スペアナの電子プローブ(バッファアンプ)を作ってみました

今回は久々にちょっとマニアックな話をさせていただきます。

スペアナは信号の周波数分布を見る測定器で、とても便利な測定器です。
本格的なスペアナは普通数百万円と非常に高価なのですが、GHz帯まで観測できて信号レベルも-140dBくらいまで表示出来る優れものです。

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HPのスペアナ8561E

ただこのスペアナは残念なことにオーディオアンプにはそのままでは使用できません。入力インピーダンスが普通50Ωなので、そのままオーディオアンプ出力に接続すると、ほとんどショートした状態になってしまうからです。スペアナはもともと無線帯域の高周波回路の測定に使用するもので、オーディオ測定には向かないのです。

こういう用途に、電子プローブといって専用の高入力インピーダンスのプローブもあるのですが、これが中古のスペアナ位の価格(うん十万円)なので、おいそれと買えるものではありません。通常はFET1石等を使用して自作している人も多いのが実情です。FETで作ると簡単とはいえ、当然歪が多くなるので歪スペクトルを観測するなどの用途には向きません。何かいいものはないか?と常々思っていましたが、・・・ありました。

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イヤホンアンプがスペアナのバッファアンプに早変わり

それはこれです。

そう一見ただのヘッドホン(イヤホン)アンプに見えますが、実は

ただのヘッドホン(イヤホン)アンプです(なんじゃそれ)。

これをちょっと改造すると非常に好都合なのです。イヤホン、ヘッドホンはインピーダンスが数十Ωなので、イヤホンアンプを使用すると丁度スペアナの50Ωを問題なく駆動できます。電池駆動でSNが良く、しかも電源ケーブルもいらないのでプローブとして最適です。唯一心配なのは帯域幅ですが、最新のOPアンプを探すと100MHz位まで帯域の伸びたものがゴロゴロしています。2CHあるので、ちょっと定数変更をして左をゲイン1、右をゲイン10にするとさらに便利です。電子プローブというより、スペアナのプリアンプとして使用できます。ここではOPアンプにTI社のLM6172を選択しました。

測定例1(発信器の歪スペクトル)

speana 007_analyzerオーディオアナライザーの元信号の歪スペクトルを見てみましょう。オーディオアナライザーの発信器の波形を歪率計に入れます。高調波歪率は10Khz、1Vで0.0006%と超低歪率です。この状態で歪率計の出力には基本波を除去した歪成分が出ていますので、それをイヤホンアンプ(プリアンプ)を通してスペアナで観測したのがこの波形です。

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歪成分のスペクトル(0-100KHz) (基本波は歪率計で除去済み)

 

 

 

 

 

 

 

測定例2(アースラインから混入するノイズ)

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アースラインから混入するコモンモードノイズ

アースからくるコモン・モード・ノイズを観測してみましょう。プローブの端子をアースして測定電圧を原理的には0にして、電子機器のアース端子に接触させます。そのプローブ出力をバッファアンプ(イヤホンアンプ、ゲイン10)を通して、スペアナ観測した波形がこちらです。アースラインから混入するコモン・モード・ノイズ信号を見ていることになります。それがこちらです。

帯域は0-1MHzで観測していますがベースライン付近に僅かにノイズが混入している事が分かります。

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測定系のノイズ (プリアンプ(ポタアン)を通してもノイズは見られない)

 

ちなみに測定系のノイズレベルはこちらで、先ほどのスペクトルは測定系のノイズではありません。

 

 

 

 

このヘッドホンアンプには帯域フィルタが付いているので、帯域を20KHz位で制限するとホワイトノイズが取れて、極微小なリップル成分なども観測できます。

スペアナだけでなく、オシロスコープのプリアンプとして使用するとさらに便利です。オシロスコープは感度が2mV/divで信号を見るには十分なのですが、uVレベルのノイズ波形を見ることはできないのです。このヘッドホンアンプをプリアンプとして使用すると今まで見えなかったノイズ波形が見えてすごく便利です。

このヘッドホンアンプに限らず、乾電池式でOPアンプを使用したポタアンであれば使用できると思いますので、同様の悩みを持っている方は是非お試しいただければと思います。

 

スペアナの電子プローブ(バッファアンプ)を作ってみました” への4件のコメント

  1. DCHP-100の記事でコメント入力を受け付けていないようなので、こちらに書き込みます。
    購入後1年を経過しましたが、非常に素直で飽きの来ない音で満足しております。
    詳細な内部画像や構成を把握したくなり、またコレクター的意味合いも兼ねてDCHP-100の記事が掲載されている無線と実験2011年11月号を取り寄せました。

    アッテネーター部分に大変な精密さが見て感じ取れます。右隣の長く伸びた入力セレクターロッド部分と合わせて、機能美を感じさせるレイアウトです。
    反面、アンプ部は私のような素人目ではシンプルというか、
    「このスペースで足りるんだ」「この音が出るんだ」という感じですね。

    ゲイン0db・粗調整0db時の音質は本当に他では替えが利かないです。
    精確でありながらモニター的ではない。脚色はしない(DAC側の音調・性格は引き出しますが)のに乾いた高域ではない。
    何より低域の反応性が良好で素晴らしいです。
    (私もこれまで結構な数を聴いてきましたが、本当に「体感0.5秒遅れて出てくる」アンプ、ありましたから)
    どうも世の中バランスアンプ一色の雰囲気ですが、シングルエンドでも良いものはありますよと言いたいですね。

    • ヘッドホンアンプDCHP-100をご使用いただきありがとうございます。
      おっしゃるとおりで、弊社のアンプはヘッドホンアンプに限らす、スピードが早いとよく言われます。無線と実験誌は記事内容、内部写真が詳細で、弊社の商品説明よりも詳しいくらいで、非常にありがたいオーディオ誌です。
      このアンプでは、アンプ部分を表面実装部品を使用してモジュール化して組んでいるので小さく見えますが、回路規模的には本格的なもので、普通の個別部品を使用して実装すると75*100mmくらいになります(以前のプリアンプでは同回路でその大きさでした)。

      今後ともよろしくお願いいたします。

  2. プリメインの発表おめでとうございます。 すっきりしたデザインですね、可能ならこの基本デザインでパワーアンプがあるといいな(勝手なことをすみません)。  オーディオデザインさんのブログ楽しみにしています。 近い内に安定化電源を購入したいと考えています(用途はDAC用の電源:5Vか又はMusic Birdのチューナー用電源12Vか、思案中)その際は質問するかもしれませんがよろしくお願いします。 by Sentence

    • Sentenceさん、コメントありがとうございます。
      確かにセパレートのDCPWシリーズは大きさ(高さ)が普通と異なりますので制約がありますね。
      安定化電源DCAシリーズは発売以来5年経ちましたが、依然として人気のある商品です。オーディオインターフェースはもちろん、ワンボード・コンピュータやハードディスクなど様々な用途にご利用いただいているようです。
      今後ともよろしくお願いいたします。

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