nabeの雑記帳

Ti製のSoundPlus高性能オーディオ・オペアンプ「OPA1622」のGNDをどこに接続するか問題について。

• OPA1622とは
• OPA1622のGND処理と音質比較
  • 比較結果
• GNDはどこに接続するべきか？
• 一番良い方法は何？
• まとめ
• おまけ

OPA1622とは

高性能オーディオ用ICであり、音質も大変優れていることから人気のオペアンプです。SoundPlusシリーズの中でも最高の「Ultimate」を冠しています。

このICは「100mA以上の電流」を取り出せ、ヘッドホンなどを直接駆動することも可能です。もっぱら「いわゆる載せ替えオペアンプ」として人気のようですが、このICは10pin DFNとして提供されており、通常の方法ではオペアンプとして載せ替え使用することはできません。

またこのオペアンプには±電源ピンの他に、GNDピンがありこのピンの処理方法について多少の議論があるようです。

OPA1622のGND処理と音質比較

GND端子の接続方法は３つ考えられます。

1. V-（マイナス電源）につなぐ（秋月変換基板ほか）
2. 変換基板上で仮想GNDにつなぐ（Bispa変換基板）
3. 8pinオペアンプ互換を諦めGNDに直接接続する（Bispa変換基板では可能）

仮想GNDの回路はこんな感じです。*1

比較結果

(3)GND接続 > (1)Vee接続 > (2)仮想GND回路付

ある種、当たり前の結果になりました。

GNDはどこに接続するべきか？

データシートには次のような記述があります。

【赤下線】GNDピンはノイズが最小でインピーダンスが最も低い基準に接続しろ

ノイズが少なくインピーダンスが低い基準点というのは、通常はGNDになりますが*2、GNDに接続できない状況でしたら次点でマイナス電源に接続するのは決して悪いことではありません。*3

上に示した仮想GND回路は、電源ピン（V-）に直接接続するよりインピーダンスが高いので、音が悪くなるのは当たり前です。

一番良い方法は何？

「なんだ仮想GND基板ク○じゃん」という結論は、実はちょっと焦りすぎです。

左が仮想GND付き変換基板（R/C裏面実装）で、右がGND-Vee接続変換基板です。GND-Vee接続基板は、上ではCを載せずに評価しました。ここには0.1uFのECPUを電源パスコンとして接続することができます。

仮想GND付基板は、GNDを接続するためのPAD（旧Bispa変換基板ならばホール）があります。仮想GND付き基板はGNDを正しく接続すると基板中のC1/C2が電源パスコンとして作用します。

その結果こうなります。

C付き仮想GND基板のGNDを接続 > C付きGND-Vee接続基板 > GND接続 > その他

まとめ

• 仮想GND付き変換基板をそのまま使うのは愚行。
• GND-Vee接続のオペアンプ変換基板は、電源パスコン付きのほうが音が良い。
• 仮想GND付き変換基板は、Cを付けた状態でGND端子を回路中のGNDに接続する。
  • Rはあってもなくてもどちらでも良い。

おまけ

実験に使った基板はBispaで販売されているものです。

• OPA1622 専用変換基板(3番ピンVee対応)
• OPA1622 専用変換基板(3番ピンGND対応)

パーツケースを3つ整理

Twitterにも書きましたが、パーツを整理していました。

左はオーディオコネクタケースで、右が端子類と3端子レギュレーターケースなのですが、種類の違うものが混ざっててわかりにくかったので、左にはオーディオ類のみ、右にはレギュレーター＋スイッチ類として入れ替え。

もう１つ端子類のみのケースも含めて3ケースの入れ替え作業をしていたら、3時間もかかってしまいました。

どうして人類は余計にパーツ類を買ってしまうのだろうか……。

この部品選別と破棄は定期的に行っていて、その結果が、定期的におとずれる記念ヒットプレゼントなのですが、次回分がすでに結構溜まって困っています（苦笑）

部品調達の話

当方で頒布しているキットとかの原価率ですが、もちろんキットにもよりますがそんなに高くはないです。部品の調達価格を下げるのは簡単で、DigikeyやMouserで買い物したことある人ならすぐ分かると思いますが、大量に買うことです。

例えば、キットを50セット作るのにコンデンサが350個必要だったとしてDigikey等の価格を見ます。すると500個を超えると単価が安くなることがわかります。予備も含めてぴったりの数だけ調達というわけにはいきませんし、こういうときは「えいやっ！」と500個買います。

当然、キット製造後に150個あまります。

試作程度では150個も要りませんので、これが余剰在庫になります。部品の種類が増えれば増えるほどこの余剰品は増加します。そして余剰品は最終的に処分されることが多く、そうなると単なる「原価」以外に無駄な「費用」が発生していることになります。

物を製造して売るということは、なかなか難しいものです。

キット頒布中のリスト

「今何を頒布しているのか」自分でもよくわからなくなることがあるので、トップにリストで書くようにしました。そこにこっそり「op-dbuf3のスペシャル完成品」をリンクしたのですが、瞬殺されました。

