2006/08/22(火)電流出力アンプの解析

この前の続き。広域特性をもちょっとフラット(おだやか)にしようということなのですが*1、いくつか方法を思いつくものの、いかんせん目安がない。というけとで、改造PCスピーカー用の解析をするために、今回の回路図に対して直接立式してみました。

v_o=A(v_i-v_s)
v_o=\frac{1}{c_1}\int_0^t idt  + R_Li+L\frac{di}{dt}+(i+i_f)R_s
v_o=(R_f+R_g)i_f + \frac{1}{c_2} \int_0^t i_fdt + (i+i_f)R_s
v_s=v_o-i_fR_f

を解いて、伝達関数H(s)=\frac{I(s)}{V_i(s)}を求めればいいのですが……。面倒になったので、今日はここまで(笑) これを見ている学生がきっと解いてくれるでしょう(ぉぃ

*1 : 考えようによっては十分フラット=電圧出力では絶対に実現できないフラットなのかもしれないけど

2006/08/18(金)電流帰還アンプ(電流出力アンプ)

電流出力アンプ

すごい昔頂いたけF社製PC用スピーカーを普段使っています。アンプの電源いれてもいいのですが、画面に対して左右においてないのでPCのときはPCスピーカー。

比較的素直な(ラジオ的な)音で嫌いではないし常用しているのですが*1、いかんせんかまぼこ(高域と低域がでない)*2。というわけで、中の基盤を丸々取り替えて電流出力アンプを作ってみました(通称「山本式電流帰還アンプ」)。

なかなか面白いです。PCスピーカーらしかぬ音がします。というわけで、今回は簡易報告メモ。アンプ(パワー)ICはTA8217P

  • 定位もしっかりして、高域もハッキリ出て見違えるようです。(若干出過ぎかも)
  • 試しにFE83EなBHスピーカーにつないでみたら、ラウドネスがかかりすぎたような変な音がして気持ち悪かった。中域の音がすっぽり抜けた感じ。
  • 電流駆動なので、スピーカーのインピーダンスが上昇する低域と高域のレベルがあがる傾向にある。この特性から考えると貧弱なかまぼこスピーカーユニット向きよって、FE83Eのようなまともな(ましてハイ上がりな)ユニットにつけると悲惨。
  • まともなユニットで使いたかったら、インピーダンス調整用に抵抗(8Ω~20Ω?)や抵抗+コンデンサ*3をスピーカーに並列に付けて、その電流も帰還抵抗に入れる必要があると思われるけど、Cut and Tryになることは間違えない上、電流出力アンプの特徴である素早い立ち上がり特性も若干失われそう……。*4

あと電源。ACアダプタから直接2200uFのコンデンサで平滑化してるのですが、オシロでみると20mV程度のリップル(商用電源周波数)が出てる……。10000uF~20000uFを付けるか、簡単でもいいから安定化した方がいいようです。どうもSNが悪いなぁーと思ったら(^^;;

使用中(追記)

ちょっと回路を対策する時間が取れないので、イコライザでハイをだだ下がりに補正して聞いてる(使用してる)のですが、すごいですねこれは。オーケストラが聴けます。音の定位といい、広がりといい、全体の鳴りっぷりといい、こんな安物PC用スピーカーでこれだけの音がでるなんてほんとに恐ろしいことこの上ないです。

ちなみに。ネットを検索していると、DFなる値(限定された条件の下で使える簡易式)を持ち出して、低域が制動されないとか言っている方がいますが、大嘘です。伝達関数を立ててシミュレーションを行えば、電流出力では入力波形に従って強烈にボイスコイル電流が制御されることがすぐに分かります。(←機械的な部分と電気的な部分を混同して記述していました)

さらに追記 2006/09/06

電流駆動方式の場合、低域の機械的共振に対して(ほぼ)無力であることを確認しました*5。単純に電圧駆動、電流駆動のどちらが良いかと言われれば一長一短ですが、PC用スピーカーの改造法としては電流出力は十分魅力的だと思われます。細かい考察はこちらの記事

追記 2008/05/18

電流駆動アンプの製作という記事を書きました。最新情報になりますご参照ください。とどのつまり、F特をフラットにしてあげれば、凡庸なスピーカーユニットは例え電流駆動しても凡庸な音がします。

*1 : 2wayのPCスピーカーの中には気持ち悪い音がするものが結構あるのです……

*2 : 手持ちアンプ+自作スピーカーと比べる方が悪いという説もあるけど(苦笑) あと、電源スイッチが電源のスイッチでははなく電源ランプスイッチという仕様が嫌になった<電気の無駄

