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Pure Digital Audio

デジタルオーディオ、ホーンスピーカー、真空管アンプによるピュアオーディオシステム

直感アンプ塾: 真空管アンプ回路設計の心

いろいろ本やWebで真空管アンプの基礎を学ぼうと思って調べてみたが、どうも知りたい基礎知識が得られないように感じている。真空管自体の増幅の原理と応用回路例は結構詳しく書いてあるが、肝心の回路の基礎原理がさらっと書いてあるので、”真空管アンプ回路設計の心”が判らない。

仕方ないので、自分で”真空管アンプ回路設計の心”を考えてみた。

例えば、真空管1個によるアンプにも下図のように3種類ある。

この3種のアンプは色々な所に形を変えて出てくる。ムラード型のドライブ段(位相反転段)もこの3つ目の回路の変形と言えると思う。

増幅回路3種3

実際に、真空管パワーアンプを設計するとなると、増幅率と駆動インピーダンスなどの関係で3段になるのが一般的だと思うが、カソード接地型の増幅回路は1段目には使うが2段目には使われない。

mullard-circuit6.gif

その理由を考えるため、まずパワーアンプの増幅率配分を考えると、

  初段:25倍  ドライブ段:5倍  出力段:3倍   合計:375倍
  出力トランス: 1/25
  NFB: 1/2
  アンプトータル:7.5倍

位だと思う。10Wの出力を出すには、9Vくらいの出力電圧が必要だから、初段の入力は1.2V程度が必要で、ドライブ段の入力電圧は数十ボルトになる。

これを前提で考えると、いろいろ見えてくる。

カソード接地型の増幅回路はグリッド電圧が±数V位の範囲で使うアンプであって、それ以上(数十ボルト)の入力電圧をグリッドに加えることは出来ない。(もし加えるとグリッド電圧がプラスの領域に入っていまい、大変まずいことになる)

6DJ8-load8.gif

上図を見るとグリッドに数ボルト以上の電圧がかけられない理由は判る。

プッシュプル型のアンプはほとんどの場合、ドライブ段はムラード型かPK分割型になっているようだが、単に位相反転のためにそうなっていると説明されているが、実際はもう一つ重要な役割として耐入力の大きさが上げられるはずだ。

要するに増幅率が足りないからと言って、カソード接地型の増幅回路を2段繋いで使うことは出来ない。なぜなら2段目の入力も±数V位の耐入力しか持たないから。

そこで登場するのが、カソードフォロワー回路やPK分割回路だと思う。

カソードフォロワー回路の原理は簡単に言うと、

  ”大きな信号入力があるとそれに比例してプレート電流が増えるが、カソードに入った大きな抵抗により
  カソード電位が上昇(フォロー)し、ほど良いグリッド-カソード間電位に落ち着く”

カソード電位がグリッド入力をフォローする回路と言えると思う。それにより大きなグリッド入力電圧があってもグリッド-カソード間電位は数ボルトに落ち着き、アンプが正常に動作する。カソードに100%の電流帰還をかけているとも言えると思う。

カソードフォロワー回路は残念ながら増幅能力は無いが、大きな入力(例えば±25Vとか)をグリッドに加えることが出来、かつ出力インピーダンスが低い。出力が真空管のみを通じて電源に繋がっているから、出力インピーダンスは低い(真空管の内部抵抗の数キロΩだろう)のでノイズにも強い。電流帰還もかかっているので安定度も良いし音が良いとも言えるのではないか。

そしてその二つの回路の中間的な回路が最後のPK分割回路で、

  ”カソードに比較的大きな抵抗が入っているので、カソード電位がグリッド電位をフォローする
  とともにプレート抵抗の電圧も変化するので、プレートに増幅された電圧が生じる。”

増幅率も数倍はあるし、比較的大きな入力(たとえば10V以上)をグリッドに加えることが出来る。電流帰還もかかっているので安定度も良いし音が良いとも言えるのではないか。そのためドライバー段に使われるのだと思う。

こういったことを前提に、どうやったら真空管アンプの音が良くなるかを考えて行こう。
  1. 2014/01/14(火) 16:29:02|
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直感アンプ塾: E88CC

東欧シリーズとして、
TESLAのE88CCを入手した。
チェコスロバキア製で、軍用を示すサーベルマーク付きだそうな。



右がAmperex。

音を聞いてみたが、イマイチだった。Amperexより少し粉っぽい。叩くと少しカンカン言うので、そのせいか? 本物かなー?

