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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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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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日々右往左往していた、アンプBA3886のスピーカー保護部。ようやく行き方が固まったので、ブレッドボードに ほぼ全体のプロトを作った。最初はなぜか起動しなかったが、良く見たらGNDが繋がっていなかった。直したら ちゃんと思ったように動いて「ご満悦^^」、というか、ようやく終わりが見えてホッとしている。

結局、前回書いたように保護IC μPC1237(以下、1237)は使わないことにして、自分で考えた方式にした。左右のスピーカー出力の直流成分の絶対値を求めて、それらがしきい値を超えていたらアンプの電源を切る。その絶対値を求める回路は(僕の多くのプログラム同様)ひらめきでできたので、まともなのか、実は無理があって、しばらく使うと壊れるのかは分からないが、シミュレータで結構確認したので、すぐに壊れることはないと思っている。それに、壊れたら別の回路で作り直せばいい。

ここで問題なのは、日頃動かない機能なので、いざという時に壊れている可能性があることだ。それで、完璧ではないが、チェック機能(後述)も付けた。

回路図を以下に示す。

自作アンプBA3886のスピーカー保護部の回路

1237と違い、LPFとしきい値の設定が独立なのがいい。※ もちろん、正負のしきい値が非対称(かつ、計算がややこしい)なんてこともない。

※現状ではしきい値を変更する機能はない(絶対値回路のゲインで決まっている)が、入力にアッテネータを付けることで、しきい値を上げることができる。ただ、絶対値回路のゲインが余り上げられないので、下げることは困難である。

また、(前回気になっていた、)左右チャネルの入力回路が同じになったのと、入力抵抗をちょっと大きくできたのが気分的にいい。

回路で、LPFのあとの抵抗(Ra5)は余計に見えるのだが、これがないと、負の交流を入れた時に出力が振動する(テスターの針が うなる)ので入れた。負成分用ダイオードDa1の前でもいいので、想像だが、入力のコンデンサに信号が逆流(負なので、そもそも逆ではないのだが・・・)するのではないだろうか。

それから、1237がないので、上は単なる回路図だけでなく、ちゃんとシミュレータで動くのもいい(パラメータが異なるので、多少動きは違う)。そして、1237がなくなったので、回路全体が1枚に収まって すっきりした。1237では使わない機能のための抵抗やコンデンサがあったので、基板面積も少しは減るはずだ。

オフセット検出の方法については、トランジスタ4個を使う方式(→ )はオペアンプすら要らなくてシンプルでいいので それにしたかったのだが、前にも書いたとおり、自分で試すとどうしてもちゃんと動かない(オフセットが負の場合が駄目)ので諦めた。おそらく、NPNトランジスタ4個のあとにPNPトランジスタが要るのだと想像しているが、手元にないし、そういう条件が厳しい方式は何か嫌なので止めた。

それにしても、PNPトランジスタでなくてオペアンプでは駄目な理由が分からない。動く場合もあるが、設定が余りにもシビアだった。まあ、初心者で分かってないので仕方ないのだろう。

処理としては、まず、LPF(回路図の左側、Rf1辺り。図の上側と下側は、ステレオの左右用に同じ処理である)で入力(アンプのスピーカー出力)から直流に近い成分を抽出する。絶対値回路(回路図の中央、Qa1辺り)でオフセットを検出したら※、トランジスタでリレーを駆動(回路図の中央-右側、TRd1辺り)してアンプの電源を切ってミュートする。ミュートしたら、警告の赤いLED(回路図の右側、LEDp1)を点灯させる

※正確には、絶対値がトランジスタがonになる電圧(約0.65V)を超えていたらリレーを駆動する。絶対値回路はゲインが少し小さいので、しきい値(ミュートする、スピーカー出力からの直流電圧)は約±1.5V程度である。

左右チャネルは独立に処理するので、同時に符号が逆のオフセットが生じても正しく検出できる。その時は左右のORで(どちらかがしきい値を超えていたら)リレーを動かす。

この時、2つのトランジスタが重複してリレーの駆動電流を流すので消費電力が大きくなってしまうが、異常時なので頻繁には起こらないので対応していない。

似たような問題に、入力のオフセットの振幅が大きい場合にオペアンプの出力電流が過大になる可能性がありそうだ。これも頻繁には起こらず、過大になった瞬間にミュートされてアンプの電源が切れて危険な状態を脱すると期待するので、対応を保留にした。仮に壊れたら、オペアンプを交換すればいいだろう。

なお、通常時は動作確認用に、「アンプ電源が出ている」という意味の緑のLED(回路図の右側、LEDp2)を(暗目に)点灯させる

基板面積を小さくするため、赤と緑が一つのパッケージに入ったLEDを使ったのだが、なぜか赤いほうが暗目だったので、電流を増やすとともに たまたま同じパッケージに赤が2素子入っていたので、並列にして同時に光らせることにした。

そして、僕が必須と考えているラッチ機能ももちろん実装した。これは、一旦ミュートしたら、電源を切るまでミュートし続けるものだ。ミュート条件がなくなった(アンプからオフセットが出なくなった)からといって また音を出したら、絶対再発して事態を悪化させるので※、危険な時には とにかく音を止めるのが重要と考えた。

※自分がそこに居れば、分かって電源を切るが、居ない場合にそういうことが起こって、戻ってきたら大惨事になっているのが眼に浮かぶ。

ラッチ機能は、リレーを自己保持することで実現している。正確には、ミュートすると、リレーがアンプに電源を出さないほうの接点(NO接点)に変わるので、そこからコイルの電源を取ってリレーのon状態を保持させている(回路図の右側、Trd3辺り)。

動作チェック機能(回路図の左端上辺り)は、切り替えスイッチ(回路図のSWc4)をチェックモードにするとチェック用入力に切り替え、チェックするオフセットの正負を設定し、左右チャネルのボタンを押せば(回路図のSwc2, SWc3)、しきい値に近い直流(約1.5V)を出すので、ミュートされることを確認できる。要するに、漏電ブレーカーの点検ボタンである。

