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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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、実装編（イマイチ）

前々回の記事で構想したヘッドホンアンプを実装してみた。
最終的な回路図は次の通り。
オペアンプはちょっと高価なOPA2604を奢ってみた。秋月で1個300円は高級品の部類に入るだろうｗ

片Chのみ

ゲインは1.5倍。0dB(1倍)でも十分な音量が取れることが分かったため、ゲインは低めだ。ヘッドホンのインピーダンスは30～40Ωを想定している。

実装中１

入力部やジャンパ、オペアンプの電源部が済んだところ。

実装中２

オペアンプのソケットと、負帰還、定電流回路の一部を実装したところ。
シムシティみたいで楽しい。残りはトランジスタと電源用コンデンサ、出力Cを残すのみ。

実装完了後の絵を撮り忘れてケースへ入れてしまった。。。

予想に反して、オペアンプよりトランジスタが支配的な音のような気がする。
JJの主観で、トランジスタとMOS-FETの違いは、

　MOS-FET：ダイナミックで綺麗な音
　トランジスタ：野太くて迫力がある音

ではないだろうか。
このアンプも野太い音がする。野太い音が迫ってくる感じだ。
ロックもいいし、オーケストラを聴いても合っている。ライブ感と言うのだろうか。
当分メインのヘッドホンアンプになりそうだ。

なんだか聴き込んでくるうちにイマイチ感が出てきた。
音声信号がオペアンプを通るとダメだ。やっぱり平面的な、広がりが無い音になってしまっている。1石MOS-FETのソースフォロワーのアンプに戻そう。

※もし作ってみたい人は、コメントを入れてもらえればパーツレイアウトを公開します。できれば、しっかりした電源を用意できて、アルミケースへ入れてケースへGNDを落とせる人で！


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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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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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2SC1815エミッタフォロワー ヘッドホンアンプ（★★★★お勧め）

修理おじさんの「ヘッドホンアンプを作ろう5」を参考に、少しアレンジを加えて作ってみた。

こんな回路

オリジナルとの違いは、定電流源にLEDを使って実装したこと。緑LEDがいい感じに1.8Vを作ってくれる。

 実装後

トランジスタは全て2SC1815(GR)。アンプ部(左右)に6石、遅延回路に1石の合計7石の1815である。

稼働中

緑LEDがほんのり光ってるのがわかるだろう。

1815のみで作ったアンプとは思えない、素晴らしい音を出してくれる。
単電源で信号ラインに、タンタルコンや両極性電解コン、普通の電解コンと電解コンだらけだが本当に良い音だ。今までの固定観念が崩れてしまった。

修理おじさん、素晴らしい回路をありがとう！


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1石(MOS-FET) 0dBヘッドホンアンプの測定結果

前回の記事で作った「1石(MOS-FET) 0dBヘッドホンアンプ」をRMAAで測定してみた。

先ずはサマリーから。

例によって、左は測定に使ったUSBオーディオデバイスのループバック結果。
理論的に、これを超えることはできない（誤差で超えることはある）。

歪率以外はほとんど劣化していないのが分かる。
ノイズレベルの値から、このアンプによるノイズはほとんど発生してないと言えるだろう。
左右で電源を独立したのが効いているのか、クロストークの値が良い。

歪率は、負帰還無しの0dBアンプとしては、非常に良い値ではないだろうか。

以下に各種グラフを掲載する。

周波数特性

高域のクネクネは、測定に使ったUSBオーディオデバイスの癖なので気にしない。そして、RMAAは20kHzまでしか測定できないため、20kHzでぶった切られることを考慮して欲しい。
グラフを見てみると、USB（略）の出力から、ほとんどというか全く劣化は見られない。低域から高域まで、フラットである。

ノイズレベル

おおよそ-120dB付近まで低い値だ。入力ショート時は、ボリュームMAXにしても無音であることが数値から証明された。

ダイナミックレンジ

低域と中域に若干の劣化が見られる程度。

歪率

高調波歪みが観測される。しかし、聴覚上で歪みは一切感じることはできない。

クロストーク

全域に渡って優秀な値である。高域に少し劣化が見られる程度。
電源を左右独立にした効果であろうか。

差動入力やら、プッシュプル回路やら、オペアンプやら、負帰還、利得なんて難しいこと考える必要もなく、こんな単純な回路でここまでの特性が出るとは驚きである。

音はとてもダイナミックであり、押しの強さが良い。それでいてノイズは皆無で静寂さや透明感も表現できる。

殿堂入りにふさわしい。


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1石(MOS-FET) 0dBヘッドホンアンプの詳細（★★★★★お勧め）

