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A47式ヘッドホンアンプ 日本語解説

A47ことApheared's 47 Amplifier

Aphearedさんという方が作ったアンプで、Chu Moyさんのポケットヘッドホンアンプに電流ブーストを 加えた構成になっています。

と言っても、1つのオペアンプ回路で増幅した信号と、もうひとつのユニティゲインオペアンプとを抵抗でミックス しているというシンプルな構成です。

Burr-Brown's AB-051 application note(OPA2604 Audio Opamp.)を参考にしたとのこと。 
現在はOPA2604のデータシートの12ページ目にその回路が載っています。

Aph_47b

Gradoというヘッドホンを対象に作ったと書いています。 鳴らしにくいヘッドホンなのでしょうか。 またLEDメータやアナログVUメーターも付くバージョンがあって、なかなか愛敬のあるヘッドホンアンプです。

バーブラウンのアプリケーションノートでは出力抵抗が51Ωとなっている部分を47Ωに置き換えたところから「47」の名称がついたらしいです。

この電流ブースト、ayumiさんのChuMoyとA47比較ページでは、歪み率や、出力の大きさには あまり違いがないようなことを言われていますが、私は、音を聴くと結構ちがうんじゃないかと思います。  10kHzの歪みは違うので、ここら辺がキーとなりそうです。

また、静特性では違いが出せなくても、出力インピーダンスは確実に下がっているはずで、出力電流は 1/2に分担されるため、出力バッファ部のAクラス領域が見かけ上2倍ほど広くなっていると思われます。

音声帯域外の高域、数100kHz以上では、おそらく1段アンプ部と2段アンプ部の位相がズレていって、 何らかの悪影響があるかもしれませんが、とりあえずは耳に聞こえない領域での話ですから気にしなくても良いのかもしれませんね。  
バーブランウンのアプリケーションノートが元になっているから大丈夫だろうという安心感があります。

A47式ヘッドホンアンプは、みなさん好みで気に入ったオペアンプを使うという楽しみが
あって、自作ならではの趣味性の高さ、それと作りやすさが人気の理由なのかもしれません。

How to build the Apheared 47 Headphone amplifier for Grado Headphones
こちらは、カナダのベンジャミンさん。 電源部に一工夫あるA47のようです。 丸いミント缶が素敵です。
やはりGradoヘッドホンを対象にしています。 気になりますね。 ぜひ聴いてみたいです。

With_grados
 
 


 

A47のゲインの決め方で検索をかけている人が多いようですので、簡単に説明しようと思います。
これは、A47に限らず、オペアンプ全般に言える法則のようなものです。
覚えておくと便利ですよ。

Aph_47b

再び、この回路図に登場してもらいました。 仕上がりゲインを決定している抵抗は、4.7kと10kの抵抗です。

オペアンプの非反転増幅の基本で、この2つの抵抗をNFB(負帰還/NEGATIVE FEED BACK)抵抗と呼びます。

  ゲイン= (4.7k+10k) ÷ 4.7k  =  3.1倍 となります。
 
抵抗の値を変更して、必要なゲインにすることができます。 
ヘッドホンアンプとしては2から5倍程度のゲインが使いやすいと思います。(例えばマイクアンプ等では500倍とかにします)

NFB抵抗の数値の範囲ですが、通常は1kから100k程度の値を使います。
それ以上小さい値だと、オペアンプの出力に対して負荷が重くなりますし、逆に抵抗値が高すぎるとノイズが多くなり、S/N比が悪化します。

また、本来はオペアンプの+入力端子と-入力端子から見た抵抗値を同一にしておかないと、出力にオフセット電圧が現れるとかありますが、まあ、ヘッドホンアンプに使うのであれば、多少は目をつぶっても良いと思います。

テスターでお使いのヘッドホンの直流抵抗を測ってみて、たとえば30Ω程度なら、10mVのオフセットがあっても

  
   流れる電流は 10mV÷30Ω =  0.33mA

   電力にすると  10mV^2÷30Ω =  0.003mW    

となります。 まったく問題ないレベルと思います。 

あと、ひとつだけ注意点があります。
この回路図のままオペアンプを交換しますと、高域にピークが生じたり、最悪、発振する可能性があります。

オペアンプ交換を楽しむのであれば、安全をみてフィードバックを47Ωの合成後から戻すのではなく、 オペアンプの1ピン端子から戻すようにした方が良いと思います。 

これにより、47Ωの抵抗がNFBループ外に出ますので、若干歪み特性は悪化するはずです。  ただ、音への影響という意味ではピークが生じている方が酷い結果と思います。
 