なお、動作確認で気付いたのだが、左右で逆相のオフセットをチェックしたいので、正式版ではボタンを4つ付けて、左右・正負を同時に押すことでできるようにする予定だ。

それだけでも、アンプとスピーカーのコードを外したり電池や電圧を掛けるボリュームを繋ぐとかの手間がなくなるから随分楽なのだが、定期的に点検するのを忘れる・怠る可能性が高いし、蓋を開けたりするのは やっぱり面倒なので、構想としてはPCと繋いでおいて(USBやシリアル通信で制御できるリレーが売られている)それらのスイッチを制御して、自動でチェックできるようにしたい。が、きっと作らない気はするw まあ、時間はあるので、次のプロジェクトとしてはいいかも知れない。

最初は、起動時(電源on時)または電源off時に自動でリレーを一度動かして固着(の種)を剥がしたかったのだが、マイコンなしで(しかもアナログで!)そういうシーケンスを実現するのは大変なので諦めた。でも、PCと繋ぐよりは、こっちのほうが筋が良さそうだ。

単にリレーを動かすのは容易だが、アンプの電源をリレーでonにすると、接点同士の時間差やバウンスによって盛大なショック音が出るので、それを防ぎつつ行うのが難しい。リレーが2個になるのも嫌だ。

そして、もう、この保護部をアンプ本体に繋げて確認できるのだが、何かありそうだし、そうなると夕食が食べられなくなるのでw、明日にした。

 

以下、記念(証拠)写真wを載せる。

 

気になっているのは、この機能ではリレーのコイルを常時offで使い、ミュートする時だけonにするのだが、以前も書いたように、リレーの接点を長期に渡って開閉しないために固着して、いざという時に開かずにアンプの電源が落ちない可能性だ。

まあ、現実には、買ってずっと保存していたたリレーの接点が固まっていて事故などが起きたという話はまずなさそうだし、メーカーが注意しているのは、たまに開いたあとで閉じた場合に接触不良になることだと思うが、それは分かる(分からなくても、スピーカーが壊れることにはならない)から、大きな問題ではないと思っている。ただ、それでも、開かない可能性は0ではないので、ミュートした時にブザーを鳴らそうと思っている。

これは簡単なはずで、(秋葉原に ぶらぶら行けないのでw)100円ショップなどで適当な物(例: 防犯ブザー、キッチンタイマー)を買ってきて、中のブザーを取り出して、ミュート通知LEDの元の電源から電圧を下げて繋げればいいと想定している。

 

ここまで来れば、あとは、プログラムと同様、分身(が居たら)に「じゃあ やっといて」と頼めるw

 

という訳で、我ながら予想していなかったほどのハード技術の進歩ぶりで、絶対に何か落とし穴がありそうな気がして、ちょっと気が気でないw

 

PS. 電子部品の話。

今回も秋月でいろいろ買った。

気付いたら、なぜか、トランジスタ(2SC1815)が1個壊れていた。「何もしてない」はずなのだが、配線を間違ったのだろうか?そういえば、先日、別の製品からからLEDを外しただけなのに点灯しなかったのも、謎だ。あと、タンタルコンデンサも何個か壊れたので、気付かずにヘマをしているのだろう・・・

トランジスタは20個1組(値段も安く、100円だった)なので、壊れても全く問題ない。おかげでふんだんに使える^^

それから、大量に買ったブレッドボードのジャンパの1本が不良だった。「60本以上」のうちたった1本(良品率90%以上。60本とみれば100%)なので全く問題はない。でも、うるさい人は文句言うんだろうな。

不良の原因は、先端のピンとその手前の少し太い部分(ベース?)の接触不良だった(カシメが弱かった?)。随分珍しく、見ただけでは分からなかった。そのコードは半分に切って、アンプをブレッドボードに接続するためのコードに使った。不良のピンは半田付けして直した。

指摘するとすれば、全数の導通チェックがされていないことが明らかとなったが、安いので、そういう手間はこっちが持つんだろうと理解する。さすがに、本当にw、全くムカつくことはない。

同時に買った「ミノムシ」はコードとクリップがちゃんと半田付けされていて、良くAmazonで見る、圧着(しかも いい加減らしい)だけで接触不良になる物よりずっと良く、当たりだった。ただ、同じく書かれている「ぬるぬる」はあった。カバーの材質のせいなのか、クリップを押さえると中身が飛び出てくる。ちょっと使いにくいが、まあ仕方ない。今までのは圧着だけだったので、僕としては半田付けされているだけで100点だ。

 

PS2. ここまでのBA3886の費用は約33000円になった。まあ、ここからは行っても35000円かな。ただ、時間はもう少し掛かりそうだ。

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疲れつつも次期アンプの製作は鋭意進んでいるが、作ったり問題が起こったり、作る前や問題解決方法を探るために調査やシミュレートなどをしているとアイデアが浮かんで来て、試しては失敗・成功したりの繰り返し(更に、その失敗についての調査やシミュレートすると、別の案も出て来る)で、なかなか進まない。

近頃は、使おうとしているスピーカー保護IC μPC1237(以下、1237)がかなりイケてなく、その欠点に対応するのに苦労するのが馬鹿らしいと感じて来た。例えば、以下のような問題がある。

  • オフセット検出は左右合算なので、オフセットが逆相の場合には正しく働かない。
  • 電源on時のミュートなど、使わない機能を無効にできない。
  • オフセット入力端子(ピン2)のしきい値の変更が困難かつ正負の設定電圧が非対称かつ(設定のための抵抗値が)LPFの特性にも関係する。

同時に、近頃はトランジスタの使い方(といっても、まさに序の口でしかない)を覚えてしまって、昨夜、ちゃぶ台返し的なアイデアが浮かんだ。

1237なんて使わなくてもできるじゃん!

