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2015年10月

2015/10/30

我が家のオーディオシステム スピーカー編

 我が家のオーディオシステムについて少し詳しく紹介したいと思います。

 今回はスピーカー編です。社会人初心者の頃はヤマハのNS-1000を使っていたのですが、「無線と実験」誌でホーン型スピーカーをマルチで駆動する特集があり、これこそオーディオ理想郷だと感化されJBLのスピーカーを購入することになりました。サンスイのエンクロージャーに38cmウーファー2225を入れ、その上にドライバー2241とホーン2397という2ウェイでしたが、お世辞にもよい音とは言えなかったように思います。その後、結婚して手狭になったのでJBLは手放してしまい、しばらく小型のブックシェルフ型スピーカーを使っていました。しかし、それで我慢できる訳がなく、オーディオ店で聴いて気に入ったパイオニアのEXCLUSIVE model 2251を導入し、なんと20年近くも使うことになったのでした。


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         2251とPL300のツーショット         サランネットを外した姿

 2251は25cmウーハーとホーンドライバの2ウェイで、各ユニットにはアルニコマグネットが使われています。能率も高くてシングルの真空管アンプでも十分鳴らせます。重量があって余計な響きは無いのですが、無味乾燥という訳ではなくボーカルやギターの音色に魅力があったと思います。低音は、家庭で聞くと少しブーミーになります。1年前半前に静岡の方に引き取られていきました。


 そろそろスピーカーを買い換えたいなと思って専門誌を眺めると、JBLはまだ頑張っているものの聞いたことの無い新興メーカーが幅を利かせているではありませんか。それでも購入したい製品を幾つかに絞って試聴したいと思ったのですが、私が住んでいる田舎ではいつの間にかオーディオ店がシャッターを下ろしていて実際の音を聞くことができません。浦島太郎状態でした。東京に出た時に少し聴くことができたのですが、じっくり吟味するというところまでは行きませんでした。結局、JBLの4365とMonitorAudioのPL300の2つが最終候補となり、迷った末、雑誌での評価が高いPL300を購入することとなりました。


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 保護用の金属ネットが付属しています。マグネットで本体に装着します。



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 スピーカーキャビネットの前面には皮が貼ってあります。カタログには「スッコットランドのAndrew Muirheadによって供給された、ストラススペイ(Strathspey)革を使用」と書いてあり、高級感があります。また、キャビネットは優雅な曲線で構成されていて、木目もとっても綺麗です。前任の2251のような無骨な雰囲気はありません。



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 スピーカーターミナルはWBT製、バイワイアリング仕様です。スパイクは4点支持となっているのですが、カバーが付いていなかったため、設置の時に床や制振ボードを随分傷つけてしまいました。


 出てくる音ですが、とにかく高分解能です。上の写真のように一時期2251と聴き比べすることができたのですが、設計の年代が違うことを認識させられました。50〜60年代のジャズを聴く分にはそんなに影響無いです。もちろん、高分解能が邪魔することもありません。次に感じたのは静かだということです。透明感があって余計な音が出てこないという意味です。PL300は何も入っていない”いろはす”で、2251はみかん味の”いろはす”ですね。しかし、アンプの実力や音色はそのまま出てきます。使いこなすのは難しいです。


2015/10/27

EL84ppアンプ 試作実験(5)

(Ⅳ)最大出力と歪率
 下記は歪率のグラフです。バラックでの測定だったのでTHD+Nはボロボロでした。載せるに値せずということでTHDのグラフだけです。ちゃんと組んだら再測定したいと思います。
 最大出力は15Wまで伸びますが、歪率1%以下を判断基準にするならば13Wになります。出力トランスのインピーダンスを下げ、オペアンプの能力をフルに使ったAB2級にすれば最大出力はもっと伸びると思いますが、今回はこれでよしとします。


Thd



(Ⅴ)NFBと位相補償
 回路が2次の特性であれば最適なスタガ比や位相補償量を計算することができるだろうと思いますが、実際の回路は複雑な特性を示すので一筋縄では行きません。その原因の多くは出力トランスにあります。今回使用したノグチのPMF−28P−8Kは130KHz〜140KHzの間にゲインが盛り上がるピークを持っています。このようなピークはNFBをかけた時の安定性に影響を与えると考えられます。しかし、今回ぐらいのNFB量(−12dB)であれば適切な位相補償を行うことで問題なく使用できることが実験で確認できました。