真空管はメカ構造も大事なんだね。Amperexがやはり優秀だ。
  1. 2014/01/13(月) 17:19:03|
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直感アンプ塾: エージング中

AMPEREX:6DJ8 + FOTON:6N8 + TUNGSOL:KT120でエージング中。

実に良い音だ。空間表現が素晴らしく(FOTON:6N8のお陰でしょう)、中低域が分厚く(KT120のお陰でしょう)、中高域が繊細(AMPEREX:6DJ8のお陰でしょう) 惚れ惚れする。

ちょっと出来すぎな感じもするが、とにかく現状の音は素晴らしい。色々真空管を試すのと、この回路定数が音が良い理由を良く確かめたい。

KT120-3.jpg
  1. 2014/01/12(日) 23:15:17|
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直感アンプ塾: 6SN7聞き較べ、回路定数設計ノウハウ

回路変更が一段落したので、真空管をあれこれ聞き比べてみた。

初段の6DJ8は、AMPEREX製が他(東芝、シルバニア、ソ連製)と比較する気も起きないくらい良いので、ドライバー段の6SN7を比較してみた。

写真の上から、FOTONの6N8、SYLVANIA,JINVINA,FULLMUSIC 製



回路が変わった結果、今までと評価がかなり変わった。
以前はFULLMUSICが良いと思っていたのだが、今は今日入手したFOTONの6N8が最高だ。
SYLVANIAもかなり良いが、FOTONの6N8に比べると若干粉っぽい感じだ。

FULLMUSICの球は全般にあまり電流を流さない使い方が良いのだろう。電流を流せば流すほど音が悪くなっていったように思う。今の電流値だと広帯域な感じはするのだが、エネルギーが高域寄りで神経質な感じ。

FOTONの6N8は、1960年代半ばの旧ソ連・タシュケントにあったフォトン工場製造の物だそうで、私は初めて聞いたのだが、音の雄大さ、ホールトーンのキレイさ、滑らかで肌触りの良い中高音、低音の力強さもダントツ一番だ。こんなに音が変わるとは驚いた。アンプを変えた以上に違う感じだ。今もバックにスピーカーから音が流れているがうっとりしてしまう。。。

これからは、共産圏製の真空管にはまりそうだな。。。ペアで数万円の6SN7もあるが、気になるなー。。。もうちょっと調べてみよう。




さて、今回の回路変更のノウハウを忘れないうちにまとめておこうと思う。

mullard-circuit6.gif

6DJ8-load6.gif

(1)まず、初段のロードライン、動作点をどの辺にするかを考える。今回は最終的に80V 7mA(ユニットあたり)にし、なるべくリニアリティーが良いと思われる低電圧の領域で電流を多く流し、特性曲線と直行させるためにEpを高めに(235V)とる様にロードラインを引く。

(2)Ep=235Vの点から80V 7mAの点を通過するようにロードラインを引く。動作点からグリッド電圧が±1V程度の範囲で、Ep-Ip曲線と直角に近いことを確認する。次にプレート抵抗を求めると、今回はユニットが2個パラになっているので電流は0.014A。

