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2016年9月

2016/09/30

KT88プッシュプルアンプ 考察(2)

(Ⅱ)周波数帯域からNFBを考察する

下図は電圧増幅段の周波数特性です。−3dBのカットオフ周波数は2.5MHzです。


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スタガ比を稼ぐためとはいえ、オーディオアンプにこのような広帯域の回路を持ち込んで問題はないのでしょうか。

下図はNFをかけない状態でのアンプ周波数特性です。



Nf



1MHzまではそれらしい特性ですが、1MHzを越えるとゲイン、位相ともメチャクチャです。1MHzを超えた領域では、トランスがトランスとして機能していません。メガヘルツオーダーで動作する回路に真空管用のトランスを組み込み、多量のNFをかけることには問題がありそうです。



多量のNFをかけた回路では、100KHzを越えるとプリント基板やシャーシ内の配線による浮遊インダクタンスと浮遊容量の影響が無視できなくなります。理論通り動かなくなり、何故?ということがしばしば起こります。

また、オペアンプのように高入力インピーダンス/高ゲインの素子では局部発振の危険性が高く、プリント基板の配線引き回しや部品配置に注意が必要です。オペアンプのデータシートに載っている特性ですが、メーカーはベタグランドの上に実装した試験回路で測定していることが多いです。ユニバーサル基板で実験すると発振して動かないということはよく経験します。

このように見てくると、トランスや真空管等の図体が大きな部品が回路の中に含まれ、配線の引き回しが長くなりがちなオーディオアンプにおいて高い周波数を扱うことの危険が浮き彫りになります。



今回製作したアンプではプリント基板内をベタグランドとしましたが、アンプ全体を考えると効果は部分的なものだったようです。

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2016/09/27

KT88プッシュプルアンプ 考察

今回のアンプ製作を通し、トランスを使った真空管アンプはNFBに関し特別な注意が必要である、ということに改めて気付かされました。


(Ⅰ)出力トランスの特性からNFBを考察する

アンプにNFBをかける時は、スタガ比を適正に取るために各段の周波数特性に差をつけるということが行われます。NFBがオーディオアンプに導入された初期の頃は、出力段から初段の方向に周波数特性が悪くなる、すなわち出力トランスの周波数特性が最もよく初段の周波数特性が最も悪い、という構成を取っていました。


下図は、初段のゲインが30dBでカットオフ8KHz、次段のゲインが15dBでカットオフ40KHz、終段のゲインが−5dBでカットオフ200KHzの周波数特性グラフです。実際のアンプ特性ではなくイメージです。



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これに対して黒川達夫氏や氏家高明氏は、出力段から初段の方向に周波数特性がよくなる、すなわち出力トランスの周波数特性が最も悪く初段の周波数特性が最もよい、という構成を提唱されました。

下図は上図と逆、初段のゲインが30dBでカットオフ200KHzKHz、次段のゲインが15dBでカットオフ40KHz、終段のゲインが−5dBでカットオフ8KHzの周波数特性グラフです。


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出力トランスの周波数特性は上図のように8KHzということはなく、一般的に100KHz前後あります。従って、スタガ比を考えると電圧増幅段の周波数特性は1MHz以上欲しいのですが、真空管で構成しようとするとかなりの工夫が必要になるのが実情です。


黒川氏の対応は下記だと理解しています(参考文献(1))。
電圧増幅段には内部抵抗の低い真空管を使い、出力インピーダンスを下げて周波数特性を向上させます。それでも出力段とのスタガ比は数倍しか取れませんから、結果としてNFB量は10dB以下(多くの製作例では6dB)と少なめで、裸特性のよいアンプ設計が必要となります。ダンピングファクタは5前後で、欲張っていません。位相補償は微分補償が中心ですが、初期の製作例では積分補償も使われていました。


一方、氏家氏は出力トランスの特性に着目しています(参考文献(2),(3))。減衰特性を理想(−6dB/oct)に近づけ高域特性を落としたトランスをタンゴ(ISO)に特注して問題を解決しています。300Bプッシュプルアンプでは、NFBを20dBかけ24.4のダンピングファクタを得ています。この製作記事では、出力にRCのダンパーを付加した上で微分補償が行われていました。


私はというと、電圧増幅段を半導体(オペアンプ)で構成し、1MHz以上の帯域を持たせてスタガ比の問題を解決しようとしました。しかし、スタガ比は取れているはずなのにNFBをかけると不安定で使い物になりませんでした。なぜでしょう?NFBをかける前の周波数特性を見て原因がどこにあるか考えてみます。


Nf



周波数特性を見て気付くのは、200KHz台にあるゲインのピークと位相の変化です。トランスメーカから出ている特性グラフには描かれていないことが多いですが、アンプに組み込むと必ず出てきます。
トランスの等価回路を下図に示します(参考文献(4))。一般的なものです。


