低電圧(単三電池x2の3V)なヘッドホンアンプの作成（★★★★お勧め）

単三電池２本のたった3Vで驚きの音がするので★を増量。

車載オーディオ用として活躍しているiPod Classicの音をヘッドホンで聞くとイマイチ感が半端なく、専用のヘッドホンアンプを作ることにした。
宿泊先でも手軽に聴けるように電池駆動を条件とする。電池は006Pだと普通過ぎて面白くないので、単三電池2本の3Vでディスクリートで作ってみた。

回路図

電源は+3Vの単電源だ。両電源を生成するのが面倒だった。。。
トランジスタは"UNISONIC TECHNOLOGIES CO.,LTD"の、2SC1815/2SA1015のセカンドソース品だ。トランジスタは、2SC2120/2SA950でも、洋物ならBC337/BC327でも何でも良い(ただし、定格と足の並びには注意)。

実装後

コンデンサや抵抗等はあり合わせの物を使ったので、一部種類が違っていたりｗ
出力コンデンサに、PCマザーボード用の超低ESRなんてものを使ってみたり。

完成形１

百均で買ったガラス瓶へ入れてみた。

別アングル

入出力は蓋へ取り付け。アルミじゃないから穴開けが楽だ～

基板裏は絶縁

電池の表面とショートしないよう、基板の裏面を制振シートを貼り付けて絶縁。

パーツレイアウト

※レイアウト図中の150k抵抗(2つ)は、20kが正しいです。

　ご指摘していただいたhiroさん、ありがとうございます。

3Vの電池駆動といってもアンプはアンプ、基本的な構成・複雑さは変わらないなぁ。

iPodのヘッドホンジャックからの音は、音の広がりが無く頭の中心で鳴ってる感じ。あと、霞が掛かったようなくぐもった音である。
iPodのドックコネクタからライン出力をこのアンプへ通した音は、あきらかに空間が広がり、霧が晴れたダイナミックな音である。

でもこれ、ポータブルなのだろうか。。。(笑)


※コメントにて±1.5Vの両電源にできないか？とありましたので、回路図を引いてみました。

±1.5V両電源版

実際に作ってはないので参考まで。
両電源は、低電圧駆動のオペアンプ＋トランジスタ(2SC2120/2SA950等)バッファで生成するのが良いかと思います。ローコストでいくなら抵抗分圧でもいいかな。


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オペアンプ＋ダイヤモンドバッファなヘッドホンアンプ。その２

前回投稿した回路で実際に製作、特性を測定してみた。

実装後

測定は、USBオーディオI/FにBEHRINGERのUCA222を、アプリケーションはRMAAを使う。緑線がUCA222、白線がこのアンプ。
ちなみに、UAC222は色違いなだけで中身はUCA202と同じだそうだ。
ダイヤモンドバッファを構成するトランジスタは、熱結合してあるのが分かるだろう。
この状態で、出力段のトランジスタの温度は４０度～５０度で均衡する。熱結合しないと、出力段のトランジスタC2120/A950が熱暴走するかもしれない。

機器の接続方法は、PC - UCA222(OUT) - (IN)当該アンプ(OUT) - (IN)UCA222。
※LoopBackとは、PC - UCA222(OUT) - (IN)UCA222。つまり、自分の出力を自分の入力へ繋げる。

Test	このアンプ	UCA222のLoopBack
Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz), dB:	+0.08, -0.10	+0.11, -0.08
Noise level, dB (A):	-89.5	-89.3
Dynamic range, dB (A):	89.7	89.5
THD, %:	0.034	0.038
IMD + Noise, %:	0.057	0.057
Stereo crosstalk, dB:	-87.9	-89.7

サマリー

なんだか、UCA222単体よりもこのアンプを噛ました方が特性良くなってるじゃねｗ

周波数特性

UCA222の出力とピッタリ重なって、アンプによる劣化無し。
※高域の波打ちは、UCA222の癖である。念のため。

ノイズレベル

UCA222のノイズをそのまま拾ってる感じ。

ダイナミックレンジ

UCA222の（略）

つまりは、UCA222ではちゃんとした測定ができないレベルで特性が良いということだ。
周波数特性とダイナミックレンジに出ている50Hz付近の山は、AC100Vからのノイズが影響していると思われる。JJは関東住みなので。
アルミケースの蓋を開けたまま測定したのが要因の一つかもしれない。蛍光灯やら何やらから飛び込んで来たか。

