オペアンプ1発0dBヘッドホンアンプ

MUSES8920Dを使ったヘッドホンアンプを作成。
オペアンプのボルテージフォロアという、これ以上になくドシンプルな構成だ。

アンプ部

念のため0.1u+10ΩのZobelフィルタを出力へ。たぶん無くても構わないと思う。
電源部のコンデンサは、積層フィルム(0.1u)、OS-CON(480u)を推奨。

パーツレイアウト

たったこれだけ。1～2時間もあればできてしまう。

実装後

JJは、Zobelフィルタの0.1uフィルムコンをソケットで着脱できるようにしてみた。
Zobelフィルタの有無で音の違いは感じられなかったから、高域発振防止の精神安定用に付けてある。ちなみに、Zobelフィルタの0.1uはポリエステルフィルムである。
電源用は積層フィルム(少し茶色い頭が見えている)である。

電源部(トランス版)

トランス＋ブリッジダイオード＋三端子レギュレータのオーソドックスな作り。

電源部の実装後

もし簡易に作りたい場合、ACアダプタも使える。

電源部(ACアダプタ版)

LM380を使ったレイルスプリッタ回路である。詳細はここに書いてある。
ACアダプタは、秋月の16V～19Vを使えば良いだろう。1Aでも出力があれば十分だ。
※22V以上は絶対に使ってはいけない。LM380の定格が22Vなのだ。

MUSES8920Dは高出力だからバッファ無しでもヘッドホンぐらいは十分にドライブできてしまう。
そしてこのアンプ、SONYのMDR-CD900STととても相性が良い。


※おまけ

電源部(電池版)

一番クリーンな電源、それは電池。

実装面積が小さいからポータブル化も簡単だ。

電源部(電池レイルスプリッタ版)

電池のばらつきが気になったり、2連スイッチが面倒なら、LM386を使って±電源を生成できる。


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アンバランスへ戻るため（試作）

※本稿はまだ試作段階なので、このまま作るのはお勧めしない。

JJ一番のお気に入りヘッドホンは、AKGのK550である。これはこれでアンバランスなヘッドホンのリファレンスとしてバランス化の改造はしないでおく。
しかし、バランス化したATH-AD2000とぺるけさん家のバランス型ヘッドホンアンプの破壊力は凄かった。
それに対抗すべく、ぺるけさんと同じくオペアンプを使った簡易でも美音なアンバランス型ヘッドホンアンプを作った。

電流帰還オペアンプを使った

このヘッドホンアンプの特徴は、電流帰還型オペアンプであるAD812を使ったところだ。
LTspiceで1mW出力時(32Ω負荷)の歪率をシミュレーションした結果、

Total Harmonic Distortion: 0.000003%

だったｗ

歪まない

これは作らねば。
上の回路図では省略しているが、正負電源(±5.0V)はトランス＋三端子レギュレーターで生成。

レイアウト図

オペアンプ2発のみ、超簡単である。
嗚呼、まだK550は現役を続けられそうだ。


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【パーツ表を追加】TPA1517NEを使ったごく普通のパワーアンプを作成

素のままでもその音質の良さに定評があるTPA1517NEを使ったパワーアンプを作成した。素と言うことで、データシートに載ってる"Minimum Configuration"回路で作ってみた。若干の脚色はしてある。

回路図

電源に左右されやすいとのことで、電源用コンデンサを強化してある。突入電流防止回路はこれの流用。
あとは、SVRRと出力コンデンサを増やしただけで、ほぼデータシート通りの回路だ。
10pin～20pinはGNDと放熱の役割があるので、銅箔テープに取り付け(下の写真を参考)。

 実装後その１

 実装後その２

スカスカだｗ

下側の約半分は放熱領域。うっすらと銅箔テープが見えるだろう。

実装後の裏側

裏側を見て分かる通り、銅箔テープを広く貼り付けて10pin～20pinからの放熱を逃がしている。

パーツレイアウト

上部の青ベタ塗りは銅箔テープ。もちろん、RIN/LINの部分はカッターか何かで貼り付けた後に切り抜いておくこと。

アンプ部（2ch分）
パーツ	個数	備考	入手先
TPA1517NE	1	アンプIC	マルツ
10kΩ、1/2Wカーボン抵抗	1	一般品でOK	千石、秋月
0.1uF 積層セラミックコン	1	電源用。一般品でOK	千石、秋月
1uF 積層メタライズドフィルムコン	2	セラコン不可	秋月、千石
100uF/16V 電解コン	1	タンタルコンかOS-CON推奨	千石、秋月
1000uF/16V 電解コン	2	一般品でOK。東信UTWRZ等。好みでAudio用も	千石、秋月
6800uF/16V 電解コン	2	電源用。一般品でOK。東信UTES等	千石、秋月
ユニバーサル基板（片面ガラエポ）	1	秋月ユニバーサル基板Bタイプ等	秋月、千石
2Pブロックターミナル	1	電源±用	秋月、千石
3Pブロックターミナル	2	音声信号in/out用	秋月、千石
銅箔テープ	1	放熱＆GND用	千石