修正した回路図はこちらです。

 
Aph_47b

  
抵抗値などを変更したのは、JFET入力ではないオペアンプに交換しても出力に大きなオフセットが出ないようにするための措置です。 

  4.7k//10k = 3.197kなので、3.2k に近いほうがよりオフセットが小さくできます。

例えば、3.0k+ 200 を直列にして3.20kにするとか、どうせ2本の抵抗を使うのであれば、そのまま4.7k//10k としてしまう手もあります。

「//」という表現は、並列接続という意味で、よく使われます。
 
 

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コメント

おいおいアンプのIN は+が上で、-が下だぞ。
また、勝手な解釈でJISを曲げる。反日か?
在日だったら国に帰れ。
特に中国人は天邪鬼の様に、日本の常識の逆を書きたがる。

まじめに答えるのもどうかと思ったのですが、上の回路図はAphearedさんが書いたものをそのまま紹介しています。 バーブラウンの回路図が、そういう表記なんでしょうね。 

JISの記号表記とは、面白い着目点です。 ちょっと新鮮でした。

そもそもJISは世界標準ではないですし、別に国内の人達も全てを守っているわけでもない。 見やすいように書く。 それだけですね。 MJ無線と実験には国内メーカーの回路図が略図で載ることも多いので参考にしてはいかがでしょうか。 サービスマニュアルをweb検索するのもアリでしょう。 色んな回路図を見ることができます。 
まあ、OPAMPを三角で表現するとか、そういう部分は守っているように思います。 上の回路図は抵抗が四角ですね・・・ 

ご存知かと思いますが、真空管アンプでは、電源を回路の下側から入れるように書くことが多く、半導体の回路は上から入れるように書くことが多いです。 (ともに片電源の場合です)  記号単体より、信号や電気の流れを表す部分の違いは、私も疑問に思います。

またRF屋とAF屋でも書き方が違いますよね。 それぞれの流儀という感じでしょうか。 デジタル屋は、なんでもアリって回路です。 大きな四角に、pinを出して、そこにノードネームを書くだけ。 そういう回路図が10枚つづりとか、接続を把握するのが大変です。 

http://www.designspark.com/jpn/knowledge-item/raspberry-pi-model-b-schematics-revision-2
これは、わかり易い、良い回路図だと思いました。 (Raspberry Piの回路図)

http://elinux.org/Beagleboard:BeagleBoneBlack#Hardware_Files
こちらは、BeagleBone Blackの回路。  似てるけど、なぜか見通しが悪い。 

抵抗が四角なのはむしろ今は標準ですよ〜
ネットにはグニグニ記号が多いけど、慣れないです

CADで簡略化するときは四角なのかもしれませんね。 ただ、イマドキのラズベリーパイもビーグルボーンも、標準的な抵抗表記です。  私の周りでも未だ多いです。 NM型抵抗なんて、元から四角で書いていると判別できなくて不便になってしまうでしょうし。

ひどいのは、配線の交点に点を打たないとか、交点が小さくてコピーすると見えなくなってしまう図ですね。 Uの字で避ける表記は近年、殆んど見なくなってしまったけど、海外の回路図では、交点の前に45度曲げてBUS接続のようにするなどの工夫があって、なるほどなって思うことがあります。

近年のCADでは、どうとでも入力できますから、見る人の立場になって描くというのがトレンドなのかもしれませんね。

抵抗の記号が変わったことについて調べてみたら、どうやら原因はJIS自体の規格が、国際規格準拠になったためですね。
そう考えると海外では四角形で表記するのは昔からあったのでしょうかね?

ですね。 10年くらい前からIECを基準にするようになりました。
でも私が知る限りでは外国の古い回路図もギザギザ抵抗なんですよね。
どこで四角が流行って国際規格に取り込まれるまで発展したのだろうと不思議に思います。 

https://www.mhi.co.jp/aircon/news/pdf/061215-jis.pdf
このように会社で強制的に、新回路記号を使うようにしているところもあるようです。
まあ、これは規格が変更になった後の話ですが。。。

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