偶然もあるのだが、1237のオーバーロード端子(ピン1)でオフセット検出・ミュートを行うために作った絶対値回路に1.2V(電池)を入れた時の出力が大体0.6-0.7Vで、1237のしきい値(約0.67V)にうまく合うのだが、同時に、この電圧はトランジスタがonになるベース-エミッタ電圧(約0.7V)に近いことに気付いた。

少し前にトランジスタでリレーを駆動するのに成功しているから、1237なんてすっ飛ばして絶対値回路をトランジスタに繋げばリレーが動かせるはずだ。

と考えてちょっと試したら、確かにできてしまった。絶対値回路に電池を繋いでオフセットが出ている状態にしたら、リレーが動いた。

 

まあ、実際に使うにはいろいろ解決すべきことはあるのだが(例えば、左右チャネルの絶対値をどうやって合算するか: ただし、オペアンプは増やしたくない)、しょうもないICを使って手間や部品を増やすよりは、ダイレクトな回路でスカッと行きたい気がして、作業が停滞しつつあるwww

 

PS. さっき合算する回路を考えて、シミュレータではまあまあ動いたのたが、何とも破天荒な感じで、自分でも「これ、いいのか?」と不安を覚えている。オペアンプでリレーを駆動するのは ちょっと(気が引ける)なあ・・・

2チャネルの絶対値を加算して(差動で)トランジスタに入れ、リレーを駆動するアイデア。

僕はアナログ回路をちゃんと勉強してないので、常識的な作り方の知識が乏しく、ソフト屋的な、「論理的に(あるいはカットアンドトライで)できれば動く(だろう)」みたいな感覚で作るから、妙な回路ができるのだろうと思う。そういう点では、回路シミュレータはすごく便利だ。爆発も発火も火傷もせず、部品も減らずに何度でも「安全に」試せるw ただ、それで余計なアイデアが浮かんで、却って時間が掛かってしまうかも知れない。

シミュレータの次の段階用にブレッドボードや「ミノムシ」もすごく便利なのだが、欠点も多いのが残念だ。

PS2. 上の回路を検証したら、オペアンプの電流が過大になる場合があることが分かって、さすがにそれはないので、トランジスタを2個に増やして いくらか真っ当にしてみた。ダイオードや抵抗を使って加算すると振幅が小さくなってトランジスタがonできないので、ハードではアナログよりは得意な論理回路のOR回路がひらめいて、参考にした。

2チャネルの絶対値を元に、トランジスタのOR回路でリレーを駆動するアイデア。

それにしても不思議なのは、検索すると出て来る、片チャネル当たりトランジスタ2個を使って入力の振幅がしきい値(約0.7V)より大きいかの判定をする回路が、負電圧の場合にはシミュレータでも実際も動かないことだ。ただ、その回路の製品もあるので、僕が何かヘマをしているのは確かだが、謎は多い・・・

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暫時製作休憩中のアンプBA3886。DCサーボ基板という、オフセットを自動補正するオプションを一緒に買った。以前も少し書いたが、これがなかなかの問題児だった(基板だけでなく、キットを売ってる人も)。しばらく様子を見、更に特性を測定して、僕の考えでは回路に問題があることが確定し、その問題を修正し、経過が良好なので書く。

なお、頭に来たので会社や製品名を書きたいが、営業妨害とか言われるのは嫌だし面倒だし、こちらの測定方法は正式なものでないから証拠として弱いので、控える。ただ、BA3886関係の過去の投稿を調べたり、ダイオードの載ったオーディオ用DCサーボ回路を検索すれば出て来るはずだ(そういうのは ほとんどない)。

現象

アンプ基板にDCサーボ基板(以下、サーボ)を付けて、比較的大音量(例: アンプの出力: 約4.9V, 3W (PCのDAC出力: -16dBFS)以上)の音を出すと、超低域(例: 約60Hz以下)の歪みが増大する。下にサーボ有無での歪み(THD)の比較グラフを示す。

BA3886のDCサーボ基板の有無での歪み(THD)の比較 (低域を拡大): 黒系: サーボなし, 紫系: サーボあり; DAC出力: 暗色: -16dBFS, 明色: -10dBFS; 下の歪み率は20Hzでの値

サーボありの場合は、20Hz以下で歪みが増大している。

測定条件が変わってしまったのか、以前はもっと歪みの増加がひどかったが、今回はあまりひどくない。※ と書くと、測定の信頼性を疑われるが、今回の測定で何度か測り直しても同じ値が得られたので、上の測定値の組に関しては正当性が高いと考える。

※歪みの増加が小さくなった原因は、下に書いたように、今回の測定ではサーボのLPFのカットオフ周波数を下げたためかも知れない。比較のため片チャネルだけ変えたのだが、変えていないチャネル(全くオリジナルの状態)の歪みは すごくひどく、測定を失敗したのかと思ってデータを採用しなかった。(→ 参考グラフ: 上のグラフに、全くオリジナルのサーボ基板(ただし、上とは別のチャネル)の結果をベージュ系で追加した。) ただ、繰り返して測定しても同じ結果だったので、測定は正しかった可能性は高い。

推測する原因

  1. どういう意図・理由かは理解できないが、サーボ回路の入力部に振幅制限と思われるダイオード2本の組がある。
  2. そのため、サーボの入力信号(ほぼスピーカー出力)の振幅が大きい(サーボの入力の振幅が約0.7V以上?)場合にはダイオードによって振幅の大きい部分が削られため、入力信号が歪む。※
    • ※ダイオードによる歪みはシミュレーションで確認した。回路図(例)や歪んだ波形などについては、過去の稿を参照のこと。
  3. 歪んだ信号を入力するからサーボの出力も歪み、それがアンプにフィードバックされて、入力から減算される。
  4. 入力信号と相似でない信号を減算するため、出力も歪む(振幅の大きい部分が飛び出る?)。

検討

グラフを見ると、歪みが増大するのは超低域(グラフでは20Hz以下)なので聞こえないだろうが、そもそも、オーディオ製品なのにわざわざ音を歪ませるのは全く許容できないし、歪みが増えるのは聞こえない帯域としても、それが可聴域に影響しない保証はない。

販売(製作)元に問い合わせても、簡単に言えば「知らぬ存ぜぬ」で、歪みが出ると言うのを信じず、ひたすらこちらの測定結果を疑うだけだったのだが、アナログに詳しい人、この回路を設計した人なら、すぐには思い出せないにしても、調べて気付かないはずがない。それなのに、「歪むことはない」スタンスだったということは、製作元の技術力は信用できないという結論に達した。

シミュレーションで歪むのだから、設計は正しくて、実は歪まないということはあり得ないだろう。

なんて言うと、「シミュレーションと実際の回路は同じではないし、シミュレータと実際の部品は微妙に特性が違うので・・・」などと、(正しいけど無意味な詭弁の)良くあるズレた言い訳が来るのは確実だwww それを言ったら、回路なんて考えることができなくなるよ? 考えた回路に必要な特性に全く同じ部品は、常にあるとは限らないよ。それはどうすんの?

