A1015/C1815フルディスクリート ヘッドホンアンプ

汎用トランジスタの代表格の2SA1015と2SC1815だけを使ったディスクリートアンプです。

おそらく、このトランジスタでここまで音質を突き詰めることはあまりしないでしょう。　なぜなら、世の中にはもっと良いトランジスタが沢山あるからです。　　とは言っても、200個一袋を秋月で買ってしまって、沢山余っているという人もそれなりに多くいると思います。　そんな方々のため、少しでもこのトランジスタの活用方法を広げられればとも思います。

設計コンセプトは下記のような項目で始めました。

１．使用するトランジスタは、2SC1815/2SA1015のみ
　　ローノイズでローコストのトランジスタです。　終段もこの
　　トランジスタで行けるのかは試してみないと分りません。

２．電子工作の範疇であること
　　あまりに複雑過ぎて、だれも作れないような構成にはしない。
　　出来るだけ簡素化。　でも性能も追求。　選別とか面倒な
　　ことをしなくても性能を維持する。
　　ある程度チューニングする余地も残しておく。

３．お金はかけない
　　無駄なお金を使わない反面、頭を少しだけ使おうと思います。

設計にあたり、構成を決めていく部分から定数の決め方、ざっくりとした入出力インピーダンスの計算などを行なってブログに書いてきましたので、少し勉強になりましたでしょうか。　私自身もオーディオ回路から離れて７～８年ほど経ちますので、今回、色々実験してみて改めて良い勉強になったように感じています。　

ただ、当初考えていたよりトランジスタの使用個数が多く、初心者がユニバーサル基板で作るには、少々ハードルが高くなってしまいました。　
アンプ設計に関しては初心者でも、ハンダ付けなどの電子工作はそこそこ数をこなしてきたという方が作るにはちょうど良いと思います。　

音の方は作ってみてご感想をいただければと思います。　　
ある程度は音質の調整もできますので、お使いのヘッドホンと好みに合わせるようなことも可能と思います。

現在 こちらにて 電源部とリレー式保護回路を統合した改良版のプリント基板を頒布しております。　
ユニバーサル基板より格段に作りやすくなっています。

　　

　
トランスは、ざっと探したところ下記のものが見つかりました。

　・春日無線変圧器 　　　B6X6320　6.3V 1.2A x2
　・東栄変成器　　　　　　J631W　6.3V 1A x2
　・トヨデン（TOYOZUMI）　　HT-612　6.3V 1A x2　

AC6.3Vx2巻きのヒータートランスで、どれもEIコアの格安のものです。　

整流ダイオードは、ファーストリカバリかショットキーバリアの方がお薦めです。




　

出力リレー駆動回路です。　　電源ON時のタイマーとDCオフセット検出でリレーを制御します。
R1とR2は33k～47kの方が良いです。 それでもちゃんと検出できることを確認しました。
上の回路はDC12V コイル280Ωのリレーの場合の抵抗値が入っています。　
秋月でもっと駆動電流の少ないものが売っているようですので、そちらの方が無駄な電流が少なくて済みそうです。



　
　
電源とGNDの配線は、このようにすると良いと思います。　　図のようにシャシーに落とすところは１点にします。　
ヘッドホン端子が直接シャシーに落ちる場合は、そこも落として２点アースとします。　それでも問題はないと思います。

---

　　　　　　

■■■■■　　アンプの構成について　　■■■■■

---

　 　

　　こちらがアンプ全体のブロック図です。
　　回路はこのように４つのブロックからなっています。　それぞれの
　　役割を分けて考えると理解しやすいです。
　　また、複雑なテクニックを一切使っていないシンプルな構成で、
　　理解はしやすい部類だと思います。

　
　

■初段　　差動増幅部　　　定電流回路

　　　差動部は、実は音声帯域などの低い周波数ですと、左右でほぼ
　　　同じ電圧が入力されてきます。
　　　ですので、共通エミッタの電位は音声信号と同じだけ振られることになります。　
　　　電圧が振られても、常に一定の電流を流し続けるのが下部の
　　　定電流回路です。　