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先ほどの200KHz台のピークは、等価回路に示されている漏れインダクタンス(漏洩インダクタンスとも言う)と浮遊容量が原因となっています。

漏れインダクタンスはトランスとして機能しない部分のインダクタンスです。スイッチング回路では、電流/電圧にピークを生じさせて素子破壊の原因になったり、エネルギーをチャージするので損失の原因になったりします。浮遊容量は集中定数ではなく、導体間に存在する分布定数です。

インダクタンタとキャパシタは共振回路を形成します。下図は、10mHのインダクタと50pFのキャパシタを直列接続した時の共振をシミュレーションしたものです。


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225KHzで位相が180度変化し、ゲインに大きなピークが生じています。実際のトランスでは浮遊容量が分布定数であるため、上記の共振回路がアンプとスピーカー間にシリーズ接続されるというわけでありません。共振回路がトランス特性の一部を変化させるように働くという風に考えた方が良いと思います。


次に、先ほどのNFをかける前の周波数特性に10dBのNFBと20dBのNFBをかけるとどうなるか、線を追加してみたのが下図です。引かれた直線より上の部分が入力に帰還されます。カットオフから先は、周波数が高くなるに従い帰還量が減っていくことになります。


Nf_2



20dBの赤い線に着目すると、トランスのピーク部分が遥か上にあることに気づきます。これは、トランスのピーク(=漏れインダクタンスと浮遊容量の共振現象)がβ回路を介して入力に帰還されるということを意味しています。これはNFBの一般的理論の想定外の現象であると言え、解析が難しいことからアンプ製作では避けるべきであると考えます。

どこまでのNF量が許されるかですが、理想的には6dB以内でしょうが位相補償を行ってゲインのピークをつぶせば12dB〜14dBまではなんとかなると思います。


今回のアンプ製作における発振トラブルは、トランスの特性を十分に理解していなかったことが原因と言えます。




参考文献:
(1) 黒川達夫、現代真空管アンプ25選、誠文堂新光社、1998、p.89-110
(2) 氏家高明、300B−PPモノーラル・アンプの製作、アイエー出版「ラジオ技術」、2008年1月号、p.71−74
(3) 氏家高明、300B−PPモノーラル・アンプの製作(2)、アイエー出版「ラジオ技術」、2008年3月号、p.33−41
(4) 遠坂俊昭、電子回路シミュレータSIMetrix/SIMPLISによる高性能電源回路の設計、CQ出版社、2013、p.61−69

2016/09/24

KT88プッシュプルアンプ 調整と測定(7)

(Ⅴ)測定結果(NF:17dB)


(ⅳ)周波数特性
NFを20dBから17dBに下げたことにより、一見穏やかな?特性になりました。


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真空管No.1とNo.2


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真空管No.3とNo.4




(ⅴ)方形波応答
周波数特性から予想できますが、10KHzの肩が なだらかになっています。負荷を100nFだけにしても発振せずに持ちこたえています。


100hz
100Hz 真空管No.1とNo.2

1khz
1KHz 真空管No.1とNo.2

10khz
10KHz 真空管No.1とNo.2






2016/09/20

金沢ジャズストリート2016

金沢ジャズストリートに行ってきました。

◯9月17日(土)
Lee Ritenour Quartet

会場は北國新聞赤羽ホールです。
外側がガラス張りなので夜はとっても綺麗です。
ホールの入り口は2階にあって、500人が収容できます。

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リー・リトナーの演奏を生で初めて聴いたのは、渡辺貞夫がアルバム「マイディアライフ」の発売に合わせてツアーを行った1977年です。金沢の厚生年金会館(今は本多の森ホール)でした。今はフュージョンというジャンル分けになっていますが、当時はクロスオーバーと言っていました。

リー・リトナーのアルバムはどれも高音質なのですが、特に有名なのは日本ビクターが出したダイレクトカッテング「ジェントル・ソウツ」と「シュガー・ローフ・エクスプレス」の2枚です(2枚とも持っています^^)。演奏で私がオススメしたいのは、9人のギタリストが2曲ずつ演奏している1977年の「GUITAR PLAYER」です。この2枚組アルバムの中で、リー・リトナーは今はあまり演らないロック調のギターソロを展開しています。残念ながらCD化されていません。


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今回の演奏メンバーは下記の通りですが、
ドラムスはなんとリー・リトナーの息子さんです。

リー・リトナー(ギター)
オトマロ・ルイーズ(ピアノ、キーボード)
アドリアン・フェロー(ベース)
ウェスリー・リトナー(ドラムス)   

金沢ジャズストリートでの演奏は文句なしで (好度合い:⭐️⭐️⭐) でした。


◯9月18日(日)
四校記念公園(以前の中央公園)では社会人や学生のバンドが生きのいい演奏を繰り広げています。雨降りの野外コンサートで苦戦しているかと思ったのですが、かなりのお客さんが来ていました。


