オーディオアンプの参考書 -書店にないが断トツでこれ-

オーディオアンプを設計・製作する上で是非とも手元に置いておきたい本を紹介します。
最近、初心者向けの真空管アンプの製作に関する本ですとか、おもちゃに近い半導体アンプの本が本屋さんに置いてあります。ミニブームみたいなものかも知れません。ただ半導体アンプのしかも本格的オーディオ用となると残念ながら本屋さんには置いてないのです。

オーディオアンプの教科書として私がお薦めする教科書はずばりこの1冊です。


ラジオ技術社「基礎トランジスタ・アンプ設計法」黒田徹著

初版は約20年前で若干古いといえば古いのですが、アナログアンプの回路はほとんどこのころすでに完成されているので問題ありません。基礎と書いてありますが、かなりの上級者向けです。プリアンプでいえば、各種イコライザアンプ、ヘッドアンプ、またパワーアンプについては進化の歴史から代表的トランジスタアンプとMOS-FETアンプの実測値まで掲載されています。記述内容も単なる技術の解説にとどまらず、回路の問題点と解決法(進化の歴史)がきれいに整理されて記述されています。黒田さんの本はどれも理論的根拠を持って述べられていらっしゃるので非常に参考になるのはもちろんですが、この本はそれまでのオーディオ業界が持っていた回路技術やノウハウをすべてまとめている様な感があります。
 実はこの本、一度廃刊になり復刊ドットコムに寄せられたリクエストで再出版されたという経緯があり、その筋の人にはかなり有名な本です。

 掲載されているアンプの特性は今見ても非常に優れていて、たとえばもっとも凝ったパワーアンプ回路では歪率が最大出力時で0.001%を切るものもあります(p272)。振り返って現在市販されている最高級(最高額?)パワーアンプの仕様を見ていただければすぐに判りますが、歪率は良くても0.01%レベルで一桁以上悪いのです。
ひるがえって、現在市販されている高額なアンプは、xx部品を使用、yy回路採用などと高性能を謳っているのに、本書の内容よりもなぜ性能が悪くなっているのか不思議なのですが、実はこの教科書にさらりと書いてある性能を出すのは結構むずかしいのです。たとえて言うなら日本家屋の建て方が書いてある本があったからといって、誰でもが立派な家を建てられないのと一緒です。アナログ回路は大工仕事の様な職人芸的な技能が必要な側面があります。といっても、もちろんアンプ設計には「経験と感が大事」などといっているのではなく、エンジニアリング的センス、例えばある部品が高周波領域でどういう挙動をするかとか、単純に回路図では現れていないようなところを、頭の中で瞬時に予想(シミュレーション)しながら全体を構築していく技量が物をいうのです。
 またプリント基板の回路パターンの引き回しや実装技術などでも特性が結構変わります、というより本来の特性が出ないので非常に大変な苦労をすることが多々あります。弊社のパワーアンプの場合も回路を決めてから今の性能にたどり着くまでに(この教科書に書いてある基本性能を追い抜くのに)1年以上かかりました。
 最近の他社のアンプの性能を見ていると、ほんとうに実装を含めた回路の検討をやっているのだろうか?と疑いたくなるものが少なくありません。性能が悪いだけで、音がよければいいのですが、ほんとうに電子工学的にまじめな検討を加えていないのに、音質の向上を検討しているのだろうか?と余計なお世話ながら勘ぐってしまいます。

この本は実際にアンプを設計・製作する人向けの本ですが、興味があれば実際に読んでみる事をお薦めします。この辺の電子回路の内容は勘が良ければオームの法則だけで80%くらいはなんとなく理解できると思います。
尚現在ラジオ技術社でオンデマンド出版(受注簡易製版)をしています。(ちょっと高価ですがその価値はあります)

まさかオーディオメーカーのアンプの設計に携わる人が読んでいなかったりする事はありませんよね?

p.s.
姉妹品として「実験で学ぶ 最新トランジスタ・アンプ設計法」
もあります。

ところでオーディオデザインのホームページはこちらです。

パワーアンプの電流供給能力を考えてみよう -スピーカーの電気はどこから来るの?-

< 力強いパワーアンプのために>
パワーアンプの音質を表す指標に「力強さ」、「低音の締まり」、「パワー感」などがあると思います。これらはいかに瞬時に大電流を供給できるかが問われているのだと思います。スピーカーからゴリゴリとした低音が出てくると本当に気持ちの良いものです。今回はパワーアンプの回路について、大電流の供給能力という点から考えてみたいと思います。

