UCA222にて据え置きヘッドホンアンプの測定

インフルエンザで仕事行けないし、ほとんど治って元気なので、最近作った据え置き型ヘッドホンアンプの測定をしてみた。
測定方法は次のような構成。

測定時の接続方法

パワーアンプじゃないし、負荷は与えずアンプの素性を知りたいから直結。
パワーアンプで直結しちゃダメだ。ちゃんと負荷を与えて、可変抵抗で減衰してから入力しないと、たぶん何かがぶっ壊れる。
測定にはRMAAを使った。
※RMAAはとても綺麗なレポートを出力してくれるが、それを上手く貼り付けられないからキャプチャ画像にて。

先ずは、一番最近作ったバイポーラオペアンプをFET入力にしたやつから。

LME49860(LME49720)をFET入力で使ったやつ

Excellentを２つもらって嬉しい。しかし、Poorが１つある。。。
ここでUCA222と比較してみよう。

測定のベースになってるUCA222との比較

UCA222は前記事で書いたが、UCA222の測定は自分の出力を自分の入力へ直結するループバックにて行った。
クロストーク以外はほとんど変わらない。上回っている項目もあるが、理論的にありえないから誤差なのだろう。
逆に言うと、UCA222の悪い点が下駄として履かされてるから、本来の性能はすごく良いのではないだろうか。

次にClassAAヘッドホンアンプの結果。

ClassAAヘッドホンアンプの結果

なんだかバイポーラオペアンプをFET入力…とほとんど同じだ。
ノイズレベルは-90dBからVery goodみたいだから、これも誤差範囲だろう。
歪率系の値がほんの少し良い。これも誤差だと思うが、ClassAAの原理から歪率は低いはずだから、誤差だとしてもほんの少しだけ嬉しい。

次に低歪ディスクリートヘッドホンアンプの結果。

ディスクリヘッドホンアンプの結果

これもレスポンスとクロストークを除いてはほとんど同じ。
レスポンスは、流石にオペアンプには敵わないと言ったところか。それが聴覚上感じるかは別であるが。
クロストークの値が良くて嬉しい。このアンプが一番クロストーク対策をしているからだ（電源部に82Ω＋3300uのローパスフィルタ－を構成してある）。そうなるよう設計して、実際に数字として出てくると嬉しさと納得感がある。
そして、ディスクリートで名だたるオーディオ用のオペアンプを使ったヘッドホンアンプと遜色ない結果が出ていることに少しの驚きと、やっぱりディスクリは良いと思わせる。苦労が報われた感じだ。
レスポンスは劣るがVery goodらしいから放置しとこう(笑)

最後に三つ巴の比較を（＋UCA222。一番左の列）。

比較表

以下、各種グラフを掲載。

周波数特性

RMAAが20Hz～20kHzの範囲でしか測定してくれないから、高域は20kHzでぶった切られる。10kHzを過ぎてからのウニョウニョは、UCA222が持ってる癖だからみんな同じように出てる。ディスクリアンプは、少し低域が減衰してるが、後は重ねたようにピッタリだ。

ノイズレベル

これもみんなほぼ同じ。

ダイナミックレンジ

これもみ（略）

THD + Noise (at -3 dB FS)

ディスクリアンプが一番目立つ色で描画されていて不利だ(笑)
数字からも分かる通り、これもみ（略）。
その証拠に、UCA222単体の測定結果を示す。

このざま

って、かこれってわざとノイズを混ぜてるのか。。。
この波形が正しいんだな、きっと。

最後にクロストーク。

クロストーク

ディスクリアンプは、低域が悪くて高域が良い傾向にある。
低域は指向性があまり無いから、高域のクロストークが良ければ○だ。
でも比較表の数字と合わない気がする。。。比較表の数字は、単に1kHz時の値じゃね(笑)


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BEHRINGER U-CONTROL UCA222を試す

BEHRINGER U-CONTROL UCA222が近所の島村楽器に置いてたので買ってみた。アナログIN/OUTが付いてて約４千円とか、とても安い。

こんなやつ

メタリックなレッドが若干の高級感を醸し出している。
性能はどうなのだろうか？RMAAを使って調べてみよう。

Summary

Frequency response (from 40 Hz to 15 kHz), dB	+0.08, -0.04	Excellent
Noise level, dB (A)	-90.0	Good
Dynamic range, dB (A)	90.1	Very good
THD, %	0.047	Good
THD + Noise, dB (A)	-63.3	Poor
IMD + Noise, %	0.059	Good
Stereo crosstalk, dB	-90.9	Excellent
IMD at 10 kHz, %	0.057	Good
General performance		Very good

UCA222をループバックした結果

１つPoorがあるが、なかなかの性能ではないか。Excellentが２つもあるし。
こいつを使ってヘッドホンアンプの性能測定をしてみようと思う。ループの中に測定したいアンプを挟めば可能だろう。

ただし、こいつの基本性能が上表だから、この性能を超えることがないのが悲しい。。。まぁ、安物だから仕方ないか。相対評価はできるし。


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LT1115を使った10W級パワーアンプの作成（★★★★★このままお勧めはしない）

