アンプの製作について(素子、必要な性能など)
(2019.4.10作成)
最近家の雑事に追われ、趣味の時間が殆ど取れなくなりました。カメラもずっと使っておらずバッテリーが空で電源も入らなくなってました。充電をしてはみましたが、次に使うより前に再充電をすることになりそうです。
アンプ作りではプッシュプルアンプ(ユニバーサルタイプ)が実験中でまだ完成していませんが、自宅で音楽を聴く上では、水平偏向管のシングルアンプとSS-CM3で十分満足できていますし、予備アンプ(真空管PP/SE、トランジスタ式、IC式)も充実してますので機材的には問題ない状態です。
真空管アンプの製作を思いついてから早や5年が経ってしまいました。当初は先がハッキリ見えずの手探り状態(目標よりは動かす事が先決)でしたが今までやってきた事で、アンプを製作(自作)するうえでの考え方が見えてきましたので区切りとしてエンジニアリングの観点から私見をまとめてみました。
断っておきますが、オーディオはエンジニアリングであって芸術(感性で判断するもの)ではありません(コンテンツの方は大半が芸術的なもの)。昔?からの言い伝え(3極真空管は音が良い、5極管・トランジスタは3次歪が多く多量のNFを掛けないとダメだ、etc)は全くのデタラメです。都合が良い?比較データで結論を誘導してるような話(記述)も見かけますが、自分の判断力(知識など)を養わないと騙されてしまいます。アンプは電子回路です(芸術作品ではありません)。これこれを使うと音が良い⇒しかし根拠となるデータは無い⇒芸術的(あるいはそれ以下の)判断です。
<<電力増幅素子>>
最近家の雑事に追われ、趣味の時間が殆ど取れなくなりました。カメラもずっと使っておらずバッテリーが空で電源も入らなくなってました。充電をしてはみましたが、次に使うより前に再充電をすることになりそうです。
アンプ作りではプッシュプルアンプ(ユニバーサルタイプ)が実験中でまだ完成していませんが、自宅で音楽を聴く上では、水平偏向管のシングルアンプとSS-CM3で十分満足できていますし、予備アンプ(真空管PP/SE、トランジスタ式、IC式)も充実してますので機材的には問題ない状態です。
真空管アンプの製作を思いついてから早や5年が経ってしまいました。当初は先がハッキリ見えずの手探り状態(目標よりは動かす事が先決)でしたが今までやってきた事で、アンプを製作(自作)するうえでの考え方が見えてきましたので区切りとしてエンジニアリングの観点から私見をまとめてみました。
断っておきますが、オーディオはエンジニアリングであって芸術(感性で判断するもの)ではありません(コンテンツの方は大半が芸術的なもの)。昔?からの言い伝え(3極真空管は音が良い、5極管・トランジスタは3次歪が多く多量のNFを掛けないとダメだ、etc)は全くのデタラメです。都合が良い?比較データで結論を誘導してるような話(記述)も見かけますが、自分の判断力(知識など)を養わないと騙されてしまいます。アンプは電子回路です(芸術作品ではありません)。これこれを使うと音が良い⇒しかし根拠となるデータは無い⇒芸術的(あるいはそれ以下の)判断です。
ついでに書くと、アンプで良い?音を出そう(探そう)とするのはナンセンスです。アンプはHi-Fi(≡音が変わらない:違いが出ない)であって音質を選ぶ(変える)なら、ソース(演奏者、recエンジニアの違い)で選ぶかアンプ入力にアレンジャーやグラフィックイコライザーなどを入れて調整する(探す)のが正統な方法です。
真空管、トランジスタ(単体)、アンプ用ICそれぞれを使ったアンプにおける本質的な違いはありません。ディスクリート(非リニア素子)では当然アンプ(回路)としてNFなど適切なリニア矯正を施す(∵アンプ≡Hi-Fi電力増幅器)ので、素子固有の音などというものは出る筈が有りません(出てはいけない物)。リニア矯正が足りないと歪率が高くなるので、耳で判別可能な素子固有?(+回路固有)の(原音から崩れた)音質?なる歪音が出てくることになります。
まだ無知(未熟)の頃に見聞きした情報からは真空管が独特な良い音を出す素子であるような印象を与えられていました。2A3、PX25、DA30、UV211、...、などは半導体アンプで到底出せない透明で暖かい音が出せるのだと(透明?暖かい? どんな音??)、信じていた頃もあります。現在でも、そう主張し信じてる方もおられるようですが。しかしアンプの実験・設計・製作・調整・測定を通して、自分で利用する限りにおいて(万人にとっても当然と思いますが)何の違いもないことが良くわかりました。考えれば当たり前の事です。それぞれ動作原理が異なっても唯の信号増幅素子として使う訳で、入力信号をスピーカー駆動の電力信号に忠実(静的/動的にリニア)に増幅できれば良いだけの事です。真空管アンプに、素晴らしい??音を期待されてる方、良い音が出ると薦めてる/販売されてる方には申し訳ないですが、忠実な増幅が保証されない(≡出来の悪いアンプ⇒アンプで音が変わる)場合、ICアンプを除いて素子が良い/悪いでなく回路を含めてアンプの設計・調整・使用条件辺りが悪いことになります。逆にIC素子の場合は、IC素子の選択で良くも悪くもアンプの性能が概ね決まってしまいます。
~真空管アンプで、劣化等による球交換(球種の変更も含めて)でそのまま(再調整なしで)聴き続けるのは論外です。私の真空管アンプの参考書(実用的なアンプ製作を目標に解説されている)では、概ね使用球の最大出力を目指した上で5極管の場合NFを30dB程度(3極管では25dB)掛ける設計が基本になっています。その位のNFを適用していれば、無調整で球交換してもそこそこ実用的な音で聴けるはずですが、昨今の低NFアンプでは再調整をしないと酷い結果になるでしょう。~
<<回路、使用部品>>
回路も素子と同様にリニア増幅が出来れば(アンプになるなら)何でも良い(真空管アンプならSE/PP/SEPP/etc、但し製作価値の低いSTC/Diff等は除いて)訳ですが、増幅素子は非リニア特性ですから回路方式・調整方法との兼ね合いもありますが、NFなど何らかのリニア矯正手法は必須です。
私の場合、回路技術を研究(実験)する事が目的ではないので出来るだけ簡単な回路で必要な性能が得られればそれで良しということで、真空管の場合は現在使用中のユニバーサルシングルアンプ(2次歪打ち消し型)の回路が完成形です。プッシュプルアンプはまだ試験中ですが差動増幅のドライバで2次/3次歪打ち消しが可能になりました。シングルアンプでも差動増幅ドライバでの2次/3次歪打ち消しを将来検討してみます。トランジスタアンプでは極めて簡単な回路(エミッタ接地1段増幅+ダーリントンのバッファ)で十分な性能が得られることが分かりました。
強いて回路の優劣で考えるなら性能の要である電源については、真空管アンプの場合ユニバーサルアンプに限らず可変B電源が便利(微調整が容易)なので、下手なリプルフィルタ回路を組込むより安定化(B電源)回路とするのがお勧めです。リプル除去効果もありますが、レギュレーション向上効果も大きいです(終段に差動増幅を使用する差動アンプでは、電源レギュレーションへの影響は抑えられますが歪率特性が圧倒的に不利となります~大出力時の3次歪増加が著しい~)。ACアダプタは半導体アンプのB電源や真空管アンプのヒーター電源として積極的に利用するのが得策です。
他には過渡特性を生むコンデンサ、お呪い的(つまりは工学的効果が不明)な能動素子(定電流素子・回路に電解コンが接続してる意味不明な回路とか)などはなるべく使わないように増幅回路を作る方が良いかな?という事くらいです。
