7.1ch対応バランス型DCパワーアンプの製作

私のアンプを大分以前から使って頂いている方から、7.1ch対応のバランス型DCパワーアンプを作って欲しいとの依頼がある。

ニーズを良くお聞きすると、YAMAHA・CX-A5100という11.2ch・3次元音場創生のAVプリアンプを使い、これに接続する「バランス型入出力パワーアンプが欲しい」とのことである。

参考までにCX-A5100の筐体写真をYAMAHAカタログから引用させていただいた(AAS1704.pdfより転載)。

【フロント】
CX-A5100_1.jpg

【リア】
CX-A5100_2.jpg

下側に11個のXLR3Pのバランス出力コネクタが見える。ここから3Dサラウンド信号が出力される。

この信号を受け最大11chのバランス型入力パワーアンプが必要になるが、YAMAHAにもこれに対応したMX-A5000という11chパワーアンプが用意されているのだが、先方のこれまでの経験から「バランス出力DCパワーアンプ」を使いたいとのことです。

これまでにも私が作ったバランス型DCパワーアンプをお使い頂いているので、今回作るのは7ch分で良いとのこと。
音質や音感面を考えて、「金田式対称型アンプ改バランス型パワーアンプ」を作ることにしました。

ベースとなる最近の作例、バッテリードライブ式バランス型DCパワーアンプ(AC電源化)です。

さて、7chものアンプとなると相当な物量となるので一つの筐体に収めるのには無理がある。
幸いチャンネル出力が2~3W、センターアンプでも5W程度で良いということなので、サイズの揃った4つのケースに分割させて作らせて頂くことにしました。
電源、3chアンプ、2chアンプ、2chアンプの4ケースです。今回の記事は、電源と3chアンプです。

【外観】

【前面パネル】

PowerFor3chAmp6.jpg

下が電源ケース、上が3chアンプで、左のボリュームがCENTER 1ch用2連ボリューム、右が SURROUND HIGH (通常はSURROUNDと言う)のL,R用のバランス型4連ボリュームです。
ケースに使っているのは、タカチ・YM-300アルミケース(300x200x50mm)。お手頃価格で加工も楽です。

【背面パネル】

PowerFor3chAmp7.jpg

下が電源ケースですが、2ch用アンプ2台に使う電源コネクタは未取付です。この電源コネクタを選ぶのに苦労しました。トロイダルトランスを2個入れねばならず、コネクタ取り付け可能なエリアは写真の範囲しかありません。よって電源コネクタも小型が必要になるので、+、GND、=の3端子を小型6ピンコネクタに2ピンづつ使い、接続電源容量を確保しました。

上が3chアンプで、左が3ch分のバランス型XLR3入力信号コネクタ、隣が電源コネクタ、そしてスピーカー端子(バランス型)です。
それにしてもこのスピーカー端子、使い勝手が良いのですが価格も相当の物です。セット2個でケースが買えます。

後述しますが、DCアンプに保護回路が無いので±両方の電源供給ラインにヒューズを入れてます。

【電源内部】

PowerFor3chAmp11.jpg

電源回路は3ch用と2ch+2ch用の2系統になっています。
トロイダル・トランスはHDB-40(L)で±9V・2A仕様で、3chアンプでは定格1.8A、2ch+2chアンプでは定格2Aです。あまり余裕はありませんが、実運用を考えればOKでしょう。
ブリッジ整流器で整流後、4700uF×正負3個ずつの汎用電解コンデンサで平滑後、実DC電圧±13.5Vになりました。
これを安定化電源回路に入れて供給します。

PowerFor7chAmp2.jpg

【安定化電源回路】
PowerSup_11V_11V_sch.jpg
これは私が愛読しているメルマガの参考回路からいただきました。
供給電圧13.5Vで2A流すシミュレーションしても、必要な最大電流2Aを確保できます。この時の電圧は約10Vです。
2SB1383/2SD2083はダーリントン・トランジスタでレギュレータに用いられるものです。

【安定化電源基板】
PowerSup_11V_11V_brd.jpg

【アンプ部】
PowerFor3chAmp14.jpg

3chのバランス型アンプ基板を詰め込んでいるので、このような配置になってしまいます。よってボリュームが真ん中付近になってしまいました。デザイン的には右側が良かったのですがね・・・

