試聴メモボリュームの聴き比べ抵抗の場所と音質の謎ボリュームの音質改善。ヘッドホンバイポーラバッファアンプ2007/10/09電子::HPAこのヘッドホンアンプは当ブログの中で、初代に当たります。こんなんでもヘッドホンアンプになるんだという感じであって音も別段悪くはないのですが、成熟度の面から以下の新しいものを推奨します。(改良型)FETヘッドホンバッファアンプ(新型)オペアンプを使用した低電圧ヘッドホンアンプこのアンプはいわゆるダイアモンドバッファのみのアンプで、どこにでもある部品(2SC1815/2SA1015)で作ることができます。出力電圧範囲が狭い問題などもありますが(高能率ヘッドホンならば十分な音量が出せる)、ちょっと試すには面白いと思います。こんな回路なのに、音も決して悪くありません。単3電池2本で動く、とてもシンプルなヘッドホンアンプです。トランジスタ式ですが、オペアンプ式+少々の手間で製作できます。解像度が非常に高く、立ち上がり立ち下がりの大変良い音です。低音から超高域まで綺麗に再生するNO-NFB型DCアンプです。LM4880よりいい音がします。出力レベルが低い再生機器とは接続できません。低能率ヘッドホンでは駆動力不足になります。歪み率が(音量によりますが)最大1%程度あります。回路図は片チャンネル分です。電源以外はもう1つ製作してください。単3電池2個、特にニッケル水素電池でも動作できるように回路定数を決めています。R1は発振防止用です。無い方が歪み率がよいのですが、外したり(短絡したり)これ以上小さくすると入力ボリュームの位置によって発振することがあります(特にGNDに落としたとき)。*1コンデンサはOSコンだと音質か良いと思いますが、動かすだけなら何でも構いません。音響用コンデンサ(Muse,UTSJ等)でも構いませんが、コンデンサは音質に直結します。ボリュームは専用の記事を参照。回路の抵抗値や電源電圧は安易に変更しないでください。無闇に電圧をあげるとトランジスタが熱暴走する(壊れる)可能性があります。部品点数が少ないので好みに応じて音響用抵抗を使うと良いと思います。NO-NFBなので抵抗が与える音質への影響は大きめです。1Ωの抵抗がない場合は少し大きく(~4.7Ω)しても構いません。無誘導巻線抵抗の方が音がいいのですが(OHMITEとかDALEとか)。R2/R3の100Ωは1mA程度のCRD(定電流ダイオード)でも構いません(こちらを参考に)。再生についてこのアンプはAB級動作ですが無音時の消費電流は大きめです。電源電圧やトランジスタにもよりますが、片チャンネルで常時10~15mA、両チャンネルで20~30mA消費します。OSコンを使用した場合、エージング(電池をつないで放置する)は100時間程度必要なことがあります。電池の電圧が下がってくると音が歪みます。音が歪んだら電池を交換してください。ニッケル水素に比べ非経済的ですが、オキシライド乾電池やアルカリ電池を使う方が歪みは少なくなります。2500mAhのニッケル水素2本で(音量によりますが)連続24時間以上再生できます。詳しい方はすぐわかると思いますが、ただのダイアモンドバッファ回路です。ヘッドホンで音楽を再生しているとき、その信号(電圧レベル)は通常入力電圧よりも小さくなります。オペアンプの利得は少なくとも80dB程度あり、オペアンプ入力端子ではピーク0.1mV程度の信号(電圧差)を扱っています(小さい音ならば1uV以下)。回路中に小さな信号が存在するということは、それだけ電源や外来ノイズに弱くなることを意味しています。最近の再生装置(ラインアウト)は+4dBuと言われ、ヘッドホン直結時には(電流不足は別として)音割れして聴けないぐらいの信号が出ています。ほとんどのケースで、再生装置出力側の最終段にオペアンプが付いていてバッファしています。意味のない*2再生装置側のオペアンプを排除してしまうという割り切った考えでこの回路は作られています。デメリット負帰還回路が存在せず最大1%程度の歪み率が代償となっている。