【更新】DAC付きヘッドホンアンプの作成

とりま。

回路図

ライン入力とUSB(DAC)入力の両方に対応してある。
DACはUSBを挿した時だけ通電する。

音出し中(笑)

ちゃんとしたケースに入れないと！

３つのモジュール

左から電源部、DAC部、ヘッドホンアンプ部。

ケース内レイアウト

やっぱり青だろう

PCとリンクすると青LEDが光る仕組み。

USB/Micro-B

四角い穴は苦手だ。。。

親亀子亀

ライン入力時は青光らない。
コンパクトかつ綺麗に出来た。


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【解決？】単電源から３つの電源を生成。でもこれで合ってるの？

もうこれでいいや(笑)

単純だった

要するにダイオードのVfを使って1V弱の電圧降下させる。
実測で+5.3Vになった。この先に繋げるDACの定格が+6Vだから問題無いだろう。


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単電源から３つの電源を生成。でもこれで合ってるの？

12VのACアダプタから、5V単電源と±6Vの電源を生成してみた。
こんな回路。

これで合ってる？

なんとなく動作しているが、NJM7805の出力電圧が4.7Vとなんとなく中途半端。
データシートによると、Vin=10Vで最低4.8Vは出せると書いてある。この回路の場合、Vin=12Vだから問題無いはずだが、仮想グランド(VGND)との電圧差は6Vでしかない。
ちなみにLM380が生成する両電源は、VGNDを基準に±6Vがしっかり出てる。

なんだかモヤモヤする。誰かエロい人、教えてください。


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全く侮れないローコスヘッドホンアンプ

低歪を謳うトランジスタの2SC2240/2SA970アンプ（トランスから生成の±12V両電源）と、ごく普通のトランジスタの2SC1815/2A1015アンプ（ACアダプタをレイルスプリッタした±6V両電源）のRMAA測定結果に驚いた。

RMAAサマリー

左からUSBオーディオのループバック（これが基準値。理論的にこれより良い数字は出ない…はず）、1815/1015アンプ、2240/970アンプ。
ノイズレベルとダイナミックレンジは2240/970アンプが上だが誤差範囲？
歪率は1815/1015アンプが上だが、これも誤差範囲？
ほぼ互角である。

聴覚上は、2240/970アンプの方がクリアで綺麗な音だ。1815/1015アンプもクリアだがダイナミック感がある。甲乙付けがたい。JJの好みとしては2240/970アンプである。もちろん、プラシーボ効果込みだが（手間暇とコスト掛かったし…）。

アンプは物量では無いことを改めて知った。

あと、もっと性能が良いUSBオーディオが欲しい…


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外部電源で動作するUSB-DACの作成

USBからの+5V給電をトリガーにして、DACへは外部電源を供給することに成功した。原理は超絶簡単なMOS-FETを使ったスイッチ回路。

超絶簡単な原理

実装後

左側のUSB/Micro-Bコネクタからの+5V給電で隣のMOS-FETがスイッチして、手前左2Pターミナルからの電源をDACへ供給することができた。
使ったMOS-FETはIRLB8721PBF。秋月で60円だった。

ノイズが皆無な綺麗な音が出るようになったのであった。


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フォトリレーじゃなく、MOS-FETでの実験

もっと単純な方法をコメントでご指摘いただき、確かにわざわざフォトリレーを使うまでもないかなーとMOS-FETを使った電源切り替えも実験してみますた。
こっちの方が、USB電源の消費電力が少なくていいかもしれない。

MOS-FETバージョン

実験風景

フォトリレーと違いGNDは共有することになるけど、GND共有によるノイズの混入は良く分からないです。GNDはブラックホールのようなものとイメージしてるJJだからたぶん大丈夫かな(笑)


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フォトリレーの実験

少ない消費電力で動作するフォトリレーを実験してみた。

実験回路

フォトリレーをUSBからの5V給電で動作させる実験である。

実験結果

若干回路図とは違う。確認のために、USB側にもLEDを付けている。

期待通り、USBを挿すと電池からの給電でLEDが光った。
右がUSBからの電気で光ってるLEDで、左が電池からの電気で光ってるLED。
これでノイズまみれのUSB電源を使わないUSB-DACを作る目処が立った。


