お待たせしました、パワーアンプを発売しました DCPW-120はDPW-240に昇華した!

気がつけばなんとこの1ヶ月でDACとパワーアンプをリリースしました。

パワーアンプの開発経緯について

まずつい先週にリリースしたパワーアンプDCPW-240を紹介します。え?DCPW-120はどうしたって? DCPW-120は辞めて240になったのです・・・え~~~。

詳しい経緯を話せば長くなるので省略しますが、結果的に2CHではなく4CH分のアンプを積んでステレオでバランス駆動出来るようにしました。その結果弊社ではバランス伝送を意味する200番台の番号にしました。つまりこのDCPW-240はDCPW-100の後継というよりも、DCPW-200(これもアンプは2CH分だけモノーラルでBTL駆動が可能)よりも、ある意味贅沢な構成になっています。ただDCPW-200にあった先進的な機能

・出力部のリレーを除去するダイレクト出力回路
・出力部コイルの(抵抗が半減する)特殊な巻き方
・アンバランス信号をバランス信号に変換する機能
・純銅性・超大型出力端子

などは省略してコストの上昇は抑制しました。

デザイン

大きさはこれまでのDCPWシリーズと同じです。ただデザインはオーディオを得意とするデザイナーの方にお願いしました。大きな面取りをした天板がアクセントになっていて迫力があります。しかも非常にバランスの良い、かっこいい外観はやはりこのデザイナーさんの力量によるところが大きいのです。

パワー

電源電圧、トランスなどはDCPMA-100と同じ100W+100W(RCAの場合)です。ただXLR入力の場合バランス駆動(BTL駆動)になりますので電圧が2倍、すなわち電力では4倍になります。ただBTL駆動では負荷が1/2になり、4Ωを4CH分駆動することになり、電力段の電圧降下が大きくなります(しかも電圧の低下はパワーに2乗で効くので影響も大きいのです)。結果的に400Wではなく、270W+270Wとなりました。また左右どちらかの1CHで測定すると、連続出力で370Wでした。音楽信号の場合、コンデンサ容量が大きいので、トランスから電流を貰わずにすみ、400W以上楽に出ると思います。

SN比

DCPW-240の残留ノイズは8.5uV(A)です。DCPW-100の6-7uV(A)に比較すると少し大きくなっているのですが、パワーアンプとしては通常より1桁小さい値です。DCPW-240ではパワー(出力電圧)が大きくなっていますので、SN比はDCPW-100よりも良くなっています。RCA入力の場合130.5dB、XLR入力の場合は134.5dBという値になりました。

ダンピングファクター

ダンピングファクター(DF)はDCPW-100で1500、DCPW-200で3000でした。DPW-240では、RCA時600との約半分になっています。これは出力抵抗の原因となるコイルとリレーが+-両方に入るためです。RCA時もあえてスピーカーの-側を電源のアースではなく入力ショートのアンプで駆動しています。これは整流時のリップルから逃れるためで、音質上この方が好ましいのです。

音質

肝心の音質ですが、DCPW-100は中高音の透明度が抜群で、低音域のダンピングも抜群でした。反面低域の弱いSPと組み合わせると聴感上線が細く感じる事がありました。

DCPW-200では非常に低域の力強さがある反面、中高域の透明度はDCPW-100の方が良い面もありました(それでも他社のアンプよりは遥かに透明度もいいのですが)。

今度のDCPW-240はそういった弱点がありません。中高音の透明度があり、かつ低域の重圧感、ダンピング感も完璧の様に聴こえます。それどころか、これまでの普通の音楽ソースを聴いても、微妙なニュアンス等を空恐ろしい程描いている気がします。

自分で作ったものは過大評価になる場合もあるので、正確には今後の他の方の評価を待つ必要がありますが、凄いというか想像を超えたというか、我ながら「アンプの音はここまでよくなるのか」と感嘆するばかりです。

