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« 市販のES9018K2M搭載機を徹底調査してみた | トップページ | 新しいDAC基板の名称はSabreBerry32  ドライバについても »

2016年2月22日 (月)

パワーアンプ VFA-01の周波数特性を計測してみました

随分と前に、試作基板で周波数特性を測ってはいたのですが、今回の基板でも計測してみました。 

 

AnalogDiscoveryのNetworkAnalyzer機能で計測 

結果は以下の通りです。 

Vfa01_8ohm  

8Ω負荷 2.83V出力時 の周波数特性です。 ゲインと位相のグラフです。 

このほかに無負荷時、4Ω負荷時も計測しましたが、どれも変わらず安定しています。 

 

ハイレゾがブームで高音側に注目する傾向がありますが、通常のリニアアンプは、わざと高域を落としています。 それで、-3dB落ちのポイント(いわゆるカットオフ周波数)が200kHzとか300kHzです。 

VFA-01の場合も、実測で470kHzでした。 

実は、AMラジオなどの電波が入り込んだ場合の悪影響(不用意な混変調)などを考慮し、アンプの入力フィルタで落とします。 このような対策は30年以上前の市販アンプでも一緒です。 VFA-01の場合は、可聴帯域内で位相があまり変化しないように通常より少し伸ばし気味にしています。 

 

ハイレゾの定義として「40kHz以上までの帯域があること」 というのが1つの目安ではありますが、アンプの世界では半世紀くらい前からハイレゾ対応できていたと言っても過言ではないかもしれません(笑 
LPレコードもダイレクトカッティングされたディスクでは40-50kHzまで音が入っていたという話もありますね。 

真空管アンプでも、出力トランスが相当ひどくなければ80-100kHzくらいまで伸びているのは普通だと思います。 

デジタル時代になって、帯域が20kHzどまりになったのが、元に戻っただけともいえる? 

 

  さてさて、そんなウンチクはどうでも良いのです。 

 

 

上のグラフで注目するべきところは、まったく逆で超低音域です。 

 

これも、まあ、DCアンプとしては普通の特性ではありますが、1Hzという極低音でも全く位相が回っていません。 DCをカットしたACアンプや、DCサーボを搭載してDCオフセットをゼロに収束しようとするアンプではこうはなりません。 

 

ハイレゾで高域ばかりに目が行ってしまいがちですが、分解能があがったおかげで低音のリアルさ、特にエレキベースやバスドラのニュアンス、ピアノの左手とか弦の僅かなうなり等が良く表現できるようになったのではないかと思います。 

 

これは、とある評論家が昔、言っていたことですが、低音も高音も出ていないとそれで音楽としてはバランスは取れる。 しかし、低音だけ伸びて、高音がないとハイ落ち。 高音だけ伸びていて低音の量感がないとハイ上がりで、どちらもバランスが悪い。 

なんとなく納得できるような気がしますね。 

つまり、超高音まで伸びたハイレゾだからこそ、超低音までもしっかりと表現できる環境が必要なのではないでしょうか。 

ということで、ハイレゾ低音マニア、低音ギークの時代です(笑 

面白い案を思いついているので、そのうちご紹介できればと思っています。 

 

 

 

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パワーアンプ」カテゴリの記事

コメント

はじめまして、いつも興味深く拝読させて頂いております。

個人的にもハイレゾは高音よりも低音の方に効果てきめんな感じがします。
同じ曲のCD版、ハイレゾ版、ハイレゾ版をCD品質にダウンサプリングしたもので聴き比べると、明らかにハイレゾ版の低音は切れがあり、分離感も良いように聴こえました。
CD版とダウンサンプリング版はどちらも、もっさりと団子状で同じ傾向の音に聴こえたので、ハイレゾの影響が大きいように思います。
まさにコントラバスの弦をギコギコ擦ってる感が段違いです。

ハイレゾで低音の方に目を向けた論評は聞いたことがなかったので、同様に感じている方がいらっしゃってホッとしました(笑)