聴き込んでみた結果、その音は測定結果通り、ダイナミックレンジが広くノイズが皆無で、エッジが効いたサウンドだ。エッジは効いてるが聴き疲れはしない。クラシック音楽を聴いてると心地よさに居眠りしてしまうほど自然な音である。
NJM4580の性能を全て引き出したような気がする。

この回路の特徴は、音声信号ラインに「直列に」コンデンサが入ってないこと、位相補償をする代わりに入力時点でローパスフィルタにより高域を減衰させていること、出力段にダイヤモンドバッファを使い低歪を実現していること。
これまでの実験より、ヘッドホンアンプ程度の出力ならば、同等出力のバッファ回路なら、一般的なバイアス作ってプッシュプルより、ダイヤモンドバッファの方が歪率が低いようだ。

また、バイポーラ入力なオペアンプでも入力抵抗を高くでき（入力に並列な抵抗を入れてないため）、出力オフセットをゼロに合わせ込むことができるのも特徴だ。


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オペアンプ＋ダイヤモンドバッファなヘッドホンアンプ。その１

オペアンプにダイヤモンドバッファを足してヘッドホンアンプを作る。
オフセット調整回路も付けてみた。

回路図

電源は前に作った両電源回路を流用。
これ、ACアダプタから手軽に両電源が生成できるから超便利。

評価回路

2SC2120/2SA950の代わりに似たような特性のBC337/BC327を利用する。

周波数特性

歪率

Total Harmonic Distortion: 0.000017%。
いいねー！

パーツレイアウト

一聴した感想は、とにかくクリア、超絶クリア。
明日、特性を測定してみよう。


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ACアダプタ(12V)を利用した1815/1015ヘッドホンアンプ（★★★★お勧め）

1815/1015がいっぱい余ってたからヘッドホンアンプを作ってみた。
トランジスタは1815/1015しか使わない縛りで。

アンプ部は1ch分のみ

電源部は前回のを使い回し。
トランジスタが1815/1015だけに、終段はダ－リントン接続＆２パラレルで出力の分散を図る。
シミュレーションで評価してみた。

評価回路

周波数特性

とっても素直なカーブ。
全高調波歪は、Total Harmonic Distortion: 0.000190%。

出来た

Test	1815&1015_HPA	BEHRINGER_LoopBack
Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz), dB:	+0.08, -0.10	+0.11, -0.08
Noise level, dB (A):	-89.2	-89.3
Dynamic range, dB (A):	89.4	89.5
THD, %:	0.053	0.038
IMD + Noise, %:	0.057	0.057
Stereo crosstalk, dB:	-87	-89.7

特性を実測

ノイズレベル

もちろんシミュレーション結果より悪いが、測定の間に入ってるUSB-DACからの劣化は少ない（ノイズレベルなんてほぼ変わらない）。

パーツレイアウト

ディスクリートはパーツが多くて面倒だけど、オペアンプベースのより音が出た時の達成感はハンパない。
1chあたり、11個もトランジスタを使ってるからね。でも1815/1015だからローコスト。

音は。。。超汎用トランジスタ1815/1015侮るなかれ！


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「低歪ディスクリートヘッドホンアンプの作製Vol2」コメント紹介

mofumofuさんより、「低歪ディスクリートヘッドホンアンプの作製Vol2」へのコメントが届いたのでこのリンク先で公開します。

このような客観的評価がいただけると、とても嬉しいです。
mofumofuさん、作ってくれてありがとうございます。

できれば作例として紹介したいので、写真でも送ってもらえると嬉しいです。


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【定数変更あり】Tr差動入力、終段ダーリントントランジスタの10W級パワーアンプ（その後）

聴き込んでいるうちに、高域に不満が出てきた。とても綺麗な高域なんだけど、なんかこう伸びが無いというか。。。
実は設計時に位相補償をどのくらいするか悩んだのであった。
以下、シミュレーションでの検討結果。

位相補償のスチコンが220pの場合：

200KHzまで高域は伸びている。人間の可聴域は、20Hz～20KHzとのことで、200KHzまで伸びていれば十分過ぎるぐらいだ。

位相補償のスチコンが120pの場合：

高域が700KHzまで伸びる。
でも、この赤丸のピークが気になって、安全を見て220pとしたのだ。

120pと220pの間の容量のスチコンがあればいいのだが、あいにく在庫が無い。高域にモヤモヤしてるより試しに120pにしてしまえ！とやってみた。

結果は、低域と中域はそのままに、そして高域の綺麗さもそのままに伸びというか明るさが加わった。
心配していた耳への刺さり、女性ボーカルの「さしすせそ」も問題無い。
終段Trも変な発熱は無しで、発振もしてないようだ。
うん、120pが正解のようだ。