以上新しく発売になったパワーアンプDCPW-240の概要でした。

製品詳細はこちらのホームページでも案内しております。

http://www.audiodesign.co.jp/DCPW240.html

尚、納期は当面1ヶ月程度とお考え下さい。

ワードプレスが何故かトラブリまして更新(閲覧も)できませんでしたが、この度やっと復活しました。WordPressは本来簡単なブログツールなのですが、サーバーのデータベースまで原因を見に行くなど大変な事になっていました。実は復旧した正確な理由もよくわかりません。とにかくご迷惑をおかけしました。

「わが巨人軍は永久に不滅です」といったのは長嶋さん、「A級アンプも永久にスイッチングします」と言ったのは私です

A級動作のパワーアンプはスイッチング歪がないので音がいいというのはオーディオを趣味とする方にはいわば常識かと思います。

そのA級アンプですが、実はどんなA級アンプも実はスイッチングしているのです。といったら「そんなバカな」と思われるでしょう。それでは、アンプの性能などを見ていてA級アンプなのにやけに歪が多いな(AB級よりも多かったりする)と疑問に思われたことはないでしょうか?

もちろんA級アンプの音質的なメリットは出力段がスイッチングしないというだけでなく、結果的にトランスの容量や出力トランジスタや放熱器も大型になるなどの物量投入の効果もあるので、A級アンプの音質がいいという話があるのはわかります。

最近、よくよく考えてみるとA級アンプもスイッチングしているなーということに気づきました。

パワーアンプの動作を説明する簡単な回路図

この図はパワーアンプの簡略化した回路図です。電圧増幅段の後に電力増幅段があってスピーカーに接続され、トータルにNFBが掛かっています。これで電力増幅段のアイドリング電流が数AあればA級動作することになります。

ただ、実際にはこの回路ではスピーカーを駆動できないのです。スピーカーを駆動することまで考えて描いた簡単な回路図はこちらになります。

A級動作もグラウンドを含めて考えると汚れている

何が違うかというとマイナス側の回路です。最初の回路図ではマイナス側に電流を供給する部分が欠けているのです。マイナス(グラウンド)側は単に入力信号のマイナス(グラウンド)に接続するだけではだめで、大電流を供給できる回路に接続する必要があります(電力増幅回路のリターン側という言ったりもします)。

電源部は電源トランスからの電圧を整流して大型の電解コンデンサに接続して直流化しています。スピーカーのマイナス側はその正負2つの電源コンデンサの中点に接続され、このG点から電流が出ている(入っている)のです。このG点グラウンド部というのは100Hz(電源周波数の倍)の正弦波で充電されたときに発生する脈流成分なので、実際には数kHz位までの成分を含まれています。

この電源部のリップル成分はプリアンプなどでは安定化電源を使用すれば問題になりません。ところがパワーアンプでは安定化しないので、数Aのリップル電流に起因した成分は結構大きなものになります。回路図上では発生するように見えなくても、実際にはアース電位にもリップル成分が混じるので、結果的にこれは残留歪となります。

さらに悪い事にA級アンプは無信号時に出力段に電流が一番多く流れているので、無信号時のリップルノイズ(残留歪)が大きくなる可能性すらあるのです。

A級アンプといえども、その回路(あるいは動作)の原理だけを考えていると、理想的に見えても、実際にはいろいろな事が影響していてそう単純ではありませよという話でした。

アンプのテストに使える危険な裏ワザ -安定化電源の音質差を探れます-

これからご紹介するのはちょっと危険な裏技なので、もし試す際はアンプ、スピーカー共に壊れても良いサブ・サブ・システムで行って下さい(高価なメイン装置では行わないこと)。

どういう裏ワザかというと、内部の電源に安定化回路を使用しているアンプで、安定化回路を使用した時と、安定化しない時の音質を改造なしに瞬時比較するという裏ワザです。

必要なもの

・試聴したいアンプで内部で安定化電源を使用しているもの、3端子レギュレーター使用のアンプなどでもよい(使用しているかどうか分からなくても差し支えありません)。

・スライダック(トランス式でAC電圧を100Vから落とせるもの)、サイリスタを使用した電子的なものは不可です。

・当然ながらスピーカー、CDプレーヤー等も必要です。

方法

slaidac

接続図はこんな感じ

試したいアンプのACコンセントをスライダックを経由して接続します。

スライダックの電圧を100Vに調節して、パワーアンプの電源スイッチを入れます。当然の事ながらアンプは正常に動作するはずです。

 