次の図はパワーアンプの回路を模式的に示したものです。パワーアンプの出力段はコンプリメンタリーとなっていますが、ここでは簡略化してNPNトランジスタだけを示しました。またトランジスタのエミッタ抵抗も省略しています。

power-amp-suuply400.jpg

<パワーアンプの動作原理>
トランスから出たAC電圧はダイオードで整流されて平滑コンデンサC1に蓄積されます。パワートランスタの出力(矢印の付いたエミッタ位置)が入力電圧の(1+R1/R2)倍に増幅された電圧になり、結果的に出力につながれたスピーカーに電流が流れます。 パワートランジスタのコレクタ−エミッタ間の抵抗が小さくなってC1からスピーカーに電流が流れる様になるといってもいいでしょう。C1の電圧はトランジスタのベースあるいはエミッタの電圧より十分に高ければ、何Vでも構いません。

<電流供給はどこで律速されるか?>
さてではスピーカーに大電流を供給する際にネックになるところは次のうちどこでしょうか?

(1)出力トランジスタ

(2)電解コンデンサC1

(3)トランス

答えは(2)の電解コンデンサです、ただし条件付で。「いやそんな事はない、トランスを大型にしたら音質が向上した」というご意見もおありでしょうが(私もそんな経験もあります)、この点は後で解説します。

この答えを考えるには電流はどこから供給されているか(どこで律速されているか)を考える必要があります。次の回路図は先ほどと同じですが電源トランスの巻き線抵抗と電解コンデンサの直列抵抗も含めて示したものです。

power-amp-suuply2-400.jpg

出力トランジスタがONになった際に負荷に流れる電流の供給源は2つあります。一つは電解コンデンサC1でもう一つは電源トランス+ダイオードです。どちらから電流が流れてもいいのですが、基本的に電流の流れやすいほうから電荷は流れてきます。電解コンデンサの最低インピーダンスは0.1Ω程度、電源トランスの方は数Ω程度だと思います。したがって通常は平滑用の電解コンデンサから電気は供給されると考えていいのです。ただし条件があります。平滑コンデンサに蓄積される電荷量には限りがあるので、ある程度でてしまうと今度はトランスのほうから供給せざるを得なくなります。

<電解コンデンサが生きている条件を考える>
次に 電解コンデンサに蓄えられた電荷量が足りなくなる条件はどの程度か考えてみます。

今、整流後の電圧が50V、電解コンデンサの容量が20,000uFとしましょう。蓄積される電荷量はQ=CVから、丁度

Q= 1(C)となります(Cは電荷量クーロンの単位)。一方スピーカーに瞬間的に大電流が流れたとします。たとえば平均電流2A(ピークで約3A)で0.2秒間流れたとすると、全部で0.4(C)消費しますから電解コンデンサには0.6(C)しか残っていないのです。しかもV=Q/Cですから、電圧が半分近くになり、したがってパワーは当初の1/4しか出ない状態になってしまうのです(実際にはトランスから随時電流が流れますから必ずしもそうではないのですが)。こうなると、電源トランスから供給される電流でスピーカーを駆動するしかありません。ということで、結局は数Ωの抵抗が直列にはいった状態になってしまうのです。トランジスタがいくら高速・低抵抗でもこうなると,そもそも電気が流れてこないので意味がなくなってしまう、

ということになります。

以上の議論は結構現実的な数字です。

<おさらい>
言い換えると本来電解コンデンサから電流が供給されることが理想で、それができなくなったときにトランスの抵抗(トランスの大きさが)効いてくるのです。電源トランスを大きくして音質が良くなったとすれば、電解コンデンサの容量が足りないという事を意味しています。したがってまずトランスの大きさ(内部抵抗)が効いてこない様に、まず電解コンデンサーの容量を大きくすることが重要で、そうするとトランスというのはあくまで、実用時の平均消費電力以上を供給できれば、小さくても良いのです。

power-supply-320.jpgわかりやすい模式図を作ったとするとこんな感じです。
実際、電解コンデンサを100,000uFと大きくした状態で、電源トランスを250VAから1000VAに変更しても音質の変化は感知できませんでした。

逆に電源トランスが音質にきている状態ですと、これはこれで問題があるといえるのです。電源トランスから供給される電流は50Hz(全波整流では100Hz)の脈流です。正弦波を半分にちょん切った電流量が最大供給量です。という事は1秒間に100回は電流の供給できない時間帯があり、そこから徐々に電流が供給され始めるので、電流供給が間に合わない状態が続いていると心配しなくてはいけないのです。
パワーアンプを製作するにあたって、何でもかんでも物量を投入すればいいというものではなく、最も効く所にという様にメリハリをつける事でコストパフォーマンスの向上につながります。オーディオデザインのパワーアンプの電源トランスには十分以上の容量のものを用いていますが、オーディオデザインのパワーアンプが高性能な割りに安価にできるのも技術があってのことなのです。

