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ぺるけ式HPAの改造と調整

ぺるけ式ヘッドホンアンプのの改造項目まとめです。
              
                         2012/11/12 改定  Version 3 対応
 

DC12V版 Ver.2 をベースにしています。 Version3Version1 のDC12V版や
AC100V版、理解しながら作るヘッドホン・アンプにも適応できると思います。
 
 
 
■はじめに

 この改造は、ぺるけさんのFET差動ヘッドホンアンプの本来の音質を得るための調整テクニックと、60Ωを大きく下回る低インピーダンスのヘッドホンを十分にドライブするための改造です。
  
 たまたま私の気に入っているヘッドホン2本が30Ωと16Ωで、多少不満が出てしまったためトランジスタの動作電流を少し調整しました。  また、ぺるけさんの所で配布している半導体セット以外で集めたトランジスタを使っている場合、ぺるけさんが設計した本来の動作点からズレている可能性があります。 要因は、DCを帰還していない回路構成やVbeやhfeのバラつきなどが考えられます。  抵抗値をちょっと変えてやるだけで、本来の性能を発揮できるので組んでみたは良いけど、何となくパッとしないと思っている方は、チェックしてみてください。

  
 お手軽に音質向上を目指すのであれば、電解コンデンサ/抵抗をオーディオ向けの高級な物に交換、電源アダプタも低ノイズ品を使用、A1015/C1815を  A970/C2240などへと交換するのが手っ取り早いです。  そういった部品交換で  本来以上の音質を得られるようになる可能性を秘めています。 

  
 以下は、部品に頼らず音質を向上、もしくは、本来の音質を得る手法について書いています。
 部品に頼った音質変更は、ぺるけ式の本分ではありません。 ご了承ください。
  
  
Kai1pattern

1.ダイヤモンドバッファのアイドリング電流増加と出力の低インピーダンス化

当初24mAだったアイドリング電流を、前段82Ω->22Ω、終段10Ω->2.7Ωとすることで35~40mAと増加。 出力インピーダンスも下がって、ドライブ能力は増します。
最終段のトランジスタの温度は少しだけ上がって、40℃程度。 これで30Ωのヘッドホンは、だいたい問題無くドライブできるかと思います。 もっと低インピーダンスのヘッドホンをお使いでしたら、前段・終段エミッター抵抗を少しづつ下げていきます。 終段は1Ω程度までは大丈夫という実験結果もあるようですが、自己責任で。

2.電源のリップルフィルタ抵抗(33Ω)のバイパス

なんとなく馬力がない、ボーカル領域が引っ込んでいるというのは、これのせいでした。 
真空管アンプでは、わりと高抵抗(100~1K、5Kなど)を電源に入れて、電圧降下とともにリップルをフィルタリングする手法をとることが多いのですが、実は、半導体アンプでは、殆ど見かけません。

理由は定かではないのですが、電源インピーダンスが上がってしまうと、音質に影響が出やすいのかもしれません。  そのために、高価な電解コンデンサを投入するのも、なんだか気が引けますので・・・   ぺるけ式HPAの良い所として、特別な部品を使わないという趣旨は正しいと思うし、私も大賛成です。

ということで、33Ωはバイパスして、電源インピーダンスの低下を図ります。
この抵抗値を10Ωとして音質調整をされたという報告もありました。  そういう手法もアリですね。  ぺるけさんもVer.3で27Ωと調整されているようです。 さらに前段の4.7Ωは1mHのインダクタへと変更されています。 こちらも良い案と思います。

 
3.ヘッドホンGNDリターンを、電源デカップリングコンデンサへ直接戻す

左右に分かれてるデカップリングコンデンサのマイナス端子同士を、配線で直結し、そのセンターへヘッドホンのGND線をつなぐ。 これで、ヘッドホンに流れて戻ってきた電流は、増幅部へ邪魔をせずにデカップリングコンデンサへと戻ります。
実際の音質は、わずかに、濁りみたいなのがとれて大音量時の残響音がきれいに広がるようになったと感じました。  が、思ったほどの効果はありませんでした。
2.の改造と合わせて、チャンネルセパレーションはデカップリングが独立していた方が良さそうなものですが、こちらの方が、よく広がるように聴こえるのは面白い現象です。
 