可聴域に影響しないから「歪まない」という態度を取った可能性もあるが、こちらは歪みの増えたグラフを出したのだから、技術者なら「それは想定した動作だ」などと正しく反論すべきだろう。あと、こちらはグラフを提示したにも関わらず、製作元は一切データを出して来ず(普通は、開発時に測定した、標準的あるいは想定する特性のデータやグラフがありそうなものだが*、測ってないのだろうか)、ただ○○の一つ覚えのように「オシロで見ろ」※とか言うだけだったので☆、信用に値しないと考えた。

※オシロで見て歪みが分かったら(最大で0.1%のオーダーの歪みを見て分かるものかな?)、もう、「聴けたものではない」状態だし、波形で歪みの量や周波数分布は分かるのだろうか? 目分量・勘?? まあ、その程度のものだと看破した。良く居るんだよな・・・

*「出せ」と言うと、「キットは作った状態で特性が変わるので、そういうのは意味がない」などという返事が来るのは確実だが、そうじゃなくて、キットの開発時に検証した結果は なくてはならない。それを参考値・typicalな値として出すのは大いに意味があると思うが、社外秘で出せない??

☆オシロで波形を見るにしても、どこをどういう観点で見ろとか書いてなかったから、どこかに繋いで ただ眺めれば分かるのかねえ? で、見たあとはどうすんの?www そこらは自分で分かれ? だったらそもそも聞かねえよ。「あっ」となって終わりだ。

対策

歪みの増大の原因はダイオードだと考えて取り外した(左右2本ずつ、計4本)。すると、歪みは綺麗になくなった。下にサーボ有(ダイオード有無)・無での歪み(THD)の比較グラフを示す。

BA3886のDCサーボ基板の有無とサーボのダイオード有無での歪み(THD)の比較 (低域を拡大): 黒系: サーボなし, 紫系: サーボあり 緑系: サーボあり(ダイオード除去); DAC出力: 暗色: -16dBFS, 明色: -10dBFS; 下の歪み率は20Hzでの値

ダイオードを外したサーボでは、サーボなしの場合と同様の歪み特性になった。

製作者に見せたいが、見せても理解できずに更に反論して来そうな能無しのようなので、見せない。

効果・経過

ダイオードを外すと歪みが改善することは随分前に分かっていたのだが、耳の不調が影響したのか、ダイオードなしにしたら耳閉感や圧迫感が出た(それ以前の試行の影響や疲れがあったのかも知れない)ので、(前にも書いた気がするが、)ダイオードどころかサーボ自体が悪いのかと思って、サーボは使わない方向に傾いて試した。しかし、それでも耳閉感や圧迫感が出た。

題の前半は、上の、サーボは使わない方向に傾いた時(「こんなの捨てる!」と思って居た)に付けたものである。

それで、2週間くらい前から(、「これで最後だ」という気持ちで)ダイオードなしのサーボを試し、耳の調子が回復して来たこともあって、ようやく「大丈夫」という確証が持てた。今、再びサーボなしやダイオードありを試せば、それらが本当に要るのか分かるが、スピーカーの補正の時のように、やっぱり駄目な気がするし、耳閉感も圧迫感が再発するのは真っ平なので、この状態で確定とした。

だから、サーボやダイオードが音に影響している確証はない(この稿では そういう主張はしない)。単に、クソなしょうもないものは付けていたくないから外したのだ。

良く考えると、歪みが増える周波数(基本波)自体は聞こえないが、その高調波(2, 3, 4, ...倍)が可聴域に入る可能性は大いにある。だから、やっぱり音、そして耳閉感に関係あるのではないか。

ただ、前の稿に書いたように、サーボなしの場合には微量(左右ともに3mV程度)とはいえオフセットが出るので、それが耳閉感などを起こす可能性は0ではないから、サーボはないよりはあったほうがいいだろうと考えて、付けている。

 

それから、歪みに関して別の疑問(サーボを付けると中低域の歪みが少し増える)があり、昨日、サーボの入力のLPFのカットオフ周波数を下げてみたのだが、効果はなかった。更に測定し直したら、どうやら、左右で歪みの量がわずかに異なり(例: DAC出力-16dBFSの場合、500Hzで約0.0028%、中低域全体では概ね3.5dB、左が多い)、同じと思って左右のグラフを比較したために、中低域の歪みが少し増えたと誤解したことが分かった。

実は、サーボなしでも差があるので、アンプ自体の特性の差のようだ。まあ、値も差もとても小さいので、「誤差の範囲」なのだろうか。どうしてか気にはなるが。

余談

ダイオードの着脱の効果が分からず、何度も半田付けするのは面倒だし いつか壊れると思ったので、少し前に、コネクタで手軽に着脱できるようにした。まあ、もう付けることはないと思うが・・・

サーボ基板の着脱に関しては、似たようなことを結構前にもやっている。前に書いたか予定だったか あやふやだが、サーボ基板を付ける時にはアンプ基板のフィードバック回路のコンデンサを無効にする(ショートする)必要があり(サーボを外す時は有効にする)、試行錯誤で何度も着脱するたびに半田付けするのは面倒なので、アンプ基板に手製のジャンパコネクタ(写真: 先端の尖った黒いもの2個)を付けて手軽にコンデンサを有効・無効にできるようにした。