     (250-80)÷ 0.014 = 11KΩ

(3)プレート損失を計算する。80V 7mAだから、損失は約0.6Wなのでまったく問題ない。

(4)動作点のグリッド電圧を図から見ると、約-1.6Vであることがわかる。

(5)今回はユニットが2個パラになっているので、カソード電流は2倍の14mAなので、カソード抵抗は

     1.6 ÷ 0.014 = 114Ω

   NFB用の帰還抵抗部分を52オームとし、直流バイアス部分(交流的にはコンデンサでバイパス)を65オームとした。

以上が、初段の定数の計算。難しいことを考えなければいとも簡単だ。



  1. 2014/01/11(土) 15:16:34|
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直感アンプ塾: 回路変更 初段&ドライバ段

さて、さらに改善すべく回路を見直した。

主な変更点は、

(1)初段の動作点を、80V 7mA(ユニットあたり) に
(2)ドライバー段の電流を約2倍のユニットあたり5mAに
(3)ドライバー段の ”カソード-プレート間電圧”を80Vに

変更理由は、

(A)初段はロードラインのなるべくリニアリティーの良い低電圧の領域を使った方が良いと思われるから。
(B)ドライブ段は、各ユニットを流れる電流を増やし、また”カソード-プレート間電圧”を下げて、なるべくリニアリティーの良い領域を使った方が良いと思われるから。

だんだん回路変更に慣れてきて、今回は一発で予定どうりの電圧配分に出来た。真空管アンプは非常に論理的に設計できることがわかった。

6DJ8-load6.gif

mullard-circuit5.gif



音はすばらしく良くなった。重厚感が凄い。かつ繊細で伸び伸び感もある。4B-STを超えたかな?まだ少し荒さがあるかな? 今度じっくり聞き比べてみよう。

何故か今回は、6SN7はJINVINAの玉葱球の方が深みがあって良かった。それぞれ得意な電流領域があるのか?
管球に合わせたベストなセッティングがあるのかもしれない。不思議だ。 真空管アンプは楽しい! これでいよいよ真空管探しの旅に出られそうだ。

なお、何度も繰り返して言うが、この設計手法だと出力段の最大出力は出ないかもしれない。わざと動作点を低電圧側に寄せているので、先にドライブ段が歪んでしまうかも知れないから。だが、そんな事より良い音が得られる方が大事だ。


  1. 2014/01/10(金) 18:04:15|
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直感アンプ塾: 回路の解析 初段&ドライバ段

BRYSTON 4B-ST以上の音を目指して、さらにMC368-BSEの初段とドライブ段を改造。

今回は、初段を茶色のロードラインに変更した。Ep-Ip曲線となるべく直行するように変更。理由は判らないが、やはりこの方が音が良い。重厚さが増した。もう少し繊細さが増せば、トータルで4B-STを追い越せるな。今はまだだが。

6DJ8-load5.gif

また、ドライブ段も電流を増やすようにカソード抵抗をすこし小さくした。

これにより、ドライブ段は

  カソード電圧=104V
  プレート電圧=182V
  電源電圧  =306V

となり、プレート抵抗と真空管による分圧比がベターな値になったと思う。もう少し繊細さを求めてカソード抵抗もプレート抵抗も小さくしたいところだが、手持ちの抵抗では無理だった。秋葉原に買出しに行こう。

mullard-circuit4.gif

最大出力など見せ掛けの数字さえ気にしなければ、こういうやり方で各段に最も適したパラメーターを選ぶことが出来る。いわば音を良くするための哲学(ポリシー)を重視した設計と言えると思う。細かい数字ばかり扱う前時代的設計は私の好みではない。。。シンプルに考えたい。最大出力が出なくたって困る人はほとんど居ない筈だ。。。

高インピーダンスで出力管を駆動して最大出力が出るのと、低インピーダンスでしっかり出力管を駆動して5Wしか出ないのとどっちが音が良いかってことだよね。。。

残念だが、そういうことを書いた記事を見たことが無い。自ら経験を積み重ねていくしかないか。。。


  1. 2014/01/09(木) 21:30:58|
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直感アンプ塾: 回路の解析 初段 その2