基板中央がCENTER用、両端がSURROUNDのL、R用です。
各基板の上に瞬発的な電流に備え電解コンデンサを載せたかったのですが別置きになっています。

放熱は小さなヒートシンクとケース放熱です。最大2W、5W程度のアンプで音楽再生時の実用時はケースがほんのり暖かくなる程度でした。

PowerFor3chAmp15.jpg

前作では基板上面の配線はジャンパー線で行いましたが、今回は両面基板を使いました。プロが作る両面基板は部品の足が通るスルーホールを使い裏表の配線を繋ぎますが、私の場合はスルーの穴あけを行い、そこに部品足の残材を使って表から裏への接続を行います。

また、基板の右側表面に見える抵抗ですが、これは金田式オリジナル回路で指定している温度補償サーミスタ200D5Aの代わりに200D5を使っているのでそれの補償抵抗です。このアンプのように小パワーしか出さず、トランジスタ温度があまり上がらないものならば大きな影響がないかもしれないが、気になるので付けてみました。詳しくはこちらの記事(屋根裏の電気実験室)を参照願います。

今回のアイドル電流はノミナルで65mAです。各トランジスタ毎には30%程度の差が出るようだが、音楽再生中はほぼ安定していました。
下の写真はそのテスト風景です。

PowerFor3chAmp5.jpg

左のテスターで14mV(右は11.1mV)と示しているのが0.22Ω抵抗での電圧差で電流値に換算すると約64mA(50mA)になります。この状態で30分ほど大きな音量で音楽を流しましたが、平均値的には大きく変化が出ませんでした。

但し、金田式の定電流調整は、調整ボリューム回転角に対してかなりピーキーですので、ゆっくりと確認しながらの調整が肝要です。

実はこのアンプにはDCバランスが崩れた時の保護回路が入っていません。

【アンプ回路図】
PowerFor3chAmp8.jpg
金田さんのバッテリードライブDCパワーアンプをベースに、2段目とドライバ段、終段増幅を1セット増やし、バランス型回路に変更したのが大きな違いですが、その他変更したところは以下です。(前作でも同じですが)

1.初段差動増幅のFETを2SK117から2SK170に変更(部品入手性)
2.同上の定電流回路を、オリジナルのFET+抵抗一本からカレントミラー方式+調整ボリューム式に変更(安定度向上)
3.2段目差動条幅からドライバ段増幅につなげる部分の負荷抵抗を削除(歪率の低減)

例によってバランスアンプの歪率は、私のアンバランス計測機器では計測できないのだが、LTSpiceのシミュレーション結果では、0.9Vp-p入力で各チャンネル4.3W(8Ω負荷)の出力が出ます。

ちなみに以下のグラフは現回路と同等のバッテリードライブDCパワーアンプを作った際に、バランス-アンバランス変換アンプを間に挟んで計測できた歪率である。参考までに掲載します。この時は5W出力を確認しました。
AMP_kane_DC_BAL2_1.jpg

【音感】

低音が締まって良く出てます。中域から高域にかけての抜けも素晴らしく、きらめきを感ずる音感です。


尤も、この音が出ているスピーカーの良さにも助けられていると思います。
私が使っているSPシステムの左側です。

左がZ600、右がZ701modena_BHBSminiです。これを単独またはパラで切り替えて使用してます。
いずれもとても気に入っている、音工房Zさんの組み立てキットです。

mySPsystem_2.jpg

キットを組み立てたばかりでMDF板材そのままですので、きれいに仕上げて使っている方の写真も載せます。

Z701modena-BHBSmini.jpg

この写真は、こちらの音工房zさんのHPから転載してます。

【防備録・失敗談】

これだけの物を作ると失敗も発生します。忘れないように「べからず調」で記載します。

・使用するトランジスタ類は必ず単体でチェックしたものを使うこと。hFE計やIdss計で測ればOK。
 理由:12個使っているドライバ段の2SC1815の1個が不良でした。多分内部断線です。
     原因調査でTrを5個も交換しました。

・組み立てた基板は単体で電気的特性調整を行うこと。±電源が無ければ抵抗2本の簡易分圧でも可能
 理由:半田付け漏れが2か所、接続不良が3か所もあった。自己過信は禁物