<終わりに>
トランスが大きい方が音質的に向上するという経験自体は間違いでないにしても、それを安易に一般化すると間違いになります。

ただし、今後弊社のアンプでも電源トランスを強化することもありえます。お客様の要望が強く、そのほうが売れるというのであれば拒む理由にはなりませんので。

DVD-Audioは死んだか? その5作ったDVD-Audioを聴いてみた

さて今回は出来上がったDVD-Audioの簡単な試聴記を紹介します。

<市販CDとDVD-Audioの聴き較べ>
その前にDVD-AudioとCDの両方出ている同じCD/DVD-Audioを聞いて聞き比べをしてみました。同じ様な企画や記事はたくさんあると思いますので、特に声を大にして言うことも無いのですが。
聴いたCDとDVD-Audioはこれ、

別々に購入したので、そもそも音源が同じがどうかはわかりません。

使用した機器は
1:DVD-Audioディスク/DV-600AV(パイオニア)
2:CD/DCD-SA1(デノン)

1と2をプリアンプに入力し、セレクターで瞬時切り替えをして聴き較べました。SPはマグナットのQuatam908です。プレーヤーに価格差はありますが、そこは24bitの威力を発揮していただきたいということで。

結果は?
—>違いがわからない(なんてことだ、ショック)。
ということになりました。

このDVD-AUdioソフトは96KHZ/24bitのフォーマットで録音されていると記載されています。ただもともとの音源の録音フォーマットそもそも24bitだったのでしょうか?何も書いていないのでわかりません(こういうところがDVD-Audioソフトの不満なところ)。

それでは今度は両プレーヤーで同じCDを聴いた時には
DV-600AV(パイオニア)とCD:DCD-SA1(デノン)でどのくらい音質差があるのでしょうか?
何枚かのCDを聞き比べてみました。なんとDV-600AVの方が良く聞こえる。これまた超ショック。文字通り、耳を疑いたくなりますが・・・・・・・。
DV-600AVの方が音がおとなしいというか、妙な音がしないのです。
全体的に情報量は少な目ですが、不快な音は一切しません。
対してDCD-SA1の方が絶えず高音にカーンと妙に響く付帯音があるように聴こえます。全ソフトに聴こえるので、いままでCDフォーマットのせいかと思っていたのですが、そうではないようです。ちなみにFM放送などではその様な音にはならないので再生システムの問題でもありません。

実はこのDCD-SA1、あとで基本性能にある問題点があることがわかりました。よくよく調べてみると他社のCDプレーヤーにおいても同様の問題を抱えるものが多いようです。DV-600AVにはこの欠点がないのです。原因は高級CDプレーヤーは高精度(24bit)のDACを使いこなせていないからで、場合によっては汎用CDプレーヤーの方が音が良いと言う皮肉な結果になってしまう様です。この辺はいつか詳しく報告したいと思います。

<DVD-AudioとCDの試聴比較したソフト>

さてここでは、以上の装置でDVD-AudioとCDの試聴比較しても問題ないと仮定して、強引に本題に戻ります。
DVD-Audioディスクを作って聴いてみたCDは次の3つです。
ホリーコール/Yesterday&Today/#1Alison
この曲は、中低音が厚く非常に心地よく響く音です。アンプの音質チェックによく使用しているので聞きなれています。


これは弦楽器のやわらかさというか自然さがでている録音です。これがぎすぎすしなければOKです。


これはいまどきの録音ではないのですが、ピアノの録音がいいと思います。トリオの演奏の中の「ちーんちーん」というハイハット?の音の出方がシステムによって結構変わります。

<試聴結果>
?ホリーコールでは違いがほとんどわかりませんでした。DVD-Audioの方がベースの音が微かに締まって大きく聞こえるかもしれません。

?ちさ子さんのアルバムの方はDVD-Audioの方が弦楽器の音が微かにきつくなる気がします。オリジナルのCDの方が好ましいかもしれません。

?これは変わります。DVD-Audioの方が解像度が良くなります。「ちーんちーん」という音のレベルが明らかに大きくはっきりします。それに比べるとCDの音は高音が詰まったように聴こえます。DVD-Audioを聴いてからCDを聴くと明らかに音のグレードが下がった感じです。おそらく誰が聞いても(特にオーディオマニアでなくても)判別はできます。
余談ですが、?のDVD-Audioに代えた時の音質変化は、弊社のプリアンプに代えてもらったときの音質変化に似ているような気がします。