出力インピーダンスがオペアンプ帰還使用時ほど下がらない(0.1Ω未満か、0.5Ωかの差)。メリット(負帰還回路がないので)超高域まで優れた立ち上がり特性を得られる。メリットについて解説します。オペアンプではその高い利得から周波数追従性を優先すれば回路が不安定になります。発振しないように収めこまれていても、位相特性の変化は避けて通れません。オーバーシュートもその1つで(これは顕著な例であるだけで他にもある)波形の乱れによる音質劣化が避けて通れません。NO-NFBといわれるオーバーオール帰還のない回路では、波形くずれのない優れた高周波特性を得ることができます。一般に両電源を作るため006P(9V乾電池)から生成する回路がよく使われますが、この回路は両電源回路です。中点からGNDを生成する回路では、電流を流したときに(大きな音が鳴ったときに)GNDの電位がゆらいでしまい音がぼやけます。その後実験した結果、現在は負帰還による恩恵を除いたとしても実際には意味があることが分かってきています。この回路でボリュームとダイアモンドバッファの間に1倍のオペアンプバッファを入れると音質が改善されることがあります。気になる方は製作後に乾電池の中点とコンデンサとの接続を切り離して試してみると良いでしょう。以下の部品は当時のもので、今もって推奨しているわけではありません(特に上2つ)。2500mAh大変にクリアな音です。再生装置の音が如実にヘッドホンから出てきます。音の立ち上がり、立ち下がりが非常によく超高域まで綺麗に再生され、それでいて刺々しさは微塵もなく非常になめらかな音がなります。DCアンプだけあり、超低音まできちんと再生され、またその低音がきちんと止まります。ビートを打つような曲で変にもわもわすることはありません。LM4880と比べると、LM4880の再生音が雑に感じます。LM4880の高域がまるい(スライドガラス越しに聞いている)印象です。(LM4880は決して悪い音ではないのですが......)(音量によって)歪み率が最大1%程度ありますが、通常再生時に歪みを感じることはありません。電池の電圧が下がると歪みます(このときは電池を交換します)。電源を入れて1時間ぐらいで鳴り方が変わり、より良くなります。NO-NFBですので、NO-NFBアンプの製作について(マイナーオーディオの部屋さん)の解説はそのまま当てはまります。入力カップリングコンでは解消しません。付けるならば出力カップリングコンですけど、おすすめはしないですね。しても気になるならばトランジスタのマッチングを取るか(テスターで計りながら適当に差し替えてればそのうち具合良くなります)、2SC1815または2SA1015のどちらかのエミッタ抵抗を200Ω程度の可変抵抗にしてテスターをみながら調整してください。午後8時08分はじめまして。旧型のようですが、特殊なパーツ無しで手持ちの部品だけで作れるので作ってみました。電池2本で高音質なのはいいんですけど、電圧増幅段が無く音量不足になる場合があったので、ゲイン3倍のエミッタ接地を前段に追加して使ってます。電圧増幅段をオペアンプで足そうとすると新しいのと一緒になりますしね。簡単に作れてそこそこ音質が良い(部品に拘れば結構良い)という意味では面白いと思います。電圧増幅つけてもいいんですよね、たしかに。いつも参考にさせて頂いております。私も先日このダイヤモンドバッファのみのアンプを多少定数を変えて組んでみました。トランジスタのVbe選別も全くせずにトライしましたが出力オフセットが15mVと、選別無しにしては大変優秀でした。おまけに青色LEDも搭載して満足な仕上がりです。スイッチON時のポップノイズだけちょっと気になりますが・・・。ところで私が組んだ回路は電池の中点とデカップリングコンデンサの中点を切断した形で組んであります。(ケースのスペースの関係上)今日数時間ほど聴いていましたが、音量が大きくても音が不安定になる様子はありません。電圧が下がってきたときにどう振舞うのかが気になりますが。回路の組みやすさを考えれば、素晴らしいアンプですね。Mintの缶を使いました。