*3 : Zobelネットワーク

*4 : 後日計算してみます

*5 : ただし、コメント欄で揚げられたサイトの考察は、理論的道筋として正しいとは思えませんのでご注意を

2006/07/08(土)というわけでエージング

これまでの経緯

1万オーバーで入手した故障品のサンスイのアンプAU-D907Limited(リミテッドモデル)を修理。何せ30年モノです。

  • とりあえずサポートセンターから回路図を購入する。たしか2000~3000円。
  • プリアンプ部、パワーアンプ部のコンデンサをすべて ニチコンのMuse FG/FX に交換する。計数十個。
  • 消耗しそうなトランジスタも軒並み交換する。
  • これまた消耗している半固定抵抗も軒並み交換。
  • ドライブ段Trの故障と気づき、交換して無事修理。関連して焼けていた抵抗も修理。
  • 修理中のミスにより終段トランジスタを焼いたため、サンケンのLAPT-トランジスタ(アキシャル品)をキャノン型のところにムリヤリつける(下写真)。
  • 電源のダイオードをSBD(ショットキーバリアダイオード)に交換。当時耐圧200VのSBDが小売されてなかったため50本袋買い。*1
  • アイソレーターを外して遊んでいたら、アンプが火を吹いて(一瞬炎が見えた)沈下。終段トランジスタおよび9N-OFC巻線エミッタ抵抗1個が死亡。
  • さらに終段トランジスタを交換。
  • (この記事より後日)NFB抵抗および直列に入っている抵抗をREYに交換。音の混ざりがだいぶ解消される。

コンデンサ、SBD、抵抗交換により初期状態より相当音が良くなっています。

amp_final_tr.jpg
amp_final_tr2.jpg
amp_final_tr4.jpg

振り返れば 2010/01/08

修理・改造だけでも結構なお金も手間もかかっている思い入れの強いアンプです。過去の記事を振り返ると恥ずかしくなるくらいやっていることはムチャクチャですが(苦笑)、そのおかげで色々学ばせてもらいました。

この先も当分壊れることはないと思うので、有効に使ってくれる人のところで余生を過ごしてもらおうと思ってます。

*1 : いまだにたくさん残っています。

一応完了したので

AU-D907Limitedを5日間ぐらい電源入れて放置。危険なので、アイソレーターも元に戻しました(汗)。鳴らしてみると音が硬い……。サンスイお得意の中域の厚みがありません。とてつもなく高域が澄んで綺麗なのですが、それだけです(苦笑*2

どうにもおかしいなぁー……、音が硬いなぁー、「つまらない音だなぁ」*3とか思いながら鳴らし込むこと2~3時間。やっとまともに鳴りはじめました。α707にも言えることですが、どうにもサンスイのアンプ(707以上?)はスピーカー負荷などをつけて最低1~2時間ならさないと本来の音がでないようです。これもまた毎日ならしているアンプなら違うのでしょうが、そうでない場合は特に。

というわけで、まだまともに試聴報告できません(笑)

*2 : ちなみにスピーカーに耳を近づけても、ほんとうにかすかなノイズしか聞こえません。SNは高いですけどねー。

*3 : 音としては低域~中域の厚みが足りないのですが、主観的に表現すれば「元気でノリノリの明るい曲」を優等生が音階どおりに歌ってるような感じの「つまらなさ」があります

ヤフオクを眺めていたら

おっ同じD907 Limitedジャンクが……。いやそれ自体はめずらしくないのですが、たしかこれを出品されている方って、ジャンク(故障)アンプを落としまくって修理して再出品してる方*4だったと思うんですけど……*5。さて出品の文章をよく見てると……

数年前に屋外で音楽を聞こうと、片チャンネルにだけスピーカーをつなげて鳴らしていたところ、パワーが出なくなり壊れてしまいました。

……説明文の真偽はともかく、ヤフオク内の修理屋さんが修理を諦めたアンプとはあまりに怖いのは私だけ?(汗

追記

7250円で終了してました。あの修理屋さんが競らなければジャンク品はそれぐらいで落とせたっことですよね……(なんか悔しい

*4 : 評価の履歴を見ればわかりますが……

*5 : ジャンクを落とそうとすると競ることになって、無意味に高くなってしまうからよく覚えている(-v-

2006/06/28(水)アンプ修理

これまでの様子。6/246/256/266/27

エミッタフォロアはなぜ発振するか?

Zobelネットワークを外してエミッタフォロア発振を招き、終段トランジスタを焼いたわけですが、あちこち学んだことを、実体験と合うように少し整理しておこうとおもいます。

エミッタフォロアは、ベース-コレクタ間の電源の線路L、トランジスタのベースエミッタ間容量Cbe、トランジスタのコレクタエミッタ間容量Coeによりコルピッツ発振回路となります……という説明をよくみかけるのですがいやそれ絶対おかしい。もしそれでコルピッツ型発振回路と見るならエミッタフォロアでなくても発振するはずです

ネットを検索してもほとんど情報がなく、とりあえす確からしいことをまとめると。

  • 負荷としてコンデンサのみを付けたとき発振しやすい
  • その対策として負荷と直列に抵抗を挟むと発振しにくくなる
  • ベースに入力抵抗を付けると発振しにくくなる
  • コレクタとGND間にパスコンを入れると発振しにくくなる
  • エミッタフォロアとして使用するトランジスタがのFtが数十MHz帯まで伸びてなければ発振しにくい
  • Zobelネットワーク(スナバ)を入れることで安定しやすくなる
  • (今回の経験として)スナバをはずしたのみでは回路は安定していたが*1、スピーカー負荷を繋ぐと発振した。