前記事では、ヘッドホン出力時の遅延回路をはしょってたので、ちゃんと入れたのを載っけることにした。

POP音防止の遅延回路（右下）

※トランスを間違えていたので訂正。12V/0.2A→12V/0.3A
※上記に伴い、パーツ表も訂正。

パーツのレイアウトも載っけてみる。

アンプ部

12V/2回路リレーが大きいため、遅延回路が面積の約1/3を占めている。。。
12k抵抗が斜めってるのは、MOS-FETのヒートシンクと干渉するためｗ

電源部

二次側2回路で±両電源を作るのは良くあるが、プラス電源×2は珍しいのではないだろうか(笑)
一応パーツ表を載せておく。トランスは秋葉原のラジオデパートかラジオセンターで類似のものがあるはずだ。

パーツ	個数	購入先	備考
IRLB3034PBF	2	秋月	N-Ch MOS-FET
2SC1815(Y)	3	秋月	定電流回路と、遅延回路に利用
2SC3964	2	秋月	定電流回路用
NJM7812	2	秋月	12V/1A三端子レギュレータ
1N4148	4	秋月	汎用シリコンダイオード。色んな箇所で逆流防止用
SDI2100	2	秋月	SBDブリッジ
941H-2C-12D	1	秋月	12V/2回路リレー
50F2D104J	2	秋月	ルビコンフィルムコンデンサ 0.1u/50V 104
630MPS104J	1	秋月	メタライズドポリプロピレンフィルムコンデンサ0.1u/630V 104 トランス一次側スパークキラー構成用
16PB017-01025	4	秋月	ヒートシンク。MOS-FETと三端子レギュレータ用
2Pターミナルブロック	2	秋月	トランス一次側入力。[AC,AC]
3Pターミナルブロック	1	秋月	トランス二次側出力。[+,GND,+]
3Pターミナルブロック（小）	3	秋月	アンプ側の入力／出力／電源用
秋月ユニバーサル基板Bタイプ	1	秋月	アンプ実装基板
33Ω-1W 酸化金属被膜抵抗	2	千石	ヘッドホン出力切替前の負荷抵抗
120Ω-1W 酸化金属被膜抵抗	1	千石	トランス一次側スパークキラー構成用
12kΩ-1/2W金属被膜抵抗	2	千石	定電流回路用
10Ω-1/2Wカーボン	2	千石	定電流回路用
33kΩ-1/2Wカーボン	1	千石	LEDのブリーダー抵抗
39kΩ-1/2Wカーボン	1	千石	オンディレイ回路のCR回路のR
200kΩ-1/2Wカーボン	2	千石	入力バイアス用
240kΩ-1/2Wカーボン	2	千石	入力バイアス用
TBM1E105BECB	2	千石	1u/25Vタンタルコン。三端子レギュレータCout
TBM1E335DECB	2	千石	3.3u/25Vタンタルコン。三端子レギュレータCin
1HUTES100M	2	千石	東信UTES 10u/50V。入力C
1EUTES102M	2	千石	東信UTES 1000u/25V。出力C
1EUTES222M	2	千石	東信UTES 2200u/25V。アンプ電源C
1EUTES472M	2	千石	東信UTES 4700u/25V。トランス二次側平滑用C
ノンブランド ユニバーサル基板	1	千石	電源実装基板。24x18ホール ガラスエポキシ
SP-1203W	1		菅野電機研究所(SEL) 二次側12V/0.3Ax2 トランス
50k Aカーブ2連ボリューム	1		その他、ケースや3.5mmステレオジャック、RCAジャック等

パーツ表

アンプ部実装後

電源部実装後

レイアウトを見ると分かる通り、密集度は高くなく、実装部品数も多くないため、そんなに難しくない。実聴の価値はあるから興味ある人は作ってみて欲しい。


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