そこからスライダックを調節してAC電圧を60-70V位に落とします。パワーアンプの最大出力は半減しますがそれでも正常に音が出るはずです(それ以下では保護回路が働いてしまいます)。このAC電圧を60-70%に落とした状態だと安定化回路は全く機能せず、結果的に安定化回路を使用しない単純なリップルを含んだ電源になります。

両者の音質を比較することで、安定化回路を使用の有無による音質差を聴き比べることができます(最大出力が違うのでそこの違いが気になるという人もいるかもしれませんが)。

私が試した結果では、良質な安定化回路が組み込まれていると、安定化したほうが音のざらつきが取れて、カチッと定位も決まって繊細さが表現されて、安定化した方が音質は上質でした。

内部での直流電源電圧はこんな状態になっています。

img015_60V

安定化しない電源の電圧変動(AC70V)

img016_80V

中途半端に安定化回路が働いている時(AC80V)

img016_100V

安定化回路が正常に機能している時の電圧変動分(AC100V)

 

 

AC電圧を60-70Vくらいにすると安定化回路が働かないため、電源電圧には単純なリップルを含んだ波形になります。

 

 

 

電圧が80-90Vになると安定化回路が中途半端に働こうとするので半分平坦、半分は電圧が足りず急激に落ち込みます。

 

 

 

 

 

 

 

AC電圧が90-100Vになると正常に機能して電源電圧は一定になります。こうなると変動分は見えません。

 

AC電圧を落とすと、、出力リレーが落ちたりしますので、正常に音が聞けるとは限りません。また保護回路が機能しなくなったりする恐れや、そのたもろもろ危険性があるので、メインシステムでは試さないように注意して下さい。

古くて新しいデジタルオシロで開発が加速するかも

今回は測定器の話をさせていただきます。

オシロは大事

アンプなどの解析にはオシロスコープが必須です。オシロは何台か持っていますが、もっぱら使用しているのはアナログオシロです。波形の記録にはデジタルオシロが必要で以前はパソコンに取り込んでサーマルプリンタなどでシール式の感熱紙に印刷していました。その頃のノートはこんな感じです。

DCPMA-parts2 044_ociloold

デジタルオシロの波形をパソコンで取り込んで編集後、 サーマルプリンタで印刷してノートに貼り付けていた

ただこの方法は面倒で、気合が入った時にしかしませんでした。もっと簡単にオシロの波形を残したかったのですが、最近は面倒なので自分で波形を書いていました。超原始的ですが、これが一番早いのです。

DCPMA-parts2 050_note2

その内、波形は手書きになった

オシロの波形記録の変遷

このオシロの波形を残すために、あれこれ試行錯誤してきました。

  1.  USBオシロ(波形データをボタン一つでPC に転送できるもの)–>PC で画像を整えて印刷するのが大変、オシロそのものが使いにくい

2. オシロの画面をでカメラで撮る、その後PCに取り込んで、サーマルプリンタで印刷–>いちいち操作が面倒(写真中央上)

3. チェキ(ポラロイドカメラ)で撮る:画面が小さすぎてダメ–>接写レンズを使う:不鮮明でダメ視界も狭い(写真右)

DCPMA-parts2 041_ocilophoto

左が新しく買ったプリンタ内蔵デジタルオシロの印刷結果、 右がチェキに接写レンズをつけて撮ったアナログオシロの波形 真ん中下がスマフォで撮ってスマフォ用写真印刷機でプリントしたもの

4. スマホ専用の写真印刷機でとる–>これは結構いける(写真中央下)

5. プリンタ内蔵オシロ–>チョベリグ(写真左)

