起こり得る誤りとその影響を検討すべきかも知れない。どこかの低レベルな国じゃないので、「数百億円掛けてゴミを作ったけど、何が悪い!?」という身分でもノータリンでもないので。

「画竜点睛」なのか「過ぎたれば」なのか、果たしてどっちなんだろう? (今は分からないことは確かだ。)

 

てな訳で、いきなり小康状態になった(実際には上の難しい問題はあるが、まあ)。あとはそれほど大変なことはないはずなので、気楽に("sit back"ってやつ?)音楽を聴いていればいいかな?

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丸一日掛かって、製作中のアンプBA3886※のスピーカー保護基板を組み立てた。なかなか疲れたが、峠を越えたって感じがする。

※今更ながら、名前は"Ba3886"のほうが微妙にかっこいい気がして来たが、やっぱり気のせいだろうw あと、なんか長いので、つい"BA3"(ばーさん)と呼びがちになる。

やっぱり いくつか間違いがあったが、なんとかカバーできた。あと、基板が小さいのに部品が多いために細かくなって(ほとんど余白がない)、コード(ジャンパ線)での配線作業は泣きたくなった(、あるいは「気合い」で乗り切った)。できるだけ接続する端子が隣り合うようにして(この場合、部品の脚で繋げられる)配線を楽にしようとしたが、それでもコードでの接続が結構要った。線を1-2cmとかの短さで切り※、両端を1.5-2mmずつ被覆を剥いて、隣のピンと2.5mmくらいしか離れていないところに半田こてと半田とコードを入れて付けるなんて、まさに至難の業としか言いようがない。そして、それらすべてがショート、あるいは接触不良になっていないことを祈るしかないw

※例によって凝って、コードの長さができるだけ短くなるような部品配置にしたため、ほとんどが「繋ぐのが面倒なだけ」(タクシーなら「ワンメーター」以下?)な長さになってしまった・・・

 

なお、動作確認をし出すと(、きっと問題が出て来て)ご飯が食べられなくなりそうだったので、明日にした。

(今日はここまで)

 

(5/19 9:35) 組み立て時のちょっとした話

  • 今回もリレーの端子が左右逆だった(top/bottom viewの取り違え)。
    • リレーを基板に置く時に初めて気付き、急遽配線を修正した。「折角配線を短かくしたのに・・・」と思ったが、逆に短くできた線もあった。
  • 使った基板はちょっと残念。: 販売元も「ちょっと質が劣る」のように書いていただけのことはある?
    • 穴に半田付けすると気泡が出来てしまう。空気が混じりやすい?
      • 穴の作りか塗布されているフラックスの特性か。
    • 穴のXY軸の記号(A,B,C,・・・/1,2,3,・・・)が裏表で合ってない(例: 横がどちらも左→右に増える)ので、裏表で位置を合わせるのに使えない。。。
      • ただ、90°回転させて使う場合は横でなく縦を反対にしなくてはならないから、どうしようもない? 他社はどうしているのだろうか?
      • しかも、上下逆に印刷された数字もあった。
    • 左右両端の端子部は裏表で繋がっていないので、不便。 → 使う部分は自分でリード線で繋いだ。
  • 気付かないうちに、部品を付ける場所を間違えていた。: ダイオード(4個)の中央の交差部の間隔を一行多く取ってしまった。
    • 半田付けしたあとに気付いたが、たまたま下に余裕があったので、付け直しは回避できた。
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製作中のアンプBA3886のスピーカー保護部作成に伴って電源部も変更することになった。今までは、単に電源が逆に接続された時の対処だけをしていたが、今度は、スピーカー保護部がアンプからオフセットが出ているのを検知したら、実際にアンプの電源を切る処理をするようにした。(→ 構成図) しばらく「あーでもない こーでもない」と回路や配置・配線を変更していたが、概ね落ち着いた感じなので、昨日組み立てた。やっぱり予想外のことがあって苦労し、疲れた。

準備

外部からの直流電源(以後、元電源)の配線の引き回しを改良し、スイッチと電源部間のコードを減らすことにした。具体的には、元電源が入力されたらすぐに電源スイッチに繋げるようにした(今までは、一旦電源基板に通していた)。その時、端子台を兼ねるために2回路(正とGND)繋いだらスペースが足りなくなって、ケースの角に設置する羽目になった。

スイッチの幅半分、高々5-7mmくらいだが、ベースがスイッチの未使用の1回路分に掛かって居た。褒められない配置である。

どうにも見苦しいので、その後、スピーカー端子の間に電源スイッチと元電源コードを移動した。電源コードが外れたり被覆が破れた場合に、スピーカーに電源電圧が掛かる可能性があるので止めていたのだが、車載などで振動がひどい訳ではないからそうなる可能性は少ないと考えて、実施した。

あと、安全装置に頼るのは良くない考えなのだが、スピーカー保護部を追加するので、万が一そうなっても大丈夫なはずだ。

そして、作業前は予想していなかったのだが、スイッチなどを移動したら、丁度すぐそばに電源部が来るので(→ 写真左側の宙に浮かんだコネクタの辺りが電源部)、電源コードを減らすだけでなく短くもできて、更に好都合になった。

更に、これは あくまでも「期待」の話だが、元電源に雑音が乗っているとして、以前は元電源の入力部が音の入力ジャックの近くにあったから、雑音が入力に入り込んでアンプで増幅される可能性があったが、今度はスピーカー端子の近くで、そこから逆流することはないから、少なくとも増幅はされなさそうだ。かといって、聞いて分かるレベルではないし(移動の前も後も、電源由来の雑音は聞こえない)、測って違いが分かるかも不明だ(まだ測定していない)。

 

