ちょっと意外な、パワーアンプの構成と音質について(その2)

今回は一見非力に見えるAアンプの方が何故音質がいいというのか、説明したいと思います。

なぜかというと、Bアンプではアイドリング電流を大きくできず、トランジスタの内部抵抗が大きい領域を使用せざるを得ないため、(見かけとは逆に)低音の量感、締りがないものになり、中高音も硬い音になるからです。

次にそれではもう少し定量的に説明しましょう。放熱器の放熱効率はこの大きさだと0.5/W程度です。無信号時の放熱器の温度上昇を20℃まで許容すると(これはかなり大きい場合です)、この放熱器では40Wの電力が使用限界です。Aではパワートランジスタ1個あたりの無信号時の消費電力20WBの場合は一個当たり6.8Wが限界です。電源電圧が5Vだとすると(150W級のパワーアンプの電源電圧)、Aの場合アイドリング電流は0.5ABの場合のアイドリング電流は約0.14A以下にする必要があります。

ここで見ていただきたいのは、実は大型パワートランジスタの0.14Aの付近の特性は非常に悪いことです。

大型パワートランジスタのIc-Vbe特性

この図はコレクタ損失150Wの比較的新しい設計のオーディオアンプ用パワートランジスタの特性です。パワートランジスタとしては最大級のもので、大出力パワーアンプにもよく用いられています。縦軸がコレクタ電流Ic、横軸がベースエミッタ間電圧Vbeです。パワーアンプは基本的に電圧増幅器ですので(負荷のインピーダンスが小さいので結果的に大電流が流れてパワーアンプとなる)、入力電圧に比例した出力電圧が発生し、それに比例した電流Icが流れます。IcVbeの傾きがスピーカー側から見たアンプの内部インピーダンスRmになります(厳密には違うのですが)。実際にはNFBがかかりますので、NFBの分だけ出力インピーダンスは下がりますが、基本的にはRmに比例(傾きに反比例)することになります。このパワートランジスタの場合1A以上で傾きが大きく、したがってRmが小さく(50mΩ位)になりますがが、アイドリング電流0.14A付近では傾きがかなり寝ているのが分かると思います。Bタイプのアンプは特に小信号時にこの傾きの小さい領域を使わざるを得ないのです。NFBがかかればダンピングファクターは最大数十くらいにはなるのでそこそこの音は出ますが、低音の量感、締まりは(見かけによらず)期待できないのです。

アイドリング電流が小さいことによる弊害はそれだけではありません。

· 小音量時のダンピングファクターが数十倍になる。(小音量時ほど音質が悪い)

· 歪が多くなる

· 電源スイッチを入れても時間がたたないと音質がよくならない

· (それどころか本当は時間がたってもそこそこの音にしかならない)

· 中高音が硬く感じられる

などの現象が発生します。アンプの教科書にはアイドリング電流は50A程度が最適と書いてあったりしますが、実際歪率を測定してみるとやはりアイドリング電流を大きくした方が特に小信号時の高域の歪率が下がりますし、アイドリング電流が小さいアンプの音は音が硬く,聞けたものではありません。

一方Aタイプのアンプの方はやや小さめのパワートランジスタ(小さ目といっても昔のパワートランジスタ並)を使用しています。

中大型パワートランジスタのIc-Vbe特性

このAタイプのパワーアンプの場合アイドリング電流が0.5Aまで設定できますので、ほぼ直線領域から使用していますので、小音量時でも内部抵抗が最小の部分で動作させていることになります。こういった設計をしたアンプの音質はBタイプとは逆に

· 小音量時でもダンピングファクターが一定である。(小音量時でも音質は変わらない)

· 特に低音の量感・締りが非常に良い

· 特に小音量時の歪率特性が良くなる

· 電源スイッチを入れた瞬間からいい音(時間がたっても音質は変わらない)

· 弦楽器などで中高音の柔らかさがよく表現される

といった特徴があります。

Bタイプのアンプ本質的に何故悪いか次回にもっと詳しく説明させていただきます。

ちょっと意外な、パワーアンプの構成と音質について(その1)

今回はパワーアンプについて考えてみたいと思います。

いきなりですみませんが、ここでパワーアンプに関するクイズです。

次のABで音がいいのはどちらでしょうか?