低域音源から出てる倍音成分の聞こえ方が変わったからじゃないでしょうか?
ミックスダウン時に低域の倍音を盛って太く聞こえるようにすることもあります。

こんにちは。たかさん。
VFA-01とPRT-01完成しました!
自作パワーアンプなんて初めて作りました。
ケースはタカチのHIT23-7-18SSを使用しました。何だか高級感があります!!
先日、DigiFiのハイレゾスピーカーを組んだところなのでアンプにも挑戦してみました。
部品もゼロからの調達で、買い忘れで再通販やらで35Kぐらい小遣いが。。。
でも、いい音が鳴っています。フルディスクリート、感動です!!!
35Kあればマランツのアンプが。。。なんてのは無しです!
自作で得るモノは沢山ある!!
と、言い聞かせつつ。。。


想えば、たかさんのブログにアクセスするようになった切っ掛けはRaspberryPiモデルBを買ったは良いものの、余りのモッサリ感満載で何かに使う気にもなれず放置していました。
はじめの頃は「ラピロ」でも作ろうかとも思ったものの、費用対効果が納得できず頓挫。
そんな折、「interface 2014年09月号」でラズパイでハイレゾが聴けるんだと初めて知って、その紙面上で「IrBerryDAC」を知ってからです。
それ以降、SabreBerry、HyCAA ヘッドホンアンプ、そして今回のVFA-01とPRT-01です。
「IrBerryDAC」は自家用車に車載してミュージックボックス化しています。あまりに良い音なので音量大きくして聴いていたら、しばらくしてドアスピーカーがビビりだして壊れてしまいました。(笑)古い車なもんで…


頭のいい人が羨ましいです。
今度のDACも注目しています!
愉しみにしています!!!

Decomo さん

低音のニュアンス大切ですね。 聞えない部分の帯域の広さより、聞えている部分の分解能を重視できれば、良い音で楽しめるように思います。

確かに、ハイレゾ版とCD音源でミキシングやマスタリングを変えているというのは雑誌などによく書かれていますね。 そういう曲では単純に聴き比べできないのが残念ですが、低音の表現を解かりやすく仕上げてくれているのは良いと思いました。 低音マニアとしてはゾクゾクする低音が聴きたいですね。 
 
 
bunta さん

完成、おめでとうございます。 無事に動作しているようで何よりです。
HIT23-7-18SSのヒートシンクですと、アイドリング電流は300mAくらいまで増やせるので、わりとA級に近いAB級にできると思います。 電圧が12Vなら、500mAくらいまで頑張れます。

私も、冬場で部屋が寒いのを利用して600mAまで増やしていますが、さすがに熱くなりすぎです。 ただし、アイドリング電流を上げていくと、奥行き感や表情、暖かみがぐっと増えて、染み入るような落ち着きがでるので、最適なアイドリング電流は、もっと高い所にあるのかもしれません。

3万円くらいのアンプにはさすがにLAPTは使われていないと思いますから、自作の有利な部分も、多少はあるかもしれません。 それと、ご自身で完成させたという喜びは、完成品の購入では味わえない魅力のひとつですね。

そうなんです。アイドリング電流。
何アンペアぐらいまで良いのかなぁ?なんて、なやんでいたところで。
とりあえず、エミッタ電圧80mVぐらいに設定して使ってみたりしています。約360mAぐらいですか。。。

最終段のトランジスタのデータシートを見てみるとMAX100Wで推奨60Wと理解したので、このトランジスタにとってはまだまだ序の口の領域なのかと思った次第です。

と、いうことは。。。定数変更と熱対策をすればこのアンプMAX100Wまで目指せるアンプなんですか???
よく分からないですが、凄く夢のあるアンプに思えてきました!!!