それから、少し前に、アンプ内部で使うコードとコネクタを、コード付きXHコネクタ(4ピン)に統一することにした。以前も良さそうだと思って居たのだが、入手性に難がありそうで止めて居た。が、ある時、Amazonを検索していたら、ラジコンのリチウム電池の充電の時に使うコード(「バランスワイヤー」などというらしい。: 検索キーワード: "JST-XH", "LiPo", 「バランス」, 「プラグ」, 「ワイヤー」など)はXHコネクタが付いているうえに、ある程度の電流が流せるから丁度いいことに気付いた。しかも、ジャックとプラグが付いた延長コードも売っていて、僕には持って来いだ。

その時は、「バランスワイヤーで充電するのなら、大電流も全く問題ない」と考えていたが、それは誤りで、バランスワイヤーは複数セルの電池を充電する時に、セル間のバランスを取るために使われるようだ。そして、本当に充電するコードはすごく太いようだ。僕にすれば、なんとも恐ろしい世界である^^

バランスワイヤーは、物によってはコードの太さ(例: 22AWG)が明記されていて(あるいは、聞けば教えてくれる)、僕の必要な容量(約3.5A以上)が通せそうかどうかが分かるので、内部接続用に良いと考えた。

それで、接続の種類によってピン数を変えるとコード・コネクタの種類が増えて得策でないので、少し多目の4ピン(「3セル用」, "3S")で統一しようと考えた(あと、その時丁度4ピンのコードで手頃なものが見付かったこともある)。ただ、その時に気になったのが誤接続である。どれも同じコネクタだと必ず間違えるので、何とかしたかった。

それで、すべての種類のコネクタに使わないピンを1個以上設けて、ジャックの穴を埋め、対向するピンを抜く(切る)ことにした。穴は、とりあえずは、小型電子機器(= 楽天のポケットWiFi)の白い緩衝材を詰めるのが良さそうだ。もちろん、硬いものを挿し込んで接着するのもいい。

想定外だったのは、ピンを切るのが難しいことだった。コネクタの外側のカバーが邪魔でニッパーがピンの根本まで届かないのだ。それでも、少しずつ切って、詰め物に当たらないくらいにはできた。

この作業はもっと早くすることもできたが、考えが変わって配置を変えたら切ってしまったピンは復活できない(ジャックは抜けるので復活可能)ので、今まで延期していた。

組み立て

(いやと言うほど変更と確認を繰り返したw)配置・配線図に従って、たった十個程度の部品を置いて配線するだけの「簡単なお仕事」のはずだったが、予想どおり そうは行かなかったw さまざまな想定外のことがあった。まず、電解コンデンサとリセッタブルヒューズ(ポリスイッチ)を半田付けしたあとにヒートシンクに干渉することに気付いて、取り付け方を調整した。ポリスイッチは想定していたが(→ 配置図)、作る時にはすっかり忘れて居たしw、電解コンデンサなんてノーマークだった。

それから、基板にコードを繋ぐ位置も実物の他の部品との関係で調整した。更に、DC-DCコンバータ(以下、DCコンバータ)のピン配置が反対(上下逆に見ていた)だったので、急遽それに対応した配線にした。実は、そのほうが電源の配線が短くなって良かったというオチがあった。

他には、配線図は上から見た図(top view)だが、実際には基板の裏で配線するため左右が逆になるので、それを忘れて(頭が混乱して)接続を誤ることもあった。あらかじめ下から見て(bottom view)描いておけばいいのだろうか? それはそれで、描く時に間違えそうだ。今はきっと、ボタン一発で切り替え表示してくれるツールがありそうだが、僕はドローツールで部品や配線を一つずつ手描きするいう竹槍戦法なので できない(爆)。

ちなみに、配線チェックなども紙を使わずに行った。図をコピーし、チェックした線や部品を削除して行った。最後に何も残らなければOKだ。印刷して赤ペンでマークしたほうが楽だとは思ったが、いつ確定するとも知れなかったし、実際、今回のようにその場での変更があるから、もう紙ベースでなく済ませるほうが良さそうだ。

ただ、個人的な話だが、老眼のため、基板の作業をする時に外した眼鏡を画面を見る時には掛けなくてはならず、結構煩雑な問題がある。

そこら辺を除けば、まあ、つつがなく出来上がった。僕にとっては かなり意欲的な立体配置にしたが、概ね意図したように組めた。

動作確認・調整

結論としては、電源を入れたら、煙も臭いも出ず、爆発も炎上もせずw、ちゃんと動いた。が、ちょっとおかしいことがあった。電源ランプが赤くて、最初はミュートしている(= 異常動作している)のかと思った。

なお、電源部はスピーカー保護部がなくても動くようにしており、その場合はスピーカー保護部と接続するコードのコネクタのピンをショートすれば良い。そのピンを抜くとミュートする(アンプの電源がoffになる)。

そして、ミュート状態にした時は問題なく赤かった

良く調べたら、動作は正常なのだがランプの色だけがおかしいことが分かった。なぜか、ランプに使った2色LEDの緑が弱かった。配線をチェックしたら正しかったので、ひとまず、LEDの電流制限抵抗を調整して色をオレンジに直した。が、微妙にブレッドボードでの試作と違って赤っぽくなってしまったのが気に入らなかった。

とは言え、昨夜は疲れたので、ひとまずはそれで我慢することにし、机上に置いて音を出して問題なかった(もちろん、その前にスピーカー端子のオフセットの有無やテストスピーカーで起動時のショック音の有無はチェックして問題なかった)。

LEDの色の再調整・キャップの固定

昨夜は ほどほどで諦めたが、やっぱり、色が変わったのは気に入らないし、LEDが壊れていたり配線などに問題があったら嫌なので、今朝、再確認と再調整をした。

配線は問題なかったが、不思議なことに、ブレッドボードで使っていたLEDも、電源基板経由(DCコンバータは同じ物を使っている)で使うと微妙に色が変わった。

それで、今のLEDが故障・不良かも知れないので、とりあえず、色に問題のなかったブレッドボードで使ってい居たものに交換してみることにした。元のLEDを外す時に、ピンの間隔(2.54mmでなく2mm)の関係で、赤と緑のピンが随分近くなって居たことに気付いた。大体0.5mmくらいだろうか。これが原因ではないかも知れないが、ここに詰まった物(コードの細いヒゲ)を通して電流が流れて色が変わった可能性もある。