 実際の位相補償ですが、出力トランスに接続されているβ回路の抵抗1KΩにコンデンサを並列接続して微分補償を行います。β回路に並列接続するコンデンサの容量を変化させた時の周波数特性と10KHzステップ応答特性を下記に示します。
 また、アンプの負荷を容量性にすると発振しますから、この対策としてトランス出力とグランド間にRC直列回路を入れます。値は10Ωと0.22μFとしています。



330pf_2

      位相補償コンデンサ:330pF

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      位相補償コンデンサ:680pF


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      位相補償コンデンサ:1000pF

 

 ここから分かるのは、10KHz矩形波の立上りオーバーシュートは、周波数特性に現れる130KHz〜140KHzのピークが原因であるということです。電圧増幅段と電力増幅段のスタガ比は十分にとっていますから、電力増幅段の周波数特性が1次に近いゆるやかな減衰特性を持っているならば矩形波のオーバーシュートは発生しないはずです。
 付加するコンデンサ容量ですが、330pFでも発振せずに動作します。私はキッチリした波形が好きなので1000pFにしたいと思います。


(Ⅵ)その他
 Analog Discoveryを使ってステップ応答を見ていた時の話です。測定が終わってPC画面上でSTOPボタンをクリックしたところ、EL84のプレートがみるみる赤くなってくるではありませんか。あわてて電源スイッチをオフにしましたが、時すでに遅し...。EL84は天国行きとなりました。
 Analog Discoveryの発振器は、矩形波出力モードでSTOPボタンを押すと出力はゼロボルトになるのではなくHighかLowどちらかの電圧になるようです。今回のアンプは出力段のバイアスをDCアンプ構成の電圧増幅段で設定しているため、入力に入ったDC電圧が増幅されてそのまま球のグリッドに印加されるのです。電圧がマイナス方向であれば球はカットオフするので問題ありませんが、プッシュプルの反対側はプラス方向ですからとんでもないプレート電流が流れます。アンプの入力に直流分が入らないという保障はありません。余計なDC成分がグリッドに印加されないような工夫が必要であるということに気づかされました。そのような目でメーカー製アンプの回路図を見ると、ほとんどの製品の入力にRCハイパスフイルタ(DCカットフィルタ)が入っています。今回のアンプにも何らかの対策が必要です。
 

2015/10/23

EL84ppアンプ 試作実験(4)

(Ⅱ)電圧増幅段の特性
 Analog Discoveryを使って電圧増幅段の周波数特性を測定しました。

 出力が1Vrms(at 1KHz)になるよう入力電圧をセットした時のカットオフ周波数は985KHzであり、LTsiceを使ってシミュレーションした結果958KHzとほぼ一致しました。十分なスタガ比が得られています。

1vrms

            電圧増幅段の周波数特性(出力電圧1Vrms)


 出力が10Vrms(at 1KHz)になるよう入力電圧をセットした時のカットオフ周波数は460KHzです。1Vrmsの時より低い周波数値になる理由ですが、大振幅時の周波数特性はGB積の値ではなくスルーレートの値で決まってくるからです。OPA604のスルーレートは25V/μsです。10Vrmsまで追従できる周波数は、 SR=2πfE 式から 25×1000=2πf×14.1 → f=281KHzとなります。この周波数より高くなると正弦波を入力しても出力は三角波になります。三角波の実効値を計算することでスルーレートに影響されたカットオフ周波数を求めることができます。10Vrms(at 1KHz)にセットしたカットオフ周波数は510KHzと計算されます。測定値と10%程度の差になりました。 

10vrms

            電圧増幅段の周波数特性(出力電圧10Vrms)


(Ⅲ)ゲイン配分
 NFBをかけないアンプの周波数特性は下記の通りになりました。4オーム負荷、2Vrms=1Wで測定しました。

2vrmsnonfb

      電圧増幅段+電力増幅段の周波数特性(出力電圧2VrmsNFBなし)