サーボ基板はコネクタで着脱できるのに、アンプ側に別な半田付けが要るのは詰めが甘いと思った(着脱のコネクタのピンを増やしてショートできるようにすればいいのに)。

こういうのを見せると、大体、「コードが長くて・コネクタの接触が悪くて歪みが出るのでは」云々言われそうだ。これに関しては関係ないのに。やたらに詰まらない揚げ足を取る奴が居て、いつもムカつく。

 

そもそも、データ・(流行りの言葉では)「エビデンス」で説明できない(良く居るオーディオマニア的な、定性・感覚的な説明しかしない)、自社製品の回路のことすらまともに説明できない謎の人がこのアンプのキットを設計・製作したのかと考えるとすごく不安なのだが、今まで見た・試した感じでは、アンプの回路や基板の作りに大きな問題はない。だから、回路はどこかのコピペ流用とか、オーソドックスなもので間違えようがないのかと想像している。一方、サーボは調子に乗ってうっかり自分で考えちゃったとか、駄目なものを良く検討・検証せずにパクった流用して失敗した? (あくまでも想像である)

 

このキットの製作者について一言言えば、問題を指摘されても自分の間違いの可能性を考えず、即座に「問題ない」と思って指摘した方を疑うなんてのは、クソ以外の何物でもないってこった!

 

(4/21 21:49 加筆・修正など)

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次期アンプBA3886の中心部分は概ね出来ていて、毎日使っており、体感的(例: 気分的なものの気がするが、良く書いている、「初めて聞こえた音」が多い)には前のアンプよりずっといい印象だ。もちろん、特性も良さそうだ(まだ ちゃんと・気合を入れて比較していないので、確定していない)。

と言うものの、別件(DCサーボ基板: これについても追って書きたい)の問題の調査中に目にして気になった、偶発的な故障で電圧の高い直流(以下、オフセット)が出力されてスピーカーを破損する事態(本当に起こるのかは不明w)を避けたいと思ったがために、予想以上に厄介な脇道に入り込んでしまって悪戦苦闘して居たが、今日、どうにかうまく行って ほっとしている。

(我ながら書き出しが長い。ここまでで疲れた・・・)

目指したスピーカー保護機能の方針・条件・理由とその実現案は、以下である。

  • たまたま左右から同時に符号が逆の直流が出力されても、ちゃんと検出・保護できること。
    • 元々起こる可能性の低い事象に備える機能なので、可能な限り、「想定外」の事態を避ける。「片チャネルからしか直流が出ることはないだろう」などのような、都合のいい想定はしない。
      • 左右チャネルは独立のアンプICを使っているが、何らかの問題(例: 製作の誤り)で同時に直流が出力されることはあるだろうし、正負の電源を使っているので、それらの符号が逆になる可能性は低くないと想像する。
    • → 左右のオフセットを独立に検出し、どちらかが起こったらミュートする。
  • 可能な限り、音質を劣化させないこと。
    • 滅多に起こらない事象に対応するために、通常使用時の性能を劣化させないのは当然のことである。
    • → 例えば、オフセットを検出した時、スピーカー出力を切断する(スピーカーの経路に接点・スイッチを追加する)のでなく、アンプの電源を切ることでミュートする。
  • もちろん、電源on/off時に雑音を出さないこと。
    • 音質を劣化させないため、本保護機能ではアンプの電源を制御してミュートを実現するが、そのために雑音が出るのは良しとしない(全くあり得ないことだ※)。上と同様、通常使用時の性能を劣化させては意味がない。
    • → 使用したアンプIC LM3886(以下、3886)には元々電源on/off時のミュート機能があるので、それを利用する。
      • ※以前買った有名オーディオメーカーD社の定番アンプが、(何が原因かは不明だが)電源on/off時に「パチッ」という雑音を平気で出したので、ものすごくがっかりした。クソだと思ったので、即座に返品した。
  • なるべく、自分で保守・修正・改良できる(理解可能な)構成であること。
    • 「ただ組み立てただけで、中身は分かんなーい」だったら、何も考えずに既成品を買って安心している方がいい。いや、それだったら付けなくたっていいと思う。
    • → 理解できる構成を選び、自分で構成や(一部の)回路を考えた。

 

(4/17 23:02) 書く順序が入り乱れるが、ここで、上の条件をどう実現したかについて書く。: まず、全体を把握しやすくするため、本スピーカー保護機能の構成図を示す。

BA3886のスピーカー保護機能の構成

左右チャネル独立のオフセット検出

前の稿でも触れたが、使用したスピーカー保護IC μPC1237(以下、1237)は、オフセットを検出してミュートするために通常使われるオフセット端子(ピン2)の他に、(データシートに詳細が記載されていない、謎の)オーバーロード端子(ピン1)でもミュートすることが可能だ。どちらも同じように入力信号の振幅としきい値で異常を検出してミュートすることが可能だが、オーバーロード端子は正のしきい値でしか検出しないという違いがある。

違いはあるものの、オフセット端子とオーバーロード端子を左右のチャネルに割り当てれば完全に独立にオフセット検出ができるので、本スピーカー保護機能はそうした。最終的な形態までには随分試行錯誤したが、以下のような方式とした。

  • 左チャネル: (通常の使い方と同様に)オフセット端子に入力する。
    • ただし、オーバーロード端子を使う右チャネルとしきい値や平滑化の時定数がなるべく揃うように、入力の抵抗とコンデンサの値を変更した。以下に現状の値を示す。
      • 抵抗: 34kΩ, コンデンサ: 23.5μF
        • どちらも、希望の特性が得られるように手持ちの部品を組み合わせて作ったので、一般的な部品の値ではない。
    • 厄介なのは、抵抗の値は平滑化の特性だけでなくオフセットのしきい値にも関係し、しかも正負のしきい値が別の式で決まることで、そのため、コンデンサの値の自由度も狭まってしまう。
      • 実際には、正のしきい値は概ね固定(変えることも可能)で、抵抗で負のしきい値が変化する。
    • それで、試行錯誤して、右チャネル(下記)と合うように値を決めた。
    • 左チャネルのオフセット検出部も含む、スピーカー保護部の回路図を次に示す。
    • BA3886のスピーカー保護回路

