2009/05/20(水)低電圧ヘッドホンアンプの問題解決

低電圧ヘッドホンアンプの最大の弱点は、低電圧動作時(±1.25V/エネループ2本駆動)における電圧出力範囲の狭さにありました。

問題の詳細

op-dbuf_p1.png

使用するオペアンプは、Rail to Rail(レイル・ツー・レイル)と呼ばれる電源電圧付近まで出力できるタイプのオペアンプです。

その後段にあるバッファはいわゆるダイアモンドバッファです。バイポーラトランジスタ特有の超低インピーダンス出力が可能な一方、バイポーラトランジスタでは避けて通れないVbe電圧0.6Vが失われ、出力電圧範囲はおよそ±0.6Vになります。

低インピーダンスヘッドホン使用時は±0.6Vで十分であったものが、50Ω~上のヘッドホンなどでは±0.6Vでは音量不足となることがあります*1

*1 : 例えばAKG Kx71などでは、普通聴く音量では十分ですが、大き目の音量でききたいと思うとクリップ歪みを感じてしまいます

出力ミックス

ここでPと書かれた部分を何らかの方法で接続し、Aという出力経路のほかに、Bの出力経路も使用可能にすれば、オペアンプ出力範囲である±1.2Vの出力を得ることができます。

この接続方法が問題です。

  • 0Ω(ジャンパ)では、オペアンプから負荷を駆動する役割が大きく低音のしまりが悪くなります。
  • 1Ωでは、低音のしまりはそこそこ確保できますが切断時ほど明瞭ではありません。また1Ω出力抵抗による音質劣化が少し気になります。
  • 10Ωでは、低音のしまりは問題なく確保できますが、10Ω出力抵抗による音質劣化が大きく気になります。

抵抗を介さずに接続すると明瞭感や音のしまりが悪くなり、抵抗を介して接続すると抵抗による音質劣化が気になります。またあまり抵抗値を大きくすると、1.2Vの駆動範囲がどんどん狭くなります。

低インピーダンスヘッドホンしか使わないのならばPは切断したほうが音がいいし、中~高インピーダンスヘッドホンしか使わないのならばPは接続してしまっても音質的にほとんど変わりません。

しかして人間とは欲深いもので。どちらのヘッドホンでもベストの音質を得たいと思うのは自然なことです。

解決編

そもそも、出力電圧が±0.6Vの範囲ならばBルートで電流が通らないほうがいいので抵抗を使うことがナンセンスです。これが半年以上もジレンマだったのですが、うまい解決策を見つけました。

op-dbuf_p2.png

D1/D2にように互いに逆方向に並列接続したショットキーバリアダイオードを接続するだけ(シリコンダイオード不可)。SBDの順方向電圧があるので±1.2Vとは行きませんが±1.0V程度の出力範囲を得ることができました。これならば、バッファの出力範囲内のときはBルートには電流は流れないので、音質の劣化も心配ありません。

感想とか

低電圧(±1.2V)はもうやり尽した感じです。

正直飽きた(笑)

電圧が限られると回路上の工夫も限られますので、これ以上はもう無理だろうって感想です。次期HPAがあるとすれば低電圧動作で高gmなMOS-FETが登場したときか、D級アンプとかでしょうか。*2

次アンプ作るとしたらスピーカーアンプ作りたいですね。もっとも、ほとんど同じ回路でもスピーカ鳴っちゃうんだけど(笑)

高品質な低電圧ヘッドホンアンプ(単3×2本)

はてブ数 2008/09/04電子::HPA

進化したVer3はこちら。Ver3のほうが作りやすいと思います。


※2012/12/22 基板のみ委託しました

※2012/10/03 キット頒布終了しました。

※2011/12/14 以前のコメント・TBを別の場所に移動しました

※2009/07/04 低電圧(SBD)回路の一部変更(詳細情報

※2009/05/21 SBD使用回路への差し替え

※2009/02/16 リンク1件追加

はじめに

FETヘッドホンバッファアンプの部品ディスコン問題を解決すべく開発した新型のヘッドホンアンプです。単3電池2本で前作を越える音質というところに拘ってみました。電池が少ないので小型化も可能です。*1

基本的はオペアンプ+ダイアモンドバッファというシンプルな回路です。音質を妥協せずに可能な限り汎用的な部品で構成でき、しかも様々な種類のヘッドホンで使用できるよう配慮しました。