 1KHzにおけるゲインは32.3dBです。電圧増幅段のゲインは36.8dBと測定されています。電力増幅段のゲインは−4.5dBとなり設計値より0.4dB大きくなりました。誤差の範囲と考えられます。

 下記はNFBをかけたアンプの周波数特性です。位相補正ありです。1kΩと82Ωのβ回路で、仕上がりゲインは仕様通り20dBになっています。



2vrmsnfb12db1000pf10ohm220nf

      電圧増幅段+電力増幅段の周波数特性(出力電圧2VrmsNFB12dB)


2015/10/20

EL84ppアンプ 試作実験(3)

 試作実験の結果とFB事項について報告します。EL84はJJ製を使用しました。負荷は4Ωです。

(Ⅰ)バイアス電流の設定とスクリーン損失
 設計時点で参考にしたデータシートの動作例は、B1級でバイアス電流が8.3mA(プレート電流:7.5mA、スクリーン電流:0.8mA)になっています。B級動作と言っていますので、このままだとリニアリティの悪い裸特性になると予想されます。それを証明しようという訳ではないのですが、下記グラフはバイアス電流をパラメータとしアンプ出力を1Vrmsから7Vrmsまで振った時にゲインがどのように変化するか測定したものです。


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 このグラフから、バイアス電流を増やしていくと直線性が大きく改善されることが分かります。B級動作からAB級動作に移行していると考えられます。しかし、バイアス電流を増やすとスクリーン損失が大きくなり、EL84の最大損失2Wを越える心配が出てきます。おそらく、5極管接続では動作例のバイアス電流値8.3mAが限界なのだと思われます。しかしながら、今回はUL接続ということでスクリーン電圧はプレート電圧の43%しかかかりません。バイアス電流をもう少し増やしても良いでしょう。
 ということで、バイアス電流を16mA(プレート電流:14.5mA、スクリーン電流:1.5mA)にした時のスクリーン電流と損失及びプレート電流と損失を測定し、定格オーバーになっていないか確認してみました。


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 スクリーン電流とスクリーン損失は、出力の増加に伴い相似形で増加していきます。アンプ出力14Wでスクリーン損失は最大定格2Wに達し、それ以上の出力で定格オーバーになります。しかし、ここから先の出力領域は連続的ではなく瞬時的に入り込むだけと考えるならば、せん頭最大定格4Wが適用されてもよい領域であり問題ないと判断しました。ということで、バイアス電流は16mAに設定することとします。

 一方、プレート損失はアンプ出力5W付近にピークがあります。全体を通して4〜6Wの間に収まっています。プレート電流はアンプ出力に比例して増加していますから、その差分がアンプ出力(+出力トランスロス)として取り出されます。黒田達夫氏の著書に、プレート損失は「最大出力の3割前後の出力で最大となり10%程度は増えます」と書かれており、今回の測定はそれをなぞる結果になりました。


参考文献:
  黒川達夫、現代真空管アンプ25選、誠文堂新光社、1998、p.49



2015/10/16

真空管オーディオ・フェア

 CEATEC JAPANの次の日、初めて真空管オーディオ・フェアへ行ってきました。

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 会場は秋葉原損保会館です。入口は2階で、入ってすぐのホールで販売会をやっています。3〜5階の会議室では展示と試聴会が行われています。
 下の写真は販売会の様子です。真空管そのものは思ったほど多く販売されていませんでした。周辺部品の展示販売の方が多くて、価格は普段の1割引きという感じです。私はUS8Pの真空管ソケットが欲しくて何店か見て回りました。10個入り¥5,000の袋に手が伸びたのですが、白と黒のコントラストがかっこよくて作りも良さそうなテフロン製を@¥2,000で買いました。少し贅沢な買い物でした。

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 ドアを解放している部屋がほとんどで、まともに音質を評価できる環境でないのが気の毒です。そんな中で、花田スピーカー研究所が自社製スピーカシステムとB&W805の比較試聴をやっていました。専用のPCソフトとハードを使って、曲の演奏中10秒毎にスピーカを切り替えるという凝ったものです。使用している楽曲もいろいろで、両スピーカーの特徴がとてもよく分かりました。