なお、ブレッドボードのはリード線で脚を長くしていて穴に入るから、脚の間隔の問題は起こらない。

交換しても、やっぱり色は直らなかった。今度は白っぽくなった。赤が弱くなったようだ。仕方ないので、再度抵抗を調整した。ただ、目が慣れてしまったのか、昨夜の色も悪くないと感じるようになり、調整してもその色にしかならないので、やっぱり諦めた。

最初は個体のばらつきかと思ったが、そうでもないようだ。推測だが、このLEDは微弱電流(現状では赤は0.5mA, 緑は0.05mAで光らせている: 単位は間違えていないが・・・)での明るさ(電流-光量特性)のばらつきが大きくなり、抵抗(基板や試すごとに違う物を使っている)値の誤差(300kΩのような大きい抵抗だと、精度が1%だと数kΩも異なる)の影響も大きくなり、更に目の感度特性も影響して、色の違いを感じるのではないだろうか。

なんか、音に似ている。いつも似たようなことで困っているな・・・

ただ、今度は桃色っぽいオレンジになって(わずかに赤の深みが増した気がする)、(それまでの「アイロンのネオンのオレンジ」よりも)結構好きだ^^ ただ、上にも書いたように錯覚で、実は元々色は変わっていないのかも知れない。写真で比べると、元(写真右上)とはわずかに違うが、撮影条件による違いかも知れない。

こういうのも音に似ているな・・・ こんなことに引っ掛かってるから、なかなか進まないのだw

とりあえず、ランプの色は好みの色になった(気がする)と丸く収めて、スピーカー保護部を作るまで、机上に置いて音楽を聴いて試している。電源フィルタの上の不格好で無駄な端子もガワの大きな電源ランプもブレッドボードもなくなって、大分すっきりした。

今はスピーカー保護部はない状態である。無理に付けることはできるが、間違ってコードに触ると大変なことになるので、一旦外した。

その後、LEDの散光用キャップをちゃんとした。最初に作ったのは少し低かったので、2.5mmくらい高目に切って(1パック4個入りなので やり直せた)ハリ玉で固定した

 

さて、本題のスピーカー保護基板の組み立ては明日かな。でも予想以上に疲れたから、少し休むのもいい感じだ。まあ、先は長く、疲れながらも遅くても、一歩一歩進んでは居る(はずだ)。

あと、近頃は全然ソフトをやっていないが、たまにはソフトを忘れるのもいい感じだ。でも、ソフトもハードも(おもしろいけど)面倒ってことは変わらないwww

忘れていると、ソフトで思わぬトラブルが勃発したりしてパニくりそうだから、なかなか気が休まらないw

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製作中のアンプBA3886の電源ランプを、当初からそうしたかったアンバーにしたくて※、楽天モバイルでもらったポイントでLEDを買おうと思ったが、やっぱり無駄な気がした。

※その理由は、元々電源ランプに使っていたオレンジのLEDが小さ過ぎて(サイズ: 1.6x0.8mm)基板に付ける時の加工が面倒だし、その時に壊す(例: 脚を千切る)・失くすおそれがあったので、面倒になったためである。

それで、何となく、今ミュート通知ランプに使っている2色LED(緑1個と赤2個が入っているが、いろいろな経緯があって赤しか使っていない)の中の緑と赤を混ぜればアンバーになりそうな気がしたので調べてみたら、可能性があるようだった。まず、光のスペクトラムでは赤と緑の間辺りがアンバーな感じだったし(かといって、それらを混ぜて中間になる保証はなかったか)、下の図は絵の具で減色混合なので茶色になっているが、他のページではアンバーぽい結果があったので、早速試してみた。

緑と赤を同時に光らせればアンバーになるか?

もちろん、緑と赤の強さは1:1では駄目だろうし、そもそも、なぜか緑がかなり強いので、赤と緑の抵抗の値を変えて明るさの割合を変えて試行錯誤した

かなり いろいろ試したたのだが、結局できたのはオレンジであったw 抵抗値の比で赤:緑を1:3-1:6(暗くなるほど比が大きくなる)にするとオレンジになり、オレンジのLED(電源ランプ)と同じ色にできた。おそらく、もっと暗くすればアンバーになるのではないかと思うが、暗くし過ぎると良く見えないし、2色の割合の問題としても手持ちの抵抗の種類には限りがあるし(単体以外に2本を直列接続にして試しはした)、疲れたので、これで良しとした。

そして、希望のアンバーではないものの、オレンジなら元の電源ランプと同じなので、上にPPの散光板を載せたりして置き換えた。そして、LEDのパッケージにはもう一個赤が入っているので、それをミュート通知ランプにして2個のLEDを1個にできて設置面積を減らせた。と、ほくそ笑んだ。

なぜか、赤はとても綺麗に光るのに感心しつつも、オレンジがそうでもないのが ちょっと気に入らない。

それから、テキトーに作った散光板((別件で買ったが使えなかった)灯油ポンプのPPのホースを切って重ねて両面テープで貼った)は意外に良く、大昔に欲しかったヤマハのアンプA-5のランプの羊羹のような雰囲気になったのがうれしかった。ただ、ちゃんと・綺麗に作るのが面倒なので、楽天ポイントで散光用のキャップを注文した。それがうまく行かなかったら作るつもりだ。

が、LEDには電流を制限し明るさを決めるための抵抗(意外に大きい: 写真右の基板下部の白い四角(LED)の上の水色3個がそれらの抵抗)が必要なので、LEDを1個にしても実はそれほど面積は減らず(仮に2色LEDの横に小さいLEDを置いても抵抗の総数は同じなので、隙間が減る程度だ)、やっぱり気分の問題となったw