GNDが共通のヘッドホンでは電源を独立させる効果は殆どない上に、抵抗を入れて 電源インピーダンスが上がってしまうデメリットの方が目立つ状態になっていたのかもしれません。

4.ヘッドホン出力の部分に10Ωを直列に挿入する

MDR-CD3000のみ、大音量にすると高域のうるささがあったので、こういった対策になりました。
50mmという大口径のドライバユニットゆえに、大きな逆起電力が帰ってきていたのかもしれません。 最終段の2.7Ω//2.7Ω に対して約7倍の10Ωという抵抗を入れることで、逆起電力を最終段で吸収しやすくなるかと思います。 今回は、元エミッタ抵抗から外した10Ωを使いました。
お使いのヘッドホンで高域のうるささを感じないのであれば、直列に10Ωを入れる必要はありません。

5.ダイヤモンドバッファの入力へ100Ωを挿入(発振止め)

Ver.2/3のラグ端子の実態配線図は、初段の出力と、ダイヤモンドバッファの入力までの距離が離れてしまっています。(DC12V Ver.1とAC100V版の配線図では近いです。)

そのためか、たまたま私が使ったトランジスタのhfeが高かったためか、片方のチャンネルが発振していました。  発振を確認できる手段を持っていない人は、安全をみて100Ω程度いれて置いたほうが良いと思います。
  
ただ、この抵抗値を入れると、わずかに音がくすんで遠くなりますので、発振していないことが確認できる方は入れない方が良いと思います。
  
※) 終段のアイドリング電流が35~40mA程度なのに、手で触って「アチッっ」と思うほどの温度(50℃以上)なら発振している可能性があります。
  
  
  
■最後に動作電圧の確認
 
Kai2pattern

改造している、いないかに関わらず、ダイヤモンドバッファ部のDC電圧を確認してみましょう。
電源電圧のちょうど半分になっているのが理想です。
 0.1V以内であれば、問題ありません。 
電圧のズレがなくなるとストレスのない凛とした聴きやすい本来の響きになります。
Ver.3で電源電圧が15Vとなりましたが、B電圧のセンターに設定するのは同じです。
 

  電源を入れてから2~3分後に測ります。
  0.1V程度は電圧が変化しますが、そこは誤差と考えて良いと思います。

それ以上電圧がシフトしているときには、定電流源の160Ωを調整します。

  電圧が高いとき、160Ωの抵抗値を下げる。
  電圧が低いとき、160Ωの抵抗値を上げる。

私の場合、120+22(直列接続)=142Ωで、ほぼセンターになりました。

  抵抗を買ってくる場合、抵抗値を下げるときは、
     120Ω+ (15Ω、18Ω、22Ω、27Ω、33Ω) あたりが揃えば調整可能と思います。

  抵抗値を上げる場合は、4.7Ω、10Ω、15Ωあたりを160Ωと直列に接続します。

左右で最適な抵抗値が異なるようなことになっても、抵抗値を合わせたいという気持ちをぐっとおさえてセンター電圧優先にします。

ちなみに、半固定抵抗などの可変抵抗で調整するのは避けた方が無難です。 
理由は、流れる電流が4mA以上と大きく可変抵抗の信頼性や寿命に問題が生じる可能性
が高いからです。

よく教科書的な本で、差動回路の共通エミッタ(共通ソース)に半固定抵抗をいれてある回路図を見かけますが、電流が多い場合にはやめておいた方が良いです。 (サーメット型は強いと言われていますが、固定抵抗に比べると故障率は高いですし音質的な面でも不利になります。)

個人的に、半固定抵抗反対派だというだけです。 が、電流を流す部分に半固定をいれると環境にもよりますが、10年持たないケースを沢山見てきました。

「どうしても」という時だけ入れます。 そして万が一、半固定の摺動子が不良になっても、回路が安全な方向になるように設計しておかなくては、火災などの重大事故を引き起こす可能性があります。