間違った理解の仕方していたらご指摘ください。
なにぶん、初心者みたいな者なので。。。
よろしくお願いします!!

bunta さん

非常に良いご質問と思いました。
そのあたりの情報を書くのをサボっていました。 ありがとうございます。

パワートランジスタのコレクタ損失(Pc)が100Wというのは、パワーアンプの出力とは別物です。

スピーカーにはインピーダンス(簡単にいうと抵抗)があり、8Ωのスピーカーに100Wを入れようとすると、±45Vくらいの電源電圧が必要です。
10Wなら±20Vで足ります。
アイドリング電流が同じなら、電源電圧が高いほど発熱が増えます。
逆に言うと、出力を大きくしようとすると、アイドリング電流を抑え気味にしないといけません。


試しにアイドリング電流2Aで計算をしてみましょう。

45Vなら、45Vx2A = 90W これがコレクタ損失になります。
無限大ヒートシンクに付けた場合で、Pc100Wのパワトラのほぼ限界値ですね。
こういう使い方をすると、確実に壊れます。

電源電圧が20Vの場合で、同じ計算をすると、
20V x 2A = 40W となり、Pc100Wのパワトラは少し余裕がある状態です。
放熱器さえ大きければ使える範囲になると思います。

パワトラは上下コンプリメンタリで2個ありますので2倍。ステレオ分なら更に2倍。
つまり、160W分の放熱ができればOKです。
とは言っても160Wの発熱というと、ちょっとしたヒーターなみですから、部屋がほんのり暖まるくらいを想像すると良いと思います。
空冷なら巨大なヒートシンクが必要です。

たった2Aで、これだけの発熱ですので、純A級アンプの物量投資が大変なことが、なんとなくお解りいただけましたでしょうか。
アキュフェーズのA-50が、8Ω時、50W+50Wで、重さ50kgです。

現実的なところでは、大きめなヒートシンクを付けても、±20V電源で1A程度、±45Vなら0.3A程度が限度かなと思います。

大きな出力が必要ないのであれば、低い電圧で、アイドリング電流を多めに流した方が良い結果が得られると思います。(あくまでも私の経験上です)

たかさん

なるほどです。
やはり早計な判断でやってしまうと結果壊すのが関の山と言うことがよく分かりました。
100Wのアマチュア無線機もフルパワーで運用しているとパワーサプライのファンがブンブン回ってますもんね!
パワトラにCPU用の水冷クーラーとかどうですかね?
またまた、熱量をよく調べもしないで思い付きで余計なことを言ってしましました。。。(笑)

実は今日、地元のパーツ屋さんに言ってみるとSP-123Wが有りまして、ついつい衝動買いをしてしましました。
18V~20Vぐらいの電源が作れるかなと思っていますが、それを使用してどんな音が鳴るのか楽しみです。

8畳~15畳の部屋で鳴らすぐらいなので大パワーは必要ないのですが、何だか自作虫が騒いでるみたいで大変です。
おかみさんに叱られそうでちょとビクビクしています。(笑)

三段ダーリントンなので、ここでも何となくですが先日組み立てたDigiFi19.20のハイレゾスピーカーとJBLのJ216PROを繋いで4スピーカードライブで鳴らしています。
本当に感動する解像感です。
2スピーカーよりケース暖かいですが。。。

楽しい趣味の時間を提供してくださり本当に感謝、感謝です!!!
ありがとうございます。今後のご活躍に期待しております。

たかじんさん

初歩的な質問で恥ずかしいのですが、
自作の電源について、
安定化はさせなくても良いのでしょうか?
整流電源だけでも問題は無いのでしょうか?
安定化するに越したことはないのでしょうが、その場合三端子レギュレーターかパワトラかで悩みそうです。

ご助言をいただけると幸いです!

bunta さん

パワーアンプの電源は、基本的に非安定化電源を使用します。 これは市販のアンプもそうですし、50万円を超えるような高級機でも一緒です。 

理由はいくつかあると思うのですが、レギュレータの類を途中に入れると、瞬間的な電力供給時にレギュレータがネックとなって、音質は、むしろ悪化してしまうというのが有力だと思います。 

パワーアンプの数倍の供給能力のレギュレータを入れれば、また結果が違ってくるかもしれません。 しかし、そのレギュレータにかける部品コストを、パワーアンプの自体につかうと、もっと良い結果が得られる。 ということになり、殆どの場合においてレギュレータなしを選択されています。

たかじんさん

ありがとうございます! これでスッキリしました!!
菅野電機SP-123Wを使用して電源を作りました。
エミッタ電圧100mVぐらいに設定して電源側の出力は13.6V~14V、0.78A~0.93Aあたりを変動しています。
大きな外部電源になりましたがいつもの音楽を鳴らしてみても何だか違って聞こえます!