BA3886のスピーカー保護基板(左)と電源基板(右)の部品配置と配線の可能性・問題を調べるため、基板に載せてみた(一部代替品あり)。: 抵抗の占める面積が随分大きい。

 

(5/12 12:48) 散光用キャップが届いたので、早速試してみた。予想どおり、高さと幅(約1cm)は大き目だが、何とかなりそうだ。被せて光らせてみたら、若干暗目にはなるが、いい感じに光が分散して気に入った(それにしても、赤は本当に綺麗だ。なんか妖しい感じすらするw)。横からでもちゃんと見えるので、LEDを立てずに取り付けられそうだ。LEDとキャップの間が空いているので、良く分散するのだろう。

それで、正式版のために下部を5mmくらい切って内側に養生テープを2重にして貼ったら、LEDにスパッと嵌まり、基板にもいい感じで落ち着いた。本物は養生テープでなく、「ちゃんと」取り付けたい。接着剤だとあとで困りそうなので、強力な両面テープかな。そうだ、思い出した。ハリ玉(粘着ゴム)で隙間を埋め、なおかつ基板に貼り付けるのも良さそうだ。

 

PS. 「ニコイチ」本来の意味はちょっと違うようだが、まあ良しとしたい。

PS2. 余りにも基板に抵抗が多いのは、きっと、回路の作り方が良くないんだと思うが、まあ他にできないので良しとする。

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前回書いた時の予定では、今頃は製作中のアンプBA3886のスピーカー保護基板(以下、保護基板、保護部)を配線し終わっている頃だっただろうが、数日前に、配線の試行錯誤中に思わぬ失敗に気付いて後戻りし、再び試行錯誤・四苦八苦していた。

その失敗というのは、本保護部では通常はリレーの接点を動かさず、オフセットを検出してミュートする時だけ動かす使い方をするので、いざという時に接点が固着していてミュートできないリスクがあるので、ランプを点灯させるとともにブザーを鳴らして、異常事態が分かるようにしようと思って居たのが無理だということだ。

というのは、ランプやブザーはリレーのNO接点(通常は開いている)に切り替わった時に電圧が掛かって光り・鳴るので、固着して動かなかったら光りも鳴りもしないのだ。問題が起こった時のカバーを、問題が生じるであろう機能が正常に動くことに期待していた。何と言うか、「自分で自分の足を撃つ」の逆みたいなもので、まったく迂闊だった。。。

あと、仮に接点が動いても、ずっと使って居なかった接点がちゃんと導通するかの疑問もある(これはメーカーも注意喚起している)。それだと、トラブルに気付かずにそのまま放置する可能性もある。

まあ、そもそも、リレーの接点が固着したり、導通が悪くなることなんてまずないとは思うが、そういうことを言ってたら、(程度の差はあるが、)スピーカー保護だって要らなくなるので、何とかしようとした。

いろいろ考えて、今度は、DC-DCコンバータ(以下、コンバータ)の電源制御端子(以下、RC端子)を使おうと考えた。これは、本当に最初の頃に考えて居たのだが、いろいろな難しさがあって止めていた。例えば、コンバータを止めたら、アンプはもちろん保護部(自分)にも電源が来なくなる。それから、RC端子は元電源側なので、アンプ側と絶縁を保たないと雑音が増える可能性がある。

当時はスピーカー保護IC μPC1237を使う予定で、それだと絶縁を保つのが難しかったのと、電源on時ミュートが止められず回避するのが面倒なのと、僕の経験が足りなかったので諦めたのだが、今はあれから進歩したからできそうな気がしたので、方式や回路を考えて、なんとかプロトが動いた。以下に構成図と回路図を載せる。

※構成図と回路図では信号の流れが左右逆である。

概要を書くと、オフセット検出部はそのままで、オフセットを検出したら、ミュート信号の論理を反転させて(元: ミュート時にリレーを動かす → 今: ミュート時にリレーを切る)、リレーを動かす(実際には、コイルの電源を切って、NO接点(コイルに電流を流すと繋がる接点)をoffにする)。

こうすることで、電源on/offのたびにリレーが動くので、固着や接触不良が起こりにくくなる。また、その時に「カチッ」という音がするから、動作確認ができる。更に、もし固着していたら、アンプから音が出ないから すぐに分かる。ただ、アンプを使っている間中リレーのコイルに電流が流れ続けるので、その分消費電力が増える。ちょっと気に入らないが、こうなることも想定して高感度型で消費電力が少ないもの(150mW)にしたので、まあ許せる。

そのNO接点は元電源側(以下、電源基板)に繋がっており、プルアップされているRC端子が、通常(コイルの電源が入っている時)はNO接点経由でGNDに繋がっているためにL状態となって、コンバータから電源が出力されるが、コイルの電源を切ると、GNDが外れてRC端子がプルアップされてH状態になるので、コンバータからの電源出力が止まる。

この辺りは(回路図を見れば分かりはするものの、)もっと分かりやすい構成・書き方にすべきだと感じては居るが、面倒なので書き流してしまった。

すると、自分(保護部)の電源も切れて その後は何もできなくなるが、リレーのコイルがoffで電源を出さない状態(= 電源を切ろうとする目的の状態と同じ)なので、「気付いたら自分を○して居た」(でも、それでも何事もなく事が運ぶ)となる。

シミュレーションではうまく行ったものの、現実には微妙な問題があって、オフセットがしきい値付近の場合、接点がon/offで振動するらしく、電源on/offの繰り返しになってしまった。理論上は、一旦切ればすべて終わりのはずだが、電解コンデンサに電気が残っていてスパッとoffにならないようだ。それで、いろいろ考えたのだが、一番手軽で追加部品の少ない方法で解決しようとした。