信号経路の長さ(短さ?)が回路・方式によって云々という向きがあるようですが、その言い分(長短の違い)の真偽はともかく高周波(いわゆる無線周波以上の)増幅回路でもあるまいに通常のシャーシや基板のサイズでは全く無意味な事です。
使用部品は一般普及品(量販品)で十分です。一部オーディオ用の部品なるものがあるようですが、オーディオ回路はそれ程微妙な部品特性を求められるものではありません。例えばコンデンサの漏れ電流は微小電圧・電流を扱う分野では重要ですし、高周波回路ではタンジェントδなどが気にすべき特性になりますが。
歪率特性
これが一番重要だと考えています。
私の場合、単音(単一周波の音)で歪(高調波)有無の切替試聴で1%以上なら識別できます。しかし絶対値(切替なし)として、さらには音楽として聴く場合もう少し高くないと分からないかもしれません。
目標値としては自己満足も含めて、普段聴くであろう出力(想定ピーク値+マージン)で歪率0.5%(特に歪が識別し易い1KHzでは)としています。それと高域については自分の場合12KHz以上は殆ど聞こえませんので、6KHz以上の歪率は高調波が聞こえてないので実際にはどうでも良いと言えます。
アンプの特性として一般的には10KHzの歪率特性を測定しますが、アンプの性能確認としては否定しませんが20KHz(10KHzの2次高調波)は殆どの人が聞こえないでしょうから不要です。
逆に低域では100Hzの測定値を代表としてるのが誤り(昔は技術・測定機材の点から仕方なかったかもしれませんが)で、最低限50Hz位の歪率特性を見ておくべきです。一般的にOPTを使う真空管アンプでは、これを最も重要な判定基準とすべきです。100Hzまでは良い特性を出して、50Hz辺りまで下がったところで崩れてしまうOPTもあるようなので。これについては、アンプの評価を100/1K/10K㎐で変わらずに行ってきた為、トランスの性能(特性)がそれにチューニングされてしまった可能性もあります。歪率の周波数特性を取れば、差をはっきり見ることができます。使用するOPTを大体決めておいて一度細かく測って癖(傾向)を掴んでおけば、後は同じOPTを使う場合に一々細かく測る必要は無くなります。
過去から現在までの真空管アンプ製作例殆どで低域を100Hzの特性の良否で判定しているのが、真空管アンプを芸術品化(差の現れるデータを測定しないままの評価??なので、性能の伝説・風評化)してしまう大きな要因だと思います。
ダンピングファクター
アンプ作りに取り組んだ当初に、スピーカーの実験をした結果が一定の方向性を示せてると思います。
スピーカーのf特性で音を鳴らす為には定電圧駆動をする必要があります。スピーカーのインピーダンスは共振周波数で公称値の数倍~10倍くらいになりますから、DFが1倍から10倍まで変化してるのと同じです。アンプの出力電圧(出力端オープンでの)とスピーカーに掛かる電圧の比は概ね1/(1+1/DF)なので、DF=1の場合1/2と1/1.1で2倍近くになってしまいます。DF=5では1/1.2と1/1.02となり差はかなり小さくなります。なのでDF=5以上なら、スピーカーのf特性が大体そのまま出せると思っていいでしょう。
真空管アンプでは内部抵抗が低めの水平偏向管・垂直偏向管のUL接続と適度なNFで、問題なくクリア出来るようです。
半導体アンプの場合、DF値は十分ですが終段バイアスの温度補償の具合(出来不出来)でDFの周波数特性が怪しげになります。アンプ用ICでもいろいろ(設計者の考え方?技量?)あるようなので、半導体アンプではDF値の大小というよりDFの周波数特性を確認した方がいいでしょう。半導体アンプでDFの周波数特性がフラットでない場合、終段の温度補償の出来が悪い(終段バイアスが変動⇒終段内部抵抗が変動⇒出力インピーダンス(≡DF)が変動)、つまりはアンプとしての出来が悪い可能性もあり、音楽再生時の出力(と周波数)変動によってDF以外にも特性変動が出るかもしれません。
出力(アンプに必要な出力)
使用スピーカーと通常聴く音楽(コンテンツ)の音量によって変わりますが、必要十分な定格出力を決める事も重要です。アンプの製作において目標出力を決める(見積もる)事が、ある意味では最も重要であると思います。何故なら目標出力が変わると、アンプの主要部品(出力素子の選択、電源、真空管アンプの場合のOPTとか)の選択肢がガラリと変わってしまうからです。
アンプとして働く限界、クリッピングレベル(CL)または歪率1%超過レベル、をアンプの定格出力と定義します。周波数をパラメータ(依存)とする可変値になります。半導体アンプでは概ねフラットなので1KHzを代表値としても良いですが、真空管アンプの場合低域特性に大きな差が出やすいので、CLの周波数特性(傾向?)を把握しておく必要があるでしょう。
そして再生コンテンツ(全帯域で)のピーク値(平均値でも実効値でもなく)がアンプの定格出力(のピーク値)を越えない事が絶対条件です。
以前の記事でも書きましたが、音楽信号では平均的な音量の合間に時折数倍程度の音量に相当する信号が現れる場合があります。この事は音源を録音する場合などに一番悩ましい(録音レベルをどのくらいにするか?)関心事となります。
平均音量の波形ピーク値が1W、時折の大音量ピーク値が4W必要とする再生条件の場合に、定格出力1Wのアンプでは大音量波形が完全に方形波と化してしまいます(4Wのサイン波が1Wの方形波として再生される)。これがベース(コントラバス)を柔らかく弾く音だったとすると、聴いた感じがエレキギターの音でかつ音量感も下がるという印象になってしまいます。当然ベースの音は左右どちらかに寄っている場合が多く、寄っている側の音量が主として下がるので一瞬エレキギターが中央寄りで聴こえるという感じを受けることにもなります(音色とバランス崩れ)。つまり定格出力が足りないアンプを使うとバランスと音色の崩れが著しく、音楽鑑賞には耐えられません。それを確認(そうならない保証を)しないままアンプの試聴評価をする意味・価値はありません。しかし世間での評価レポートなどで所要出力をピークメーターなどで明確に確認(保証)してる記述を見たことがありません。
真空管アンプでの定格出力は、1KHzで1W、30Hzで0.3Wなんてこともあります。その場合30Hzで1W相当の信号が入ると、高調波(歪)である60Hzや90Hzの音が感知できる音量で鳴ってしまうことになります。
必要な出力は、スピーカーの能率などから概算値を求められますが、出力に余裕のあるアンプで実際に鳴らしてピーク値を計測するのが確実です。定格出力が足りないアンプを作ってしまってから、出力を上げる改造はなかなか難しそうですから。
時間と小遣いを費やして作ったアンプで、波形がクリップしそうな(あるいは間違いなくクリップしてしまう)状態で音楽を聴きたいとは全く思いません。多くのアンプ製作記事ではアンプ製作が目的で定格出力が先に決まっている場合が多いように見受けられますが、そのアンプで音楽を気分良く聴くことも大事な目的であろうと思いますので、使用スピーカーを選んだらアンプを作る(選ぶ)前に必要な(余裕のある)出力を確認することをお勧めします。
真空管アンプの製作を思い立った時に、測定器(発振器、歪率計)の周波数帯域を可聴周波に限った(当時としては妥協した)ので測定機材? がシンプルになりました。追加の投資も僅かで済みましたし、測定と結果(特性グラフなど)を得るのが極めて簡単にできるようになりました。
DF : ダンピングファクター
E8 : 8Ω負荷時の各周波数での出力電圧(基本波の実効値)
E16 : 16Ω負荷時の各周波数での出力電圧(基本波の実効値)