下記一連のシリーズの延長でパワーアンプも作ってみた。

• バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ変換（その１）
• バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ変換（その２）
• バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ、作成編（★★★★お勧め）
• バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ、電源部
• バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ、パーツレイアウト等

LT1115の扱いや、FET入力化が上手くいったのもあり、次のような回路となった。

最近のスキルを総導入
※アンプ電源部の4.7Ω抵抗を削除
※トランス二次側の12Vタップから給電へ変更

最終段はサンケンTrを使ったインバーテッドダーリントン構成。

バイアスの作成が楽だから、インバーテッドダーリントンは好きだ。

当初、クロストーク（チャネルセパレーション？）対策として、4.7Ωの抵抗を直列に入れていたが、ヘッドホンアンプじゃないし、定格2Wじゃ不安だし、2200uの電解コンが青息吐息になってるし、外すことにした。
所詮パワーアンプはスピーカーと耳の間に空間があるから、クロストーク（チャネルセパレーション？）は重視しないと割り切り(笑)
あと、LT1115の定格ギリギリだったので、トランスの12Vタップから給電することに変更。

 後ろのビールのせいで。。。

飲みながらいい気分で作っていたら、バイアス作成のダイオードのハンダ付けが中途半端でバイアス∞大！終段Trが２つ逝ってしまった。。。煙出ましたよっと(笑)

かなりトリッキーなレイアウト

小さい基板で作ってしまい、かなり窮屈でトリッキーなレイアウトになった。

もし作るならもっと大きな基板で放熱器をもっと大きくした方が良い。または、Trをアルミケースへ取り付けるか。

今のところ、バイアスを小さめにして、かつ、バイアス用のダイオードと熱結合した状態で均衡を保っている。大音量で聞いてる時、放熱器が触れる程度にアチチになるぐらい。ずっと触ってはいられないが。

こんな熱結合でも効果が！

無入力時のバイアス電流は、35mAぐらい流している。無入力時は発熱しない。

また、無流力時のバイアス電圧は1.1Vぐらいで、大音量時は0.9Vまで下がっているから温度補償が効いているようだ。Trの表面との結合なのでちょっと心配していたが、結果オーライ(笑)

----------その後
どうも位相温度補償が効きすぎて、音がイマイチな感じ。上手く表現できないが。
さすがにバイアスが0.9Vまで下がったらTrのON/OFFの切り替えが激しそうだし、その辺りが原因だろう。

と、いうことで、

そびえ立つ巨大放熱器(笑)

1Trにつき、小さい放熱器4つをエポキシ接着剤と銅箔テープで合体。巨大放熱器として、温度補償のダイオードとの結合を止めてみた。
良い、非常に良い。6Ωのダミーロードで20Vppを出力しても放熱器は触れるぐらいの熱さ。これは成功したようだ。

今までで一番良いアンプとなった。当分パワーアンプは作らなくて済みそうだ。

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バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ、パーツレイアウト等

『バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ』シリーズの最終的なパーツレイアウトはこうなった。現在は、電源電圧を±18VにしてLME49720をセットしてある。

ちょっとめんどい
※120pフィルムコンが窮屈なため１穴ずらす。

初段のFET(2SK30)は、選別して特性が（なるべく）等しいもの同士を向かい合わせで熱結合して取り付けること。
終段のトランジスタは、表面を入力側から見て反対向きに取り付けて、放熱面をバイアス作成用のダイオードと熱結合すること。
終段トランジスタは、今のお気に入りのサンケン製。一応、hFEを測って値を揃えてみた。
オペアンプにちょい足しどころか、マシマシで足してるから、部品点数が多くてめんどいが、それに見合った音は出る。

発掘したミニデテント

ミニデテント(20kA)が転がってたから使ってみた。
回すとクリック感があって、高級感があってよろしい。が、軸が長すぎて切るのが超絶めんどい。金鋸で地道に切り落とした。
手前にケースとネジ止めしてある緑のケーブルはアースである。ケースがアルミだからケースへアースしてある。

冬休み最後のチャレンジにいいのではないだろうか。
※詳細（でもないが）は、前々回の記事に書いてあるから参照のこと。

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バイポーラ入力オペアンプをFET入力へ、電源部

電源部に可変型レギュレータを追加して、一般的なオペアンプの電源電圧である±15V～±18Vを生成できるようにした。
LM337のデータシートに載っている"Adjustable Lab Voltage Regulator"のまんまコピーであるが（保護用のダイオードを追加してある）。

電圧可変電源

両電源回路の何にでも使えるから１つあると便利だ。
LM3x7には放熱器を取り付けること。特に、電圧を下げる場合は必要だ。下げた分の電圧は全て熱に変わるからね。
上記の場合は、トランスからは約±21V（15×√2）が出力されるため、実質的にはそこから3V引いて、～±18Vぐらいが実用範囲かな。

実装後

トランス

トランスは、東栄変成器さんのJ15022。センタータップ付きで、30V/0.2A流せるタイプだ。全体で6Wの出力だからヘッドホンアンプには十分すぎるぐらい。
一次側に取り付いてる黒い物体はスパークキラーである。入手できなければ、フィルムコンと抵抗で簡単に実装できる（回路図はそっちで描いてある）。

これのおかげで色んなバイポーラ入力オペアンプを試すことができて楽しい。


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