これが一番良かった

最終的に行き着いたのが5のプリンター内臓のオシロスコープです。これがあるのは知っていましたが、結構お高いので敬遠していました。最近だめもとで中古で購入してみたら、これが予想以上に良かったのです。ボタン一つできれいに波形コピーが出来ました(ちょっとサイズがおおきすぎるのですけどね)。YOKOGAWAのDL1540というデジタルオシロで、上部に感熱プリンターが内蔵されています。帯域も150MHzあるので十分です。操作性でアナログオシロにはチョット負けますが、いわゆる4-5万円の安いデジタルオシロよりも遥かに使いやすく、実用に耐えます。

DCPMA-parts2 038_DL1540

オレンジ色の波形のオシロにプリンタが内蔵されていて ボタン一つで波形のコピーが上から出てくる

 

 

今後、製品開発がますます加速するかもしれません。

 

パワーアンプ出力段に関する考察(2) -エミッタ抵抗を取れば特性は良くなるか?-

前コラムでパワーアンプから大電流が流れた場合エミッタ抵抗に発生する電圧降下によってバイアス電圧が消費され、トラジスタがカットオフしてしまうということをお話しました。 それではこの悪さをするエミッタを無くしてしまえばいいのでは?とは誰しも考えるところです。そもそもエミッタ抵抗は何故入れてあるのでしょうか?

エミッタ抵抗の役割

標準的SEPP出力段

標準的SEPP出力段

このエミッタ抵抗の役目はトランジスタの熱暴走防止です。トランジスタは一度温まるとより電流が流れやすくなるという性質をもっていて、このサイクルが繰り返して温度が限りなく上昇してしまうのです。これを熱暴走といいます。エミッタ抵抗は、トランジスタに電流が流れた際に入力電圧を打ち消す方向に電圧が発生するので、このエミッタ抵抗一本で負帰還をかけているのです。このエミッタ抵抗Reに必要な値の計算方法は

Re>Θjc・Vc/500

から求まります。ここでΘjcはトランジスタ熱抵抗(℃/W)で通常1(℃/W)程度です。Vcは電源電圧50V程度ですのでReは0.1Ω以上必要なことがわかります。またこの式は温度補償素子をトランジスタに直接熱結合させた場合で、放熱器に温度補償素子を固定した場合は、放熱器の熱抵抗も考慮する必要があります。実際には0.2Ωから0.5Ω位の抵抗を付けるのが普通です。

エミッタ抵抗レスで熱暴走を抑止できていると思えるアンプが無い これまで、エミッタ抵抗レスをうたった市販パワーアンプは私が知る限り2例ありましたが、驚くべきことに、そのいづれもが回路図を見る限り、熱暴走に対する対策が必ずしも充分では無く、熱暴走する可能性のあるものでした。先に述べた式は熱暴走を起こさない必要充分条件であって、上式を逸脱していても、熱暴走が必ず起こるとは限らないので、通常の使用ではひょっとすると問題ないのかもしれません。

エミッタ抵抗レスのSEPP出力段

エミッタ抵抗レスのSEPP出力段

少し話はそれましたが、このエミッタ抵抗が無くても熱的に安定な回路を新たに考案し(これは非常に苦労して考案しました)、SEPP出力段の歪率特性を計測してみました。

エミッタ抵抗を除去しても歪率は改善されない 驚いたことに、歪率は少し改善されたものの、スイッチング現象は解消されず、歪率も少し低下した程度でした。何故かというとパワートランジスタそのものにも抵抗成分があるので、外付けのエミッタ抵抗を無くしても、総合的には改善されなかったのだと思います。 トランジスタの内部では100ミクロンれべるの細いAuワイヤで配線されていることと、内部配線の抵抗が小さいとしても。トランジスタそのものが動作点で0.数Ωの抵抗があるので(Ic対Vbeの傾きという意味で)、エミッタ抵抗を無くしてもスイッチング現象が消滅しなかったのだと思います。もちろんある程度の改善(最大でも半減程度)はするとは思いますが、本質的な対策にはなりえなかったのです。