計測ソフトは当初に作成(若干の改良)したもので、1KHz(起動パラメーター指定)連続信号を出力していて、その状態でアンプ出力(アンプのボリューム)と歪率入力レベル(バッファの可変ゲイン)を調整してからキー入力すると100Hz/1KHz/7KHzの信号を切り替えて夫々の歪率/入力電圧/出力電圧/ゲイン/出力(W)をログ出力してから1KHz連続信号に戻るので、再びアンプ出力を手動(ボリューム調整)で少しずつ変えて(概ね抵抗等のE6系列に近いところを選んで)計測を繰り返します。
最後に調整した25E5(SE)の計測ログの例では、周波数、THD+N、偶数次歪率、奇数次歪率、出力電圧、入力電圧、ゲイン(dB)、出力(W)の並び(TAB区切り)で
100.0 0.063 0.053 0.016 0.95543 0.02395 32.02 0.114
1000.0 0.037 0.016 0.007 0.95520 0.02417 31.94 0.114
7000.0 0.063 0.056 0.009 0.96845 0.02404 32.10 0.117
100.0 0.065 0.055 0.019 1.06947 0.02681 32.02 0.142
1000.0 0.033 0.019 0.009 1.06959 0.02703 31.95 0.142
7000.0 0.067 0.061 0.011 1.08473 0.02692 32.11 0.147
100.0 0.085 0.079 0.024 1.33307 0.03340 32.02 0.221
1000.0 0.035 0.023 0.013 1.33332 0.03362 31.97 0.221
7000.0 0.078 0.072 0.017 1.35095 0.03352 32.11 0.227
100.0 0.095 0.088 0.030 1.64437 0.04118 32.03 0.337
1000.0 0.038 0.027 0.020 1.64480 0.04139 31.99 0.337
7000.0 0.087 0.081 0.025 1.66612 0.04133 32.11 0.346
100.0 0.119 0.110 0.042 1.96099 0.04908 32.03 0.479
1000.0 0.046 0.032 0.030 1.96239 0.04929 32.00 0.480
7000.0 0.101 0.093 0.036 1.98745 0.04929 32.11 0.492
100.0 0.143 0.131 0.055 2.34055 0.05862 32.03 0.682
1000.0 0.060 0.038 0.045 2.34310 0.05888 32.00 0.684
7000.0 0.118 0.105 0.053 2.37296 0.05886 32.11 0.701
100.0 0.175 0.153 0.084 2.86772 0.07181 32.03 1.024
1000.0 0.086 0.046 0.073 2.87019 0.07206 32.00 1.026
7000.0 0.150 0.123 0.084 2.90583 0.07211 32.11 1.052
100.0 0.216 0.181 0.118 3.38139 0.08467 32.03 1.424
1000.0 0.117 0.052 0.105 3.38534 0.08498 32.01 1.427
7000.0 0.189 0.139 0.127 3.42694 0.08505 32.10 1.463
100.0 0.304 0.239 0.189 4.28495 0.10743 32.02 2.287
1000.0 0.183 0.065 0.171 4.29080 0.10769 32.01 2.293
7000.0 0.274 0.168 0.217 4.34159 0.10785 32.10 2.347
100.0 0.384 0.288 0.253 5.18413 0.13004 32.01 3.347
1000.0 0.245 0.087 0.229 5.19145 0.13036 32.00 3.356
7000.0 0.355 0.190 0.299 5.25088 0.13051 32.09 3.434
100.0 0.562 0.366 0.426 6.27804 0.15783 31.99 4.908
1000.0 0.377 0.130 0.354 6.29260 0.15820 31.99 4.931
7000.0 0.465 0.180 0.429 6.35981 0.15835 32.08 5.037
100.0 0.978 0.573 0.792 6.42356 0.16205 31.96 5.138
1000.0 0.813 0.411 0.701 6.43987 0.16241 31.97 5.165
7000.0 0.706 0.262 0.656 6.50702 0.16258 32.05 5.273
となって、これを周波数でソート(勿論Excelで)してテンプレートシート(Excel)に張り付けると、
という具合に歪率特性と入出力特性のグラフが得られます。
周波数特性の測定でも結線は同じです。使用ソフトを変えるだけで済みます。20~20KHz区間で対数グラフ上のプロット間隔が適当になるように周波数を選んで、各周波数での基本波の実効値となる数値、歪率をログ出力します(5分間くらい様子を眺めているだけです)。アンプの入力電圧を変えずに8Ωと16Ωの負荷抵抗で測定して、ダンピングファクターを前記の式で求めます(こちらもログをテンプレートに貼り付けるだけです)。
【可変バッファ回路】
デバイダ、正確には1/10ずつになっていませんが歪率測定の入力信号レベルを最適値に調整できれば良しとしています。
====素子の違いがアンプの出来に無関係とはいえ、真空管アンプの実験・製作を止めようと思ってる訳ではありません。昔集めたお宝、それで作られるアンプの製作、それを通して出て来る音楽を聴くことをずっと夢見ていた頃の思いを、いま漸く実用的な性能を伴って実現出来るようになったところです。時間があれば今後もアンプ作りに打ち込んでいきたいと考えています。====
<<回路、使用部品>>
回路も素子と同様にリニア増幅が出来れば(アンプになるなら)何でも良い(真空管アンプならSE/PP/SEPP/etc、但し製作価値の低いSTC/Diff等は除いて)訳ですが、増幅素子は非リニア特性ですから回路方式・調整方法との兼ね合いもありますが、NFなど何らかのリニア矯正手法は必須です。
私の場合、回路技術を研究(実験)する事が目的ではないので出来るだけ簡単な回路で必要な性能が得られればそれで良しということで、真空管の場合は現在使用中のユニバーサルシングルアンプ(2次歪打ち消し型)の回路が完成形です。プッシュプルアンプはまだ試験中ですが差動増幅のドライバで2次/3次歪打ち消しが可能になりました。シングルアンプでも差動増幅ドライバでの2次/3次歪打ち消しを将来検討してみます。トランジスタアンプでは極めて簡単な回路(エミッタ接地1段増幅+ダーリントンのバッファ)で十分な性能が得られることが分かりました。
強いて回路の優劣で考えるなら性能の要である電源については、真空管アンプの場合ユニバーサルアンプに限らず可変B電源が便利(微調整が容易)なので、下手なリプルフィルタ回路を組込むより安定化(B電源)回路とするのがお勧めです。リプル除去効果もありますが、レギュレーション向上効果も大きいです(終段に差動増幅を使用する差動アンプでは、電源レギュレーションへの影響は抑えられますが歪率特性が圧倒的に不利となります~大出力時の3次歪増加が著しい~)。ACアダプタは半導体アンプのB電源や真空管アンプのヒーター電源として積極的に利用するのが得策です。