放熱器とパワートランジスタの外観

Aは片CHあたり一つの放熱器に一対のパワートランジスタ(中大型コレクタ損失60W)が取り付けられているパワーアンプ

Bは片CHあたり放熱器に4ペアの大型パワートランジスタ(コレクタ損失150W)が取り付けられているパワーアンプで、放熱器の大きさはどちらも同じで5x10x20cmです。

答えはAです。

常識的に言ってBの方が大型のパワートランジスタを複数個使用しているので、内部抵抗が小さくなり低音も締まってくるはずと思われるのはわかりますし、実際その様な思想で多くのパワーアンプが設計されています。

でも実際はその逆です。

その理由は次回説明させていただきます。

史上最悪の電源ケーブル

ちまたではケーブル類の市場が盛んですが、これはオーディオの愛好家がアンプの中身をいじらなくなった事の裏返しで、本来寂しいことなのだと思います。いまどきのアンプは外観が立派なのでいじる気にならないでしょうし、下手なことをすると転売しにくくなってしまいますから無理もありません。
私の場合は、オーディオケーブルにはあまり注意がいきません。というのも、高価な割りにやはり音質へのインパクトが圧倒的に小さいからです。実際にアンプを設計製作していれば、こうすればもっと良くなるというアイデアはありますから、自然とそういったことを考えるようになります。

さてここでケーブルにまつわるお話を一つしたいと思います。
オーディオ雑誌の中で自作記事を中心とした雑誌があります。その中で代表的なものは実際に製作しています。弊社製品はそれよりもずっと良いものを提供しているつもりです。(そうでないと恥ずかしくて売れません)。自作記事のアンプは保護回路関係にはあまり力を入れていないので、面白いことも起こります。ある製作記事のパワーアンプで電源投入時のミューティング、OFF時の遮断が無いものがあります(DCの異常検出のみある)。というよりもそれが普通です。面白いのは電源をOFFにしても3-4秒は音が普通に出ています。電源の電解コンデンサの容量が大きいので、ある程度電気を供給できるためです。メーカー製のアンプでは電源OFFと同時に出力が切り離されるので、電源OFF後の音は普通聴くことができないと思います。
さて電源OFF直後の音ですが、実は音質が劣化しているようには聴こえないのです。電源スイッチをパチッとOFFにしても立派な音質が少なくとも3秒くらいは続きます。電源OFF後は、電気的には電源ケーブルを接続していないのと同じです。言い換えれば、抵抗無限大の最悪の電源ケーブルを接続しているのと同じです。その状態で音質変化がわからないということは・・・・。
多少高価な電源ケーブルを購入したことはありますが、音質変化は全くわかりませんでした。
電源ケーブルを試聴しているような記事もあると思いますが、私には理解できない世界です。むしろ立派な電源ケーブルと電源コンセントタップを使用すると、(3Pプラグのアースを通じて)すべての機器類が電源ケーブルを通じてアースされるので、信号ケーブルのアースと合わせて多重アースを形成し、音質劣化を招く恐れの方がはるかに大きいと思います。市場の電源ケーブルの評価はひょっとしてこの多重アースの影響をモニターしているのでは?とさえ思います。
(電源ケーブルを聞き分けるような)それだけの情熱があるのでしたら、アンプ回路や内部配線などに目を向ければ本当に音質に影響する要素をたくさん発見できるので、非常に残念なことだと思います。

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ハイエンド・インターナショナル・オーディオショー -アンプの統計解析-