最近はキットを作るという方は一昔前より減ってるらしいですね。aliexpressとか見れば完成品として様々なものが売られてますし、わからなくもない感はあります。

本題

長々と書いてきましたが、本題はこれ。

秋月のカーボン抵抗が1Ω～1MΩまで、ほぼE6系列で買ってあるのですが、今ではチップ抵抗がメインになり不要になってしまいました。

活用できる方（欲しい人）にセットで差し上げたいと思いますので、希望される方はサイドバーのアドレスにメールください。希望者がありましたので、募集終了しました。

Twitterにも書きましたが、D級ヘッドホンアンプ Ver2 / pwm-hpa2をいじっていました。

• 出力フィルタの意味と役割
• 出力フィルタの影響をなくしたい！
• まとめ

出力フィルタの意味と役割

D級である限り、出力フィルタは避けて通れないものです。この出力フィルタ（L5/C5）は、高周波のスイッチノイズを除去するために入れていますが、再生音を良くするためというよりは、余計なノイズ（電波）を巻き散らかさないためという意味合いが大きくあります。

第2世代と呼ばれるD級アンプは、原理的に「LCフィルタを入れなくても十分に放射ノイズ(EMI)が少ない」ことが利点として挙げられています。TPA3110D2なんかもそれです。

ノイズの問題を一旦おいておけば、L5があったほうが良いか、無いほうがよいかは難しい問題ですが、うまく動作させられるならばL5は無いほうが良さそうです。実際、TPA3110D2アンプの音が良いのは、そういう点も影響しています。

出力フィルタの影響をなくしたい！

フィルタを無くすというわけにはいかないものの、フィルタの後ろからフィードバック（負帰還）をかけて出力フィルタの影響を少なくするということは可能です。*1

D級アンプICですと、フィルタ前のフィードバックをやめることはできませんが（ミックスした負帰還になる）、自作回路ならL5の後ろからのみフィードバックすることは可能ですので、試してみました。

まず通常動作時です。(1)がL5の手前で、(2)がL5の後の波形になります。32MHzでスイッチしており、出力ではこのスイッチノイズが減っています。

次にL5の後ろからフィードバックをかけた波形です。

発振周波数が下がり、出力に±5Vのsin波が出ていますが（おそらく共振と思われる）、音質はこのほうが良い感じでした。

まとめ

AB級アンプで同じことをすると発振します。（自励式）D級アンプは元々発振させるものですので、どうせ発振させるのならフィルタの後ろから負帰還かけても良いんじゃない？　という実験でした。

このまま使うのは躊躇しますが、もうひと工夫すれば pwm-hpa2 を更に進化させる可能性もありそうです。

Twitterすらろくに書いていないことに気づいて、たまにはブログも更新しておこうという。

• 壊れたホットプレート
  • ここで思いついた
  • そして
• 近況
  • マイコン触り

壊れたホットプレート

GP6000/GP9000の鍋型ホットプレート。

どこが壊れたかというと、温度調整用のサーモスタットが壊れて、常にオフになりました。

しかもバイメタルが壊れたというよりは、バイメタルに使われている金属接点とバイメタルの接合部が壊れた（抵抗値が大きい）ようです。「はんだ付けして直してやる」と意気込んだものの、すぐに慌てて吸い取ったりしました。*1

修理部品のサーモスタットだけ売ってくれないか問い合わせてみたけど、当然無理でした……。

ここで思いついた

ホットプレートを改造して、リフロー装置にするのはみなさんおなじみですが、ホットプレートを改造すればホットプレートを修理できるんじゃないか？と（笑）

大容量リレースイッチとか、PTCサーミスタとか、5V電源はUSB 5V1A電源使えばリレーの駆動も楽だなとか、マイコンは慣れてるMSP430でいいかなとか、かなり真面目に検討したのですが……結局面倒くさくてやめました（苦笑）

というより、ホットプレートとして使用する場合は、使い勝手を考えると筐体内に収める必要があって、それをするのは結構な労力と気づいて買い直しました。

そして

壊れたホットプレートが余りました。電熱線は生きてて、サーモスタットをショートさせてあげれば使用できます。一度その方法で使用しましたが、電源の抜き差しが大変でした……。

つまりリフロー炉にはできそう。というわけで、もし欲しい人いたらあげます。処分しました。

近況

キットの品切れが長いこと続いてるので、いい加減再販しようかなと思い、どうせ再販するならと「PCM2704 DAC」を魔改造したり、TPA1517をオフセットで選別したりしてました。

詳細は後日記事にしますが、もう限界かと思っていたPCM2704 DACの音、更に良くなります。

あとATH-AD2000のプラグがめちゃくちゃ劣化してたので、交換しました。どうせなら4極に。

HPAキットとかずっと以前からGND分離4極を採用していますが（HPAもmsBerryDACも）、実は4極端子のヘッドホンを持ってなかったので初めて試せました。

「音の分離がめっちゃくちゃ良い！」

……当たり前の感想でした（苦笑）*2

なんかヘッドホンのBTLが流行りみたいですね。BTLの一番のメリットって電源効率なのでGND分離で十分じゃないかと思うんですが*3、使ってる方の感想を聞いてみたい気もする。

マイコン触り

そういえば最近ESP32とかも触っているのですが扱いやすいですね。C++でマイコンファームが書けるとか何事ですか、という感じがする。ラズパイPicoといい、1000円以下でこのクラスのマイコンがごろごろ売られているのですから、すごい世の中になったものです。

Z80アセンブラを書いては紫外線で数分かけてEPROMを消していた時代が懐かしい。*4