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 3階の広い会議室で試聴会をやっていたのはサンバレーです。店主の大橋さんの説明が分かりやすいこともあり大盛況、超満員でした。私はずっと立って聴いていました。自社製スピーカを自社製アンプでドライブするというのが基本スタイルです。初めて聞いたのですが大手メーカにはない独特の個性を持っている、しかし変にとがっていない安心感のある音でした。特に、Autograph MID.というオートグラフを模したスピーカーシステムは、定位がよく柔らかで響きの豊かな音で気に入りました。少し広めの部屋でシングルアンプの音色を楽しむという用途にはバッチリです。
 私はモニターオーディオのPL300を使っていますが、ここには対極の音世界がありました。私の心の中にはこの世界へ行きたいというもう一人の私がいて、その誘惑は球の輝きを見ると増してくるので困ったものです。


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 損保会館の近くには蕎麦の超有名店があります。せっかく東京に来たのだからとかんだやぶそばへ行ったのですが、2時を過ぎているのに長蛇の列です。田舎者は並んで食べるということが嫌いなので、すぐ近所の神田まつやへ行きましたが定休日でした。ということで、秋葉原駅の近くで水っぽくておいしくないカレーライスを食べて帰って来ました。



2015/10/13

シーテック ジャパン

 CEATEC JAPAN 2015へ行ってきました。

 幕張メッセへのアクセスですが、これまでは東京駅から京葉線で海浜幕張駅へというルートか幕張メッセ行き高速バスかどちらかでした。今回は秋葉原から総武線に乗って幕張本郷まで行き、そこから幕張メッセ行き直通バスを利用するというルートにしました。乗り換えの手間があって時間も少し多めにかかりますが、歩く距離がとっても少なくておすすめです。

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 会場は、"キーテクノロジステージ、"NEXTイノベーションエリア"、"ライフ&ソサエティステージ"の3つに分かれています。ざっくり言うと、"キーテクノロジステージ"は部品メーカ、"NEXTイノベーションエリア"は研究機関、"ライフ&ソサエティステージ"は家電メーカの展示です。

 部品関係は、オートモバイルとモバイルデバイス一色でした。特に、それらの機器に搭載されるセンサの展示に力を入れていました。デモとして面白かったのは、オムロンが出展した卓球ロボとロームが出展した折り鶴ドローンでした。SiC関連で金田式アンプの出展を期待していたのですが出ていませんでした。

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スマッシュは打てないようです。

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折り鶴が羽ばたきながら飛ぶ姿に歓声が上がっていました。

 家電はソニー、日立、東芝、アップル等が出展していなくて寂しい感じでした。映像関係が中心で、4Kや8Kの展示が多かったです、元の画像がよくなかったりどぎつい色に加工してあったりして、高解像度の良さが分かりにくい展示も見受けられ残念でした。映像関係が多い中、音響関係で一人気を吐いていたのはパナソニックでした。Technicsブランドだけで一つのブースを構えていました。ターンテーブル用のモータ展示があり嬉しかったです。音質も性能もピカイチの製品に仕立てて欲しいですが、ゼロの数が一つ、二つ多いような高額商品にはならないで欲しいものです。ビクター(JVC)のブースと思ったら、コスモサウンドというJVCケンウッドの特約店の出展でした。木製コーンスピーカーでベースの音を再生し、こんなに小さな口径でこんなに低音が出るんですよという分かりやすいデモでした。

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コンパニオンを配置して気合が入っています。

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高級感があります。右端の写真はSL−1200MK2のモータです。

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製品をその場で購入することができます。

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富士ソフトが主催するロボット相撲の予選会をやっていました。



2015/10/09

EL84ppアンプ 試作実験(2)

 下の写真は試作機の動作確認をしている様子です。

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 写真に写っている測定機器は下記の通りです。
    オシロスコープ : TEKTRONIX  TDS2012B
    マルチメータ   : KEITHLEY   2100
    歪率計       : Panasonic  VP-7725B
    電源         : TIC        SPF2D-48-0.5
                   高砂製作所  EX-375U2
                                   Agilent    U8001A
    アッテネータ  : 自作
    ダミーロード  : 自作
 オシロとマルチメータ以外は中古か自作品です。トランスや基板が載っているシャーシは、以前製作した真空管アンプから部品取りした残骸を有効利用しています。穴がいっぱい空いていて重宝しています。
 上の写真には写っていませんが、是非紹介したい測定器がDigilent社が販売しているAnalog Discoveryです。