・ボリューム部分のGNDが接触不良を起こすと、負帰還が途絶え終段回路にDCバランス異常が発生する。
 初めての経験だったので原因発見に何と2日を費やしました。



さて、次は2chアンプの2台の製作です。






ミニDCアンプ・その2 が5年ぶりに帰ってきました

5年前に作ったミニDCアンプ(その2)が友人宅から帰って来ました。
(製作記事は上記参照)

その友人は音楽好きで、趣味の手料理を作りながら台所でBGMを流すのに使ってくれていたのです。
片チャンネルの音が出なくなった、ということでドック入りです。

【開腹チェック】
miniDC_AmpNo2_1.jpg

少し凝ってレタリングしましたね。5年経過しても綺麗です。大事に使って頂いてたようです。

miniDC_AmpNo2_2.jpg

アンプ・メイン基板の上に、オペアンプDC補正回路回路付きのトランジスタ式レールスプリッタ電源が載ってます。12VのDCアダプタからの単一電源を±6Vに疑似的に分割します。

チェックしてみるが電源は正常に動作してます。

miniDC_AmpNo2_3.jpg

おお、そうです。このアンプには幻の名器と言われる2SC959トランジスタをドライバ段に使ったのでしたね。

miniDC_AmpNo2_4.jpg

駆動される終段Tr・2N3055。うっすらと埃が付いている程度です。

...アイドル電流などもチェックしましたが、通電していると徐々に上がり気味になる金田式アンプの特性がありますが(温度補正に使っているサーミスタの特性が金田さん指定の物と異なることも一因らしい)、大きな問題ありません。

・・・
・・・

異常が見つからないので再組して音出ししてみました。・・・いや、いや、良い音が出て問題ありません。

・・・原因不明ですが、まあ良いでしょう。

しばらく音楽を流してみましたが、中域の温かみに特徴がある音感です。

【このアンプの歪率・2012年製作時データ】
miniDC_AmpNo2_5.jpg

そう言えば、作った時は良く判らなかった上図のように少量音領域でも歪率が下がらない理由は、ドライバ段を駆動する負荷抵抗に原因があったのでした。負荷抵抗を外して改造しようかとも思いましたが、これはこれで良い音なので止めました。金田式回路原型に近いと思います。



TAA4100A T級デジタルICアンプ

TAA4100AというT級(D級デジタルとAB級特性を兼ね合わせたものという意味らしい)ICアンプが秋月電子で売っていた

4chものBTL出力、しかも100Wもの高出力とあるが、NET情報によればかなり良い音がするらしい。
データシートを見てみると、14.4V電源で4Ωスピーカーで10W出した場合、歪率は0.01%とある。ここらへんで使うのが良いのではないかな?

さて、TA2020で作った時のように、ユニバーサル基板で作っても良いのだが、何とICのピンが32もある。これは大変だ。しかも出力端子にダイオードやコイル、コンデンサを何種も付けなければならないので、この配線も面倒になりそうです。

しばらくNET情報をしらべていたら、何と「お気楽オーディオキット資料館」の藤原さんが基板関連を頒布しているではないですか。しかも詳しい製作記製作マニュアルも完備してます。何といっても、基板の他に入手し難いインダクタ・コイルやアンプICそのものもオプションで購入できるので願ったり叶ったりです。m(_ _)m
藤原さんは一度 基板頒布を中止されておられたのですが、いつ再開されたのか? DACを中心に多彩な活動をされているページです。

参考までに、このTAA4100Aを使ったキット基板を他でも売っていますが、何と1万円やそれ以上の価格です。藤原さんの基板ならばオプションを入れても3400円程度で入手できました。

というわけで、早速基板や関連パーツを頒布頂いて作ってみました。

【前から】
PowerTAA4100A_1.jpg

4chアンプなのですがとりあえず2chしか使っていません。もったいないですね。(SP端子が1個後家さんです)

【後ろから】
PowerTAA4100A_2.jpg

【IC周囲詳細】
PowerTAA4100A_3.jpg

タカチ・YM-150ケースに収納するため、ヒートシンクはケースで代用してます。放熱用シリコンを塗ってます。
ICの放熱金属部分はGND回路に繋がっています。

6畳の部屋で8cmスピーカーを使い小音量で使う環境ならば、ほんのりと温かくなる程度です。電源は15V1.6AのACアダプターを使ってます。流れる電流は平均で0.22A程度です。藤原さんの解説記事にも詳しく載ってましたが、私も外部電源を付けて電流を測りました。

藤原さんの基板では、SLEEPとMUTE制御を行うためPICマイコンを使っています。1秒後にSLEEPをONさせ、2秒後にMUTEをONさせ、更には3秒後には外部リレー出力をONさせるといった念が行ったつくりです。このマイコンは基板に添付されていますので楽ちんです。
(SLEEPは電源OFFじのコンデンサ放電のため、ONのままに変更しているかもしれません)

さて、肝心の音はどうでしょうか?

