アンプ回路はどっちがいいの？両電源＜単電源？

せっかくのオペアンプちょい足し回路を単電源で作ってしまい、その音の良さにビックリしたのですが、シミュレーションを使って両電源仕様の回路と特性を比べてみました。
評価回路を以下に示します。シミュレーターは「LTspice IV」です。

これが今回作った単電源仕様のヘッドホンアンプ回路。
10kΩの抵抗で中点バイアスを作ってます。出力には直流をカットする1000uFのコンデンサが付いてます。

比較対象の両電源仕様のヘッドホンアンプ回路。
中点のバイアスを取っ払い、出力の1000uFコンデンサも取っ払い、負電源を追加して接続しています。それ以外は全く同じです。両電源仕様は、±9Vと電源電圧が倍になって、出力コンも無くなってかなり有利かもしれません。

正入力のバイアス抵抗を24KΩに変更しています。これは、負入力の帰還抵抗とバランスさせるためです（そうしないと出力にオフセットが出てしまう）。
負入力側の抵抗値は、本来なら負帰還抵抗の24KΩと、接地抵抗12kΩの合成値なのですが、接地抵抗にコンデンサを直列に入れてるので、直流的には絶縁されている（12KΩは無いものとして考えて良い）から、24KΩ＋負荷の32Ωとなります。

それぞれの歪率をシミュレーションしてみます。
まずは単電源仕様から。

単電源仕様⇒Total Harmonic Distortion:0.000013%

両電源仕様⇒Total Harmonic Distortion:0.000108%

なんと、単電源仕様の方が歪率が１桁も良い値です！
グラフにはほとんど差は見られないんですけどね。たぶん、このくらい小さな値になると、目視できる差は無いんでしょうね。
ちなみに公平を期して、両電源仕様を±4.5Vでシミュレーションしても結果は変わらず0.000108%でした。

何の根拠も無いのですが、僕が思うにアンプに取って0Vを跨がるのは実は苦手なんじゃないのかと。0Vって無ですからね、アンプからしたら「何したらいいの？」って感じ(笑) バイアスは流してるけど、やっぱり正負の切り替わりは良い影響は無いのでは？と思います。
専門家では無いので、頓珍漢なこと言ってるかもしれませんが…


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USBオーディオ(CM102-A+)で実験くん、その４（★お勧め）

Xperiaからも音が鳴った♪
が、原因はわからず。。。

これがポタアンと言えるのだろうか？

PCとデータ通信もできるUSB(A)-USB(Micro-B)だとバスパワーが来なくて、
USB(A)オス-UAB(A)オス=USB(A)メスのソケット-USB(Micro-B)だとパスパワーが来るんです。
うーん、デジタル(なのか？)はようわからん。
電源は、即興で作ったカレントミラーのレイルスプリットで両電源を生成。
音は悪くないけど、労力に見合ってるかはわからない。。。

CM102-A+とXperiaを直結(と言っていいのか)してた時はちゃんとバスパワーが来てたから、「何か」の信号がホスト側(ここではXperia)へ行って、こいつには電源供給してもＯＫと判定しているような気がします。
そこにリレーという、電気信号の世界とは桁違いに遅いスイッチ速度で「何か」の信号を送るタイミングでは、まだスイッチがＯＮにならないと推測(でもケーブルの違いでＯＮになるのは説明つかないなぁ)、そしてこいつにやるバスパワーはねーよ！と判定されてるような。
PCの場合は、年中バスパワーを出してるので問題ないんですよね。
もうちょっと勉強します。。。

ちょっと最近は色々煮詰まったので、シンプルで素敵な音が出るアンプをテーマにしようかなぁ。

自分的には専門外のDACで一応は音が出たけど、結果はイマイチだったのでお勧めの★はかなり減らしておきます(笑)


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USBオーディオ(CM102-A+)で実験くん、その３（★★お勧め）

実装してみた！

手前に5Vリレーが見えます。USBバスパワーでこのリレーをONにして、Trみたいな形の三端子レギュレーターで綺麗な(？)5Vを生成し、CM102-A+へ供給します。基板がスカスカに見えますが、その理由は。。。

アンプを上に乗っけられるようにしたんです。下がUSB-DACとプリアンプ、上がパワーアンプ（この写真ではヘッドホンアンプだけど）。

動作確認すると、PCはＯＫ！で以前までＯＫだったXperiaがＮＧになりました。
Xperiaは、具体的にはバスパワーが出ないんです。だからリレーが動作しない。。。
もしかすると、スマホは省エネのために、何らかのカラクリでちゃんとUSB機器として認識しないとバスパワーを供給してくれないのかも。どなたか偉い人、教えてください！

PCで聞いてみた感じですが、AirPlay経由で聞くのと明らかな差がありました。
もっとダイナミックな感じでしょうか、エネルギー感が半端ないです。
AirPlayはストリーミング再生なので、ネットワーク帯域云々あり情報を間引いてるのかなぁ。それか、AirMacExpressのプリアンプのキャラクターが大人しめなのでしょうか。

