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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。以下に回路図を載せる。

自作アンプBA3886のスピーカー保護部の回路 (DC-DCコンバータでアンプの電源制御を行う版)

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(ミュート時にリレーを動かす → 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、通常(コイルの電源が入っている時)はRC端子をプルアップしているのが、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状態なのが、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の放熱で ちょっと思い付いて試したら、高級車のエンジンカバーのような感じになったw

BA3886のDC-DCコンバータの放熱の改良 (プロト)

なお、実用化版は気のせいか醜くなった模様。

 

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

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

 

というところで、熱にも なかなか苦労したが、とりあえずは落ち着いた状態だ。

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

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

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

 

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

 

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

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

 

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

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

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

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

  • 錫: 1.09 ×10-7
  • 鉛: 2.20 ×10-7

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

※このオペアンプは ただ"0"を出しているだけなのだ。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

 

(3/21 5:29, 9:49 少し加筆・補足・修正)

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

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

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

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

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

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

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

※既に似たようなことをされた方が居た。

 

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

 

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

そういう点でも、BA3886はプロトタイプ的なことばかりだ。

 

今日は とりあえずここまで。

 

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

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

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

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

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

そこで作ったwww

(疲れと あとが詰まっているためw、以下の文章は更に簡略化します)

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

 

(3/14 12:35 わずかに加筆; 3/14 12:49 構成を調整)

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

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

ひとまず出来上がった、BA3886本体

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

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

 

参考までに、BA3886の音を聴いて今までに思ったことを列挙する。

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

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

 

他にいろいろ書くことはあるが、今回もとりあえずここまでで。

 

おまけ

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

1点アースがすごい状態。

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

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

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(無理に こじつけなくてもいいのだが・・・)

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

BA3886で最初に音が出た時

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

(とりあえず、今はここまで。)

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

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

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

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

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

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

以下に経過を書く。例によって箇条書きで済ませる。

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

その後・・・

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

 

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

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

※いつも、"3668"なのか"3886"なのか分からなくなる・・・

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

じゃーん、実はもうできちゃいました。

BA3886の完成図?

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

 

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

(以下、BA3886とは直接関係ない写真)

 

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

 

(3/5 5:47 わずかに修正、加筆)

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「頓挫詐欺」とも言える次期アンプ

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

LM3886のフィードバック抵抗は、直近に横に2本置くべきだ。

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

今回は そんなことにならなければいいがね・・・(爆)

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(宛てもなく?w)アンプを改造している話。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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事前検討編の続き。ちゃんとした文章を書くのが大変なので、テキトーに・・・

これまでの道のり

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

現状

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

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

謎、謎、謎

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

TODO・希望

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

 

To be continued.

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