パーツ表

回路図や実装後の写真を見て分かる通り、外付けパーツが非常に少なく、とても簡単に作ることができる。

音に関しては、今さらながら「LM380非革命アンプ」と比べると、綺麗な音である。今さら…が低音に力がある野太い音、このアンプはクリアな音。
どちらが良いとも言えず、好みの問題であろう。
作りやすさで言えば、断然こちらの方が簡単だ。アッと言う間にできてしまった。

ICが１個で左右ステレオに対応し、音もそれなりに良い。パーツもマルツ(ICのみ)、秋月、千石で全部揃う。週末ポッカリ空いた１日で作るには楽しいアンプだ。


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【更新あり】NJM386(LM386)を使ったノイズレスなヘッドホンアンプ(★★★お勧め)

NJM386(LM386)は小出力なパワーアンプICであるが、ヘッドホンアンプに使えないか試してみた。Google先生へ聞いてみると、XX386でヘッドホンアンプを作ってもノイズがあってイマイチとの記事が多数。
ICだと作るのが楽なので、なんとかノイズレスなものが作れないかと考えてみた。

回路図

※出力抵抗を15Ωから4.7Ωへ変更。
出力抵抗をどこまで下げてノイズレスか試したところ、4.7Ωでも大丈夫なことが分かった。15Ωより明らかに音質は向上した。出力インピーダンスは低い方が良い。試しに出力抵抗レスにすると、やっぱりサーノイズが発生する。

LM380非革命アンプを応用してみた。負帰還量を増やして、出力に直列で15Ωの抵抗を入れてみる。XX386は電源に左右されやすいようなので、電源用コンデンサを大きめに、抵抗は金属被膜を使ってみた。電源にある0.1uは積セラ、その他の極性が無いコンデンサはフィルムコンである。10uはタンタルコンデンサを推奨する。

パーツレイアウト

簡単である。もし作る場合は、必ず現物合わせしてレイアウトすること。
特に0.1uフィルムコンは様々なサイズがあるから要注意。今回は積層フィルムを使ってある(Zobelフィルタは普通のポリエステルなフィルムコン)。

バラックで試聴中

その音はノイズ皆無。
繊細さには欠けるが、ダイナミックで押し出しが強い音である。小出力とは言ってもさすがパワーアンプだ。
このノイズが無いのが、電池駆動のせいなのか、ヘッドホンとの相性なのかは分からないが、少なくともJJの環境ではノイズレスだ。

なんだかスピーカーで聴いてるような感じなのが面白い。
部品点数も少なく、簡単ローコストなので、暇つぶしに作ってみても良いと思う。


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安い・簡単・音が良いヘッドホンアンプ（★×10お勧め）

特別なパーツを使わず、いかに安く作れるかをテーマに考えてみた。

1ch分

秋月と千石でパーツを買って、アンプ部のみで858円であった。
実際には既に持っているパーツ（フィルムコンや2SC1815、ダイオード等）があったため、もっと安く済んでいる。これを全て秋月で買うと612円まで下がる。
※あ、2連10kAカーブボリュームが抜けてた。既に持ってたから。。。

秋月＋千石
パーツ	単価	個数	価格	備考
2SK117(Y)	30	2	60	秋月。5個バック150円
2SC1815(Y)	8	2	16	秋月。10個バック80円
2SC3421(O)	25	4	100	秋月。4個バック100円
1SS178	1	6	6	秋月。100個バック100円
積層フィルムコンデンサ	20	2	40	秋月。10個バック200円
ユニバーサル基板Bタイプ	120	1	120	秋月。1個売り
2Pターミナルブロック小	20	1	20	秋月。1個売り
3Pターミナルブロック小	30	2	60	秋月。1個売り
カーボン抵抗	16	10	160	千石。1個売り
4.7u/25V電解コンデンサ	11	2	22	千石。1個売り。東信UTES
1000u/25V電解コンデンサ	53	2	106	千石。1個売り。東信UTES
2200u/25V電解コンデンサ	74	2	148	千石。1個売り。東信UTES
	合計		858