非常に簡単ですが試聴結果はこんなところです。CDによって効果が出るものと出ないものがあります。というより最近の録音のものではあまり出ないかもしれません。DVD-Audioを作成する手間暇を考えると、DVD-Audioフォーマットに加工・製作する手法を常用する気にはいまいちなれません。ただPCを使用して音源を加工するという手法には将来性を感じます。もっといろいろなことができる様ですのでおいおい紹介していきます。

それより何より。50万円のCDPより1万円のDVDプレーヤーの方が音が良かったのはショックだなあー。ひょっとしていま業界で基準となるアンプの音質がもともと寝ぼけているからとかでしょうか?

ミシンに負けているオーディオ業界

今回はいつもと視点を変えて大上段にオーディオ業界の批判(自分への批判?)をしてみたいと思います。

最近海外製のオーディオ製品を含めて、オーディオ業界がにぎやかになってきているようにも見えます。
が、ビジネス的にみると実情は惨憺たるものではないでしょうか。

オーディオショップは特に大変だと思います。通常の家電屋さんでしたら、ネットショップに押されて、秋葉原でやっていけなくなるのもわかるのですが、ここのところ(ミドル~)ハイエンドオーディオを扱うお店も特に元気が無い様に見えるのです。ハイエンド品はまだまだお店で購入する方が多いので、やはりオーディオ業界としていまひとつということではないでしょうか。

最近ふとしたことから、見つけたのですが、オーディオ関係の支出というのは極端に少ないのです。
下のグラフは政府の消費動向にある「ステレオセット」の項目の支出です。家電品はいろいろありますが、オーディオ関係で項目があるのはステレオだけなのでミニコンポからおそらくハイエンドまで入っていると思うのですが、一世帯当たりの平均支出はなんと、
100円
を切ってきている。しかもこの数字ってミシンより悪いのです(ジャーン)。
平均月100円の支出ということは、10万円のものを8世帯に1件が10年に一回買うという程度です。まあそんなものかもしれません。
しかも年々低下していてここ2、3ヶ月は特に悪いのです。

変わったところでは「庭・植木の手入れ代」で、これなんか月平均1000円くらいと、オーディオ、ミシンの10倍あります。

植木の場合、毎季定期的に手入れを頼まなくてはならないので支出額が多くなるのだと思います。

データの出どこはここ  家計支出状況調査(支出金額(月分のみ) 名目増減率  二人以上の世帯 参照)

オーディオ装置は下手すると20年以上音は出ますから困ったものです。オーディオ装置も、毎月枝が伸びて電気屋さんにメンテナンスを頼まなければいけないようになるとオーディオ業界も活気が出るかもしれません。

冗談はさておき、オーディオ業界の状況が深刻であることは確かです。オーディオの支出が少ない理由のひとつは機器が高額になってきたため、オーディオを始める人がいなくなったことがあると思います。弊社のお客様も60歳以上の方が多いのです。たとえオーディオに興味があっても数十万円の装置を購入できるのは一部の人のみでしょう。
昔は秋葉原を歩けば店先から自然と良い音が聞こえ、数万円の完成品を購入して、部品を取り替えてみたり、製作記事を見ながら部品をそろえることが、自然な流れとしてできました。若い人、入門者の人の導入プログラムが自然発生的にできていたのです。

今の高級機器はきれい過ぎて、高価すぎて中をいじる気がしませんし、第一、中をいじったらオークションで転売できなくなってしまうので、傷をつけない様に気をつけて使用するのが関の山でしょう。

オーディオ業界が活況を呈するようになるには、数万円でそこそこのアンプ製品があり、かつパソコンのように5千円から1-2万円でグレードアップできるような環境を作ることでしょう。そうすれば、あとは勝手に盛り上がるような気もします。

「他人事のようなことをいわずにお前がやれ」といわれそうですが、その辺の領域は忙しくなるだけで儲からないので、もう少し余裕ができないと(趣味とかボランティアでやるくらいのつもりでないど)無理です、ハイ。

パワーアンプの性能・音質比較 

弊社のパワーアンプの性能は非常に優れているのですが、測定をしない方にとってはその数値がどのくらい良いのかわかりづらいと思いますので、パワーアンプの性能と音質を同クラスの他社製アンプ比較してみたいと思います。性能(実測値)をまとめると次表のようになります。