藤原さんも書かれていますが、意外に抜けの良い音という評があります。
私がTA2020やTDA1552Q ICアンプを比べてみると、このアンプの高域に張りがあるような気がします。低音もかなり出ます。

もう一度聴き比べてみると、音のバランス的にはTDA1552Qが最も良さそうですが、高域の張った感じが好きな人はこのアンプを選ぶのかもしれませんね。エージング効果がでるのかどうかわかりませんが、しばらく使ってみることにします。


4ch回路の使い道ですが、8年前に2.1chアンプシステムを作りました。家族に低音が出過ぎて不評だったので、アンプは捨ててしまいましたが、そういえばあのスパイラル・ダクト・ウーファーはテレビの裏で死蔵されていましたね。あれをもう一度再開しても良いかもです。







TA2020 & TDA1552Qステレオ・アンプ(原点回帰)

まもなく30万ヒットを迎えようとしている我がブログであるが、更新周期が伸びていることは、正直言って「ネタ切れ」の感が強い。
昨今はHPA製作ばかりに気を取られ、自分が何でこのブログを始めたのだったかな、を反芻してみました。

そこで気付いたことは、自分の部屋でゆっくりと聴ける良い音アンプから初めていたことでした。

さらに気付くと、私の部屋には中華製アンプやら、良く判らないメーカーの既成アンプやらが蔓延ってます。

以前、素晴らしい音に感動したアンプは何だったろうか・・・     原点回帰です。

【TA2020】
現在のようにディスクリートでアンプ回路が組めるようになった以前、そもそものオーディオ作りの最初は、「カーオーディオIC」を使ってアンプを作り始めたのでした。そして初めて作ったのが、TA2020を使ったこのアンプです。

TA2020-20

TA2020 ICです。この写真はICの足が切れてます。私の失敗一号作でショートしてしまい、あの世行きでした。

TA2020AMP.jpg

この時に作ったアンプを今も大事に持ってます。TA2020-20と印字されたICもまだ1個持ってました。TRIPATHというロゴ印字が見えると思います。製作記はこちらです。

今も珠に聴いていますが、とても澄んだ音色がする秀逸なアンプです。

【TDA1552Q】
TA2020が素晴らしい音色のアンプだったのですが、実はそれを上回るアンプICが登場しました(と言うより、見つけました)
TDA1552Qの音は、何と言ってもその煌びやかな音色に他ならないでしょう。それでいながらしっかりとした音色も奏でます。

その当時は12VDCのACアダプタで聴いていたのですが、様々な評価を見ていると、15Vが秀逸な音が出るらしい。
そこで今回15VDCのACアダプタで駆動してみました。

TDA1552Q_1.jpg

以前、統合アンプに組み込んでいたTDA1552Qアンプ基板(茶色のユニバーサル基板)を持ってきて、コモンモード・トランスに組み合わせました。昨今のACアダプタのノイズ削減対策です。(リレーは使ってません。RCを組み合わせてMUTE ONしてます)

いやいや、やはり素晴らしい音色で鳴ってくれます。見直しましたね。

…気が付いていなかったのですが、2009年5月にこのアンプの完成を記したブログには、何と!31 回もの拍手を頂いておりました。

TDA1552Qは相当以前にディスコンなのですが、唯一、共立エレショップには在庫しているようです。


さて、これらの素晴らしかったアンプを踏まえ、今度は何を作ろうかな・・・ 考え中です。


 

