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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RAMM用ダミーロードの作成

負荷付きでもヘッドホンアンプの測定が簡単にできるように、ダミーロードを作ってみた。

こんなやつ。

足が長過ぎた

負荷として33Ωの抵抗を左右１個づつ取り付けた。

配線

見ての通りの配線だ。
アンプから見ると、出力は33Ω抵抗を通ってGNDへ戻り、USB入力側から見ると33Ω抵抗が並列に繋がってることになる。

早速、FET入力化したバイポーラOPAMPヘッドホンで試してみた。

一番左はUSBオーディオIF（この性能を超えることはない…） 

はっきり変化が現れるのはやっぱりクロストークだった。
10dBも悪化している。出力先のインピーダンスが下がった分、流れる電流が増えて左右で漏れ合ってるのだろうか。ヘッドホンだから共通グランドだし。

クロストークのグラフ

不思議なことに、高域では負荷ありの方が値が良い。
なぜなのかさっぱり理由が分からない。
高域の方が指向性が高いから、耳で聞く分にはあまり左右の相互干渉は感じないかもしれない。

というか、もっと正確に測れる性能が良いUSBオーディオIFが欲しくなった。
万単位するけど。。。


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（一部訂正＆追加情報あり）UCA222にてポータブルヘッドホンアンプの測定

前回の記事と同様に、今度はポータブルヘッドホンアンプの性能測定もしてみた。

先ずは、ClassAAポータブルヘッドホンアンプから。LME49740を使用。

大人気のClassAA

006P電池１個駆動でなかなか健闘しているのではないか。
ちなみに、LM324を使用したバージョンはこちら。

LM324バージョン

５つのPoorと１つのVery poorをいただきました。RAMMさん、チィーッス！
全く同じ回路で、オペアンプ交換でここまで差が出るとは、LME49740さん、恐るべしヤツ。
ちなみに、参考として同族のLME49720を使用したポータブルヘッドホンアンプは、
※ボリュームへの結線を左右逆にしてました。修正後の結果を表示します。。。
※ご指摘くださったgin_liquorさん、ありがとうございます。

よくあるオペアンプ＋バッファ回路（修正後）

めっちゃ性能いいやん。据え置き型よりいいとか。負荷が繋がってないからだろうけど。
ClassAAとあまり変わらない気がするが、クロストークが絶望的に悪い。
これ、左右双方向でダダ漏れじゃね？あと、ダイナミックレンジが同じ90.0dBでもClassAAはVery good、これはGood。単項目だけじゃなくて、色々総合的な判断なのだろうか？それとも、もっと小数点以下で違いがあるのか、RAMM…謎だ。

クロストークのグラフ（修正後）

かなりな上空飛行だ。オペアンプ自体のクロストーク（データシートでは"ISO CH-CH"と表現されている）は112dB～118dBみたいだから問題無し。バッファ部分で漏れてるのだろう。これは小さく作ったからローパスフィルタを入れられないし、しょうがないかな。今後の研究課題にしよう。
クロストーク以外は、そんなに遜色ないのではなかろうか。

修正したらメチャメチャ良くなった。何も対策してないのに。。。電源は電解コンのみなんだけど。。。それも、LT1010を使ったレイルスプリッタ。

JJ理論が崩壊した。

まぁ、これだからアナログは面白いんだが(笑)
電圧が低くて左右の干渉が少ないのか、オペアンプの性能が良くて結局バッファはオペアンプの出力を増幅してるだけだから出ないのか。。。対策してる据え置きヘッドホンアンプより良い理由が見当たらない。電池ってのがいいのかもしれない。
やっぱり電池最強伝説なのか？

ちなみにダミーロードを繋げて測定した結果。

32Ωの抵抗を並列に入れて測定

クロストークとIMDが低下した。
特にIMDが劇的に悪化している。IMDって何だ？
でも、予想よりも性能低下は少なかった。これは驚きだ。電池１個なのに。

最後に、大昔に作ったTPA6120A2を使ったポータブルヘッドホンアンプで測定してみた。

こっこれは…

据え置き型と遜色ないレベルだ。Excellentを２つもらっている。
さすがメーカー製ハイエンドなヘッドホンアンプに採用されるだけはある。
ただ、上のとくらべると006P電池２個使用とか、微妙なアドバンテージもあるが。

クロストークがここまで良いのは、回路の電源部にローパスフィルタを構成したのと、このIC自体の中身が左右で真っ二つに分かれているからである。１つのICなのに、VccとVeeが左右で２つずつあるのだ。徹底している。
でも、このICと抵抗とコンデンサでデータシート通り作れちゃって、あんまり考える余地もなく、つまんないのだ。音も無味無臭で特徴がないし…それが最大の特徴なのかもしれないが。なので、ずっとお蔵入りしていた。

最後に比較表を。

オペアンプ＋バッファのは表に入れ忘れた

ポータブル機だと、色んな違いがハッキリ出て面白い。
限られた制約（電圧、サイズ）の中で作るから、その時のポリシーや使うパーツで回路が決まってしまうからだろう。
でも、ネガティブな結果が出てるアンプも、聴覚上は全然問題無く良い音で聞こえたり、そのネガティブ部分が味わいになって良く感じることもある。なので、いちいち測定した結果を気にしてもしょうがないのだ。

それにしてもLM324(笑)　The汎用オペアンプ！


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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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