■２段目　電圧増幅部

　　　初段の差動部で数倍の増幅がありますが、アンプ全体をみると電圧
　　　増幅の殆どはこの2段目の仕事です。　
　　　出力バッファの入力インピーダンスが高ければ、この段だけで50dB
　　　（300倍以上）にも及ぶ電圧増幅度があります。　
　　　そんなに増幅してどうするの？　という疑問はもたいでください。　
　　　NFBをかけて歪みの低減にこの増幅度を食わせるのです。　

■出力バッファ　　電力増幅部

　　　2段目の増幅した信号は、結構なハイ・インピーダンスでそのまま
　　　ではヘッドホンを駆動できません。　　この出力バッファでインピー
　　　ダンス変換を行い低いインピーダンスで出力するようにしています。
　　　30Ωのヘッドホンを50mWまでA級でドライブするために、最終段は
　　　３パラ接続としています。
　　　とても素直な音と発振しにくい特性で使いやすく、当初考えていたより
　　　A1015とC1815は出力段に向いているようです。　　特にベース抵抗
　　　を入れなくても発振しないというのは音質的に有利なポイントです。
　　　ベース抵抗をいれると躍動感が薄れ、楽器までの距離が遠くなり、
　　　やさしい印象にります。

---

　　　　　　　　　■■■■■　　使っている部品について　　■■■■■

---

　

ここで使っている部品について少し説明をしておきます。

■トランジスタ
　　東芝2SA1015/2SC1815　GRランク　選別なし　　
　　Yランクでも問題なく使えますが、さすがにYランクGRランクをごちゃ
　　混ぜで使うのは避けた方がよいでしょう。
　　少なくとも初段の差動TRは同じランクの物を使う必要があると思います。

■抵抗
　　1/4W 5％カーボン抵抗でも問題ないですが、左右のゲイン差を減
　　らすという意味ではNFBの22kと10kは1％の方が望ましいです。　
　　音質を重視するなら金属皮膜抵抗をお薦めいたします。　
　　私も秋月で売っているものを大部分で使用しました。　

　　□最終段の抵抗とバイアスについて
　　　最終段のエミッタ抵抗は10Ωの2パラで5Ω≒4.7Ωで良いと思います。
　　　私もそうしています。
　　　バイアス部の抵抗は、使うダイオードにより抵抗値を調整しないと最終
　　　段のアイドリング電流が流れすぎる可能性もあるので十分注意し
　　　てください。　　4.7Ωくらいから始めて最終段に10～8mA程度流れ
　　　るように調整します。　1N4148以外のダイオードを使うときには特
　　　に注意してください。

■定電流ダイオード
　　２～３mA欲しいのですが、秋月では1mAの物しか無かったため
　　２パラにしました。　　4.7kΩの抵抗１本でも構いません。　
　　その場合は多少、音が変わるかもしれませんが動作に問題ありません。　

■位相補償コンデンサ
　　2段目に入っている47pFとNFBの5ｐFは、できればディップマイカ
　　をお薦めします。その他フィルム系も可。　
　　低誘電率のセラミックコンデンサでも可。　
　　5pFは5～7pFあたり、47pF側は47pF～68pF程度にしてください。　
　　大きく値の違うものを使うのはNGです。
　　初段のエミッタ抵抗が33～47Ω程度いれてあるのであれば47pF
　　側を30pFくらいまで減らしても大丈夫です。

■入力フィルタコンデンサ
　　入力に入っている220pFのコンデンサは、ディップマイカ、マイラ、
　　スチコンがお薦めです。
　　セラミック系はやめておいたほうが無難。　　容量は100～330pF
　　あたりをお好みで入れておきます。
　　ここで音楽信号以外の不要な高周波成分がアンプに入らないよ
　　うにフィルタをしています。

■電源コンデンサ
　　一般品を使用していますが、音響用の方が良いと思います。
　　電源の品質は音質にかなりの影響力を持ちます。　　容量は適当に。
　　少ないとハムが残る可能性が高いです。

■入力カップリングコンデンサ
　　なぜか、一般品の方が無難な音がしました。　黒いミューズ
　　は変なバランスの音がして撃沈しました。　
　　全てのチューニングが終わってから聞き直したら黒いミューズは
　　高域の伸びがすばらしく解像感が高い音がしました。　その代わり
　　少し低域が物足りなくは感じます。　色々試されてはいかがでしょうか。　
　　容量は少なくとも10uF以上は必要です。　47～220uFがお薦め。　