*1 : アナログテスターのACモードで確認

とりあえず

amp_emitter_reg.jpg

エミッタ抵抗は写真のとおり、たまたまあった0.51Ω+1Ωで代用しました。無誘導抵抗じゃないからおもいっきりLがあると思うけど……。写真下の壊れた無誘導セメント抵抗ですが、下に9Nとか書いてありますよ……。これ多分、中の巻き線に使ってる銅線の純度ですよね……。9N=純度99.9999999%……とことん金のかかってるアンプですなぁどうしよう、そんな高級品飛ばしちゃったよ(涙)

とりあえず、これ以上バラしておくとまたどこが壊れるか分からないので(違)またいつ冒険心に火が点くか分からないので組み上げて封印しました。今回作業して、不足した部品を買いだしたころ(7月末を予定)また分解してみます。というわけで、いったん終了。

amp_d907limited_kumi.jpg

2006/06/27(火)引き続き、アンプ修理

これまでの様子。6/246/256/26

損傷範囲

Zobelネットワークをはずしたことに高域発振による損傷ですが、

  • 10Aヒューズ1ヶ
  • L側終段トランジスタ4ヶ*1
  • エミッタ抵抗1ヶ(0.33Ω、5W、無誘導セメント抵抗)

となりました。ヒューズはどうにでもなりますし、終段トランジスタは事故を見越したかのように予備があるので大丈夫ですが(苦笑)、セメント抵抗がなぁ……。無誘導セメント抵抗なんでまずこの辺じゃ手に入りませんよ(汗)

amp_a1186_break.jpg

とりあえず手元にある部品として、10Ω酸化金属皮膜抵抗(たしか1W)を3個並列にしておこうと思います。ちなみにこの抵抗、強く磁石にくっつきますが(強磁性)気にしない方向で。ここのセメント抵抗は違うものに取り替えてみたかったので、いいきっかけといえばそうなのですが(微妙

メモ1メモ2

*1 : トランジスタは回路的に1つ飛べば4つとも飛ぶことは明らか

負帰還、正帰還、発振について

NFB(負帰還)における発振という話が、極(ポール)だの位相だのと書かれていましたその手の話はあれこれ本で読んでるので概念的には分かっている*2んですが、いまいち実態(回路)と結びつかずに困っています。

アンプの裸のゲインをA、帰還率βとしたとき、

負帰還の増幅率:1/β

ですが、

位相が反転したときの増幅率:Aβ

ということが話を理解しにくくする原因みたいです。これをデシベル換算で書くと

裸のゲイン(Ga) = 負帰還時の利得(Gc) + 位相反転する周波数帯に対する増幅率(Gb)

となります。言葉でまとめると、

NFBをたくさんかける=Gbを増やす=アンプ全体の利得(Gc)を減らす
NFBをかけない=GaとGcが等しい=位相反転しても怖くない

「出力→Ra→Rb→GND」のときのRb←→GNDが帰還電圧とすると

変化帰還率β全体利得Gc帰還量Gb
Raが増える減る増える減る
Rbが増える増える減る増える

*2 : 制御理論の伝達関数を解くことも出来る

Zobelネットワーク再考察

要するに特性の良いトランジスタでエミッタフォロアを組んだとき、それ単体で発振回路(コルピッツ型)となるらしい。(考察の続き

Zobelネットワークは、スピーカーネットワーク設計時に行うスピーカーユニットのインピーダンスが一定という仮定を満たすためにスピーカーユニットと並列に挿入されるもので、付けないと(音声帯域の)高域がキンキンしたりするそうです。そのために10Ω+1uF~0.047uFという比較的大きな容量のコンデンサが付いている(計算するとスピーカユニットのインピーダンスが上昇し始める1kΩ付近から効きはじめる)。電圧制御アンプ(通常のアンプ)である限り理屈の上では音質に影響はない*3

また、エミッタフォロアの発振防止のために、スナバ(=Zobelネットワークとほぼ同一)と呼ばれる高周波減衰用の抵抗+コンデンサが必要。こちらはおそらくMHzといった高域で十分な低インピーダンスにする目的があるとおもわれる。

この2つは目的は違うのだけども、回路としては同一で、しかも大は小を兼ねるから前者の形で実装されている……のではないかという仮説(まだ未検証です)。

*3 : 理想アンプならば音質に影響はない。回路安定の結果として音質が変わるという要因は除く

抵抗がない 2006/06/27

10Ω酸化金属皮膜抵抗(たしか1W)を3個並列にして

も3.3Ωだよ。必要なのは0.33Ωなのに……。しかし3つ並列にする作業をするまで気づかないってどうよ?(汗

OK キャンセル 確認 その他