金田式もどき(改)バランス型ヘッドホンアンプ

・・・久々の記事です。

バランス型Lineアンプに使いたいということで、ヘッドホンアンプを昨年末に作りました。

金田式のヘッドホンアンプやパワーアンプの回路構成は、「対称型」と言うらしいが、この【対称】であるかどうかという諸説が色々あって私には良く判りません。
この回路はNPN-PNP素子組み合わせではなく、NPN-NPNやPNP-PNPの同じトランジスタを組み合わせることができるので、増幅度hFEの選別合わせが容易なので愛用しています。

この金田式の2番目以降の増幅回路をパラに組み合わせて、バランス型アンプを多々作っていますが、一番の難点は私の歪率計測器ではバランス型アンプの計測ができません。よって歪率を計測するのに、オペアンプで組んだバランスtoアンバランス変換回路を使っていたのですが、計測するアンプの出力電圧が上がってくると、この回路も使えない状況です。

バランス型のアンプは私の歪率計測道具では計測ができないという結論になったので、回路シミュレーションが頼りです。

今回のヘッドホンアンプも15VDC電圧(5Vのモバイルバッテリーを3個使う)をレールスプリッタ分圧で±7.5Vで使っているが、低出力域では何とか計測できるが、パワーを上げると計測アンプの波形が変形し歪率が急増してしまいます。バランス型アンプの出力は電圧が2倍出るのでそれがネックです。

【LTSpiceでシミュレーション】
HPA_kane_DC_BAL_4_7_2.jpg

この図では小さくて識別できませんが(拡大して見てください)、電圧や電流を確認するときに使う SPICE directive が左下で、中央下が歪率とパワーを計算するものです。

この回路ではオリジナルの金田式に比較して大きく変更したところが、バランス型改造以外に2か所あります。

1.初段J-FETの差動増幅の定電流が、FET+抵抗1本から、カレントミラーと半固定抵抗になり安定した調整と温度特性になりました。
2.上図の赤楕円部分にあった負荷抵抗1.2kを外し、2段目差動増幅からドライバー段増幅への接続が、「インバーテッド・ダーリントン接続の変形」になってます。これに変更することで大幅な歪率低下と安定した動作になりました。

金田式ヘッドフォン回路では以前から歪率が安定しないケースが散発していました。こちらの記事です。
http://higa284.blog20.fc2.com/blog-entry-272.html
その歪率グラフはこちらです。
金田式オリジナルのTrである、2SC959を使った時に、途中から歪率が持ち上がる現象が出ました。
今また、金田さんのヘッドホンアンプ製作記事を見直してみると、歪率が0.3%程度もあります。この負荷抵抗が問題だったように思われます。

このことは、同じ回路構成をしているパワーアンプでも同様のようです。

【計算結果】

HPA_kane_DC_BAL_4_8.jpg

1V入力の時、2.74Vrms=208mW(日本製ヘッドフォンの代表的インピーダンス36Ωで)出力、0.0146%の歪率です。

【基板】
HPA_kane_DC_BAL_4.jpg

両側に左右2chが並んでいます。中央はオペアンプで電圧中点をしっかり合わせる機能を有するレールスプリッタ電源です。動作テストに使った負荷抵抗が向こう側に見えています。この抵抗値をわざとアンバランスにして電圧中点がずれないかをチェックします。

【アンプケースに配置】
HPA_kane_DC_BAL_4_4.jpg

今回使ったケースはタカチ・HIT23518SS、両側に放熱フィンが付いています(今回は使いません)。パワーアンプの終段トランジスタを付けるにはGoodです。
バランス入力型なので4連ボリュームです。ぺるけさんから頒布いただきました。いつもありがとうございます。
入力はXLR3P端子2個から左右別々です。出力端子はXLR5Pが2個並列についていますので、2台のヘッドフォンが付けられます。
白くやや太めの配線は、立井マイクケーブルの芯線です。オーディオ信号ケーブルとして特性が良いと言われています。


【外観】
HPA_kane_DC_BAL_4_5.jpg  

アンプ上面に文字シールを作って印刷する前のサンプル紙が載っています。本番は透明シールになります。
左に見える箱は、5Vモバイルバッテリー3個を接続し、15VDCにするためのものです。

プロフィール

haiga

Author:haiga
私のブログへようこそ!
電気オンチが始めた自作オーディオです
2010/3/17 電子工作をプラスしました。

自作オーディオの楽しみ共有のため、私が作ったパーツ提供をしてます。質問や要望を遠慮なくコメント欄に書き込んでください。

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