機会があれば会社の設備で特性測ってみようかと思ってます(笑)それでは失礼致します。深夜0時00分>いつも参考にさせて頂いております。いえいえこちらこそ、コメントありがとうございます。>ところで私が組んだ回路は電池の中点とデカップリングコンデンサの中点を>切断した形で組んであります。(ケースのスペースの関係上)なるほど、スイッチの配線がやや面倒になりますしね。低音が出にくくはなりますが、ポップノイズも多少影響あるかも。>回路の組みやすさを考えれば、素晴らしいアンプですね。>機会があれば会社の設備で特性測ってみようかと思ってます(笑)GNDとの接続を切ったときと、つないだとき(クリップかなにかで?)の差をみたら面白いかも。SEPPに変更)でそこそこ楽しんでおりましたが、006Pのランニングコストが馬鹿にならない件を含めて新しいヘッドホンアンプを検討していたところ、このサイトに辿りつきました。当初OPアンプ+2SC1815・2SA1015のカレントミラー、エミッタ抵抗レスあたりを検討していましたが、±1.2V動作のオペアンプは選択肢が少ないのと、普段使用しているソースでは電圧ゲインは1倍で問題ないので定数そのままに本回路を作ってみました(念のためOPアンプの実装スペースは作っておきましたが結果として不要でした)CMoy同様、少ない部品点数かつ手持ちの部品で手軽に作って気軽に楽しむことを目的としたため、音響グレードの部品は一切使用しませんでした。5532のCMoyもどきと比較しながら簡単適当に計測してみましたが、正直特性の良さに驚きました。TrはYランク品からhFEのみを基準にアバウトに選別しただけですが、DCオフセットは偶然にも1mV程度、残留ノイズは0.2mVp-p程度に収まりました。いいかげんにFFTで計測したTHDは0.4~0.6%前後でした。データ上は大いに満足です。最大出力は1.1Vp-p程度で、自分が利用する範囲においては十分な出力が得られました。ちなみに出力抵抗なしのCMoyもどきでは16Ω負荷だと最大出力は同程度まで低下しました。出力Zは負荷開放法で最大出力付近で6.3Ω程度、最大出力の半分および1/10で3.8Ω程度でした。思ったより高かったけど特に問題はないでしょう。容量性負荷にも相当強いようで1uFでも方形波応答にほとんど乱れが生じませんでした。当初電源部に一般品1000uF+積セラ1uFを使用したところ、1日経っても全域で音が眠くすっきりしなかったので、一般品470uFパラに変更したところ好みの音に近づきました。その後積セラもフィルムに変更しましたが、一聴程度では違いが判りませんでした。クロストークがやや大きく感じましたので、電源部には後日手を入れるかもしれません。本文の通りR1が無いとボリュームを絞りきったときに発振しました。聴感では判らず計測しても1~2mVp-p程度なので、無くても問題ないとは思いましたが一応入れたままにしました。ケースはタカチHA1593-PGを使用しました。携帯電話充電器あたりを流用すれば安価に仕上がると思いますが......今回は本記事を含め色々と参考にさせていただきありがとうございました。今後の発展に期待しています。以上長文失礼しました。深夜1時36分>ちなみに出力抵抗なしのCMoyもどきでは16Ω負荷だと>最大出力は同程度まで低下しました。CMoy系は出力の弱さが不安ですよね。高出力電流オペアンプだと音はあんまりよくなかったりするし(苦笑)>容量性負荷にも相当強いようで1uFでも方形波応答にほとんど乱れが生じませんでした。容量性負荷に強いのは、低インピーダンス出力とオールオーバー負帰還がかかってないってのが大きいですね。オペアンプは出力インピーダンスか高くて(20~80Ω)、強烈な負帰還かかっているのでどうしても弱くなります。>DC-DCコンバータを利用した高電圧動作のヘッドホンアンプの作例ってほとんど見当たりませんが、ノイズを嫌ってのことなのでしょうか?リチウムイオンやリチウムポリマーを使わないのは、発火などの問題があるので扱いが面倒くさいことがあります。