■半固定抵抗
　　初段に入っているDCオフセット調整用の半固定ですが、わりと
　　シビアな調整ですので多回転型のものが良いです。
　　また長持ちさせるにはサーメット型が必須です。
　　調整がシビアだったため並列に330Ωを追加しています。　　
　　秋月の多回転型半固定抵抗は少しバックラッシュが大きいよう
　　ですが、値段が安くてお薦めです。
　　調整は、粗調整を一度行い±1mVにしておき、10～20分くらい
　　経ってからもう一度±1mVに調整します。

■ボリューム
　　できれば16型以上の大きさのものを使います。　意外と9型程度
　　の小さなものをお使いの方が多いですが音の空間表現とかに
　　違いが出ます。　抵抗値は10k～50k。　抵抗値が高いと外来ノイズ
　　を拾いやすくなります。
　
　
　
　

---

　　　　　　　　　■■■■■　　測定結果　　■■■■■

---

　 　

　　負荷抵抗30Ωの特性です。 　　　

　

　

　1ｍW 歪み波形（10mWでも同様の見え方）　

　　100mW歪み波形

　　　　RMAA計測　サウンドカードLOOPBACK　　THD特性
（アンプは通っていません。　これ以下の歪みやノイズは計測できません）

　　RMAA計測　THD特性　　
　　　LOOPBACK時と若干出力ボリュームの位置が変わったためか
　　　50kHzのピークなどに変化がありますが、基本的には50Hz、
　　　100Hz、150Hz、250Hzのハムノイズが増えただけ。　　
　　　簡単にいうと、サウンドカードの性能よりヘッドホンアンプの方
　　　が良くて計測不能ということです。

　RMAA計測　IMD特性　　
　　　インターモジュレーションは-120dB以下に埋もれていて
　　　見えていないことが判ります。
　　　唯一120Hzが60Hzの２次歪みとして計測されている -103dBです。

ちなみにIMDが大量に発生するとこんな波形になります。　（参考まで）

　

　7kHzの上下に60Hz刻みで付随してまとわり付くように歪みが発生しています。

　このHPAは全体的に低ひずみなため元の音楽や雰囲気を阻害し
　にくい音調と思います。　そのため入力カップリングコンデンサの
　カラーレーションが素直にでます。　
　

---

　　　　■■■■■　　音質の調整方法について　　■■■■■

---

　

　　　
　
　
　
■初段の電流値　
　
2段目のエミッタ抵抗の値を変更して、DCオフセットを±5mV以下に再設定することで初段の電流値を変更します。
僅かな電流の変化で、大きく音質が変わりますので、まずはココで調整します。　

　2段目のエミッタ抵抗　　270　　　330　　　390　　　470　　　560　

　初段の電流値　　　1.0　　　　1.1　　　1.3　　　 1.5　　 　1.7　mA（片側）

　低域　　　　　　　　　　　　　あっさり＜－－－－－－－－＞こってり
　

■初段のエミッタ抵抗の値

　エミッタ抵抗　　0　　　10　　22　　33　　　47　　　68　　　100　　
　
　ノイズ量　　　　少ない＜－－－－－－－－－－－＞やや多い
　
　音質　　　　　　ゆったり＜－－－－－－－－－－－＞にぎやか
　
　
　
この２つのパラメータを変更して好みの音質へと調整してください。　
私のヘッドホンですと初段「68Ω」、２段目「220Ω」でほど良い音質が得られました。
入力カップリングコンデンサをMUSEに変更すると、ガラッと音の印象が変わり、初段「0Ω」、２段目「470～560Ω」
あたりで好みの音質となりました。　さわやかで、響きが美しく残響音が消えていく瞬間がすばらしいです。　

初段電流を小さくして可変抵抗で調整できないところまで行った場合には、並列の330Ωを
470Ω程度に変更するか、外してください。

10Ω前後の低インピーダンスで高能率のヘッドホンでは「サー」というノイズが聞こえるかもしれません。
気になるようでしたら、出力に直列に10～22Ω程度の抵抗を追加してください。　