いやー、BRYSTON 4B-STはリファレンスとして実に素晴らしかった。真空管アンプとは好対照な重厚で繊細な音。最初は少し窮屈な音だなと思ったのだが、エージングを数日行ってその点でもかなり良くなった。悔しいが、今のところ4B-STの方がトータルでベターだ。トランジスタアンプからこんなに重厚で繊細な音が出るとは思わなかった。もうちょっと伸び伸び感があったら言うこと無しだ。トランジスタアンプで興味があったのは、これとCROWNのSTUDIO REFERENCE だけだったんだけど、正解だったようだ。

この音を聞いて、今後どの方向を目指すべきかはっきりした。音の伸び伸びした感じは真空管アンプ、重厚で繊細な感じは4B-STを超える領域を目指そう。

Bryston 4BST

真空管アンプで、全ての点でリファレンスを超えるように改造していかなくては。

さらに初段のロードラインを変えてみた。今回は緑のライン。音は意外といけるようだ。少し重厚さが出たように思う。だが、もう少し繊細さも欲しい。

どうやらロードラインは、電流をなるべく流してEp-Ip曲線と直行するようにするのが良いようだ。Epを250Vまでは試してみたいが、手持ちの抵抗では難しい。

次はまだ手をつけていないドライバー段の改善かな。6SN7の各ユニットあたり2.5mAしか流れていないのが気になる。電流が少ないとだいたい粉っぽい音になるよね。

6DJ8-load4.gif


  1. 2014/01/08(水) 20:40:33|
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直感アンプ塾: 回路の解析 初段

初段は2個パラになってはいるが、まったくの基本の抵抗負荷によるアンプ。

この回路はシンプルだけど、完全A級のアンプだからそう悲観することはないと思う。上手いロードラインを引けば素晴らしい音だ。

下図のプレート電圧/プレート電流特性は避けて通れないのでだんだんに慣れて行こう。難しいことは考えず、グリッドの電圧=入力電圧が変化したときにプレート電圧/プレート電流がどう変化するかの図だ。カソードに抵抗が入っているので、相対的にグリッドの電圧はマイナスになっている。R2は発振防止なので無視。

6DJ8はプレート電圧は100V以下で使わないといけないらしいので、それに従う。よって電源電圧B3は150V程度にしている。ドライブ段とは直結になっているのでそのせいもありプレート電圧は100V程度。

ロードラインの引き方やカソード抵抗の計算方法は、下記に詳しく書いてある。

  ロードラインなど

まずは直感的に私が知りたいのは、初段のロードラインは色々引けるけれど、どういうロードラインが音が良いのかだ。私の実験では、赤い線(負荷抵抗は10KΩ)が音が伸び伸びして良い感じだったライン。青い線(負荷抵抗は5KΩ)が音が窮屈な感じのライン。

電流を流した方が良い音になると思ったのだが違っていた。ラインの傾きが悪いのか?特性曲線とロードラインは直角が良いのか??傾きは赤のラインと同じでもっと電流を流したらどうか?

真空管アンプの設計でそういう定性的な話を聞いたことが無い。そういう基本的な性質を明らかにしないで細かい計算ばかりする設計方法には賛同できない。数値的に美しいのではなく音が美しい設計をしたいのだ。。。どこかにそういうことが書いてないのかな?