自作、楽しいです!!
愚問にもレスポンスよくご解答くださりありがとうございました!!!

bunta さん

SP-123Wは、なかなか良いトランスですね。 知りませんでした。 
エミッタ抵抗の両端で100mVというと、450mAくらい流れているので、小音量で鳴らすときは、ほぼA級動作していると思います。

夏場は、少し電流を抑え気味にしないと熱くなると思いますが、そのあたりを調整しながら使うのも、また自作の醍醐味ですね。

たかじんさん

こんにちは。
2台目のVFA-01を作成したのですが、方チャンネルが発振しているのか終段のバイアスの電圧を測ると600mV流れていてVR1を時計方向に回すと数値が減る方向になります。

バイアス調整のVR1 (50Ω)を時計方向へ目一杯回しきって、DCオフセットのVR2 (50KΩ)を反時計方向回しきりの位置から少し右に回して終段のバイアスの電圧を50mV付近になるようにセットして、その状態でDCオフセット電圧を測ると1.37Vあります。VR1は時計方向回しきりのままです。

この状態でDCオフセット電圧を±10mVにしようとVR2を時計方向に回すと数値は減りますが終段のバイアスが凄い量の電圧になります。

以上のように半固定の回す向きが反対になっているし、C6の頭を触ると凄い音でブーーと発振?しているようです。
C3横のGND点からプロテクター基板のGNDにジャンパー線で結線するのマシになりましたが、C6の頭を触ると音は下がりましたがまだ発振音?がします。

初歩的な事なのかも分かりませんが、何か考えられるところがあればお教えください。
よろしくお願いします!!

bunta さん

トラブルシューティングとしては、下記の確認をするのが良いと思います。

1.部品(定数)に間違いがないか
2.部品の実装方向に間違いがないか
3.ハンダ付け(再度ハンダを溶かしてみる)
4.動作中の電圧をみる

ちなみに、VR1は50Ωではなく500Ωです。 ハンダは見た目でついているように見えてもちゃんと付いていないこともあるので、もう一度、溶かしてみるのが良いです。

2台目ということで、うまく動作している1台目と比較してみるのも近道かもしれません。 
正しく動作している時の各所の電圧は下記をご覧下さい。
http://nw-electric.way-nifty.com/blog/2016/02/vfa-01-7768.html

追記です

D2のカソード側で-3.33V
Q11のエミッタ側で-2.7V
Q13のエミッタ側で-2.1V
R20,R21の中点で-1.36V

DCをカットしようとVR2を電圧が下がる方向(何故か時計回り)に回すと終段の電圧が上昇してアッチッチになります。

ブーン音はアースが効いたのか静かになってました。

うーん???

う~ん、難しいですねー。。。

回路図眺めながら部品の配置とテスター片手に抵抗の配置を確認しましたが間違い有りませんでした。

半田の仕直しもしましたが直りません。。。

とりあえずDCオフセット電圧が2V近くあるのでプロテクション基板がONしないので下げる必要が有る為、テンプラ修理ですがR4にパラで1.5KΩを基板裏に半田付けするとかなりクリチカルですがVR2で±10mV内に追い込めました。
が、しかしVR1が全然機能しなくなり2.5mVぐらいの固定になってます。

まあ、とりあえずプロテクション基板がONになり音は出ています。
1号機と比べても当方のボンクラな耳では違いが分からない程綺麗に鳴ってくれています。

発振はしていないようです。
テスト時はACアダプター2個で駆動していましたが、自作電源につなげてみると電圧、電流は15.2Vと0.05Aあたりです。。。
それでもボリュームを上げると結構やかましい程なりますね。

どこかの部品に不良品が混じっているのでしょうかね?
トランジスタの簡易導通チェックぐらいは出来ますが、電気の流れ方がイマイチ解らずちんぷんかんぷんです。

気長にやりますか!