他には過渡特性を生むコンデンサ、お呪い的(つまりは工学的効果が不明)な能動素子(定電流素子・回路に電解コンが接続してる意味不明な回路とか)などはなるべく使わないように増幅回路を作る方が良いかな?という事くらいです。
信号経路の長さ(短さ?)が回路・方式によって云々という向きがあるようですが、その言い分(長短の違い)の真偽はともかく高周波(いわゆる無線周波以上の)増幅回路でもあるまいに通常のシャーシや基板のサイズでは全く無意味な事です。
使用部品は一般普及品(量販品)で十分です。一部オーディオ用の部品なるものがあるようですが、オーディオ回路はそれ程微妙な部品特性を求められるものではありません。例えばコンデンサの漏れ電流は微小電圧・電流を扱う分野では重要ですし、高周波回路ではタンジェントδなどが気にすべき特性になりますが。
しかし真空管アンプでのOPTだけは適切な(特性を見極めた)選択が大事です。この選択を誤ると出来(特に低域特性)の悪いアンプになってしまいます。高NFを以ってしてもどうにもならない場合(製品)もあります。PP、STCなど回路・方式が云々だから小型OPTで良い音が出せる等という浅はかな考え(設計)は最悪です。"PPは直流成分がないので、小型OPTでも低域まで良い特性が出せる。"などは全くの誤り(工学無知な方が100Hz特性で判断していた為)で、周波数が低くなる程直流的な振舞いが現れて来るので、SE/PPどちらでも直流を許容して設計された製品を採用する必要があります。直流の許容量が小さいと、低域(<100Hz)で酷い特性になります(以前のシングル/PP用OPT試験で確かめた通りです)。しかし従来通り(世間一般)の試験(100Hz、1KHz、10KHzの歪率特性、歪など高調波成分を分離出来ない市販の整流型ACメーターなどで測定した周波数特性)では、良し悪しを判断できないので注意が必要です。
<<真空管アンプ(終段)の設計 (シングルアンプ)>>
OPTのRLが最も自由度が低い(選択肢が少ない)ので、RLとプレート入力Pp(概ね最大プレート損失程度)から最適Epを次式で計算します(設計らしき事はこれだけです)。
3極管(3結)
Ep= ((2rp + RL) * Pp) 0.5
Po= (0.5 - rp / (2rp + RL)) * Pp (Poは理想的な最大出力で、現実的には0.2*Pp程度)
5極管
Ep= (RL * Pp) 0.5
Po=0.5 * Pp (Poは理想的な最大出力で、現実的には0.35*Pp程度)
<<真空管アンプ(終段)の設計 (プッシュプルアンプ)>>
プッシュプルはシングルより単純(かなりラフでもそこそこ動作します)で、設計という程の内容はありません。
3極管(3結)の場合、Ip-Ep特性でEc=0とロードライン(RL/4)の交点(Ipmax)と原点で2等辺三角形になる形が最大出力が得られる状態です(rp≒RL/4になります)。無信号時のIp(とIpmaxの比)は、動作クラス(A~AB~B)の度合いを変えるだけになります。ただ最適の場合Ipmaxはかなり高めの傾向になりOPTを適切に選ばないと高出力時の低域特性の劣化が著しくなります。球で最大Ik(カソード電流)を出し切れない恐れもあります。歪率などの特性を考えた場合、最適(最大出力の得られる)RLより高めを使用した方が良さそうです。
5極管の場合は、肩特性を(Ips、Eps)とすればRL/4≒(Ep-Eps)/Ips辺りが歪特性の分岐点となり、Epを高くする(あるいはEsgを下げる)かRLを小さくすれば2次歪主体の動作となりPPでの打ち消しが上手くいくと思われます。Epを高くするのは最大プレート損失の関係でIpとIpmaxの比が大きくなり好ましくはありません。UL動作の場合は肩特性(2次歪主体への分岐点)自体がハッキリしません。
結局はカットアンドトライという事になります。しかし動作点の見極めでは無信号時のIpを合わせるだけではダメで、EcとEsgを調整して歪率特性が良好となるよう調整するのが大変(結構な手間)です。
<<真空管アンプの調整(5極管)>>
目標は出来るだけ低めの歪率特性を得る事につきます。特に低NFアンプでは、リアル計測可能な歪率計を使って、低歪率を出せる動作点を見出すことが最終調整になります。何か(製作例とかデータシートの動作例)を真似た動作点調整では、良いアンプは作れません。
<<真空管アンプ(終段)の設計 (シングルアンプ)>>
以前の記事でも書いたように、特性図にロードラインを引いて…のような古典的な設計は行いません。ロードライン設計を否定する訳ではありませんが、公開されてるデータシートに特性が掲載されていたとしても限られた条件のみです。球のバラツキや中古品での特性劣化などで、標準データ通りの設計・調整では良い特性は得られません。特に昨今低NF主流のアンプ作りにおいては、最終的に歪率を見ながらの調整が必須です。それを省略すれば本来得られるべき特性から大分離れた悪い結果となるでしょう。
それで理想特性を想定して最適な動作点を計算し、そこを起点(目安)として歪率特性を睨みながらより良い動作点を探すという方法をとります(設計と調整が混然一体)。
それで理想特性を想定して最適な動作点を計算し、そこを起点(目安)として歪率特性を睨みながらより良い動作点を探すという方法をとります(設計と調整が混然一体)。
5極管はEc=0V、Esg=xxでIp-Ep特性が垂直に立ち上がり、Ipmaxで飽和となる理想的肩特性を想定します。勿論、肩の位置(Ip、Ep)がおおよそ分かればそれに越したことはありません。以前の記事(シングルアンプの調整(6CW5))で示したように、ロードラインとIp-Ep特性の肩との交差位置で概ね以下の様に分類できます。
肩 < ロードライン
最大出力は下がりますが、最大出力まで2次歪主体の歪率特性になります(3極管特性と同じ)。
肩 ≒ ロードライン
最大出力と歪率特性が、最適に近くなります。
肩 > ロードライン
出力が最大に近づくと、3次歪の増加が著しい歪率特性になります(いわゆる5極管特性)。
3極管ではEc=0VでIp-Ep特性がrp(内部抵抗)固定の直線を想定します。
OPTのRLが最も自由度が低い(選択肢が少ない)ので、RLとプレート入力Pp(概ね最大プレート損失程度)から最適Epを次式で計算します(設計らしき事はこれだけです)。
3極管(3結)
Ep= ((2rp + RL) * Pp) 0.5
Po= (0.5 - rp / (2rp + RL)) * Pp (Poは理想的な最大出力で、現実的には0.2*Pp程度)
5極管
Ep= (RL * Pp) 0.5
Po=0.5 * Pp (Poは理想的な最大出力で、現実的には0.35*Pp程度)
(3極管でrp=0とした場合と同じ)
水平偏向管の内部抵抗はかなり小さいので、Esgを適度に設定すれば5結~UL~3結まで5極管の扱い(計算)でも問題ないようです。
水平偏向管の内部抵抗はかなり小さいので、Esgを適度に設定すれば5結~UL~3結まで5極管の扱い(計算)でも問題ないようです。
~何はともあれ、この手法でずっと自作ユニバーサルシングルアンプや試験機を使って数々の球を調整して、満足な結果(特性)が得られてきましたので、特性図のロードライン設計手法は無用な事がわかりました。ただ私の嘗てのバイブル本であった真空管アンプ設計書籍では、ロードライン設計にかなりのページを割いて解説してあります。世間の真空管アンプ設計を記述してる㏋でも、皆一様にロードラインを引いた方法を解説しています。昔は歪率計が非常に高価で機能も単純(スポット計測)なものしかなかった為に、球の標準的な特性でのロードライン設計という手法しか考えられなかったのです。