理論的に聞こえないはずの領域の音が実際に影響してるとか、この辺がアナログの面白さなのかもしれない。

修正版の回路図を上げておく。

黄色いマーカー部分が変更点。


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Tr差動入力、終段ダーリントントランジスタの10W級パワーアンプ完成（★★★★★お勧め）

※こちらに改善版の記事を投稿してます。

ケースへインストールして最終調整。
いざ、スイッチＯＮ！

『火花がバチッ！』

破裂したタンタルコンという、ある意味とても貴重な写真。

嗚呼、タンタルコンデンサの極性を逆に付けてた。。。
どうやらショートモードで壊れなかったようで、ヒューズは飛ばず、周りのパーツも無事で良かった。-15V側レギュレータのCinだったのもあり、被害は最小限だった。実は、タンタルコンの極性、全部逆でした(笑)
やっぱり、ビール飲みながら作ったのがいけなかった。反省。

今回の失敗。

• タンタルコンの極性が全て逆だった（タンタルコンの破裂で気付く）
• 定電流Trの付け方を全く間違っていた（オフセットが8V出てて気付く）

全部直して調整し直し。

今回アイドルは60mA流そうと思っていたが、そうすると26.4mVという中途半端な電圧になるため、切りのいいところで30mVに合わせた。
とゆーことで出力抵抗が0.22×2の0.44Ωだから、アイドルは約68mAとなる。

何か色々あったけど、全てが報われる音が出た。
迫力の低域、安定な中域、刺さらない綺麗な高域。
しばらく浸っていよう。


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これから作る次回作の準備

※こちらに改善版の記事を投稿してます。

シミュレーションがFIXし、部品も一部を除きそろった。
ボチボチ取りかかろう。

とても普通なTr差動入力＆終段をダーリントントランジスタ（サンケン）な10W級のパワーアンプ。普通が良い、普通が。
三端子レギュレータのNJM7815とNJM7915で、CinとCoutの容量が違うのはデータシート通りに従った結果である。シンメトリーにならないが、ここはデータシートに従うことにする。そして、オリジナル？のLM7915のデータシートがタンタルコンデンサをやたらと推奨してるので、その通りにしてみる。

Trの選別完了。今回はお気に入りの2SC2240/2SA970のペアで全てそろえる。
hFE測定機能付きのテスターで１つ１つ地味に測定して数字が合うのを選別する。心安まる一時であった。

作業中にカラーコード読むなんて苦行なので、抵抗も予め整理しておく。
ここで11kΩの抵抗を買い忘れていることに気がついた(涙)
ジャンクにも無いし、明日千石へ行くか。。。カーボン抵抗２本（10円）だけ買うのも気が引けるが。

Tr選別時もそうだけど、こういう時に百均の両面テープが大活躍する。
明日の夜は飲み会。酒酔いレベルにより、着手が遅れる悪寒。。。


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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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アイツを超えろ！その２（★★★お勧め）

できた。この記事の続き。

シミュレーションしてみる。

とりあえず適当な部品で。。。

周波数特性は、ピークも無く上から下まで良い感じ。どんだけ位相補償の試行錯誤したことやら。。。入力Ｃが無いだけあって、低域の減衰が全く無い。

 FFT解析。
「Total Harmonic Distortion: 0.000079%」は素晴らしい。出力2Vppの値である。

作る人はいないと思うがパーツレイアウトも載せておこう。

あんまり納得はしてないが。。。TrやFETを熱結合すると自由度が減って困る。

見ての通り、マイカコンとスチコン以外は、抵抗と電解コンは全て一般品。
終段トランジスタのみ、一応用途にオーディオと書いてあったが、秋月で1個60円である。たぶんパーツの８割は千石で、残りの２割が秋月で全部そろう。
（マ○ツや若○は高いからなぁ…）

これはやってしまったかもしれない(良い意味で)。
アイツとは性格が違うが同じ次元の音がする。
Ｃの味付けが無い分、正確無比な音である(と思う)が、高域の耳刺さりはなく、低域はズーーーーーンと沈んだ音がする。
決してドンシャリな音では無く、限りなく綺麗で深い音というか、なんかそんな感じ。