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【改。最終形】ようやくたどり着いた（かもしれない）

低域に少し違和感を感じ、RMAAで測定してみた。

改善前

位相補償の接地抵抗に直列に入ってる2.2uをジャンクから拾ったのがいけないのか容量が少ないのか、電源コンデンサの容量が少ないのか、低域が安定してない。そこで改善。

*付きが変更点

位相補償のDCカットコンデンサを2.2uから3.3uへ増量、電源コンデンサを1000uから3300uへ増量。さらに、ダーリントン接続の1段目にバイアス用のダイオードを追加。
また、このヘッドホンアンプの入力へ接続するプリ側で出力調整ができる場合は、アッテネーターは不要である。RMAAで測定した結果、アッテネーターはクロストークを極端に悪くするし、ノイズレベルその他が若干悪化する。

魔改造後

改善後

直った。良かった。低域の違和感が無くなり、塊で聴こえるようになった。

まぁ、たぶん電源コンデンサの増量が効いたのかな。たかだかヘッドホンアンプだから1000uもあれば十分と考えたのが甘かったのか。。。
よく電源コンデンサのお化けみたいな自作の事例があって微妙な気持ちになっていたのだが（よく突入電流で飛ばないなぁ…と）、あまり少ないのも良くないのね。

これで最終形とする。


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NJM386で両電源を生成し、汎用トランジスタを使ったローコストなヘッドホンアンプ

2SC1815/2SA1015と2SC2120/2SA950は、秋月で束で売られている汎用トランジスタである。その単価は8円～10円。カーボン抵抗なんて、秋月単価は1円である。これらのなるべく汎用品を使い、本格的なヘッドホンアンプを作ってみたい。

本格的なTr差動入力アンプ

12VのACアダプターを電源として利用し、NJM386で両電源を生成するのが特徴的だろう。アンプ部は、トランジスタの教科書に載ってそうなぐらいオーソドックスなものだが、トランジスタ差動入力＋出力段がインバーテッドダーリントン接続トランジスタと本格的なものだ。

パーツレイアウト

南側に空き地があるから、色々と改造の余地がある。
頑張れば電源部を一緒にできそうだが、モジュール化しておいた方が使い回しができるため後々便利だ。
パーツレイアウトは、自分が利用するパーツで必ず現物合わせをすること。コンデンサ1つにしても、同じ容量・耐圧でも種類によってサイズはまちまちだし。

実装後

定電流源のリファレンスにLEDを使うと、音楽聴きながら眺めていても癒やされる(笑)　が、外来ノイズを拾うかもしれないからフタはした方が良い。

どのくらいのコストになるのか、真面目に(笑)計算してみた。

アンプ部（2ch分）
パーツ	個数	単価	価格	購入先	備考
2SC1815(GR)	4	10	40	秋月	Hfe:300以上が望ましい
2SC1015(GR)	2	10	20	秋月	Hfe:300以上が望ましい
2SC1815(Y)	6	8	48	秋月	Hfe:100～200。適当
2SC1015(Y)	2	10	20	秋月	Hfe:100～200。適当
2SC2120(Y)	2	10	20	秋月	Hfe:100～200。適当
2SA950(Y)	2	10	20	秋月	Hfe:100～200。適当
1N4148	4	2	8	秋月
赤色LED 3mm	2	5	10	秋月	Vf:1.85V(5mA)前後が望ましい
0.1u積セラ	4	10	40	秋月
100Ω多回転半固定ボリューム	2	80	160	秋月
1/4Wカーボン抵抗	24	1	24	秋月	出力抵抗を10Ωx2個を並列とした場合
10k Aカーブ 2連ボリューム	1	145	145	マルツ
3.3pマイカ	2	200	400	ラジオデパート
100pポリプロピレンフィルム	2	16	32	千石
100u/6.3Vニッケミ無極性電解	4	4	16	千石
4700u/10V東信UTES電解	4	74	296	千石
		小計	1299
電源部
パーツ	個数	単価	価格	購入先	備考
NJM386BD	1	50	50	秋月	LM386でも可
1/4Wカーボン抵抗	1	1	1	秋月
赤色LED 3mm	1	5	5	秋月	色は好みで。高輝度の青がクール
1MΩ多回転半固定ボリューム	1	80	80	秋月
100u/16V OS-CON	2	50	100	秋月
		小計	236
		合計	1535