      • 図で、1237のピンは用途の頭文字にピン番号で示した(例: "I1": ピン1, オーバーロード入力端子)。
      • 左チャネルのオフセット検出は信号入力"S in 1 (L)"から1237のオフセット入力端子("I2": ピン2)に信号を入れることで行われる。
      • 左上の"LPF+Abs mod"は右チャネルのオフセット検出のための前処理部(下記)である。
  • 右チャネル: 入力信号の直流成分の絶対値をオーバーロード端子に入力することで、正のしきい値にしか対応しないオーバーロード端子で正負のオフセットを検出してミュートできるようにした。
    • 次の前処理を行っている。
      • LPF → 絶対値取得 → 平滑化 → 増幅(振幅の調整)
    • 前処理の回路図を以下に示す。
    • BA3886のスピーカー保護機能(右チャネル)のオフセット検出の前処理の回路

    • LPFと平滑化は似たような処理で(実際、どちらもLPFである)、私の誤解※もあって当初は平滑化をしていなかったのだが、AC電源などの雑音に誤反応して頻繁にミュートが掛かっていた。それで、良く考えたら平滑化が必要なことに気付いたので、追加した。LPFは絶対値処理を行う周波数を制限し、平滑化は絶対値信号の変動を小さくすることで、AC雑音などで瞬間的に大きな値になった時の誤反応を抑える役割があると考えている。
      • ※絶対値のあとにLPFを入れると、コンデンサのために絶対値が(無限に)大きくなり続けるのではないかとか、絶対値が入力信号の平均振幅になってしまうのではないかと誤解したが、シミュレーションではそうならなかったので、入れた。
      • ただ、AC雑音のパルスのような瞬間的に大きな値の排除は最初のLPFでもできる気がするのだが、実際にはできないところが腑に落ちていない。もしかすると、絶対値処理の回路(LPFのあと)に電源などを経由して雑音が入っていたのかも知れない。
        • ただ、電源経由であれば最後の増幅部に入ってもおかしくないから、あとは、最初のLPF(LPF1)の時定数が短いせいなのかも知れない。
        • それであれば、LPF1を左チャネルのオフセット入力と同様の特性にすればいいはずだ。
    • 絶対値処理回路の都合で振幅が小さくなってオフセット端子としきい値が合わないので、増幅(約1.5倍)を追加した。なぜか、平滑化の後(オーバーロード端子の直前)でないとうまく行かなかったが、ドライブ能力やインピーダンスの関係だろうか。
    • 回路構成は、LPFと平滑化は普通のRCフィルタ、絶対値処理と増幅はオペアンプで行っている。
    • 絶対値処理は、検索して見付かった回路だとどうしても期待通りに動かなかったので、自分で考えた回路を使っている。
    • その回路は、入力に逆方向にダイオード2本を繋げ、入力信号の負の領域と正の領域をオペアンプの-と+入力に入れて、減算回路で正の振幅から負の振幅を減算(= 負の振幅を正にしたものを0に加算= 絶対値にする)することで、絶対値を求めている。
      • このような回路は他で見ないのだが、単に回路の記法の違いなのか、常識外れで何か問題があるのかは分からない。
    • 絶対値処理のオペアンプ周りの抵抗値はどう決めればいいのか全く分からなかったので、減算回路を元にしてシミュレータを用いて大まかに決め、それから実際の回路で調整した。当然ながら、使用するダイオードやオペアンプによって変わる。
    • 使ったオペアンプは、オフセット検出の前処理用で音を聴く訳でないので何でもいいのだが、ASUSのサウンドカードに交換用に添付されていて たまたま手元にあったものを用いた(もったいないが、このまま使わないでおくよりはいいだろう)。ダイオードも、たまたま手元にあったもの(整流用)を用いた。

以上のようにして、左右チャネルで独立にオフセット検出をすることができた。オフセットのしきい値は、データシートの計算式に不明な点(謎の係数2)があったり、正確な直流電圧を入力することができないために理論値・仕様は確かでない(おおよそ直流±0.7V辺りと推測している)のだが、実測では左右ともに直流±1V付近である(約1.2Vの充電池を繋いだり、PCから直流付近の正弦波を出して検出・ミュートできた)。しばらくアンプに繋いで試した限りでは問題なかった(全くミュートしなかった)が、実際に使ってみて小さ過ぎるようなら調整しようと思っている。

気になっているのは、左右の入力回路が異なるため、それらがスピーカー出力に与える影響も異なり、微妙に左右の音がアンバランスになる可能性があることと、左チャネルの入力抵抗が小さ目なために、その後の回路の影響が音に現れやすくないかということだ。それから、右チャネルは入力抵抗は充分大きいが、ダイオードの非線形性の影響が気になっている。実際、チャネルセパレーションは右→左と左→右の値が異なっているので、アンバランスさの影響がない訳ではなさそうだ。

ちなみに、左右の絶対値を同じ回路で合算して求める方式(概略: 上の回路のダイオードを4つにして、正負ごとに左右チャネルを合算する)も試したのだが、現在の方式よりセパレーションが9dB程度悪かったことから、大きな抵抗を通しても そのあとで合算することで、チャネル間の独立性を劣化させる可能性はありそうだ。

なお、絶対値を左右で合算する方式はオフセット検出には使えるものの、正確な加算結果が得られない(左右チャネルの符号の状態によって結果の値が異なる)ので止めて、今の方式にした。

ただ、いずれにしても、普通に聴いて、あるいは、振幅・位相・歪みの周波数特性を測った限りでは、特に問題はない。

それから、もちろん、左右の入力回路を同じにしてアンバランスさを解消することも可能である。左チャネルも右と同じように、LFP+絶対値+平滑化+増幅してオフセット端子に入れれば良い。ただ、オペアンプのパッケージが2個に増えるのと、同じ回路を2個作るのが面倒な(馬鹿らしい)ので実行していない。