Analogdiscovery


 秋月で購入すると、本体が36,000円でBNCコネクタボードが2,140円です。内容については、トランジスタ技術2015年4月号に詳しい記事が載っています。私が特に重宝しているのは、ネットワークアナライザ機能です。帯域は1Hz〜10MHzしかないのでRF(Radio Frequency)用途では全く役に立ちませんが、AF(Audio Frequency)用途
にはジャスピンです。測定結果をExcel上で演算処理してダンピングファクタの周波数特性を得る、ということも簡単にできます。内蔵されているADコンバータですが、サンプリング速度は100Mと大したことはありません。しかし、14ビットの縦スケールを持っていますので、一般的なディジタルオシロスコープ(8bit)より縦軸分解能の高い波形を得ることができます。

 下記はPC画面です。発振器の出力を直接オシロに入力しています。

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参考文献:
  志田晟、CQ出版「トランジスタ技術」、2015年4月号、p.51−61

2015/10/06

EL84ppアンプ 試作実験

 設計とシミュレーションだけででは少し不安なので、試作して気になっていることを確認したいと思います。

 私はいきなり作ることはせず、まず”実体配線図”を作成します。ドローイングソフトはVisioを使っています。私が使っているのは2007年版で、確かWordなんかと同じ値段だったはずなんですけど、最新版はすごく高くなっていますね。電気図面をサポートしているProfessional版は5万円以上します。私のメイン環境(MAC OS)で動作するソフトに買い換えたいのですが、自作ステンシルが使えるという条件付きだとOmnigraffleしかないようです。

 下記図面が”実体配線図”になります。実験基板ですから関係のない部品も載っています。

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 電圧増幅段には2.54mmピッチの片面ユニバーサル基板を使います。この回路規模だと95×72mmのサイズで十分収まります。通販で安いのをまとめ買いしているのですが、手持ちを切らしているときに限って実験したいことが出てきます。そんな時は近所のパーツ屋さんに走りますが、そこはサンハヤト製しか置いてありません。秋葉原で安く売っている製品の3倍ぐらいしますけど仕方ありません。今回はサンハヤト製です。
 下記写真は製作中の基板です。


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 半田ごてはHAKKOのFX−888を使っています。以前は20Wと40W、60Wの3本のコテを用途によって使い分けていたのですが、この製品を買ってからはこれ1台で全てまかなえるようになりました。

 下記写真は半田付け工具一式です。


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2015/10/03

富山クラフトオーディオクラブ試聴会

 秋の試聴会に行ってきました。以前は毎回会場が違っていましたが、春は魚津市の新川文化ホールで秋は富山市の水橋ふるさと会館で固定された様です。

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 この会は真空管アンプにこだわっているわけではなくて、オーディオシステムに関することならなんでも良いというスタイルです。半導体アンプは勿論ですし、スピーカーシステムや音質改善策、さらにはディジタル機器が登場したりもします。私はROM会員でなので、運営に積極的に参加している方々には申し訳ないです。こうやってブログに掲載することで、多少は会の発展に役立っているかな?という感じです。


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 スピーカーは、アルテックの同軸型を搭載した620Aが毎回使われています。能率が非常に高いですから、ホールのような大きな空間でもシングルアンプの音を楽しむことができます。私が就職してすぐの頃、行きつけのオーディオ店から中古でよいのが出ているのでどうですか?と言われて買いそうになった記憶があります。うん十年前の話です。







 発表された機器は全て真空管シングルアンプでオーバーオールNF無しでした。発表された7台の中で私が気に入ったのは、VT−25AとKT−150でした。VT−25Aは普段使いでずっと聞いていたいという音で、KT−150は抜群の安定感があって自分で作るならコレという1台、初めてのアンプ作りにも適していると思います。
試聴会の様子は「無線と実験」誌にいつも掲載されています。ということで、これ以上詳細に報告することは控えた方がよいですね。

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