例えば"ソフトウェアの開発"、CPU資源(時間)が貴重だった昔は詳細設計・コーディングでクロスチェックなどしてバグを出来るだけ取り除くのが良いとされてましたが、個人で高性能PCと高機能デバッグツールを自由に使える現在ではその手法も様変わりしました。
アンプの設計/調整の手法も進化(様変わり)して然るべきです。後に記しましたが特性測定の手法についても同様です。然るに現在世間の状況は旧態依然とした設計方法/測定方法/特性判定方法で、私の若い頃から全然進化してない事が驚きです。~
<<真空管アンプ(終段)の設計 (プッシュプルアンプ)>>
3極管(3結)の場合、Ip-Ep特性でEc=0とロードライン(RL/4)の交点(Ipmax)と原点で2等辺三角形になる形が最大出力が得られる状態です(rp≒RL/4になります)。無信号時のIp(とIpmaxの比)は、動作クラス(A~AB~B)の度合いを変えるだけになります。ただ最適の場合Ipmaxはかなり高めの傾向になりOPTを適切に選ばないと高出力時の低域特性の劣化が著しくなります。球で最大Ik(カソード電流)を出し切れない恐れもあります。歪率などの特性を考えた場合、最適(最大出力の得られる)RLより高めを使用した方が良さそうです。
5極管の場合は、肩特性を(Ips、Eps)とすればRL/4≒(Ep-Eps)/Ips辺りが歪特性の分岐点となり、Epを高くする(あるいはEsgを下げる)かRLを小さくすれば2次歪主体の動作となりPPでの打ち消しが上手くいくと思われます。Epを高くするのは最大プレート損失の関係でIpとIpmaxの比が大きくなり好ましくはありません。UL動作の場合は肩特性(2次歪主体への分岐点)自体がハッキリしません。
結局はカットアンドトライという事になります。しかし動作点の見極めでは無信号時のIpを合わせるだけではダメで、EcとEsgを調整して歪率特性が良好となるよう調整するのが大変(結構な手間)です。
歪率計を使わず動作点調整で済ます場合は、NF25dB程度かけられたアンプを製作例通りに作るのが無難です。テスターだけでは、自作(設計して)のアンプ製作は概ね良い結果は得られません。
シングルアンプ(自作ユニバーサルシングルアンプ)の場合
・ドライバ(Tr)はバイアスを最も浅く設定しておきます。
・先ずは3次歪の少ない動作点をEp、Esg、Ec(バイアス)を加減して探します。
・次いで2次歪打ち消し(ドライバTrのバイアス)を加減して、可聴帯域、出力範囲で自分の要求に合う歪率特性に近づけます。
・最後に適度なNFをかけて完成です。
プッシュプルアンプ(自作ユニバーサルプッシュプルアンプ)の場合
まだユニバーサルアンプは完成していませんが、一応最新のプッシュプル実験機(初段:Tr差動、終段:固定バイアスのプッシュプル、CR結合)の回路で、高次性特性(高gmの5極管など)の終段を想定します。
・ドライバ(Tr差動)はバイアスを最も浅く設定しておきます。
・先ずは2次歪の少ない動作点(PPバランス)を2本のEp、Esg、Ec(バイアス)を加減して探します。5極管ではEsgも使えるので、時間がかかってもバランス調整が上手くできる可能性があります。通常のPP用OPTでは直流分の耐性が低いので無信号時のIpは同じにするのが無難です。シングル用OPTコアを特注で使用できる場合はIpの一致より歪率特性を優先してもいいかもしれません。
・次いで3次歪打ち消し(Tr差動ドライバのバイアス)を加減して、可聴帯域、出力範囲で自分の要求に合う歪率特性に近づけます。
・そして2次歪が小さくなるようにTr差動ドライバのバランスを調整します。
(これらの手順は多少行きつ戻りつになるかと思います。)
・最後に適度なNFをかけて完成です。
<<アンプの特性>>
人(自分)の耳で聞分けられる限界と、自己満足(こだわり)での目標とから、求められる性能が決まってくると思います。
以下は、耳の限界を意識しつつのこだわり目標です。当然ですが特性を確認(測定)できなければ目標を掲げる意味はありません。
シングルアンプ(自作ユニバーサルシングルアンプ)の場合
・ドライバ(Tr)はバイアスを最も浅く設定しておきます。
・先ずは3次歪の少ない動作点をEp、Esg、Ec(バイアス)を加減して探します。
・次いで2次歪打ち消し(ドライバTrのバイアス)を加減して、可聴帯域、出力範囲で自分の要求に合う歪率特性に近づけます。
・最後に適度なNFをかけて完成です。
プッシュプルアンプ(自作ユニバーサルプッシュプルアンプ)の場合
まだユニバーサルアンプは完成していませんが、一応最新のプッシュプル実験機(初段:Tr差動、終段:固定バイアスのプッシュプル、CR結合)の回路で、高次性特性(高gmの5極管など)の終段を想定します。
・ドライバ(Tr差動)はバイアスを最も浅く設定しておきます。
・先ずは2次歪の少ない動作点(PPバランス)を2本のEp、Esg、Ec(バイアス)を加減して探します。5極管ではEsgも使えるので、時間がかかってもバランス調整が上手くできる可能性があります。通常のPP用OPTでは直流分の耐性が低いので無信号時のIpは同じにするのが無難です。シングル用OPTコアを特注で使用できる場合はIpの一致より歪率特性を優先してもいいかもしれません。
・次いで3次歪打ち消し(Tr差動ドライバのバイアス)を加減して、可聴帯域、出力範囲で自分の要求に合う歪率特性に近づけます。
・そして2次歪が小さくなるようにTr差動ドライバのバランスを調整します。
(これらの手順は多少行きつ戻りつになるかと思います。)
・最後に適度なNFをかけて完成です。
人(自分)の耳で聞分けられる限界と、自己満足(こだわり)での目標とから、求められる性能が決まってくると思います。
以下は、耳の限界を意識しつつのこだわり目標です。当然ですが特性を確認(測定)できなければ目標を掲げる意味はありません。
繰り返しになりますが、良い音ではなく、音の変わらない(≡Hi-Fi)アンプを作る事が基本目標です。さらに言えばICアンプ/高NFアンプを除けば、電気工学の知識とアンプの調整力(測定器と調整技術)を有していない所謂素人の方には、アンプ(Hi-Fi)の自作は難しいです。
そうは言っても実践しなければ始まりません。私の様に失敗や駄作を経て知識と技術を積み上げていく必要はあるでしょう。
かつて子供の頃にテスターだけで76‐6V6(U808 SE-mono NF無)を自作して、5球スーパーに付いていた16cmSP2個を手頃な箱に入れて、バロック音楽を気分良く聞いていました。所詮趣味の世界なので、出発点(そして終点)がそう(多分Hi-Fiとは程遠い)であっても、全く構わない事ではあります。
周波数特性
必要特性は可聴帯域で概ねフラットにということになります。
人(自分)の耳で聞こえる周波数帯域(だけ)が重要です。発振したり可聴帯域より先にアンプを飽和(クリップ)させてしまうような特性では困りますが、聞こえない周波数、音源に含まれない周波数、スピーカーで再生出来ない周波数などを気にしても何の意味もありません(無駄な労力)。
それよりは基本波(高調波を除外した)の周波数特性を確認する(基本波の増幅度が測れる測定器を備える)のが大事です。周波数特性とはそれぞれの周波数の増幅度を相対比較するものですが、普通のAC電圧計での計測値は波形(全高調波を含む)の平均値(または尖頭値)を実効値表示(変換)してるので正しい周波数特性は測定出来ません。スペアナなどで周波数スイープとピークホールド(FFTが働かない)による周波数特性の測定も、基本波特性が測定出来ないので不正確です。FFTを利用してもデータ補間を上手く行わないと正確な測定はできません。