エミッタ抵抗の代わりに電流センサーを使用するのはまったく無意味 さらに、あるメーカーのパワーアンプでエミッタ抵抗の代わりに電流センサーを使用してエミッタ抵抗をなくして特性を改善したと主張する物がありますが、これはまったく無意味です。 SEPP-Re0-1 電流センサーを使用してエミッタ抵抗による電圧降下をなくしても、同じ熱安定性を得るためには別途バイアス電圧をエミッタ電流に比例して降下させる回路を組む必要があるからです。このバイアス電圧降下回路を組まなければ熱暴走の危険性がありますし、バイアス電圧降下回路を組んでいるとすれば、抵抗1本ですむものをわざわざ複雑にしているだけで意味がありません。 というわけで、パワーアンプの出力段のスイッチング現象による特性悪化に関する試みは多いのですが、的を得ていないと思われるレベルのものが多いなというのが私の印象です。

パワーアンプ出力段に関する考察(1) -出力段のスイッチング現象、アイドリング電流はどこへ行った?-

はじめに

パワーアンプが他のアンプ、例えばプリアンプなどと異なる点はなんといっても出力段です。

他のアンプ回路と異なり数A単位の電流が流れるので設計が異なることはもちろんですが、どう上手に回路設計しても、不完全性が残るためどうしても気になるところなのです。

現在市販されているパワーアンプも、設計者によって様々な工夫が凝らされています。ただその効果については果たして意味があるのか疑問を抱かざるを得ないものも多いので、ここで少し詳しく解説してみたいと思います。

多少の回路知識がないと、内容は完全には理解しにくいかもしれませんが、およその雰囲気は判っていただけると思います。

パワーアンプ出力段に関して以下の順で解説していきたいと思います。

1.出力段のスイッチング現象は何故発生するのか?
アイドリング電流はどこへ行った?

2. エミッタ抵抗を除去しても特性は良くならない!?

エミッタ抵抗をなくした回路  まずそのものの安定性が怪しい

3. エミッタ抵抗の代わりに電流センサを使用しても意味が無い

4. 擬似A級回路は何故評価されなかったのか?

 

1.出力段のスイッチング現象は何故発生するのか?

実ははそもそもこれが疑問でした。パワーアンプといえどもアイドリング電流を流しているので、無信号時にはトランジスタの+-側両方がONになっています。信号が入力されてもこの一定のアイドリング電流が流れているので、そもそもトランジスタはOFFにならないのでは?と思ったのです。(以下の説明では簡単な説明とするため、実際とは値が多少異なります)

SEPP-1パワーアンプで使用される出力段(SEPP)回路、アイドリング電流が最初から流れているので出力段トランジスタはカットオフしない(のでは?)

 

SEPPLoadパワーアンプ出力段の回路例(考察用です)

 

SEPPLoad20

無信号時、アイドリング状態では各トランジスタに0.6Vのバイアスが掛かっており両方共ONの状態になっています。(説明を簡単にするため、実際とは値が多少異なる場合があります)

ところが実際に負荷を接続して比較的大きな電流が流れている状況をかんがえるととします。この状態では下図の様になってしまいます。8Ω負荷を接続して2Aが流れた状態になると(出力電圧が16Vになると)、電流が流れるためエミッタ抵抗に1Vの電圧が結果的に発生してしまいます。この場所で、すでにバイアス電圧1.3Vの内1Vのを使用してしまっているので、下段のトランジスタにはもうバイアスがかからなくなり0.3Vの逆方向に電圧が掛かってしまいます。つまり下段のPNPトランジスタはOFFの状態になってしまいます。

これがスイッチング現象です。すなわちエミッタ抵抗によるバイアス電圧をキャンセルする成分の発生が悪さをしていたのです。

SEPPLoad21

 

それではエミッタ抵抗を小さく、あるいはなくしてしまってはどうかということです。ここからが、議論のはじまりなのですが、これはこれで問題があるのです。