bunta さん

なるほど。どこかのトランジスタが壊れている可能性もありますね。
抵抗やコンデンサは、新品で不良品がまじることは、確率的に少ないと思いますが、半導体は静電気で破壊(半壊れ)したり、半田付けの熱で特性がおかしくなったりすることもあります。

試しに交換してみるなら、トランジスタですかね。 初段のFETも怪しいです。 小さいので半田時に熱が入りやすいからです。


アンプ出力は、10Wあれば普通のご家庭で普通の音量で楽しむ分には十分です。 一部の低能率スピーカーをデッドな部屋で大音量を出そうとしたときは50Wや100Wという出力が必要になります。

たかじんさん

こんにちは。

初段のFETを付けたときにブリッジしたのでフラックスを塗ってハンダごてをあてたときにやっちゃったかもしれないです。
片方だけ壊れたような。。。

秋月でランクがYとGRがありますがGRを購入で良かったのでしょうか?
もうひとつランクが有るようですが、在庫していないようですね

bunta さん

ランクはGRで良いと思います。
付録しているのはBLですが、特性はほぼ変わりません。 

了解しました。

ボチボチ修復していきたいと思います。
修復も楽しみの一つと捉えて!!!

ありがとうございました!!!

たかさん!

色々ご助言を頂き、ありがとうございました!

解決致しました!

VR1が反対動作になるし、R16の両端電圧が0.5Vと-2.5Vと剰りに片寄りすぎでQ9の2SC3423が怪しい。けど、ハンダで熱を加えすぎた覚えもないし。
とりあえず外して、正常動作しているもう片チャンネルのQ9を移設してどうなるか試してみようと思い、先に怪しい方を外してビックリ!!
なんと、反対に付けてあるではないですか!!!

よく人の失敗談を見聞きして、「そんな失敗するかー」って思ったりしましたが、マサに自分の番が来たみたいです。。。トホホ。。。

耐圧の高い部品の所で良かったです。
付け直したら無事に動作してくれました。


>トラブルシューティングとしては、下記の確認をするのが良いと思います。

>1.部品(定数)に間違いがないか
>2.部品の実装方向に間違いがないか
>3.ハンダ付け(再度ハンダを溶かしてみる)
>4.動作中の電圧をみる

最初に頂いた基本中のキの重要性をつくづく認識した次第です!

ありがとうございました!

bunta さん

無事に解決したようで良かったです。

逆方向に電圧を印加したトランジスタは、もどしても本来の特性が得られない、もしくは、忘れた頃に故障することがあります。 近いうちに新品に交換した方が良いと思います。

2SC3423は、裏表が分かりにくいトランジスタと思います。 片方のチャンネルが正常に動作していたのが救いですね。

VFA-01完成しました。 片チャンネルが出来た段階で試聴しましたが、これがなかなか良いので、一気に作ってしまいました。
デジファイ付録のD級パワーで聞いてましたが、比べちゃいけないレベルです(笑)
バイアスは、ヒートシンクがしょぼいので100mA台に抑えてます。 500mA台では強制空冷しないと触れられなくなるんで現状無理です。

すばらしいアンプを提供していただき、ありがとうございます。

はじめまして。当方、このHPを以前から拝見しておりました。VFA-01基板を購入し、部品もようやく集まって
きたので、これから製作するところです。

製作するにあたって、一つ超初心者の質問をお願い致します。2SC2240について、記事や部品表を拝見していて、
GRクラスを想定しているのかなと勝手に推測していたのですが、秋月での購入数制限などもあり、必要数用意
できたのがBLクラスでした。増幅率が変わりますので、他の部品は変えずにBL品を使用することに問題はない
でしょうか。今さらこんな質問は大変失礼とは存じますが、ご教示いただけたら幸いです。

water さん

BLで問題ありません。 BLでも動作確認しております。

たかじんさん

ご返信くださり、ありがとうございます。安心して製作することができます。製作例掲示板で、早く音のインプレッションをご報告できればと思います。お手数をおかけいたしました。

water さん

ありがとうございます。 じっくり組んでみてください。 

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