必要特性は可聴帯域で概ねフラットにということになります。
人(自分)の耳で聞こえる周波数帯域(だけ)が重要です。発振したり可聴帯域より先にアンプを飽和(クリップ)させてしまうような特性では困りますが、聞こえない周波数、音源に含まれない周波数、スピーカーで再生出来ない周波数などを気にしても何の意味もありません(無駄な労力)。
それよりは基本波(高調波を除外した)の周波数特性を確認する(基本波の増幅度が測れる測定器を備える)のが大事です。周波数特性とはそれぞれの周波数の増幅度を相対比較するものですが、普通のAC電圧計での計測値は波形(全高調波を含む)の平均値(または尖頭値)を実効値表示(変換)してるので正しい周波数特性は測定出来ません。スペアナなどで周波数スイープとピークホールド(FFTが働かない)による周波数特性の測定も、基本波特性が測定出来ないので不正確です。FFTを利用してもデータ補間を上手く行わないと正確な測定はできません。
真空管アンプにおける低域は(適切でないOPTを使った場合などは特に)歪率が悪くなりがちですが、それをAC電圧計などで計測した特性を見ると高調波(歪)満載でもフラットに見えてしまいます。そんな(低域で高調波満載の)アンプでは低音が聞こえてるように感じても実は全てピアノの低音弦ような音(ガーンと聞こえる低音:つまりは高調波成分が主体の音)が鳴ってるに過ぎません。
歪率特性
これが一番重要だと考えています。
私の場合、単音(単一周波の音)で歪(高調波)有無の切替試聴で1%以上なら識別できます。しかし絶対値(切替なし)として、さらには音楽として聴く場合もう少し高くないと分からないかもしれません。
目標値としては自己満足も含めて、普段聴くであろう出力(想定ピーク値+マージン)で歪率0.5%(特に歪が識別し易い1KHzでは)としています。それと高域については自分の場合12KHz以上は殆ど聞こえませんので、6KHz以上の歪率は高調波が聞こえてないので実際にはどうでも良いと言えます。
アンプの特性として一般的には10KHzの歪率特性を測定しますが、アンプの性能確認としては否定しませんが20KHz(10KHzの2次高調波)は殆どの人が聞こえないでしょうから不要です。
逆に低域では100Hzの測定値を代表としてるのが誤り(昔は技術・測定機材の点から仕方なかったかもしれませんが)で、最低限50Hz位の歪率特性を見ておくべきです。一般的にOPTを使う真空管アンプでは、これを最も重要な判定基準とすべきです。100Hzまでは良い特性を出して、50Hz辺りまで下がったところで崩れてしまうOPTもあるようなので。これについては、アンプの評価を100/1K/10K㎐で変わらずに行ってきた為、トランスの性能(特性)がそれにチューニングされてしまった可能性もあります。歪率の周波数特性を取れば、差をはっきり見ることができます。使用するOPTを大体決めておいて一度細かく測って癖(傾向)を掴んでおけば、後は同じOPTを使う場合に一々細かく測る必要は無くなります。
過去から現在までの真空管アンプ製作例殆どで低域を100Hzの特性の良否で判定しているのが、真空管アンプを芸術品化(差の現れるデータを測定しないままの評価??なので、性能の伝説・風評化)してしまう大きな要因だと思います。
ダンピングファクター
アンプ作りに取り組んだ当初に、スピーカーの実験をした結果が一定の方向性を示せてると思います。
スピーカーのf特性で音を鳴らす為には定電圧駆動をする必要があります。スピーカーのインピーダンスは共振周波数で公称値の数倍~10倍くらいになりますから、DFが1倍から10倍まで変化してるのと同じです。アンプの出力電圧(出力端オープンでの)とスピーカーに掛かる電圧の比は概ね1/(1+1/DF)なので、DF=1の場合1/2と1/1.1で2倍近くになってしまいます。DF=5では1/1.2と1/1.02となり差はかなり小さくなります。なのでDF=5以上なら、スピーカーのf特性が大体そのまま出せると思っていいでしょう。
真空管アンプでは内部抵抗が低めの水平偏向管・垂直偏向管のUL接続と適度なNFで、問題なくクリア出来るようです。
半導体アンプの場合、DF値は十分ですが終段バイアスの温度補償の具合(出来不出来)でDFの周波数特性が怪しげになります。アンプ用ICでもいろいろ(設計者の考え方?技量?)あるようなので、半導体アンプではDF値の大小というよりDFの周波数特性を確認した方がいいでしょう。半導体アンプでDFの周波数特性がフラットでない場合、終段の温度補償の出来が悪い(終段バイアスが変動⇒終段内部抵抗が変動⇒出力インピーダンス(≡DF)が変動)、つまりはアンプとしての出来が悪い可能性もあり、音楽再生時の出力(と周波数)変動によってDF以外にも特性変動が出るかもしれません。
出力(アンプに必要な出力)
使用スピーカーと通常聴く音楽(コンテンツ)の音量によって変わりますが、必要十分な定格出力を決める事も重要です。アンプの製作において目標出力を決める(見積もる)事が、ある意味では最も重要であると思います。何故なら目標出力が変わると、アンプの主要部品(出力素子の選択、電源、真空管アンプの場合のOPTとか)の選択肢がガラリと変わってしまうからです。
アンプとして働く限界、クリッピングレベル(CL)または歪率1%超過レベル、をアンプの定格出力と定義します。周波数をパラメータ(依存)とする可変値になります。半導体アンプでは概ねフラットなので1KHzを代表値としても良いですが、真空管アンプの場合低域特性に大きな差が出やすいので、CLの周波数特性(傾向?)を把握しておく必要があるでしょう。
そして再生コンテンツ(全帯域で)のピーク値(平均値でも実効値でもなく)がアンプの定格出力(のピーク値)を越えない事が絶対条件です。
以前の記事でも書きましたが、音楽信号では平均的な音量の合間に時折数倍程度の音量に相当する信号が現れる場合があります。この事は音源を録音する場合などに一番悩ましい(録音レベルをどのくらいにするか?)関心事となります。
平均音量の波形ピーク値が1W、時折の大音量ピーク値が4W必要とする再生条件の場合に、定格出力1Wのアンプでは大音量波形が完全に方形波と化してしまいます(4Wのサイン波が1Wの方形波として再生される)。これがベース(コントラバス)を柔らかく弾く音だったとすると、聴いた感じがエレキギターの音でかつ音量感も下がるという印象になってしまいます。当然ベースの音は左右どちらかに寄っている場合が多く、寄っている側の音量が主として下がるので一瞬エレキギターが中央寄りで聴こえるという感じを受けることにもなります(音色とバランス崩れ)。つまり定格出力が足りないアンプを使うとバランスと音色の崩れが著しく、音楽鑑賞には耐えられません。それを確認(そうならない保証を)しないままアンプの試聴評価をする意味・価値はありません。しかし世間での評価レポートなどで所要出力をピークメーターなどで明確に確認(保証)してる記述を見たことがありません。
真空管アンプでの定格出力は、1KHzで1W、30Hzで0.3Wなんてこともあります。その場合30Hzで1W相当の信号が入ると、高調波(歪)である60Hzや90Hzの音が感知できる音量で鳴ってしまうことになります。
必要な出力は、スピーカーの能率などから概算値を求められますが、出力に余裕のあるアンプで実際に鳴らしてピーク値を計測するのが確実です。定格出力が足りないアンプを作ってしまってから、出力を上げる改造はなかなか難しそうですから。