例えば、トランジスタやオペアンプを使ったシュミット回路やラッチ回路などが一般的のようなので検討したが、止めた。

以前から使っていたラッチ機能(単語が同じで混乱するが、一般的なラッチ回路ではない)をここでも使った。リレーの2回路目を使い、ミュートした時にNC接点が繋がったら追加でミュート指示を出して、(自分の電源がある限り)ミュートが解除されにくくするのだ。ただ、この機能はNC接点が繋がらないと働かないので、接点がNOとNCの中間で浮動している場合には対処できないのだが、そこまで微妙なことはないようで、今のところはうまく行っている。

ただ、この方法には問題がある。全体の電源on時(起動時)、リレーのコイルがoffでNO接点が繋がっていないので(仮にリレーがすぐに動いても、電流の速さには間に合わない)、元電源が来ると同時にRC端子がプルアップされて、コンバータが出力を開始せずにアンプの電源がonにならず、当然リレーを動かせないからコンバータのRC端子をLにできないのだ。「鶏と卵問題」、あるいは、一休さんの「虎を出して下さい」のようだ。

そのデッドロックを回避するため、抵抗とコンデンサを使って、電源onから少しの間(数十ms)はRC端子の電圧を上げない(= Lレベル)ようにしたら、なんとかうまく起動するようになった。* ただ、微妙なタイミングや電圧・消費電流が絡むので、そこら辺の素子(抵抗・コンデンサ)の値はまず変えられない。ちょっと(といっても2倍とか10倍なので、字義とは違う)変えるだけで※、起動しなくなる・・・

*上のラッチ機能にも同様の問題があるので、これと同様に電源onから数十msは働かないようにした。

※その「ちょっと」変えたかった理由は、消費電力を減らすためだ。例えば抵抗を2倍の値にすれば、消費電力は随分減らせる(あと、冷える)。10倍ならすごいし、100倍ならもっといい!

それから、ミュート時にアラームのブザーを鳴らすことができなくなった。というのは、ミュート時はアンプの電源がoffなので、元電源で鳴らすようにしなくてはならないが、その想定・可能電圧は10-30Vと広いため、単純な抵抗での分圧では電圧がうまく合わないのと、仮に合わせても抵抗での消費電力が馬鹿にならない問題があるためだ(実際、ミュート通知ランプ(LED)の抵抗ですら熱くなった※)。

※ちなみに、抵抗に過電力を掛けて過熱すると臭くなる。以前、ダイオードを逆接続した時に臭ったので、それかと思って居たのだが、実は抵抗だった。臭いの元を探したら表面が黒ずんでいたのでwww、抵抗だと分かった。塗料が焦げる臭いなのか。毒ガスみたいな ちょっと危険を感じさせる臭いだ・・・

これをそのまま放置すると燃えるのだろうか??

仕方ないので、ブザーは保留した。そもそもリレーの固着をカバーするための機能だったので、その可能性がほとんどなくなった今となっては、なくても大きな問題はない。(折角作ったものだが、まあ、あとで使えるかも知れない)

LEDも ちゃんと(明るく)点灯させると抵抗が熱くなるので、手を抜いて、RC端子のプルアップの電圧を「ついでに」・「おこぼれを」使うことにした。なので、あまり明るくしようとすると、電流を食ってプルアップ電圧が下がって、コンバータの出力が停まらなくなってしまうので、値を変えられないという不便が生じた。が、ちゃんと電源を作るために3端子レギュレーターを使ったとしてもやっぱり熱くなる(= 無駄が多い)し、ほとんど動かないもののためにそこまでするのは馬鹿らしいし、部品を増やすとトラブルが生じる可能性が増えるので、今のところはこの状態で良しとしている。

コンバータのRC端子の電圧(Hレベル)は3-12Vまで可能で、元電源の電圧が10-30Vでその範囲になるように抵抗を設定した。その点でも やっぱり値を変えられない。

なお、プルアップのための抵抗値は大きいので、電流は余り流れない(30Vだと概ね1mA程度 → それでも全体では900mWになる ← 計算誤り)ので、抵抗は熱くはならない。ただ、念のため、LEDの抵抗は容量を増やした(良く考えると無駄だが)。

 

細かい話はこれくらいにして、新しい方式のいい点を書くと、まず、リレーの接点の音質への影響を完全に排除できたことだ。アンプの再生系統にリレーの接点は全くない。コンバータのRC端子(この内部にも接点はない)の制御には使っているが、スピーカーはもちろん、アンプの電源すらもリレーの接点を通さないようにできた。だから、オーディオのうたい文句的に書けば、大電流が流れても(僕のでは まずないがw)接点がないから損失が出ず、音質に悪影響が及ばないだろうし、振動でリレーの接点が動いて電流(の流れ方)が変動することもない。まあ、そういうのがどのくらい音に効くかは疑問だが(まあ ないねw)、個人的な満足度は かなり高まった^^

現実的なメリットとしては、機械的な故障・劣化が音に影響を与える可能性がほぼなくなったということだろう。そういう意味で、半導体はすごいと思う。

それから、電源をリレーでon/offしないので、期待どおり、電源on/off時もミュート時もショック音はもちろんポップ音すらしない。方式の不備や配線誤りでミュートが断続しても大丈夫だった。

他には、単一のシステムで独立した複数の電源系統を使い・制御するのは初めてだったが、何とかできたのがうれしい。ミュート時にアンプの電源ランプは消え、ミュート通知ランプだけが点灯しているのは、中身を知らないければ当たり前のことのように見えるが、我ながら良くやったと思う。以下、間違い探しみたいで全然分からないが、通常(非ミュート)状態(左)とミュート状態(右)である。

 

というところで、ようやく元の作業に戻れる。さすがにオリジナルのものを作るのは大変だと実感している。そして先は長い・・・

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製作中のアンプBA3886のスピーカー保護部のプロトは動作も音(への影響)も問題なさそうなので、そろそろ本物を作ることを考え、疲れていていやる気が起きないがらも、基板への部品の配置や配線を考えた。

経験はほとんどないし、腕もないけど目標は高く、基板のサイズは6x4cmにした。これは、電源フィルタの上部の窪み(6.8x5cm)に入るので選んだサイズだ。下の写真のように、「充分な広さ」なんてこたぁ全くない。見るなり途方に暮れるw

BA3886のスピーカー保護部: ブレッドボード(右)の回路を基板(左下)に収められるか??

