HPA v6-2 バランス型ヘッドホンアンプの低インピ・ヘッドホン対応

拙作HPA v6-2 バランス型を自作し使って頂いている方からメールが来ました。

95Ωインピーダンスのヘッドホンから10Ωイヤホン(ATH-IM70)に変更したら、クリップして正常に鳴らないとのことです。いやいや10Ωのイヤホンがあるのですね。驚きました。
設計の中心は75Ωにしてましたが、30Ω程度までは最大入力1Vp-pを入れても歪率1%THDになってます。

これですと過大な電流が流れて終段がヘタリます。
でも何とかしたいということなので・・・ 出力回路に負荷抵抗を直列に入れるしか近道が無さそうです。

HPA_v6_BAL_LowInpi.jpg

10Ωイヤホンを持っていないので、LTSpiceシミュレーションでの比較結果です。

このグラフは入力電圧(Vp-p)を徐々に増やして行った時の、ヘッドホン負荷に流れる電流(mV rms、左スケール、実線)と、その歪率(% THD、右スケール、破線)を比較したものです。

オリジナル負荷抵抗75Ωは黒線です。最大入力1V点で約26mA、0.1%程度です。
サイン波形を見ても違いが良く判らないのですが、0.5V入力時です。
HPA_v6-2_BAL_75om.jpg

これを同10Ω赤線に変更すると、電流値、歪率共に急激な上昇をします。入力0.2V時点で歪率1%超えますのでここで波形がクリップすることになります。これも0.5V入力です。もはやサイン波ではありません。
HPA_v6-2_BAL_10om.jpg
でもこれだとクリップしているのが判りずらいので1V入力にしてみます。
HPA_v6-2_BAL_10om1V.jpg
クリップ電流85mAp-pは単純変換すると約60mA rmsくらいになるでしょう。

これに対して出力に直列抵抗22Ωを入れます。バランス型なのでHot、Cold両側に入れます。
HPA_v6-2_BAL_22_10om_sch.jpg

このようにクリップしなくなります。1Vp-p入力です。
HPA_v6-2_BAL_22_10om1V.jpg

一番上のグラフに戻ります。

電流∝音圧と仮定して説明しますが(ヘッドホンの利得で大きく変化するのですが)、オリジナルの内部負荷抵抗無し+ヘッドホン75Ωに対し、内部負荷抵抗22Ω+イヤホン10Ωに変更すると、同一ボリューム点で出力電流は30%程度増えます。最大入力1Vp-pでの歪率は1%THDギリギリくらいのレベルです。

一方、内部負荷抵抗22Ω+ヘッドホン75Ωの出力は30%程度減りますが、ボリューム調整範囲で実用域と推測します。歪率は良い方向に低下します。

低インピーダンスヘッドホン(イヤホン)や、逆に高インピーダンスヘッドホンに対応させるには、内部で負荷抵抗切替えができればBestなのかもしれません。最近は低抵抗のアナログスイッチICもあるようなので、内部スペースが許せば(2階立てならば入るか?)設置したいものですが、個人ユースならば今の抵抗付加方式が良いのかもしれません、




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