時間と小遣いを費やして作ったアンプで、波形がクリップしそうな(あるいは間違いなくクリップしてしまう)状態で音楽を聴きたいとは全く思いません。多くのアンプ製作記事ではアンプ製作が目的で定格出力が先に決まっている場合が多いように見受けられますが、そのアンプで音楽を気分良く聴くことも大事な目的であろうと思いますので、使用スピーカーを選んだらアンプを作る(選ぶ)前に必要な(余裕のある)出力を確認することをお勧めします。
~余談ですが'真空管アンプの音'等で検索すると、真空管アンプの音の良さ??をこじ付ける説明に、一般的半導体アンプと真空管アンプ(多分、低NF3極管シングルを想定)の歪率特性を引合いに出してる記事をよく目にします。その言い分が仮に全て正しいとしても、半導体アンプ/真空管アンプどちらも音が変わる(歪率が耳で認識できる)レベルを根拠として結論を導いています。つまりはどちらも定格出力を越えるレベルまで音出しした場合の話になっています。そんな記事をかつての私の様なオーディオ素人が読めば(逆の否定する記事を見かけたことがないので)、簡単に信じてしまいます。
自分のリスニング条件での定格出力を認識する(見直す)だけでも、良い音が聴けるかもしれません。~
クロストーク
通常簡単に計測できる静的なクロストークは気にする必要はないでしょう。
聴力の音圧識別はかなり鈍感です。スピーカーの凸凹な周波数特性をヘッチャラで聴けているのですから。ましてや両耳での方向(左右差)識別は言わずもがなです。ステレオ音源は静的クロストークが0~20dB程度で鳴っていますが、その音圧がどれくらい変化すれば静的クロストーク、つまりは音源の中央寄り(モノ化)を識別できるでしょうか ??。 原音?(クロストーク=ゼロ)との切替試聴をしたとしても、余程酷いクロストーク値でない限り違和感を感じることはできないでしょう。
私は興味ないですが、静的クロストークが重要と考えてる方は、まず簡単なミキサーを使って自分のクロストーク識別力を確認してから目標を決めるのが筋だと思います。当然他のパラメータ(所要出力とか歪率特性など)を良好な特性に担保した上での試験が前提ですが。
雑音
主要なのは電源に起因する商用周波音(いわゆるハム)や、スイッチング電源を使用した場合にスイッチングに関連した高周波音です。無音状態あるいはコンテンツのppで雑音がどこまで気にならない(ガマンできる)か、となるので事前に雑音を再生して自分なりの限界目標値(0.5mV以下、など)を決めてもいいですが、素人が雑音値を目標通りに作るのは難しいので、結局は完成したあとに雑音が気になった場合は低減策を施すという手順になりそうです。
測定、など
上にも記しましたが、周波数特性は高調波成分を除いた基本波で測定するか、歪率の周波数特性を測定すべきです。DFの周波数特性も測定したほうが安心です。趣味のアンプ造りなら周波数特性は通常の再生(使用)で使う出力(ピークの)での特性値を知っておくべきでしょう。クロストークは一般的に行われる静的な値の測定は殆ど無意味です。雑音値も趣味の場合は自分で気になるか否かという判定で十分でしょう。音(音質)の判定(試聴評価)は出力の項でも書きましたが、できるだけ再現性のある評価方法(使用スピーカー、コンテンツ、コンテンツ再生装置、ピーク出力値などの記載)が望まれます。
通常簡単に計測できる静的なクロストークは気にする必要はないでしょう。
聴力の音圧識別はかなり鈍感です。スピーカーの凸凹な周波数特性をヘッチャラで聴けているのですから。ましてや両耳での方向(左右差)識別は言わずもがなです。ステレオ音源は静的クロストークが0~20dB程度で鳴っていますが、その音圧がどれくらい変化すれば静的クロストーク、つまりは音源の中央寄り(モノ化)を識別できるでしょうか ??。 原音?(クロストーク=ゼロ)との切替試聴をしたとしても、余程酷いクロストーク値でない限り違和感を感じることはできないでしょう。
私は興味ないですが、静的クロストークが重要と考えてる方は、まず簡単なミキサーを使って自分のクロストーク識別力を確認してから目標を決めるのが筋だと思います。当然他のパラメータ(所要出力とか歪率特性など)を良好な特性に担保した上での試験が前提ですが。
雑音
主要なのは電源に起因する商用周波音(いわゆるハム)や、スイッチング電源を使用した場合にスイッチングに関連した高周波音です。無音状態あるいはコンテンツのppで雑音がどこまで気にならない(ガマンできる)か、となるので事前に雑音を再生して自分なりの限界目標値(0.5mV以下、など)を決めてもいいですが、素人が雑音値を目標通りに作るのは難しいので、結局は完成したあとに雑音が気になった場合は低減策を施すという手順になりそうです。
測定、など
上にも記しましたが、周波数特性は高調波成分を除いた基本波で測定するか、歪率の周波数特性を測定すべきです。DFの周波数特性も測定したほうが安心です。趣味のアンプ造りなら周波数特性は通常の再生(使用)で使う出力(ピークの)での特性値を知っておくべきでしょう。クロストークは一般的に行われる静的な値の測定は殆ど無意味です。雑音値も趣味の場合は自分で気になるか否かという判定で十分でしょう。音(音質)の判定(試聴評価)は出力の項でも書きましたが、できるだけ再現性のある評価方法(使用スピーカー、コンテンツ、コンテンツ再生装置、ピーク出力値などの記載)が望まれます。
歪率をオーディオアナライザーで測定する場合、機器の性能を確認しておく必要があります。基本的にはサンプル数に応じた周波数刻みの周波数(100/1K/10KHz丁度ではなく)で計測するのが誤差が小さくて済みます。
真空管アンプの製作を思い立った時に、測定器(発振器、歪率計)の周波数帯域を可聴周波に限った(当時としては妥協した)ので測定機材? がシンプルになりました。追加の投資も僅かで済みましたし、測定と結果(特性グラフなど)を得るのが極めて簡単にできるようになりました。
PCソフトで歪率計を作成したことで、基本波の周波数特性、歪率の周波数特性、正確な実効値(AC電圧)の計測が可能になりました。
【アンプ試験の結線図】
【アンプ試験の結線図】
(注)USBオシロは、今までの全ての試験では別PC(W2K on Lets'Note)にsoftDSP(SDS200)を接続して実施してきました。
負荷抵抗(8/16Ω)は、ダンピングファクターの測定(16Ωで周波数特性を測定して8Ωの値とから計算)で切り替えます。
DF = (1 - K / 2) / (K - 1) (K: E16 / E8)DF : ダンピングファクター
E8 : 8Ω負荷時の各周波数での出力電圧(基本波の実効値)
E16 : 16Ω負荷時の各周波数での出力電圧(基本波の実効値)
計測ソフトは当初に作成(若干の改良)したもので、1KHz(起動パラメーター指定)連続信号を出力していて、その状態でアンプ出力(アンプのボリューム)と歪率入力レベル(バッファの可変ゲイン)を調整してからキー入力すると100Hz/1KHz/7KHzの信号を切り替えて夫々の歪率/入力電圧/出力電圧/ゲイン/出力(W)をログ出力してから1KHz連続信号に戻るので、再びアンプ出力を手動(ボリューム調整)で少しずつ変えて(概ね抵抗等のE6系列に近いところを選んで)計測を繰り返します。
最後に調整した25E5(SE)の計測ログの例では、周波数、THD+N、偶数次歪率、奇数次歪率、出力電圧、入力電圧、ゲイン(dB)、出力(W)の並び(TAB区切り)で
100.0 0.063 0.053 0.016 0.95543 0.02395 32.02 0.114
1000.0 0.037 0.016 0.007 0.95520 0.02417 31.94 0.114
7000.0 0.063 0.056 0.009 0.96845 0.02404 32.10 0.117
100.0 0.065 0.055 0.019 1.06947 0.02681 32.02 0.142