それでも、やってみなければ分からない※ので、なんとか配置と配線の案を作ったのだが・・・

※実際には、各部品のサイズやピンの数で見極めできるのだと思う。それに、今は、自動配置するソフトだってあるのだろう。

BA3886のスピーカー保護基板の部品配置と配線案

ほとんど全部の面積と穴を使っているよ!※ (でも、きっと、「プロ」からすれば「まだまだ甘い!」んだろうけど) 実際、「たった60個くらいの部品でガタガタ抜かすな」(ほとんどは抵抗(水色の部品)だしね)って気はするが、本音としては無事に動かせる気はしない。裏表とか前後左右を間違えて、何か壊しそうだ。

※両面基板なので裏にも部品を配置できるし、部品を重ねて配置することも可能だが、間違える可能性が数倍に増えそうなので、ひとまずしていない。

あと、今気付いたが、抵抗などを立てて配置すれば面積が減る。当初は、高さを低くするためにそうしなかったのだが、実際には電解コンデンサが1cm前後あるので、抵抗を立てても関係ない。駄目な時はそうしよう。

それでもまあ、やってみたい気がするのは、「怖いもの見たさ」や激辛のものを食べたいのと同様に、物好きの証拠であろう^^ さて、どうなるか・・・

 

以下は おまけ。昨日だったかに「ちゃんと」した、スピーカー保護部のミュート通知アラームのブザー(元はキッチンタイマー)。

案の定、失敗した。電源onするだけで音を鳴らすために2箇所(2個のボタン)をショートする必要があったのだが、手抜きをしたために1個のパターン(基板の銅箔)が剥がれて半田付けできなくなってしまった。基板の穴(裏表が繋がっていて、スルーホールという)に黒い塗料(絶縁なのか導通するのか微妙だった)が塗ってあって、それを削ってから半田付けすべきだったが、熱で溶けると思ってテキトーに擦っただけで半田付けしたら、なかなか付かなくて、長時間加熱したために銅箔が剥がれてしまった。(写真中央辺りの、黒くなったところにリード線が残って居る部分)

仕方ないので、もう一個のボタン("SEC")を繋げて(写真右側のリード線が三角形になった部分)音が鳴るようにしたが、鳴り方が変だ。"−・・・−"というパターンで、いかにも異常な感じがする。これ、モールス符号だと(音の間隔はないものの)"TST"で、"test"を示しているのか(テストモード?)、あるいは"SOS"(鳴り方は"−−− ・・・ −−−")の略なのか、とにかく準縄でない鳴り方だ。

でもまあ、異常なことが分かるのは本来の目的に適っているし、それで壊れなければいいが、「滅多に鳴らないからきっと大丈夫」と思って、良しとした。あとは、いかにもすぐ切れそうだった電源などの線を付け直し(コードも新しくした)、不要な部品(液晶や電源スイッチ)を外し、電源をコネクタ(小さくて抜け止めがあるので、PCのファンコネクタを使った)で着脱できるようにし、ダクトテープやビニル袋で適宜綺麗にして出来た本体に付けても ちゃんと動作する。これなら小さくて(約3x2x0.5cm)、場所を取らなくて良さそうだ。

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先日ようやく一件落着したはずの、製作中のアンプBA3886のスピーカー保護部(以下、SP保護部)。昨日、ブレッドボードに組んで調整したものをアンプ本体に繋いで聴いていたら、例によって耳閉感や圧迫感がした。

そういうのは疲れや耳の不調によることが多いのだが、ただ、SP保護部を付けた途端に出だしたので、回路に問題があるのか気になった。思い当たるのは、入力の近くにダイオードがあることだ。(→ 元の回路図) ダイオードはアンプのDCサーボ基板にも使われていて、やっぱり耳閉感の原因か疑ったのだが、その時は、超低域の歪みは悪化させるものの音質劣化には関係ない可能性が高い結論になったのだが、そもそも非線形な素子なので、何か悪さをする気がした。

ダイオードは比較的大きな抵抗のうしろにあるから まず問題ないと考えていたのだが(ただ、その前に比べると抵抗値が半分以下になったのも気になった)、回路の調整中に、ダイオードの後ろのオペアンプとの間に抵抗(回路図のRa5)を入れないと、負の電圧を入れた時に入力に繋いだテスターの針が振動する現象があり、オペアンプのフィードバックの信号が逆流するのだろうと考えた。※ 抵抗を入れてテスターの針は振動しなくなっても、耳に感ずるくらい小さな漏れがあって、それが元の音に影響を及ぼして耳閉感などを引き起こすと推測した。

※「逆流」とは書いたが、そもそも負の入力なので、外に流れ出すのが正しく、ダイオードが流れ出し方をおかしくするということなのだろう。

それで、どうにかしてダイオードを排除あるいは入力から隔離しようとした。※ そうするには、ダイオードの前にバッファアンプを置くのが良さそうだった。ただ、オペアンプのパッケージの数が増えるのは嫌だったので、いろいろ考え・シミュレータで試行錯誤したところ、以前諦めた、トランジスタ4個(2チャネル分)でオフセット検出する方法を無理矢理(?)動かすことができた。

※なお、トランジスタも中身はダイオードなので、同じような使い方をしたら同じことになると想像している。

ただ、そのままだとトランジスタが左右同じもの2個ずつ4個になって無駄な気がしたので、更に翻案(?)し、やっぱり以前止めた左右の信号をダイオードで合算する方式や、元の回路のリレー駆動電流をORにする方式も合わせて、ダイオード4個とトランジスタ2個とオペアンプ2個(1パッケージ)で作った。以下のような回路だ。