アンプの電源を切ることでミュートする。電源on/off時に雑音を出さない

何度か書いて繰り返しになるが、使用しているアンプIC LM3886(以下、3886)には、充分に使える電源on/off時ミュート機能(のための機能)が備わっている。だから、その機能を活用すれば、オフセット検出時のミュート時に普通に電源を切れば特段の雑音が出ずに音が出なくなるはずである(そもそも、この場合は緊急なので、多少の雑音が出ても問題ないのではないかと思うし、スピーカー出力をリレーで切ったとしても雑音は出るはずだ)。

それなのに、で押したようにスピーカー出力をリレーで切るようにしているのが理解できない。他のアンプなら別だが、3886のアンプなら3886の機能を活用すれば、音の経路に余計な接点を追加しないで済むのにと思う。

電源onも同様にミュートされるので、何も考えずに普通に電源を入れて問題ない(回路が良くなくて、オフセットが大きい場合を除く)。1237の電源on時のミュート機能(以下、電源onミュート)は全く不要である。

しかし、下に書いたように、本システムでは、アンプの電源on/offにリレーを使ったため、電源on時にショック音が出る問題が起こった。推測だが、正負電源がonになるタイミングのずれやバウンス・チャタリングによって、3886がショック音を出したのではないか。それを解消するために、やはり下に書いたように、アンプの電源onをリレーで行わないようにした。具体的には、リレーのNC(コイルがoffの時に接続している)端子でアンプの電源を供給することにし、電源がonになった直後から(正確には、onになるのと同時に)アンプがonになるようにしようとした。

すると、1237の電源onミュートが邪魔になった(これのために、電源on時にアンプ電源が一時的に落ちる)ので、強引な手(電源onと同時に電源onミュートの時間を決めるコンデンサを急速充電してミュートしないようにする: 回路図のAの部分)で無効にしてちゃんと動いて一件落着かと思った。

のだが、現在は、(最後に追記したように気が変わって、)1237の電源onミュートを生かしつつ、それによる電源断をマスクするように、電源on直後から1237の電源onミュートが終わるまで、強制的(、あるいはバイパスのよう)にアンプへの電源の線を接続し続ける処理(の回路とリレーのNC接点を使い、電源onの前からアンプの電源をonにし続ける)を追加することを考えた(回路図の右側下から中辺りのトランジスタとリレーの部分)。今はプロトが動作した段階で、部品が届き次第正式に作る予定だ。

 

本文のまとめとして「現状と今後」を書くと、ブレッドボードなどにスピーカー保護回路を試作して期待どおり動くことを確認できたので、これから追加の部品を注文し、届き次第、ユニバーサル基板に実装して※BA3886に組み込む予定である。

※元々スピーカー保護用キットを買ったので、プリント基板はあるのだが、余りにも変更箇所が多いのでユニバーサル基板に作り直す。

 

(以下は最初の投稿の後半と追記)

(疲れているうえに酔って居るので、今はここまでとする。以下は書きたかったことのいくつか+α。)

  • ブレッドボードでの試作が思ったより大変だった。
    • ジャンパ線もミノムシクリップ付きコードもブレッドボードの面積も足りなかった・・・
    • ブレッドボードは意外に載せられる部品数が少なく、仕舞いには、ツイスターみたいに配線に苦労するようになり、気付かずに線が抜けたりショートしたりして、作業効率を低下させた・・・
      • ミノムシクリップ付きコードも経年劣化で接触不良になり、それに気付かずに動作がおかしくなって悩ませられた。駄目になるものが多く、仕舞いにはコード不足で実装・確認が満足にできなくなってしまった・・・
    • 「デジタルじゃないから、そんなに使わないよ」と高をくくって、電源とGNDのないブレッドボードを選んだのも失敗だった。
      • それらだけでも、随分多くのジャンパ線を使った・・・
    • 出来たものは盆栽? 前衛生花?www
    • BA3886のスピーカー保護回路をブレッドボードに実装し、確認・調整中

  • 案の定(作る前の心配が当たった)、電源でミュートする(オフセット発生時に、アンプの電源を切って音を停める)構想が うまく行かなかった。
    • 電源onで盛大に「パチッ」とショック音が出(て、ショックを受けw)た。
      • (オシロなどがないから、実際の状態が見られないので)想像だが、正負電源をリレーでonする場合、正負がonになる時間差(正負の線を別々の接点でon/offするため、どうしても時間差が生じる)やバウンス・チャタリング、それらの組み合わせでアンプICが発狂して本来のミュート機能が働かずに雑音が出るのではないか。
      • だから、アンプの電源をリレーでonしないようにした。
        • オフセット発生時のoffはリレーでするが、そもそも緊急で音を停める場合なので、その時に雑音が出ても仕方ない。
    • その回避に随分手こずった。
      • スピーカー保護IC μPC1237(以下、1237)の電源onミュートが余計なのだが、無効にできずに苦労した。
        • データシートを見て、それを設定する(と書かれている)抵抗やコンデンサの値を調整して無効にしようしたら、まともに動かなくなった。
          • あとで分かったのだが、それらの素子は電源onミュートだけでなく、他の幅広い機能に影響していた。
      • それで、随分いろいろ考え・試して、僕なりの「スゴい手」を考えて実装した。
        • (4/17 13:11) そのスゴい手を簡単に書くと、電源onミュートは1237のピン7のコンデンサが充電されるまで続くので、電源on直後からコンデンサへの電流を制限する抵抗(ピン7-8)をリレーでショートして急速充電※したあとに開放して抵抗を有効にするものだ。
          • ※個人的には「プリチャージ」と呼んでいた。
        • 1237の仕組み上、コンデンサを付けなくても抵抗を0Ωにしても本来のミュートをしなくなるので、少々強引だけど、こうすればいいと考えて、試したらちゃんと動いた。
        • ただ、折角考えた手だが、追記したように電源onミュートを使うことにしたので、お蔵入りとなった。
  • 1237は、きっと、熟練したアナログ技術者が開発したのだろう(「職人技」?)。なかなかすごいとは思うが、僕に言わせれば、モジュール化されておらず(各機能が分離していない)、何とも使いづらいクソ残念なICだ。まあ、「前々世代の作」って感じかねえ・・・
    • 資料(データシート)も、英語版はいかにも日本語を直訳したもので全く分かりずらいうえに脈絡がない(何か端折って居る気がした)し、近頃見付かった原典らしい日本語版を見たら随分謎が解けたものの、「いかもに技術者が書いた」ような、何とも分かりづらいものだった。アナログの話なので分からないことも多かったが、それ以前の問題は多い。
    • そもそも、データシートなのに必要な情報が載ってないってどうよ?
      • 例えば、絶対最大定格で「最大電流」とか書いてあっても、内部抵抗が書いてなかったらどうやって制限すればいいのだろうか? 0Ωを想定するのだろうか? そもそも、この電流は正がICに入るのか出るのかすらも分からない。アナログのプロは分かるのだろうか?
      • それから、電源電圧は最大60Vとあるのに、電源ピン(ピン8)は最大8Vって どういうことだろう?? 全く、「教えてお爺さん」だよw
      • こういう点では、NS社(今はTI)のLM3886のデータシートは神のレベルと言えようw(それでも分からないことが ちょっとあるが)。
    • それにも関わらず代替品や「新作」がないのは、もう、こんなニッチな物は使われないのか(アンプICに組み込まれている?)、作れる人が居ないってことだろうか?