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この日のお目当は、金沢21世紀美術館・シアター21で開催されていたワールド・ライブ・ステージでした。下の写真は入り口の案内板ですが、21美ではアートアクアリウム 2016を開催中で、館内はその入場待ちでごった返していました。


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シアター21は地下にあって、仮設で150ぐらいの客席が階段状に設けられています。なので、ステージはフロアの床になります。


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私が聴いたのは4組です。

・篠崎文×菊池太光×海野俊輔×中山トモ
・ロベルト・オルサー・トリオ
・ウラジミール・シャフラノフ&若林美佐&エリサ
・マルコ・メスキーダ・トリオ

どの演奏も良かったのですが、ロベルト・オルサー・トリオは独特の世界観があり完全に引きずりこまれました。ベーシストのユーリ・ゴロウベフが特に素晴らしかったです。このグループに関しては、司会のお姉さんではなくコルトレーン研究家として有名な藤岡靖洋氏が登場して解説していました。

下の写真は、全てのプログラムが終了した20時過ぎの金沢21世紀美術館です。

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2016/09/16

KT88プッシュプルアンプ 調整と測定(6)

(Ⅴ)測定結果(NF:17dB)

(ⅰ)入出力特性
1KHzのNFなしとNF17dBとを一つのグラフにまとめました。真空管はNo.1とNo.2です。

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入出力特性のグラフは縦軸、横軸共に対数目盛りなので直線性が良いように見えます。0.1W出力を100%とし横軸をアンプ出力、縦軸をゲイン誤差としたグラフが下図です。NFBの効果が見て取れます。
ゲイン誤差のピークを最大出力と考えるならば、NFなしで54W、NF17dBで51Wと読み取れます。

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(ⅱ)ダンピングファクタ
ダンピングファクタは1W出力で11強となりました。本当は20以上欲しかったのですが、NFが17dBでは仕方ありません。

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(ⅲ)歪率特性
1Wで0.01%、10Wで0.1%と優秀な値です。

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真空管No.1とNo.2


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真空管No.3とNo.4



2016/09/13

KT88プッシュプルアンプ 調整と測定(5)

(Ⅳ)アンプ部回路図

下図は発振対策を行った後のアンプ回路です。


1



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2016/09/09

秋葉原ウォーク

アンプ製作を趣味にしている方なら、東京まで行って秋葉原に寄らないということは無いでしょう。私もそんな一人です。

抵抗と小型トランス、ACインレットを購入しようとラジオデパートへ。
残念ながら、海神無線とノグチトランスはお休みでした。
通りを挟んで向かいにあるオヤイデ電気もお休みでした。
トホホ...です。


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気を取り直して、真空管を物色するためにクラシックコンポーネンツへ。7、8年前までは駅近くの蕎麦屋の上階にあったのですが、少し離れたところに移りました。下の写真に写っているビルの5階です。エレベータを降りると通路もドアもなくいきなりお店です。各種真空管が所狭しと並んでいます。以前はどこでも買えた真空管ですが、今ではプレミアがつく品物になってしまいました。高いとぶつぶつ言いながらも、中学〜高校の頃に親しんだ東芝や松下の真空管が元箱に入っているのを見ると、必要も無いのに購入したくなって困ります。


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欲しい銘柄はあったのですが、購入には至りませんでした。
この日の買い物は、ガード下の三栄電波で見つけたUS8Pの真空管ソケット4個だけでした。

買い物が予定通りでなかったので、浮いたお金で少し贅沢をして鰻を食べることにしました。秋葉原駅から歩いて5分ぐらいのところにある神田きくかわです。


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金沢にはドジョウを割いて串に刺し、焼いた後に甘めのタレを絡めた”ドジョウの蒲焼”があります。鰻も同じように蒸さずにいきなり焼いて甘めのタレをからめます。タレはドジョウと共通?に使っているうような気がします。東京のは蒸し工程が入っていて、タレも洗練されているので金沢のとは別の食べ物のように感じます。


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真空管を少し我慢すれば食べられる金額です。駅からも近いですから、東京に出てきたときにいかがでしょうか?