秋月＋千石

秋月のみ
パーツ	単価	個数	価格	備考
2SK117(Y)	30	2	60	秋月。5個バック150円
2SC1815(Y)	8	2	16	秋月。10個バック80円
2SC3421(O)	25	4	100	秋月。4個バック100円
1SS178	1	6	6	秋月。100個バック100円
積層フィルムコンデンサ	20	2	40	秋月。10個バック200円
ユニバーサル基板Bタイプ	120	1	120	秋月。1個売り
2Pターミナルブロック小	20	1	20	秋月。1個売り
3Pターミナルブロック小	30	2	60	秋月。1個売り
カーボン抵抗	1	10	10	秋月。100個パック100円
4.7u/50V電解コンデンサ	10	2	20	秋月。1個売り。ルビコンPK
1000u/25V電解コンデンサ	30	2	60	秋月。1個売り。ルビコンPK
2200u/35V電解コンデンサ	50	2	100	秋月。1個売り。ニッケミLXJ
	合計		612

秋月のみ

秋月は電解コンデンサが同じシリーズで容量を揃えられないのがイマイチ。耐電圧も揃わないし。実際にはパック売りがあるため、1から全部揃えるともっと高くなるのだが、抵抗類まで1個売りしてる千石を上手く活用するとコスト抑えることができる。

パーツレイアウト

半分ネタで作ったのだが、これがビックリするぐらい良い音だった！
本当にビックリした。
このヘッドホンアンプが定価79,800円なのを知って、ピュア？オーディオの奥深い闇の世界を感じることができる。。。（これ、原価2,000円いかないんジャマイカ。きっと、ケース代が7万円なんだろうｗ）

音出し中

見ての通り基板スカスカ。
安いし簡単だし、ビックリする音だし、コスパが非常に高い。
単電源なため、12V/0.5AぐらいのACアダプタでもＯＫ。
（ACアダプタの性能に左右される面はある。特にノイズは）

EFTやトランジスタ、ダイオードは全くの無選別。
初心者にも再現性が高く作れると思う。

一般品の電解コンデンサは色付けが無く、素直でスッキリした音である。
JJは信号ラインへの電解コンデンサ利用は敬遠していたが、最近は考え方が変わってきた。電気的な特性と音の善し悪しは比例しないのだ。

上級者も騙されたと思って作ってみて欲しい。


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オペアンプとエミッタフォロアのいいとこ取り、構想。

最近は、1石のソースフォロワやエミッタフォロアのダイナミックな音に魅了されている。しかし、オペアンプで負帰還を掛けた時の歪率の低さも捨てがたい。
ということで、オペアンプで低歪率と高精度定電流、トランジスタのエミッタフォロアのダイナミックさをいいとこ取りしてみよう。

こんな形だろう

オペアンプの負帰還を使った高精度な定電流源でトランジスタをドライブし、歪率もオペアンプの負帰還で一網打尽。
シミュレーション結果では、2Vp-p時の歪率は、

Total Harmonic Distortion: 0.000068%

小数点以下にゼロが4つも並んでいる。
はたして、いいとこ取りしたヘッドホンアンプが出来るのだろうか。
オペアンプが支配的な音になるとイマイチ平面的な感じがする傾向だが。


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高精度定電流回路を用いた、MOS-FETヘッドホンアンプ

オペアンプを使った（無駄に）高精度な定電流回路を使ったMOS-FETのソースフォロワーなヘッドホンアンプ。

もはやSimpleではない

実装後

全体像

※全体像は、まだ片方を断熱処理してない状態。

MOS-FETとトランジスタ自体の熱は、十分に素子の許容範囲内だが、近くのコンデンサへの悪影響を考慮して百均の保温袋？を切り出してコンデンサへ貼り付けてみた。

実装図

（無駄に）高精度定電流であることがプラシーボ効果を呼び、とても良い音だｗ


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Simple is Best! なヘッドホンアンプの特性改善

前回のヘッドホンアンプをシミュレーションで特性を見てみた。

評価回路

定電流源はトランジスタ1石の簡単なものである。
2Vpp出力時の歪率は、Total Harmonic Distortion: 0.008997%だった。
この10Ωに流れている電流を観察すると、

電流の揺らぎ

その幅は小さいものの出力に応じて電流が揺らいでいた。
定電流じゃないじゃんｗ

そこでオペアンプの登場。

高精度定電流回路

エミッタ抵抗が半端なのは、前回の回路と条件（定電流値）を合わせるため。
この28.7Ωに流れている電流を観察すると、

揺るぎない電流値

素晴らしい。これぞ定電流回路だ。オペアンプのフィードバック最強！
2Vpp出力時の歪率は、Total Harmonic Distortion: 0.008670%。
ちょっと改善。ちょっと残念。。。定電流の揺らぎは歪率に効果大と思っていたのだが。
MOS-FETは、電源電圧付近で動作させると特性が良いと聞いたことがあるような…初段のバイアス抵抗180kを150kに変更してみる。