先日インターナショナルオーディオショーに行って来ました。ショーのレビューは他にもたくさんあると思いますので、ここではちょっと違った観点からショーを分析してみましょう。
実は各ブースからパワーアンプのカタログをいろいろともらって来ました。集めたのはすべて半導体式で真空管式は含まれていません。ここではあるスペックに注目して比較してみたいと思います。
パワーアンプにおいて現在でも難しいのは、高域の歪を抑制することです。パワーアンプでは比較的寄生容量の大きいパワーデバイスを使って、しかも放熱器に並べるので、高域のゲインを稼ぎにくく、高域のNEB量が減ります。加えてパワーデバイスのクロスオーバー歪があるため、結果として歪率がかなり悪化します。各社の代表的なパワーアンプの歪率を価格を横軸としてプロットしてみたのが次のグラフです。
プロットの条件としては、最大出力、20-20KHz表示の歪率をプロットしています。結果はこの様になりました。
アンプの歪率と価格の関係
ピンクが海外製、青丸が国産です。思いのほか傾向がきれいに出てきました。全体的に価格高いのは置いといて、やはり価格が高い方が歪率が低いというはっきりとした相関があります。これだけのデータだけで、「価格が高い方が歪率が低く、したがって音がいい」というのは早計ですが、こういう言い方はできると思います「高価格なパワーアンプは高域の歪率低減に十分な対策を施されている」。カタログスペックが悪いのに数百万円という価格はつけられないでしょうし、ユーザーが購入する際にカタログスペックを比較して機種を決定するので、市場の原理から結果的にこうなっているのかもしれません。
さて、グラフを注意してみると2つのグループに分かれていることがわかります。一言で言うと高額グループ(ピンク線)とお手頃グループ(青線)です。
アンプと価格の相関図2

青線に乗っている青丸を見ると国産のアンプは性能の割りに、低価格な値付けをしていることがわかります。海外製でもブランドネームの低いものは、比較的低価格戦略(といっても高いが)をしているものも一個見えています。国産(青丸)のものも2個がピンク線上に乗っていますが、これは非常に人気のあるブランドなので、この価格で勝負できるのでしょう。いい忘れましたが、カタログの一部は手持ちのものを加えています(カタログを置いていないメーカーもあったので)。

ざっとプロットしてみただけで抜けているものもたくさんありますので、あまり詳細に議論しても仕方ありませんが、ざっと見た割にははっきりした傾向がでて、自分でも驚きました。

さて、弊社から出すパワーアンプですが、あえてこの図にプロットするとこの辺に来ます。(水色でプロットした所)
アンプの歪率と価格の関係3

無名のメーカーなので当然国産品よりも高性能で低価格になります。(そうでないと存在価値がありません)。一番の関心は音質だと思いますが、これは相当いいです。既に試作機を何度か作っているのですが、その最新版の一台は毎日聴いていますが、聴けば聴くほど良さが出てきます。デモ用の製品版を今作っていますのでもうしばらくお待ち下さい。

セレクターの価格改定について

セレクターシリーズはモデルチェンジ・価格改定を行いました。

モデルチェンジの目的は、

  • 部品価格の高騰分の吸収
  • 上位機種の設定
  • XLRコネクターが配置できる様にケース有効面を拡大
  • 重量増による使いやすさ向上
  • 端子間隔を広げることにより使いやすさを向上
  • スピーカー端子をバナナとより線を併用できるものに変更
  • ツマミの大型化による操作感向上
  • デザインの改良・高級化
  • 店舗販売を考慮し、すべてをBTLアンプ対応とする

等です。

旧機種との対応は以下の通りです。

(呼称が一部変わっています)

セレクター種類 旧モデル(価格) 新モデル(価格)
ラインセレクター ALS-3S(23,100) HAS-3L(29,400)
スピーカーセレクター ASPS-3S(30,450) 廃止
スピーカーセレクター(BTL対応) ASPS-3SB(34,125) HAS-3S(37,800)
スピーカーセレクター(BTL対応、上位機種) HAS-3S Pro(63,000)
アンプスピーカーセレクター ASPS-33S(54,600) 廃止
アンプスピーカーセレクター(BTL対応) ASPS-33SB(61900) HAS-33S(71,400)
アンプスピーカーセレクター(BTL対応、上位機種) HAS-33S Pro(126,000)

全体的に価格は上昇していますが、品質もそれ以上に向上させております。

ご理解の程、よろしくお願いいたします。

ASPS-HAS-compF HAS-ASPS-comp

左:新セレクター、右(黒):旧セレクター