BA3886のスピーカー保護部の新しい検出方式の基本部分(LPF・正負のオフセット検出・ミュート用リレーの駆動)の回路

偶然というか狙いどおりなのだが、この回路は元の回路から部品が増えていない。逆に簡素になった感じがする。あと、オペアンプの使い方が素直になったのは いい感じだ。

ダイオードはバッファアンプ(オペアンプ)の後ろにあり、しかも、オペアンプは非反転増幅回路にして信号入力端子(図の+端子、ピン3)とフィードバック(図の-端子、ピン2)が物理的に結線されていないので、ダイオードで汚染された信号は まず入力に漏れないだろうと期待している。

「非反転増幅回路だって、オペアンプの理論的には漏れるんだよ」(イマジナリーショート?)、「GNDや電源経由で・・・」などの話は あるのかも知れないが、オペアンプやアナログ回路に詳しくないので、「期待」の話になる。

あと、「そもそもオペアンプの入力には保護用のダイオードが入ってるじゃん!」という可能性はあるが(なぜか、データシートに内部の図がないので、実際の有無は分からない)、たまたま手元にあったオーディオ用のを使ったので、そこら辺についてはひどいことにはならないだろうと、これも「期待」している。

余談だが、なぜか、今回使った抵抗の値に"68k"Ωが多い(全然意図した訳でなく、カットアンドトライで丁度いい値だった)。大昔憧れて居たCPUを思い出し、何かの縁かと思い掛けるが、そんなことはない。単なる偶然だろう・・・ でも、なぜか妙に良く使う(減る)抵抗はある。

なお、この回路では、ダイオードは信号の絶対値取得(or 整流)のためでなく、左右チャネルの信号を正負ごとに合算(実際はORのようで、そのほうが都合がいい)するために使っている。そして、正負それぞれのオフセットがしきい値を超えた場合に、トランジスタでリレーを駆動する。上側のトランジスタは正のオフセットがしきい値を超えた場合に、下側は負の場合にリレーを動かす。

この負の部分が「無理矢理」のところである。

例によって、この回路は ひらめきと試行錯誤で作ったので、「正しい」かは分からないが(いや、きっと「は?」なのだろう・・・)、今のところは期待どおり動いている(オペアンプやトランジスタの過熱もないw)。気になるのは、オフセットが負の場合は実質的にオペアンプでリレーを駆動することになるようで、以前同様、大きな(例: -15V)オフセットが入った場合にはオペアンプの出力や消費電流がかなり大きくなって絶対最大定格に近くなることだ。出力などに抵抗を入れれば緩和できるのだが、しきい値の設定が変わってしまうので、入れないことにした。

そもそもPNPトランジスタがあればいいのだと思うが、ないのでこうしている。

(5/1 10:43) シミュレートしてみたら、ただPNPトランジスタを付けるだけではうまく行かなかった。なかなか奥が深いが、今の回路はオペアンプに負荷が掛かる以外は なかなかいいようだ。

現実を考えると、入力には時定数の大きな(2秒程度)LPFがあるので、突然大きな負のオフセットが入ったとしても、LPFが壊れて直結にでもならない限り、オペアンプ以降の電圧はゆっくり上昇するため、オペアンプが過大出力になる前にアンプがミュートされて入力がなくなるので、結果的に過大出力にはならないと予想・期待している。

もう一つ気になるのは、オフセットが緩やかに大きくなる場合、リレーが動作するしきい値付近では接点の開閉が断続しそうなことである。※ 実際に、動作確認している時に、電圧をゆっくり上げた場合にしきい値付近でリレーから音(ブレーカーが落ちる前のような感じ)がした(接点が断続しているかは不明)。シュミット回路を付けてコイルの制御波形をキリッとさせるべきなのだろうが、部品を増やしたくないので今はやっていない。

※本SP保護部にはラッチ機能があるので、一旦ミュートが完了してNO接点になれば戻ることはないが、その前が問題だ。

これをSP保護部に組み込んで(というか、中心部をごっそり すげ替えてw)、昨夜から試し始めた。今までのところは、耳閉感なども含めて問題ない。以下に全体の回路図を示す。

BA3886のスピーカー保護部の回路 (新検出方式版)

それから、SP保護部を付けたことでアンプの特性が劣化しないかを確認したが、振幅・位相・THD・残留雑音・クロストーク(チャネルセパレーション)すべてで劣化は見られなかった。また、大音量の超低音がオフセットと誤認識される可能性があるので、どの程度影響があるかを調べたところ、5Hz以上ならサウンドカードの最大振幅(-3dBFS)で出力してもミュートされないことが分かったので、実用上は全く問題ない。

なお、新しい回路はバッファアンプやアッテネータによって しきい値の設定(変更)がとても柔軟で、抵抗の交換だけでできるのがうれしい(とは言え、実際に変更することはないだろうが・・・)。※ 現状のしきい値は、+1.1, -1.2Vにした。

※ただし、正負の感度差が0.1V前後ある。: おそらく、負の部分のトランジスタの回路の作りによると思われるが、どうしても解消できなかったので、アッテネータやアンプのゲインを調整して、なるべく差が小さくなるようにした。

 

そして、、、薄々気付いては居るのだが、おそらく、昨日の耳閉感なども回路の問題が原因ではなかったのだろうと思う。というのは、交換したあともしばらくは「なんか音が悪い」印象だったからだ(ただ、SP保護部を外しても直らないので、新しい回路に問題がないことは明らかになった)。

結局、最大の問題は「自分」なのだろう。ただ、いつものように、自分で作ったものなのに嫌な・気に入らない部分があるのを知りつつ我慢して使うのは嫌なので、自分なりに より良いものにした。

 