さらに改善

入力C(1u)を通過した直後の波形を見てみよう。

約10.8Vまでスイング

ヘッドクリアランスも欲しいし、電源電圧は12Vだからこの辺りが限界か。
さらに改善後の歪率は、Total Harmonic Distortion: 0.007791%であった。なかなか良い値だ。無帰還でここまで良く頑張った。作らねばなるまい。


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Simple is Best! なヘッドホンアンプの作成 改（★★★★★お勧め）

前々回で作ったヘッドホンアンプの電源を見直し。
ACアダプタから可変レギュレータで電圧を落として給電してたのを、トランスからの電源へと改善。ボリュームも10kAから50kAへ変更。

電源強化

神レベルの音になった！やっぱり電源は大切だ。


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Simple is Best! なヘッドホンアンプの作成（★★★★お勧め）

※記事の内容に間違いがあったので、一時的に非公開としてました。修正したので公開します。前記事より回路を変更し、特性が改善しています。

前記事のヘッドホンアンプを作ってみた。
今回の主役はこの子。

ご本尊

秋月で1個60円で売ってるIRLB8721である。ごく普通のNchパワーMOSFET。
最終的な回路は、電源系の回路を追加したのみ。

最終形

今回は、抵抗にタクマンREYを、入力Cにオーディオ用途で定評のあるパナソニックのECQVフィルムコン、出力Cにはニチコン自らハイグレードAudio用と謳っているMUSE KZを使ってみた。こんな実装。

パーツレイアウト

MUSE KZでかすぎワロタ。

試聴中

 MUSE KZ。。。

MUSE KZ。。。たかが容量470uなのに、となりのが2200uとか(笑)
耐圧の違いはあるけど、デカ杉。

入力も出力もパワー全開で連続運転しても、トランジスタ／MOSFET共に40度～50度なため放熱器は不要だろう。というか、もう放熱器を付けられるレイアウトじゃないし。

その音は、おそらくMUSE KZが支配的な音である。
回路的にはあまりHiFiでは無い※が、HiFi風な音が出てくる。恐るべしMUSE KZ。。。
アコギのバラードなんかは凄く雰囲気を出してくれて、このアンプに合っている。伊達に大きいだけじゃないようだ、MUSE KZ。

※シミュレーション上での歪みは、「Total Harmonic Distortion: 0.008997%」である（2Vpp/32Ω負荷の値）ので、決して特性が悪いわけではない。
回路規模にしたら、むしろ非常に良いのではないか。

ローコストでピュアオーディオ風味を楽しみたい人は作ってみるといいかも。


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Simple is Best! なヘッドホンアンプ

実質1石なこのヘッドホンアンプ回路。超絶簡単。

負帰還もなく、ただのソースフォロワー。

原始的

入力Cで直流を切って、抵抗でバイアスし、MOS-FETを定電流源を使いソースフォロワーで出力を取り出す。ただそれだけ。定電流源も抵抗とトランジスタを用いた一番シンプルな回路。

以下に、出力2Vpp、負荷32Ωの特性を示す。

周波数特性

今回はムダに低域を出すのを止めた。人間の可聴範囲が十分に出れば良し。

歪率(1kHzで測定）

Total Harmonic Distortion: 0.025373%
無帰還でこの数値はなかなかだと思う。別に帰還回路を否定しないが、多少の高調波歪みなんかは音の味付けになって良い場合もある。

今回は回路がシンプルなだけに、パーツは良いものを買って来よう。
オーディオグレードのパーツなんて、久しぶりかもしれない。
そこにオカルトがあるのかも検証したい。


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2SC1815エミッタフォロワー ヘッドホンアンプ改

前作の「2SC1815エミッタフォロワー ヘッドホンアンプ」を少々改善。左右のアイドル電流に微妙な差があったため、LEDのブリーダー抵抗を多回転VRに変更し、調整できるようにした。

ちょっと改善

ついでに、パーツレイアウト図も載せておこう。

パーツレイアウト

入力Cはタンタルコン、前段と後段を繋ぐカップリングCはニッケミの両極性KME、出力Cは東信UTSJが個人的にはベストチョイスであった。
もし作る場合、この図は参考として必ず現物合わせでレイアウトすること。
パーツによってサイズが違うからね。
その他、定電流部分はパーツによるバラツキがあるため、必ずチェックすること。アースラインと電源ラインは極太線(JJは0.8mmスズメッキ線を使用)を使うと良い。


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