初段

6DJ8-load2.gif


  1. 2014/01/07(火) 22:58:51|
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直感アンプ塾: 回路の解析 その1

さて、究極の良い音のアンプを目指して、真空管アンプの回路を解析していきたいと思う。
(自分でもまだ良く判らないところがあるので、頭を整理するため)

まずはっきりしたいのだが、従来の真空管アンプの設計は、いかに大きな出力や低歪率を得るかの数字マジックに拘って設計されていることが多い。だが、我が家は高能率スピーカーなので、アンプ出力など1W あれば足りてしまう。最大出力などどうでも良いのだ。そんなことよりいかに良い音のアンプを目指すかが大事だ。そのためには各部分を最高に音の良い回路にしたい。そこの考えをまず変えるべきだと思っている。音の良くない50Wのアンプより、音の良い5Wのアンプが欲しい。だが、誤解されたくないがケチったアンプでもOKと言っているのではない。小さな出力トランスはまったくダメだ。出力は5Wでも良いが、出力トランスは100W 級でないと良い低音・高音が出ない。欠点の無い設計をしたいのではなく、あくまでも音の良いアンプを得ることが目的だ。

下図のムラード型のアンプは3つのブロックからなっていて、それぞれのブロックはほぼ完全に分離されている。正確には、初段とドライバー段は直結なので若干関係性はあるがそれでもほとんど分けて考えることが出来る。

それぞれのブロックの役割は、

  (1)初段は電圧を数十倍に増幅している
  (2)ドライバー段は数倍の増幅をすると共に、位相が反転した2つの信号を得る位相反転回路
     の役割をしている。
  (3)出力段は数倍の増幅をするとともにトランスを介してスピーカーを駆動する電力増幅をしている。

しかも、出力段の入力はコンデンサーで切れているので、単に極性が反転した2つの信号を加えてやるだけで音が出る。ただそれだけのことだ。各ブロックを分離してモジュール化したアンプブロックを作っても面白いと思う。そうすればレゴのように好みの出力段と好みのドライバー段を組み合わせて自分好みのアンプをカスタマイズできる。シンプルな真空管回路ならではの構成ではないか?

それぞれのブロックを最高に良い回路にしていきたい。そのために最大出力が多少減ったって知ったことではない。シンプルで音の良い回路に出来るなら、出力段を駆動するドライブ段の出力が多少足りなくてもかまわない。

良い音にするには、そういった割り切りをはっきりするべきだと思う。

次回は、まず初段の回路について考えていきたい。

mullard-circuit3.gif

  1. 2014/01/06(月) 22:47:00|
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直感アンプ塾: 年末年始音の聞き比べの集大成

年末年始に色々聞き比べた集大成。

とにかく最大の成果は、真空管アンプは初段の真空管の種類や負荷電流を変えると大きく音が変わることを確認できたこと。まったく別のアンプだといっても良いくらい音が変わる。今後”直感アンプ塾”で、この差がどこから来るのか明らかに出来たらうれしい。。。

アンプの音の傾向2

しかも、電流をたくさん流せば良い音になると信じていたのだが、さにあらず。ほどほどの良い電流値が有ることがわかった。初段の6DJ8の負荷抵抗が10KΩの時が音が伸びやかで臨場感/空気感、ステージの大きさも最高だった。

これは新鮮な発見だった。この差はどこから生じるのだろう??

mullard-circuit2.gif


今後、”直感アンプ塾”を行うに当たり、比較基準がないと何をやっているのか判らなくなる恐れがあるので、リファレンスアンプを探していたが、年末に念願のBRYSTON 4B-STが手に入った。(軍資金が底をついたが)米国では最高の評価を得ているアンプ。いままでずっと探していたが、惜しくも入手できないことが数年続き、やっと今回ご縁があってリーズナブルなコストで入手できた。

4B-STは繊細さの極地だ。知的なクールビューティーって感じ。P7000はもう少し真空管アンプに近い楽しい感じの音。どちらも最高クラスだと思う。音楽を聞くならHAFLER P7000の方が楽しい感じだが、今回のリファレンスとしては4B-STがベターと判断。

今後は、BRYSTON 4B-STをリファレンスに、真空管アンプの伸びやかさと繊細さの両立を図る所存。

Bryston 4BST


  1. 2014/01/04(土) 23:36:05|
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mullard-circuit2.gif



  1. 2014/01/04(土) 16:24:22|
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直感アンプ塾の哲学