ようやく、BA3886のスピーカー保護回路が動いた。 (左: BA3886本体、右上: 保護回路(試作版)、右下: リレーx2)

  • (4/18 7:01) ミュート機能はちゃんと動作するのだが、そもそもアンプから直流が出ないため、普段は効果を確認することができない。なので、例えば、知らない間に回路が壊れていて いざという時にミュートできずにスピーカーが壊れる可能性をちょっと心配している。
    • 理想は、定期的に自動で自己診断するようにすることだが、どういう契機でチェックするのかが難しい。聴いている時に落ちたら話にならないし、電源on時にしたら、折角それを防いだのに元の木阿弥だ。
    • 例えば、PCに繋いでプログラムからミュート機能をチェックできるようにすれば、自由なタイミングでチェックできて便利だが、なかなか容易ではない。
      • PCから1Hzなどの直流に近い信号を大振幅で出せばミュートするが、スピーカーを繋いだままではちょっと怖い。
    • そこで、まずは、スピーカー保護回路の基板にチェックスイッチを付けて、手動で動作チェックできるようにしたいと考えている。
      • 家の配電盤の漏電ブレーカーのチェックボタンのようなものだ。
      • チェック機能は、オフセット検出入力(= アンプのスピーカー出力)を切断し、テスト用の電圧(±1V程度)を左右の検出入力に掛けてミュートするかを確認することを考えている。
        • この時、正負と左右は別々にチェックする。

 

(4/17 13:06) 寝ると新しい考えや心配が浮かんで来る。今朝、電源on時のミュートを回避する機能の実現方法が今ひとつ「ちゃんとしてない」ことに気付いた。具体的にはリレーの使い方がマズい(メーカーの「べからず集」みたいなのに載っている)。昨日は、思いつくままプロトタイプ的に作って動いたが、そもそも安全性を高めるためのものを いい加減に作るのは良くない。

何が駄目だったというと、電源on時のミュートを回避するためにした、以下の二つである。

  • ミュート用リレーを常時off(NC接点(電源offで閉じている接点)が繋がっている状態)で使おうとしていたが、接点を全然動かさないと、(まずないとは思うが)固着してミュートすべき時にできなくなる可能性がある。
    • 電源on直後からアンプの電源をonにしておくためにそうした。
  • ミュート用リレーの動作を反転させるため、プルアップした。直感的にまずそうだと思ったが、やっぱり良くなかった。コイルに常時弱い電流を流し続けるのは良くないとのことだ。
    • 上記のようにミュート用リレーを常時offで使うため、ミュート時にリレーをonさせる必要があるので反転させた。

それで、早速対処を考えた。

まず、固着については、(苦労して回避するようにした)電源on時のミュートを復活させることにした。そうすれば、電源を入れるたびに動くから、固着する心配はない。動作音で正常性の確認もできる。

ただ、そうすると、リレーでアンプの電源をonするためにショック音が出るので、それを回避するため、起動時(電源off時から)はアンプの電源を強制的にonしておき(ミュート用リレーがoffにするのを無効にするため、並列にもう一個のリレーを繋ぎ、onで「上書き」する)、1237の電源on時のミュートが終わった頃合いを見計らって上書きを止めてミュート用リレーに引き継ぐことを考えた。

なかなか大変そうだったが、何とかなりそうだ。ついにトランジスタを使うことにした。いろいろ調べて回路(1237のリレー出力の反転、リレーの遅延on)を作り、シミュレーションは うまく行った。更に、例によって「ちょっと試したく」なって、どこかに丁度いいトランジスタはないものかと血眼で探しw、運良く古いルータの電源部に付いていた2個※を引っ剥がして試したら、シミュレーションどおりに動いた。超簡単な回路とはいえ、トランジスタが使えるようになったなんて、我ながらすごい進歩だ^^

※チップ上面のコードで調べたら(→ 検索ベージ)、PMBT4401というもので、データシートによれば買おうと思って居た(日本では超定番の)2SC1815の代わりにできそうだったので、外して試すことにした。

トランジスタを使えば、リレーの動作を反転させるのに余計な電力を消費しないのも うれしい。これがちゃんと出来たら、逆転満塁ホームラン級ではないかw

この場合はリレーの動作を反転させる必要はないが、リレーを2個使うので、そのうち1個を起動時以外はoffにして消費電力を抑えようと思っている。まあ、買ったリレーは1個150mWなので、無理して抑える必要はないのだが・・・ → この回路では安定性が重要なので、動作に問題がない限り反転せず、「普通」に したほうが得策な感じだ。 (4/17 17:13)

 

ただ、「ミノムシ不足」で機能全部は試せず歯がゆい思いをしているので、以前あるのを目にしたホームセンターにちょっと買いに行こうと思っている。でも、割高な気がするので、通販のほうがいいかな・・・

結局、だるくて、他の部品と一緒に通販で買うことにした。届くまでは休憩だ。 (4/17 17:13)

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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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