2012-10-8 　 追記
その後、初段の差動トランジスタのみ2SC2240へと交換してみました。　最初はそんなにノイズが減らないな。
と思っていたのですが、１～２日ほどエージングすると明らかにノイズが少なくなりました。
しかも、低音がたっぷりで量感があり中域は艶やかでボーカルの表現力が増しました。 　これは低音マニアでロックを聴く方にはおススメです。　　腹の底に響き渡るような重低音とド派手ななりっぷりの良さにはシビレます。

抵抗は、エージングで音のにぎやかさが変化するので、抵抗値を変更したあと1日くらいは通電してから 判断した方がよいようです。

---

　　■■■■　　初段トランジスタ　　一言レビュー　　■■■■

---

　
2SC1815
・割とローノイズ
・オーディオ用
・ローコスト

一言レビュー　やや大味だが元気いっぱいで前面に押し出す力がある


2SC2240
・超ローノイズ
・オーディオ用
・高耐圧

一言レビュー　滑らかでゆったりしているが、解像感が高く響きもきれい　躍動感も抜群


2SK30ATM
・ローノイズ
・オーディオ用
・中gm（min.1.2mS）

一言レビュー　低音の量感たっぷりで聴き心地のよい音　しかも安心感がある


2SK170
・超ローノイズ
・オーディオ用
・高gm（typ.22mS）
・MCヘッドアンプ初段に最適

一言レビュー　ちょっと高級オーディオ的な響きで落ち着いた雰囲気


MPSA18　Onセミ
・超ローノイズ
・オーディオ用
・高hFE（500-1500）

一言レビュー　帯域が広くフラット　やけに密度の高い音で楽器の数が増えたような印象


BC550C　フェアチャイルド
・ローノイズ
・オーディオ用
・ローコスト
・高fT（250MHz）

一言レビュー　ぶ厚く暖かく、そして滑らかな音　往年のマランツ機のような雰囲気
　

個人的に気に入ったものは下記

■2SC2240　/　BC550C
　滑らかさとゆったりさが同居しつつ情報量も結構ある。残響音
　も綺麗で広がり感が良い。
　何といっても躍動感・グルーブ感は、もう抜群で、楽器のすぐそば
　でノリノリで聞いているかのようです。
　クラッシックからジャズ、フュージョン、ロック、女性ボーカルまで何でもOK。　
　万人受けタイプというのでしょうか。 　
　BC550Cはやや低域が暖かいけど似たような傾向でC2240に迫る音質。
　高域の透明感と響きの滑らかさはむしろC2240より上手かもしれない。
　
　
■MPSA18
　ちょっと硬質・ハイスピード系ですが曲によってハマる。　ちょっと
　古いiPodなど大人しい
　音質のソースで物足りないと感じるものを元気にしてくれる。
　派手めなキャラクタで演出性は強いけど、全く嫌味ではない。　
　MP3音源・ロック・ポップ・アニソン向きだと思う。　特に優良録音
　ではないソースに良く効く。
　原音忠実再生とは方向性が違う。　
　でも、やっぱ音楽はこうでなくちゃ！　と考えさせられる逸品。
　
　
初段TRは影響力があるので、色々試してみると面白いです。

ちなみにFETは、多少のIDSS選別が必要です。 ±１０％くらいに
選別しておかないとDCオフセットが調整しきれない場合があります。



チェンジニアって楽しい

　
　

---

　　　　　　　　　　　■■■■■　　ブログ記事　一覧　　■■■■■

---

　

新企画 A1015/C1815 フルディスクリート ヘッドホンアンプ

アンプ全体の構成を考える　　アンプの電源構成を考える

初段の設計（１）　　初段の設計（２）　　初段の設計（３）　　初段の設計（４）　　初段の設計（５）

２段目の設計　　出力段の設計（１）　　出力段の設計（２）　　出力段の設計（３）
　　出力段の設計（４）　　出力段の設計（５）　　出力段の設計（番外編）

全体をつなげてみる（１）　　全体をつなげてみる（２）　　シーマン回路ではなく。

基板レイアウト案　　抵抗の定数の決め方　　電源部の回路　　製作開始　　とりあえず試聴開始

改善案（１）　　改善案（２）　　改善案（３）　　歪みを測ってみました　　バランス　　エミッタ抵抗の効能

初段のチューニング　　初段のチューニング（２）　　電源の見直し２　　見て見ぬふり　　出力段の調整
オーソドックス　　完成としましょう
　
アンプのリレー式保護回路　

---