 
 


 

■ここからは、お好みで。

Kai4pattern

 

1.アンプ入力の高域フィルタ追加

100pFから330pFまでのディップマイカや小型フィルム系のコンデンサで可聴帯域外の不要なノイズを落としておきます。  おおよそ100kHzで-3dBから300kHzで-3dB程度。
ボリュームの位置に左右されるので、お好みで入れておきます。
  
このフィルタを入れるのと入れないのとでは、スピーカーで聴くとわずかにザラつきが取れて滑らかさが増す程度の違いですが、私のヘッドホンでは違いを感じ取れませんでした。

※)使ってはならないコンデンサがあります。 セラミック系コンデンサは完全NGです。

2.定電流回路にコンデンサ挿入

定電流回路の外部要因(電源電圧変動や外来ノイズ)からの影響をなるべく排除しておきます。

実は初段の定電流回路の完成度は音質へ深く関与していますので、可能な限りの技を 尽くしておくべきです。

電解コンデンサではなく、フィルムコンデンサで0.1uF程度からでも効果はあるはずです。
上部10kΩの熱雑音を吸収し、回路インピーダンスが下がり外来ノイズの飛び込みを低減できます。 かかる電圧は1.2~1.5V程度と低いのでOSコンなども使えます。
  
  こちらも、音質的な変化は、好みの問題という程度でした。
  => 終段を2SA1859/2SC4883に交換してアイドリング電流を50mA
      以上に設定した場合、100uFの電解コンデンサでそれなりの
      効果を確認できました。 
      といいますかここにコンデンサを入れないと不快な音になります。

  
3.C電源のデカップリング容量増大

見落としていました。 Ver.2では+電源のデカップリング2200uFが2個で合計4400uFもあるのに、-電源のデカップリングは1000uFしかありません。 
ヘッドホンへの電流供給という意味では、ダイヤモンドバッファが組んである+側だけあれば問題ないように見えますから、私もそれで大丈夫だろうと思っていました。  ところが-電源のデカップリング容量を倍増したところ、効果テキメンでした。  良く考えてみれば単電源で駆動していますから+側へ流れた電流はダイオード2直列 (Ver.3では3直列)を通って全てC電源ラインへ流れ込んでいます。 ですからC電源だけ少ないデカップリングで済ませているのは少々難があったのかも知れません。  
 
 

  それでは、ぺるけ式HPAで好きな音楽を満喫しましょう。
 



 

友人からオーディオアナライザを借りてきたので、測定してみました。
負荷抵抗は30Ω  最終段アイドリング60mA設定時です。

Peruke_thd

 

Peruke_freq

オシロスコープで見ていて、はっきりとクリップし始めるのは約80mWあたりです。

S/N比は 102dB(A-WAIT、0.5Vrms)PC用12V 5Aアダプタ ・・・ 秋月アダプタだとノイズが多く88dBでした。

音を聴いている限りでは、この2つのアダプタで差は殆ど感じられません。
  =>最終段を2SA1859/2SC4883に交換すると、電源アダプタの差ははっきりと感じられました。
  秋月アダプターでは、透明感がなく女性ボーカルがうるさく感じます。
 

 最終段がA1358/C3421だと電源事情もマスクして、なんとなく優しく包み込むような音が でますが、いろいろと失っている音があるようです。 これは一般グレード電解コンデンサにも同じことが言えます。 部品交換などしていると、そういう事がだんだんと判って来ました。

 余裕がある方は、部品の種類による音質の差異を経験してみるのも良い勉強になるかと思います。 オーディオグレートと言っても秋月電子で安価に売っている黒いミューズとか千石で売っている東信の銀色のとか、そのくらいで十分です。 このアンプの良いところとして、ラグ端子を使っているために部品の交換が、とても簡単に行なえる(メンテナンス性が素晴らしく良い)というのもあります。  

 
 



 