1000.0 0.033 0.019 0.009 1.06959 0.02703 31.95 0.142
7000.0 0.067 0.061 0.011 1.08473 0.02692 32.11 0.147
100.0 0.085 0.079 0.024 1.33307 0.03340 32.02 0.221
1000.0 0.035 0.023 0.013 1.33332 0.03362 31.97 0.221
7000.0 0.078 0.072 0.017 1.35095 0.03352 32.11 0.227
100.0 0.095 0.088 0.030 1.64437 0.04118 32.03 0.337
1000.0 0.038 0.027 0.020 1.64480 0.04139 31.99 0.337
7000.0 0.087 0.081 0.025 1.66612 0.04133 32.11 0.346
100.0 0.119 0.110 0.042 1.96099 0.04908 32.03 0.479
1000.0 0.046 0.032 0.030 1.96239 0.04929 32.00 0.480
7000.0 0.101 0.093 0.036 1.98745 0.04929 32.11 0.492
100.0 0.143 0.131 0.055 2.34055 0.05862 32.03 0.682
1000.0 0.060 0.038 0.045 2.34310 0.05888 32.00 0.684
7000.0 0.118 0.105 0.053 2.37296 0.05886 32.11 0.701
100.0 0.175 0.153 0.084 2.86772 0.07181 32.03 1.024
1000.0 0.086 0.046 0.073 2.87019 0.07206 32.00 1.026
7000.0 0.150 0.123 0.084 2.90583 0.07211 32.11 1.052
100.0 0.216 0.181 0.118 3.38139 0.08467 32.03 1.424
1000.0 0.117 0.052 0.105 3.38534 0.08498 32.01 1.427
7000.0 0.189 0.139 0.127 3.42694 0.08505 32.10 1.463
100.0 0.304 0.239 0.189 4.28495 0.10743 32.02 2.287
1000.0 0.183 0.065 0.171 4.29080 0.10769 32.01 2.293
7000.0 0.274 0.168 0.217 4.34159 0.10785 32.10 2.347
100.0 0.384 0.288 0.253 5.18413 0.13004 32.01 3.347
1000.0 0.245 0.087 0.229 5.19145 0.13036 32.00 3.356
7000.0 0.355 0.190 0.299 5.25088 0.13051 32.09 3.434
100.0 0.562 0.366 0.426 6.27804 0.15783 31.99 4.908
1000.0 0.377 0.130 0.354 6.29260 0.15820 31.99 4.931
7000.0 0.465 0.180 0.429 6.35981 0.15835 32.08 5.037
100.0 0.978 0.573 0.792 6.42356 0.16205 31.96 5.138
1000.0 0.813 0.411 0.701 6.43987 0.16241 31.97 5.165
7000.0 0.706 0.262 0.656 6.50702 0.16258 32.05 5.273
となって、これを周波数でソート(勿論Excelで)してテンプレートシート(Excel)に張り付けると、
という具合に歪率特性と入出力特性のグラフが得られます。
周波数特性の測定でも結線は同じです。使用ソフトを変えるだけで済みます。20~20KHz区間で対数グラフ上のプロット間隔が適当になるように周波数を選んで、各周波数での基本波の実効値となる数値、歪率をログ出力します(5分間くらい様子を眺めているだけです)。アンプの入力電圧を変えずに8Ωと16Ωの負荷抵抗で測定して、ダンピングファクターを前記の式で求めます(こちらもログをテンプレートに貼り付けるだけです)。
【可変バッファ回路】
デバイダ、正確には1/10ずつになっていませんが歪率測定の入力信号レベルを最適値に調整できれば良しとしています。
アンプの周波数特性は大体1/10レンジで計測します(バッファ(1/10レンジ)自体の周波数特性で補正します)。
固定ゲインのバッファは、単純なNJM072(1個)のボルテージフォロアで、電源だけ可変バッファと同じ形式です。電源は当初9V(006P)×2個にしてましたが、電池の交換などが面倒臭くなったのでACアダプター式に変更しました。
アンプ(特に真空管アンプ)の測定方法、測定項目は技術に応じて進化すべきですが、先人が行った項目だけに拘泥していて誰も新しい視点を開拓しようとしません。メーカーは芸術点(や宣伝効果)を意識した無意味な付加価値(無酸素銅やらピュアがどうの、ハイレゾだの)に力を入れてきた(芸術品?を目指した)ので、オーディオ(技術)が廃れてしまった(進化出来なかった)のです。オーディオのプロの方々(評論家や雑誌などに製作記事を投稿なさる方々)は、芸術的評価を重視し(音の良し悪しは測定では判らないと簡単に断じて)、概して工学の進歩(能力)を受け入れません(あるいはご存じないのかもしれません)。例えば医療では聴診器、血圧測定法からはじまりレントゲン、CT/MRIなどと測定技術が発達して病気の診断(健康判定)が格段に進化しており、医療従事者は皆それらを熟知・利用しています。見習って欲しかったです。
蛇足的で本稿の主題ではありませんが、完成品のアンプ(特に真空管式)を購入される場合には、概ね高い買い物となるので、本稿で挙げた要点を測定させてもらえるお店で性能を確認した上で購入されることをお勧めしますします。
固定ゲインのバッファは、単純なNJM072(1個)のボルテージフォロアで、電源だけ可変バッファと同じ形式です。電源は当初9V(006P)×2個にしてましたが、電池の交換などが面倒臭くなったのでACアダプター式に変更しました。
アンプ(特に真空管アンプ)の測定方法、測定項目は技術に応じて進化すべきですが、先人が行った項目だけに拘泥していて誰も新しい視点を開拓しようとしません。メーカーは芸術点(や宣伝効果)を意識した無意味な付加価値(無酸素銅やらピュアがどうの、ハイレゾだの)に力を入れてきた(芸術品?を目指した)ので、オーディオ(技術)が廃れてしまった(進化出来なかった)のです。オーディオのプロの方々(評論家や雑誌などに製作記事を投稿なさる方々)は、芸術的評価を重視し(音の良し悪しは測定では判らないと簡単に断じて)、概して工学の進歩(能力)を受け入れません(あるいはご存じないのかもしれません)。例えば医療では聴診器、血圧測定法からはじまりレントゲン、CT/MRIなどと測定技術が発達して病気の診断(健康判定)が格段に進化しており、医療従事者は皆それらを熟知・利用しています。見習って欲しかったです。
蛇足的で本稿の主題ではありませんが、完成品のアンプ(特に真空管式)を購入される場合には、概ね高い買い物となるので、本稿で挙げた要点を測定させてもらえるお店で性能を確認した上で購入されることをお勧めしますします。