パワーアンプ総合性能比較表

項目 オーディオデザイン
DCPW-100
B社
セパレートアンプ
備考(*は実測値)
構成 バイポーラトランジスタ出力段 3並列バイポーラトランジスタ出力段
最大出力 80Wx2 150Wx2
ゲイン 20dB 31dB
周波数特性 DC-1MHz(-3dB) 10-100KHz(−1dB)
高調波歪率* 0.002%
0.0005%
0.01%
0.0015%
20-20KHz@1W
1KHz@80W
SN比* 131dB 113dB @80W
出力ノイズ* 7uV 53uV A補正,入力ショート
DF* 1500 110 実測値(8Ω)
定価 (税別) 270,000円 350,000円
音質 低域がローエンドまでスーと延びた感じになる。低音のダンピングが効いている。情報量が多く高解像度ソースの録音の良否を非常に良く出す。 聴感上中低域が膨らんでいるように聴こえる。低音のしまりはあまりない。全体的に柔らかい音色だが、中高音の音色がかすかに硬く感じる。ゆったり聴ける感じ
コメント

比較したパワーアンプは国内の老舗アンプメーカー(以下B社)がちょっと前に作ったモデルで、このアンプと比較したのは所有しているからということもありますが、このアンプは性能も音質も外観もすべてにわたって非常に良くできていると思ったからです。

powerampview240.jpg  m-07-240.jpg

DCPW-100   B社製セパレートパワーアンプ

パワーは若干弊社の方が小さいのですが、価格帯ではほぼ同じです。ただこのモデルはやや古いモデルで、改良機種はありますが現行モデルでこの機種に相当するものは無くなっているようです。価格は発売当時のもので現在、同レベルのパワーアンプの価格は50万円クラスだと思います。

上記特性の内、高調波歪率/ SN比/ 出力ノイズ/ DFについては実際に計測した数値です。

見ていただいてわかるとおり、全体にわたって弊社のアンプの方が特性は大きく上回っています。SN比、ノイズレベルに関しては、DCPWの方がゲインが少ない分良好なのは当然なのですが、それを差っぴいてもB社の方が少し悪くなっています。

大きく異なるのがダンピングファクターでB社の方がかなり小さいのですが、この辺は聴感上の結果と見事に一致しています。SPシステム自体のネットワークコイルの抵抗値から考えると、DFが100以上になると判別できなくても不思議はありませんが、意外とよくわかるのかもしれません。

B社の方は特定の音色をあえてつけている様な感じすべてのソースである音色を感じる。心地よい音色といえばそうだがすべてにそのカラーがつくので気にな るといえば気になる。DCPWの方は逆にソース、組み合わせる装置で音色が変わる。良い録音のソースを聞いたときには絶品。情報量の多さはヘッドホンに近 づいた感じです。

<パワーアンプの歪率特性の比較>

DCPW-100                          B社
ddcpw-dist.jpg  m-7dist.jpg

弊社アンプの方が全体的に下にあるのはSNが良いことを示しています。弊社アンプでは高域10KHzの歪率が特に小さいことがわかります。

B社のアンプが悪いことではなく、これでもかなりいいほうで教科書に載っていいる様な特性だと思います。
< 過度応答特性の比較> 100KHz(8Ω負荷)

power-100khz.jpgm-7-100khz.jpg

DCPW-100                          B社

100KHzだと普通のアンプは矩形波を再現しないので、かわいそうなので10KHzで比較してみると
 10KHz(8Ω負荷)

power-10khz.jpgm-710khz.jpg

DCPW-100                          B社

やっぱりDCPW-100の方が特性はいいんです(ほぼ完璧)。実はこの過度応答特性を完全にするというのはパワーアンプでは特に難しい事なんです。

B社のアンプもこれでもかなりいいほうだと思います。酷いのになると派手なピークがあったり、寄生振動が生じていたりします。そうなると明らかに耳障りな音になります。どの辺が効くかと言うと、基板の配線パターンの引き回しだとか、位相補正技術、広義には実装、部品レイアウトなどが影響します。弊社のアンプは回路パターンの最適化だけで1年以上費やし、基板パターンの大幅な改訂だけでも5、6回はやっています。それくらいやらないとこういう特性は得られないのです。

肝心の音質ですが、弊社のアンプは何でも無難にこなすというよりも聴いているソフトやオーディオ装置の素性を非常にはっきり出します。良い録音のソフトをSPのセッティングを上手に行って再生した際はこの上も無いリアルで圧倒的な音を出します。

かたやB社の方が何を聞いてもある種の心地よさは感じさせるのですが、すべてが同じ音になって場合によっては癖が耳につく事もありますし、あまりリアルという感じではありません。