電源ハムノイズ対策
秋月のスイッチングアダプタでもノイズが聞こえないようにする方法

New6pattern_den2

追加部品は、1kΩ(1/4W 5%) 2SC3421 だけです。

1.LED用の1.5kの位置を変える。

2.もとの4.7Ωをハズして、その下側 1000uF(+側)へのバイパス線もハズす。

3.+12Vから1000uF(+側)へ1kΩをつける。

4.2SC3421をつける。  ちょっと足の曲げ方を工夫すれば安定て付けられます。
  上の図ですと E と B が見えにくいですが、型番が見えるようにしたとき左から「E」「C」「B」です。

たったこれだけで、もとの1000uFを強力なリップルフィルタとして活用できますから、相当ノイズが落ちます。

音質も変わってしまうので、お好みでどうぞ。
 
 
  


 ■アイドリング電流の測り方

 New5schematic2
 
  このように最終段エミッタ抵抗の両端の電圧を測ります。 抵抗値、電圧、電流の関係は オームの法則が成り立ちますから、抵抗値とその両端の電圧がわかると、流れている電流が分かるという仕組みです。
 
    V = I・R   ですから、 I = V/R  = 0.25V / 10Ω = 25mA
  という具合です。
 
 
 



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コメント

こんばんは。名無し@そろそろHN考えたほうがいいのかも…です。

ぺるけ式の改造箇所として一箇所考えてみました。
ご意見いただければと思い書き込みます。

やることは単純。DACとぺるけアンプでインピーダンス整合を取る。
具体的にはボリュームを、”減衰率が違うT型アッテネータを切り替え可能なロータリースイッチ”で代用するというものです。

狙いはマッチングによる伝送電力の最大化と反射波による減衰をなくす事です。

問題は20kHzという低周波でにおいて反射波の影響をなくすことに意味があるのかという疑問と、「ロー出しハイ受け」を崩すことによるDAC側の負荷増大→故障の可能性でしょうか。

計測していないので定かではありませんが、
私はDENONのDMD-2000ALをDACとしているため出力インピーダンスが100Ω~1kΩ程度、ぺるけアンプもボリュームの抵抗分を除けば入力インピーダンス数kΩ程度と予想されますので、極端な減衰もなくマッチングが可能と予想しているのですが…

とりあえず、ON/OFF法でプレーヤーの出力インピーダンスを計測するところから始めようかと思います。

こんばんは。

AF帯域でのインピーダンスマッチングは、基本的にはいらないことになっています。
ロー出し、ハイ受けで問題ないと考えていますが、あまりに高いとキンキンした音になって、聴きにくく
なってくるかもしれません。

DACの出力段に使っているオペアンプやバッファにも最適な負荷というのがあって、数KΩから数十KΩで
受ける抵抗値を振って好み音質の抵抗値にするのが良いと思います。  
抵抗が小さすぎると(100Ωとかショートなど)故障の原因になる可能性はあります。 少なくとも
寿命をちじめる行為であることは確かです。


ちなみにぺるけ式はボリュームと470kΩ抵抗を除くと数MΩという、極端に高いインピーダンスに
なると思います。  ゲートに入れてある4.7kの抵抗は、発振止めです。


こんばんは名無しです。

結局この前のロータリースイッチは直列式のアッテネーターにすることを持って妥協点としました。
原理的にギャングエラーが消えるし、可変抵抗の音質劣化よりは幾分マシになったことでしょう。

さて、スイッチングアダプタノイズの除去法について拝見させていただきました。
ベース電圧のリップルを除去した物を増幅することでコレクタエミッタ間電圧のリップルを除去することが目的だと解釈しております。

ここで質問なのですが、手順で取り外している4.7Ωはラッシュカレント防止用の電流制限抵抗だったと記憶しております。
現在私の手元にあるアンプはデカップリング・カップリングコンデンサの容量追加を行なっており、またここで紹介されている定電流回路のリップル除去にも2200μFを突っ込んでいるため、合計25200μFもの物量投入をしています。

この状態で電流制限抵抗を1Ωまで下げてもスイッチは焼けないことがわかっていますが、
トランジスタのオン抵抗(コンマ数Ω)でラッシュカレントは抑えられるものでしょうか?