DCDCはやっぱりノイズが問題になるので扱いが面倒です。DCDCのノイズを消すような回路を組むこともできますが、コストも回路規模も大きくなるので、その分電池増やした方がスマートですね。>出力Zは負荷開放法で最大出力付近で6.3Ω程度、>最大出力の半分および1/10で3.8Ω程度でした。実際に計ったことないので参考になります。アイドルが少なめなせいですが、たしかに思ったより高いですね。コメントありがとうございました。>>ちなみに出力抵抗なしのCMoyもどきでは16Ω負荷だと>>最大出力は同程度まで低下しました。>CMoy系は出力の弱さが不安ですよね。Moyさんのオリジナルはオペアンプ以外には金をかけず、電源部も簡略化するなど、元々超高性能は狙っていないと思われますからそれはそれでいいと思います。作りやすくアレンジの素材としても悪くないですし、大抵のポータブル機のヘッドホン出力より向上しますので自作の1歩目としては丁度良いのではないでしょうか。自分は最初に手を出したのが秋月のNJM2073キットだったので余計にそのように思います。あと、設計・計測の経験がない方に誤解を与える表現があったので少々捕捉しておきます。CMoyもどきは1kHzでは無歪最大出力は4Vp-p程ありましたが、20kHz・16Ω負荷では1Vp-p程度まで低下しした。負荷インピーダンスが高い場合は20kHzでももう少し出力が取れました。実際の利用においては、高域の振幅は低域ほど大きくなく、ヘッドホンのインピーダンスも高域では上昇しますので、この方法での計測結果よりは出力に余裕があると考えてよいと思います。ちなみになべさんの回路の無歪最大出力は可聴域ではほぼフラットです。>容量性負荷に強いのは、低インピーダンス出力とオールオーバー負帰還がかかってないってのが大きいですね。オペアンプは出力インピーダンスか高くて(20~80Ω)、強烈な負帰還かかっているのでどうしても弱くなります。それに加え、出力抵抗に勝る発振対策は無いので余計にインピーダンスが高くなってしまいますね。なべさんの記事にもありますが、Zobelフィルタだけで抑え込めないケースも多々あります。>リチウムイオンやリチウムポリマーを使わないのは、発火などの問題があるので扱いが面倒くさいことがあります。素人が手を出すとしたら、ビデオカメラ等よろしく本体に充電器を組み込まず、電池だけ取り外して市販の充電器にセットする方法が現実的でしょうね。それでも過放電対策は施したほうがいいでしょうね。>DCDCはやっぱりノイズが問題になるので扱いが面倒です。DCDCのノイズを消すような回路を組むこともできますが、コストも回路規模も大きくなるので、その分電池増やした方がスマートですね。ポータブルでは重量やサイズの制約もありますので、ランニングコストは承知で006PやらCR123などを使うか、動作上の制約との折衷になりますがなべさんのように低電圧用オペアンプを採用したり回路設計でカバーするか、ノイズは承知でDC-DCコンバータを使うか(最近のポータブル機はDC-DCコンバータ採用が多いですし)悩ましいところです。本アンプの件の補足です。ポータブルCDのラインアウトがソースの場合、MDR-EX90との組み合わせではソースを問わず十分な音量が取れました。ER-4S・HD580との組み合わせでソースがクラシックの場合、ボリュームを回しきらないと十分な音量が確保できないケースがありました。深夜2時42分>自分は最初に手を出したのが秋月のNJM2073キットだったので余計にそのように思います。ああそういえば自分もそれでした。使えなさに愕然としたなあ(苦笑)>ビデオカメラ等よろしく本体に充電器を組み込まず、電池だけ取り外して市販の充電器にセットする方法が現実的でしょうね。その手がありましたか。過放電対策はたしか電池パッケージ自体に組み込まれてたような。>ER-4S・HD580との組み合わせでソースがクラシックの場合、ボリュームを回しきらないと十分な音量が確保できないケースがありました。人によっては不足を感じるでしょう(本記事内で触れてあるとおりです)ご報告感謝。