回路図にあるものだけでこれぐらい。マイカコンだけはどうしても高価になってしまう。ここに積セラは禁じ手だからしょうがない。実際には基板や線材やターミナル、ジャック類、ACアダプター、ネジやスペーサー類、アルミケースやボリュームつまみ等が必要。
また、束で売られてるものがあるため、この表の単価で買える訳でもない。
（100u無極性の電解コンは、オーディオ用と騙されてメタリックグリーンのヤツを使ってはダメだ。無用な味付けしてあり、音が曇ってしまう）

しかし、アンプ部以外は使い回しができるし、余ったパーツでもう1つ、改善点を見いだしてもう2つ、3つ…と作りたくなるから、初期投資としては高くはない。
例えば、定電流源のリファレンスをLEDじゃなく、ツェナー＋コンデンサにしてより正確で安定的な定電圧にしてみたり、出力段をダーリントンの2～3パラへしてみたり、電源部のコンデンサを汎用大容量電解コン＋積セラへ変えてみたり（この回路ではOS-CONだけで済ませてる）。

その音は、2SC1815/2SA1015らしい野太い元気な音である。一晩エージングすると音が変化し、野太さが減り、繊細さが増していた。
前稿のヘッドホンアンプと比べると劣るものの、コスパはとても良いと思う。
材料は安いが、労力はプライスレスである。

初心者の人でも、今後のベースとなるプラットホームができるから作って損はないのではないだろうか。
1つプラットホームができると、後はアンプ基板だけ作って取っ替え引っ替えできるから、きっとアンプ作りの蟻地獄にハマってしまうであろう。

追伸）
このローコスヘッドホンアンプ、前稿の物量ヘッドホンアンプより電気的な特性は優れている。聴覚上は物量ヘッドホンアンプの方が遙かに良いのにも関わらずだ。実はなかなか侮れないローコスヘッドホンアンプなのだ。


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NJM386(LM386)を使った±6V高出力レイルスプリッタ回路

+12VのACアダプタを±6Vに分ける超絶簡単なレイルスプリッタ回路。

たったこれだけ

スカスカ

1MegΩの多回転半固定抵抗器で調節する。
NJM386で700mWの電力が取り出せる。ヘッドホンアンプには十分だ。

オペアンプのボルテージフォロアやら、トランジスタのカレントミラーやら組まなくて良い。これを使ったローコストなヘッドホンアンプを考えてみよう。


追記：2019/08/14）

Unknownさんより、パーツレイアウト図が欲しいとのことでアップしました。
過去データから見つからず、新しく書き起こしました。簡易的なものですみません。
（各パーツの値は回路図を参照してください）
赤いバッテンは、ICソケットのピンをカットして配線しないでください。
+12V側をグランド(GND)、両電源側をバーチャルグランド(VGND)としています。
配置は適当です。利用するパーツで現物合わせしてください。


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ようやくたどり着いた（かもしれない）

どこまでも清らかで美しい。
音の粒度が細かく、全ての楽器が分離して聴こえる。

回路図

中央の空き地はDACを入れる予定（かもしれない）。

2SC2240/2SA970も高価になってしまった。大昔からのストックがあって良かった。TTC004B/TTA004Bは良い石だった。これは良い発見である。
ハイエンドはもうこれで打ち止めかもしれない。次はローコストを追求してみよう。

※ご要望があったため、パーツレイアウトを公開します。
※あくまでも参考であり、必ずご自分が使うパーツと現物合わせしてください。
※電線使うのがメンドイので、ジャンパが多いです(笑)

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