最近実践しているオーディオ哲学は

 (1)シンプルが一番
 (2)部品は良い物をなるべく少なく使う
 (3)交流的な信号パスを全て洗い出し、怪しい素子がないかチェックする
 (4)アクティブ素子はなるべく減らす
 (5)電流をなるべく流して低インピーダンス化を図る
 (6)NFBは音質調整程度に少なめに
 (7)ノイズとジッタは紙一重

なんだけど、真空管アンプの回路をあれこれいじっていて少しイメージが違ってきたのは、電流も流しすぎると音が穏やかになり過ぎる傾向があるのかなということ。そもそも穏やかな音と活きの良い音の違いはどこから来るのだろう?丁度良い落とし所というものがあるらしい。

初段の電流を流しすぎるのも音的には穏やかになりすぎて良くないようだ。そういったノウハウを書いた記事を見たことが無い様に思う。(技術的な解説ばかりで音についての追及がされているのかどうか。。。)その辺をクリアにしたい。

6dj8amperex.jpg





  1. 2014/01/04(土) 00:53:45|
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直感アンプ塾

数十台のトランジスタアンプをオークションで売ったり買ったりして聞いてきたが、今、我が家で最高のアンプはKT90を使ったムラード型の真空管アンプだ。

下図のムラード型アンプは実に素晴らしい音を聞かせてくれる。ムラード型はメーカー製のアンプに多くて、いわゆる真空管アンプマニア(皆さん無駄に難しい回路が好きなんだよね)には敬遠されているかもしれない。なぜなら数値性能(最大出力や歪率など)は比較的良いが、あまりにもシンプルで手の加え様がないから(要する自己満足に値しないから)だと思う。

だが、真空管アンプの様々な要素がちりばめられたこのアンプを徹底的に理解し、適切な定数や材料の部品を使って最高の音を目指すことがまず大事だと思う。

mullard-circuit.gif

KT-90.jpg

いろいろな解説本を買ったりWebを調べたりして読んでみたけれど、なかなか理解しやすい資料は無い。数式や数字を詳しく解説した本は有るけれど、真空管アンプの本質を直感的に上手く解説した資料が無い様に感じる。

本質がわからない限り本当に音の良いアンプは得られるはずが無い。なるべく直感的に本質が判る解説記事が欲しいのだが、無さそうなので少しずつ整理していきたいと思う。

唯一、わかりやすい資料としては下記があると思う。この記事は素晴らしい。
  
  超初心者のための真空管アンプの工作、原理、設計まで

最近は、オーディオマニアよりこの方の様な楽器マニアの方が技術改善に熱心なんだよね。自分の演奏の音質に関わるからね。目的が自己満足でないところがオーディオマニアとの違いだな。秋葉原の電気店も楽器系のほうが賑やかだし、真空管買う人も楽器関係者が多いんだよね。オーディオマニアも頑張らないとね。。。



  1. 2014/01/03(金) 00:15:51|
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プロフィール

cocoパパ

Author:cocoパパ
 30年前の本当に楽しかったオーディオを取り戻しませんか?自分でいろいろなことをやってみて、どんどん良い音を探していた楽しいオーディオを。最近は色々な技術がメーカーのノウハウになってしまって、ちっともオーディオがたのしくありません。自分で作り上げられる楽しいオーディオを取り戻しましょう。


また、
オーディオは総合技術・芸術だと思っています。スピーカー、アンプ、音源(PCやD/Aコンバータ)、電源、部屋、音楽など全てがうまく整って初めて良い音で鳴るようになります。一朝一夕に実現出来ることではありません。


つまりオーディオほどハードルの高い趣味は無いと思います。車と違い、いくらお金を出しても買ったとたんに良い音がでることはまずありません。いかに使いこなすかは買った人ががんばるしかありません。そんな事に役に立つノウハウを書いていけたらと思っています。
  
ここでは、私が知ったいろいろなノウハウを公開したいと思っています。

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