あー、バスパワーの原因が分からないと、Xperiaから音楽を聴く計画が頓挫することに。。。


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USBオーディオ(CM102-A+)で実験くん（★★お勧め）

みなさん、PCやノートPCのヘッドホンジャックで音楽聴くとノイズが乗ってないですか？僕のASUSノートのヘッドホンジャックで音楽聴くと、無音の時にすごく小さな音で「チュィーーーーーーーーーーンキューーーーーーーーーーン」って聞こえるんです…
そんな時に役に立つのがずっと以前に作ったこれ。こいつ経由で聴くと無音時は無音、でPC内蔵のアンプよりいい音出すんですよ。

もしや…と思いつきで僕が使ってるスマホ(Experia)に繋げてみたら。。。

見事に認識して音が鳴りました！ちなみにWin7もＯＫ、Nexus7はＮＧでした。
何気に「CM102-A+」くん凄いかも！
この写真ではライン出力から音を取ってますが、実は４Ωのスピーカーも鳴らせるくらいの出力があるんです。

でもやっぱりクリエイターとしては、IC内蔵のアンプで満足しちゃいかんですよね(笑) ここはやっぱりディスクリでしょう。
USBバスパワーという、この世で一番ノイズが乗ってる電源を使ってるところから見直そうかな。
電池駆動でギリギリ持ち運べるサイズでUSB差しのディスクリートのヘッドホンアンプとか。色々妄想中。


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ディスクリート10Wパワーアンプ

※よく聴くとイマイチな感じ。ポテンシャルは感じるので、また試行錯誤して良くなったら記事にします。たぶんバイアスの深さか、その他の定数にありそう。
※もしかしてこれから作る人は、こちらを参照してください。

シミュレーションで良い結果だったので作ってみた。

出力段のダーリントントランジスタ、MN15N/MP15Pはバイアス＆温度補償のダイオードと出力抵抗がパッケージに内蔵されてるから楽チンだ。
※どうも出力抵抗は入ってないらしい。回路図を訂正しました。

回路図。

側の完成。
ケースはタカチのMB-7。
写真だとそうでもないように見えるが、トランスがデカい！重い！トランス単体で２キロオーバー。

中身も完成！
フィルムコン(2.2uと4.7u)がデカい！ルビコンのMPSを使ってみた。
オフセットとアイドルの調整時、入力をショートしなかったらZobelフィルタの10Ω(1/4Wカーボン)抵抗が火を噴いたことは秘密(笑)
慌てて10Ω(2W酸金)に取り替える。

MN15N/MP15Pは、データシート通り40mAのアイドルを流してみた。が、全然熱くならないからもっと流せるかも。

プラシーボ効果絶大なため、オペアンプ使ったやつより１０倍は音がいい(笑)
こちらの方がナマモノっぽい音がする。
ルビコンのMPS(フィルムコンデンサ)がとても良い感じなのが収穫だった。
かなり大きいから回路のレイアウトに苦労するが、今後は積極的に使ってみよう。


iTunesをバージョンアップしたら、リモートスピーカーの音量調整ができなくなってた…設定も無くなってる…なんで改悪するかなぁ(怒)
設定方法が変わったみたい。

iTunesの出力選択で、「複数の」を選ぶとiTunes側で音量調整ができるようになった。
とても×1000000分かりにくい。ヘルプでは設定／デバイスでやれと書いてあるし。アップルもダメになったなぁ。


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10Wパワーアンプ、ダーリントン

新作の構想（公開日より回路の変更あり）。

こんな回路。6Ω負荷で10Wの出力を目指す。

終段をダーリントントランジスタのプッシュプルで。

f特性。

歪み。
Total Harmonic Distortion: 0.0008%

最終的な回路図。

左右で基板を分けてみた。
バイアス設定のトランジスタと終段のトランジスタは、お互いを近くにケースにネジ止めして廃熱と温度補償する。
左右のグランドからケーブルを引っ張って、ケースに１点でネジ止めしてアースを取った。入力が無い時、ボリューム最大にしても無音である。

完成！
豊かな低音とダイナミックでキレキレなサウンドだ♪

次はディスクリートで作りたいなぁ。


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箱入り

上から、

• ClassDパワーアンプ
• アンプICを使ったパワーアンプ
• 電流帰還パワーアンプ
• TIのヘッドホンアンプ専用ICを使ったヘッドホンアンプ
• サンケンのダーリントントランジスタを使ったヘッドホンアンプ

隣にあるのはAKGのヘッドホン。
スピーカーの上にある白い箱はAirMacExpress。全ての楽曲はiTunesで管理していて、AirMac経由で音を出している。

ヘッドホンアンプの方が大きいのは、電源にトランスを使って内蔵してるから。
パワーアンプに使えるトランスは電流が取れる分高価で買えない…

箱に入るとカッコイイ。


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