もっと聴き込んでみよう。


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アイツを超えろ！その１（★お勧め）

未だにアイツを超えるヘッドホンアンプを作ることができない。

今まで適当な思いつきで作ってたから、ちょっと論理的に検討してみた。

アイツには入力Ｃと負帰還の接地にＣを入れてある。

僕は信号ラインへのＣ否定派ではないが(しかしフィルムコンに限る)、それはそれで味わいがあるように感じるからだ。現にアイツは本当にとてもとても良い音がするのだ。

しかし、ここはＣの味付け無しでリアルな音を求める方針で行こう。

そこから導かれるのが、

①Ｃレスにするため、入力部の差動回路はFETを使う

②①のFETは2SK170だと利得が高くて不安定になりがち

③②の理由により、FETは2SK170以外を使うことにする(2SK30や2SK246)

④2SK170以外のFETは利得が期待できないため、Trによるカレントミラーを組み合わせる

⑤最終段は僕が好きなINVダーリントン接続とし、出力インピーダンスを低くする

⑥さらに出力インピーダンスを下げるため、電源の電解コンを強化する

⑦チャンネルセパレーション確保のため、電源にはCRによるローパスフィルタを付ける

⑧発振は避けたい。出力にコイルを入れてみる。その音的な効果にも興味あるし。ダメなら外す

⑨Zobelはシミュレーション上パルス波が鈍るから入れたくないから入れない

⑩フィルムコン以外は安価なパーツを使う縛りで。抵抗はカーボン、電解コンは一般品

⑪⑩に絡むが、全ての部品を秋月か千石で買えること

上記を検討したのが、

この回路。

今までのとあまり代わり映えしないが、不思議とまだ作ったことがない。

信号ラインに直列にはコンデンサは入ってない。位相補償のフィルムコンが２つのみ。これはマイカとスチコンを使うつもり。

実はこの回路のヒントはこの子にあった。とてもポテンシャルを感じる音であったが、高域の耳に刺す感じがなかなか取れなかったのだ。かと言って発振してる感じでも無し。。。超高域が発振気味だったのかもしれない。
これで自分の中で2SK170がじゃじゃ馬認定(笑)されてしまい、この記事となったのであった。

さて、中身を決めて行こう。。。

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今さらながら「ぺるけ式」（★★★お勧め）

今さらながら「ぺるけ式」ヘッドホンアンプを作ってみた。
厳密には終段のトランジスタが異なるので、ぺるけ式とは言えないかもしれない。終段は入手し易く安価な2SC2120/2SA950にしてみた。
また、負電源は左右それぞれで生成するように変更。

抵抗やコンデンサの値はぺるけ式そのもの。

	パーツ	備考	個数	入手先
	2SK170(BL)		4	秋月
	2SC1815(Y)		4	秋月
	2SC1815(GR)		2	秋月
	2SA1015(GR)		2	秋月
	2SC2120(Y)		2	秋月
	2SA950(Y)		2	秋月
	1N4002		6	千石
	NJM7815		1	秋月
	SDI2100	SBDブリッジ	1	秋月
	5.6Ω	カーボン	4	千石
	27Ω	カーボン	2	千石
	33Ω	カーボン	4	千石
	68Ω	カーボン	2	千石
	150Ω	カーボン	4	千石
	1kΩ	カーボン	4	千石
	1.5kΩ	カーボン	1	千石
	1.8kΩ	カーボン	1	千石
	2.4kΩ	カーボン	4	千石
	4.7kΩ	カーボン	4	千石
	12kΩ	カーボン	2	千石
	470kΩ	カーボン	2	千石
	1000u/10V電解	東信UTWRZ	2	千石
	2200u/16V電解	東信UTWRZ	2	千石
	4700u/16V電解	東信UTES	2	千石
	4700u/25V電解	東信UTES	2	千石
	0.1uフィルム	指月SMC	1	千石
	0.33uフィルム	指月SMC	1	千石
	J1603	16V/0.3Aトランス	1	秋葉原ラジオセンター東栄変成器
	0.5Aヒューズ		1	千石
	スパークキラー	S-1201	1	小林電機商会

パーツリスト
スパークキラーが入手できない場合は、回路図にある通り、120Ω抵抗＋0.1uフィルムコンデンサで代用できる（定格に注意）。

パーツレイアウト。秋月ユニバーサル基板Ｂタイプ。

※出力抵抗の値が間違ってました(11Ω)。正しくは5.6Ω。図は訂正済み。

抵抗はカーボンの一般品、電解コンデンサも一般品。

 抵抗の色がタラコのようだ。

 ケースに入れる。

青色LEDとAKGが眩しい。

今まで作ったヘッドホンアンプとは音の響きが違う。あと、音の粒子が詰まってなくて広がった感じがする。
よくぺるけ式は「聴き疲れしない」と言われるが、なるほど理解できた。
うん、しばらく常用してみよう♪


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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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