2016/09/06

東京JAZZ 2016

9月3日(土)、東京JAZZに行ってきました。
東京国際フォーラムのホールAです。
展示会で何回か来ているのですが、コンサートは初めてです。

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受付は大混雑です。ホールの入り口は上の方にあります。
若い人が多いと思って来たのですが、以外にもお客さんの年齢層はかなり高いです。

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ホールAは5000人収容で、あまりの巨大さに田舎者は圧倒されます。
”演奏中”の写真撮影は禁止と言っていたので、開演前ならよいだろうとホール内をパシャリ。

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1階の前から2/3ぐらいまでがSS席です。私はS席なので後ろ扉からすぐでした。


ステージの上にクレーンカメラが、オーケストラピットの中に左右移動式のカメラが、その他ホール左右と後ろにもカメラが設置されていました。カメラからの画像は左右の大きなスクリーンに映され、後ろの席にいても演奏者の指の動きまで見ることができます。


NHKBSでコンサートの様子が放送されます、と何度もアナウンスが流れていました。


ステージ近くのSS席なら生の音が聞けるかもしれませんが、ホール全体はPAの音に支配されています。左右の垂れ幕の下に巨大なPAスピーカが隠れています。その他にも中小型のスピーカが多数見受けられました。
音質ですが、大音量でも歪み感が無く、しなやかさや繊細さは無いものの悪い音ではありませんでした。家でCDを聞いているような感じです。ただ、他の楽器の陰に隠れがちなベースの音はかなり強調されていました。低音に関しては、屋外のコンサートで感じられる風が突き抜けるような感覚はありません。




9月3日のプログラムです。

昼の部
1)小曽根真 presents JFC All Star Big Band meets Juilliard Jazz Ensemble
  (私の好度合い:⭐️⭐️  Japanese students もっと頑張れ!)

2)寺井尚子 meets パブロ・シーグレル "THE JAZZ TANGO PROJECT"
  (私の好度合い:⭐️⭐️⭐️  魅せて聞かせる TANGO JAZZ!)

3)ハービー・ハンコック featuring ジェームス・ジーナス、レイラ・ハサウェイ、トレヴァー・ローレンス Jr.、テラス・マーティン
  (私の好度合い:⭐️⭐️  バスドラ音量大き過ぎ!)

夜の部
1)パット・メセニー&クリスチャン・マクブライド
  (私の好度合い:⭐️⭐️⭐️  Charlie Haden にはなれない Christian McBride 残念!)

2)アロルド・ロペス・ヌッサ
  (私の好度合い:⭐️⭐️+0.5  見て聞いて笑って、とても楽しい三人組!)

3)渡辺貞夫 BEBOP NIGHT featuring ウォレス・ルーニー、ビリー・チャイルズ、ジェフ“テイン”ワッツ、ベン・ウィリアムス
  (私の好度合い:⭐️⭐️+0.5  ナベサダのバラードは最高!)



下の写真はホールの上から撮ったものです。写真中程、木々の間から屋外ステージが見えます。写真上部方向は東京駅です。写真下の方向にたくさんの屋台が出ていて、開放的な雰囲気の中で幕間の食事ができます。

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屋外ステージの様子です。写真からもわかりますが、大変な盛り上がりでした。

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土曜日は全プログラムをNHK FMで生中継していたようです。

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2016/09/02

KT88プッシュプルアンプ 調整と測定(4)

(Ⅲ)発振対策


(ⅳ)積分補償を行う
前回の対策によって電源投入時の発振は無くなりました。しかし、アンプの状態は非常に不安定で、4Ωの抵抗負荷を外しただけで派手に発振してしまいます。


やむを得ません、積分補償を追加することにします。一般的な真空管アンプでは初段に積分補償を加えますが、今回のアンプは初段方向に周波数特性が良いという形式なので、出力段で積分補償を行います。この方式は黒川達夫氏が”出力段位相補正”として発表されています。氏は「無線と実験」誌に多くのアンプ製作記事を発表されていますが、比較的初期の頃に使われていたように記憶しています。技術的な説明は参考文献に詳しいです。

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コンデンサにはマイカやフィルムを使いますが、耐圧がが足りないので2個直列にします。
積分補償を行った時の周波数特性を下図に示します。NFBは外してあります。

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定数は2KΩ+1200pF+1200pFとしました。もう少し周波数特性を下げても(悪くしても)良かったかもしれません。
ラグ板を立ててアンプに実装しました。

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(ⅴ)積分補償を行う
さらに微分補償を行います。NFBをかけ、位相補償コンデンサの値で周波数特性がどのように変わるか測定しました。

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微分補償のコンデンサは120pFとしました。




(ⅵ)NFBを減らす
ここまでやって、無負荷時の発振は無くなりました。また、4Ω+100nFの負荷も発振せずOKとなりました。

しかし、100nFの容量性負荷をアンプにつなぐと見事に発振します。また、1KHzの正弦波を入力し出力を上げていくと、10Vrms(25W)ぐらいから1KHz正弦波の上に1MHz程度の波形が重畳しているのが観測されます。

万策尽きたという感じで、NF量を20dBから17dBに変更しました。これにより、前記の発振現象は消えました。しかし、100nFの容量性負荷は出力4Vrms(4W)が限界で、これを越えると発振に至ります。安定性は十分とは言えませんが、対策はこれで打ち止めとします。




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.106-110



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