PS. この稿は題が一番凝ったかも知れないwww

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昨日、アンプBA3886のスピーカー保護部のリレーが固着した場合に備えてブザーも鳴らしたいと書いたが、早速やった。それから、チェックスイッチも、左右・正負独立のボタンにした。昨日は、「防犯ブザーやキッチンタイマーの中からブザーを取り出せば簡単なはず」と書いたが、例によって やっぱり簡単ではなかった。

まず、100円ショップに行く途中で気付いたが、ブザーのように聞こえる音は、実はスピーカーから出ている可能性があるのだ。店で外からは見ても分からないので、勘で選んだのだが、帰って来て中を見たら、見事に外れだった。一見圧電ブザーに見えるが、スピーカーだった。というのは、電池を繋いでも音は出ず、ラジオを繋いだら音が出たのだ・・・

今思えば、防犯ブザーは単純なブザー音の気がするので、そっちのほうが良かったかも知れない。ただ、かなり音が大きいようなので、それで苦労したかも知れない。

(いつものように)ここで諦める訳には行かないので、どうにかしようと思った。まずは、トランジスタなどで発振回路を作ってスピーカーを鳴らそうと思ったが、すごく簡単なものでも部品が少なくはなくて(「トランジスタ1個と部品2-3個だけ」っていう訳には行かない)面倒だった。

次に、キッチンタイマーの基板は基本的にそのまま使い(小さいので、液晶を外せばアンプに入りそうだ)、どうにかして、電源onすればアラーム音が鳴るようにならないか試行錯誤した。基板にテストのための端子でもあればいいが、そういうものはなさそうだった。が、時間をセットするボタンを押し続ければ、セットする音が連続して出ることが分かった。これで充分だが、セット可能な約100分分を超えた時(30-50分後くらい?)に音が停まるような気がして※更に調べたら、複数のボタン(例: MINとSTART/STOP)を同時に押すとアラーム音(良くある目覚まし時計の音)が出ることが分かった。これはテストモードなのかも知れない。

※現実には30分でも50分でも鳴り続ければ充分だとは思うが、そこはそういう性格、物好きなんだろね・・・

それで、MINとSTART/STOPをアルミ箔で導通させた状態で(写真の白い部分2箇所がアルミ箔)電源を入れたら、見事に鳴った。電源on直後はブート的な変な音がするが、気にないことにする。

これをスピーカー保護部のミュート通知LEDの電源に接続すればいいのだが、予想外に苦労した。キッチンタイマーはボタン電池を使う割に消費電力が大きいようで、適当に大きな抵抗で分圧したのでは電圧降下して起動しなかった。随分抵抗を小さくし(合計約560Ωなので20mA以上も食うのだろうか?)※、ようやく鳴るようになった。念のため、電源に並列にコンデンサも入れた(抵抗が大きい時は起動しやすくなる)。

※今思ったが、この場合、電圧だけを得ればいいのでなくタイマーは電流を消費するので、抵抗での分圧は適していないのだろう。カットアンドトライで値を決めるとして、抵抗を電源からの1本だけにすべきなのだろう。本当は1.5Vのツェナーダイオードや3端子レギュレータやLDOがあればいいが、手元にはない。

(23:04) 抵抗を1本だけにして(タイマーと並列の抵抗なし)試してみたのだが、予想に反して電圧は合ってもうまく起動しなかった(惜しい場合もあるが、鳴らない)。想像だが、並列の抵抗がないと、起動時の大き目の電流がうまく取れないから駄目なのかも知れない。

次のデモ動画のように、チェックボタンでオフセットを発生させるとスピーカー保護部がミュートを実行し、(リレーが動いてアンプへの電源を切るとともに)LEDが赤くなりアラーム音が鳴る。 (我ながらすごい^^)

 

それから、チェックスイッチは簡単に変更できた。写真手前の青・白、赤・黒のボタンで、左チャネルの正・負、右チャネルの正・負のオフセットをそれぞれ発生させることができる。そして、左右逆相のオフセットの確認は、例えば青と黒を同時に押せば、左の正と右の負のオフセットが同時に発生する。

(そして、この投稿のために動画を準備するのがなかなか手間だったw) てな訳で、アンプに繋いでの確認は明日となった。

(4/27 7:25) アンプに繋いでの確認があっけなくOKだったので※、少し実際に使って試し始めた。

※一番嫌で、解消方法を随分迷った、アンプの電源on時のショック音は全く出ない。リレーで電源を入れないから当然であるが、瞬断もなさそうでホッとした。あと、ミュートでの電源off時はリレーを使うのだが、なぜかショック音は出ない。

BA3886のスピーカー保護部のプロトを実際に使って確認中

これも、アンプ部が出来たての頃のように、ドクのデロリアンみたいでいい^^ あと、今気付いたが、キッチンタイマーをアラームにしているのは、BTTFで ぜんまいの目覚まし時計のベルでタイミングを測ったシーンにちょっと通じるものがあって楽しい。

(4/27 13:12) その後、動作チェックモードを有効にするスイッチを戻し忘れると、その後ずっとアンプのオフセットを検出できなくなってしまうことに気付いて、そのスイッチを排除して、プッシュボタンを押せばいつでもチェックできるようにした。 (→ 本当に、漏電ブレーカーの点検ボタンみたいになった。)

その代わり、チェックで生成したオフセット電圧がアンプやスピーカー側に漏れ出る可能性があるので、入力抵抗(回路図のRf1)と同じ値の抵抗をチェック用のオフセット出力に付け、それをRf1のあとに入れて、なるべく漏れを少なくした。

実際には、Rf1(51kΩ)だけでも充分大きいし、アンプの出力インピーダンスは充分低いし、スピーカーのインピーダンスも低いし、チェック電圧(約1.5V)は常に出ている訳ではないので影響はほとんどないと考えられ、まさに気にし過ぎだとは思うが、気になったので念には念を入れた。

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