もしもダメで電流制限抵抗を加えるとしたらコレクタ抵抗に1Ωという形になると思うのですがあってますか?

質問ばかりで申し訳ありませんが、ご教授いただければ幸いです。

こんにちは。

ロータリースイッチ式アッテネーターは、高級機で採用されてきた最高品質のボリュームと
なりますので、これ以上は望むものはないという所まで来ていますね。 素晴らしいです。

1石リップルフィルタですが、こちらも昔からある回路です。 ベースとGND間に入れてある1000uFに
低電圧ダイオードをパラってつければ、簡易型の電圧レギュレータにもなりますが、今回は定電圧
が目的ではないため、電圧ロスが少ない1kΩと1000uFだけのリップルフィルタとしました。
この時定数が、約1秒。(2200uFなら2秒)  ゆっくりと電圧が立ち上がりますので、インラッシュカレント
(突入電流)は、4.7Ω一発よりずっと抑えられています。

音もかなり変わってしまいますので、試してみてダメなら戻すというのが良いと思います。
もっと大電流が流せるトランジスタの方が理想的です。 本当は5A品くらいが欲しいところです。

Q3Q4は負帰還タイプのCCSですからQ4のコレクタに大きなコンデンサを入れるとQ4の意味がなくなってしまうのではありませんか

bitstream さん こんばんは

さすが、鋭いですね。 ここにコンデンサを入れると、仰るとおり帰還帯域が絶望的に狭くなります。
非常に低い周波数でしか制御できない状態=すばやい電源電圧変動について行けない=電源ノイズ・変動に無関心になる
そんなテキトーな定電流回路に成り下がります。 

ですのでコンデンサを入れる、入れないは、音を聴いてみて気に入ったほうになさると良いと思います。

はじめまして

FET差動ヘッドホンアンプを作成したものの、ハイファイすぎて耳が痛かったのですが、ここの改造をすると
まるで別物のアンプになりました。  音量を上げても耳が痛くならないですし、女性ボーカルが前面にでてきて表情がとても豊かになりました。

今は、本当にぺるけ式をつくって良かったと思います。

ありがとうございました。

こんばんは saikaさん 

ご使用になるヘッドホンによるところがあるのかもしれません。 私の持っているヘッドホンでも同様に
当初きつい音だったので、少しづつ手をいれていきました。  ダイヤモンドバッファのセンター電圧が
ずれているときに特にそういう傾向が強かったように思います。  たった0.3Vの電圧でこれだけ音が
変わるというのも経験したことがありませんでしたが、単純な回路構成だからこそ、影響力が大きいの
かもしれないと、今は思います。

ボーカルものを引っ込ませないというのは、私の個人的な好みでのチューニングです。 
気に入っていただけて良かったです。
 
ではでは、良いお年を

私が自作したペルケ式は1ヶ月ほどエージングしても、音量を上げるとどうにも聴き疲れのある音調でした。
出力の電解コンデンサを高級なものに変更すると、更に聞きにくく耳が痛い音になってしまい自作の限界を感じて、そこから半年間放置していました。 

別のヘッドホンアンプを自作するか、メーカー製のアンプを購入するか迷っていたのです。

昨日、試しに、たかじんさんの改造を施したところ、びっくりするほど落ち着いた音になって感激しています。
改造は「1」「2」「3」「4」とお好みの方の「3」だけです。

たったこれだけの改造で、劇的改善です。
このような情報を提供して頂きまして本当にありがとうございました。

memty さん

ヘッドホンによって高域がきつく聞こえることもあるぺるけ式ですが、
ちょっとしたことでその欠点を目立たなくすることができます。 これも
ディスクリートの良い所ですね。

ぺるけさんは、出力のコンデンサで高域のキツさを上手くマスクしている
ようですから、オーディオ用コンデンサに変更することで更に悪化する可能性
もあります。

この改造、大音量でチューニングしているので、一般的な使い方とは少し
違ったところがあるかもしれません。 気に入っていただけたようで何よりです。

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