今回もバッファアンプ(+1倍)になっていますが、ちょっと改造すれば利得をかけることもできます。

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2008/08/23(土)ダイアモンドバッファと低電圧オペアンプ

ヘッドホンアンプ

失敗作を改造してダイアモンドバッファ付き回路にしたてたました(CRD1mAはそのまま)。1~1.4Vppぐらいしか出ませんが高能率ヘッドホンだと0.2Vppぐらいなんで実際これでも十分です。そんなに駆動力が必要なわけではないし、どうせ音なんか変わらないよって軽く聞き比べてたわけなんですか……まさか変わるとは

LMP7732のパラバッファアンプ*1と、LMP7732を使ったダイアモンドバッファ付きを比べると、後者の方が圧倒的に低音が綺麗。綺麗にしっかりとなります。こんな違うのか…。低音が綺麗なせいか、曲全体もよりクリアになります。*2

そこで、ここに取り出したるは例のFETヘッドホンアンプ(Vランク×4)。おおーっ、LMP7732+ダイアモンドバッファとFETヘッドホンアンプの音がとても似ている。Vランク×4ってこんな音よかったっけ? というおとぼけ発言をしつつ、よく比べると中高域の綺麗さ(明瞭さ)ではLMP7732アンプ。中高域の綺麗さと低域の綺麗さを併せ持つLMP7732+ダイアモンドバッファ最強ということに(笑)

LMP7732って低電圧オペアンプ界のOPA627みたいなところあるなーと思っていたんですが(妙に心地よい色が付く)、駆動力が不足すると若干エコーがかかったような色つきの音になるようです*3

*1 : 出力抵抗1Ωでパラレルに接続して、駆動力を若干水増しした回路

*2 : 低音で(中高域が)歪むってこということなんですね。

*3 : OPA627はきっちり±15Vぐらいかけてあげないと、結局駆動力などの性能が劣化します。もっともLMP7732駆動力低下の最大の原因は(発振防止用の)Zobelネットワークにあるのですが。きっちり駆動してあげても、OPA627やLMP7732は多少の色が付くようです。

そして今は

他の低電圧オペアンプに変えて聞き比べてますが、ダイアモンドバッファ付きの方が音が良いのは間違えなさそうです。ちなみに、バッファを付けられるオペアンプと付けると激しく歪んでしまうオペアンプ(LT1678等)があります。

ダイアモンドバッファ付きだと今度は出力可能電圧範囲で不利なので、今ちょっと面白い回路をテストしてます。うまく行きましたら、新型ヘッドホンアンプとして紹介しますね。

2008/07/13(日)ヘッドホンアンプ回路に悩む

2SJ74の廃盤の話がなければ、FETヘッドホンアンプを再販するつもりだったのですが、ここに来て悩んでいます。

FETヘッドホンバッファアンプ

  • 利点
    • 低電圧(2V)から高電圧(10~20V)まで問題なく動作する。
    • 回路がとても安定である。
    • 電源電圧効率が高い(電源電圧-0.2Vぐらいまで出力できる)。
    • 製作が簡単
  • 欠点
    • アイドル電流が多い。
    • パラレルにすることで出力インピーダンスを無理矢理下げている感じがある。
    • 低インピーダンスイヤホン(10Ωや16Ω)の駆動が難しい。
    • 低域のしまりがやや弱い(BL4パラ構成時)

代替案

このオペアンプ1発型の電源を単3電池にしてLT1677で駆動すると大変に優秀な音が鳴ります。駆動電流も5mAぐらいで*1電池も長持ち。低域のしまりも優秀です。しかし中高域の綺麗さがやや弱い。*2

ケーブルによる音質差よりも小さいレベルなので気付かなかったことにしようかとも思ったのですが、それも釈然としない。

追記。LT1498がおすすめされてる

*1 : 出力している電流除く

*2 : 興味ある人は組んでみるといいかも。違う感想ならぜひ教えてください。LT1677(1回路オペアンプ)はマルツにあります。Vランク×4には負けると思います。BL×4との比較は一長一短です。

3V(2.4V)駆動ヘッドホンアンプ

Vgsがたった0.2Vでも動作する、2SJ74にはじまる高利得のJFETのP-ch型が製造されていないことが悩みの種。代替を求めて低電圧でまともに動作するオペアンプを探してますが、音質を考えると「そのまま使うだけ」ってのは難しそう。

さてどうしようか(いくつかアイデア検討中)。