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2006年10月18日 (水)

アンプの出力インピーダンスと真空管

最近のアンプの出力素子は 近年 素子としてのMOS-FETがハイパワー化が進み安価になったため 急激にMOS-FET化しています。カーオーデイオのアンプなどは ほとんどがFET使用。 デジタルアンプは完全にスイッチングなのでFETが効率が良い。 しかし アナログアンプは。。どうだろうか。。 リニア領域で動作させる向きにはトランジスタが向いている。FETの利点は熱暴走しにくいこと。 制御電力が小さくて済むこと。

電子工学や 高周波回路などのアンプ(増幅器)設計では SWR(反射波)を減らし信号伝達の効率を上げるため インピーダンスマッチングという考え方をするのが普通です。

マッチングを考える分野が多い中 オーデイオの場合だけ 考え方が異なります。オーデイオの基礎中の基礎ですが アンプの入力とソースの関係は ソース側がローインピーダンスで アンプの入力側がハイインピーダンス。 この理由は 受ける側で信号を弱めないためと このほうが信号線を長くのばしても外部のノイズなどの影響を減らすことが出来るためです。

オーデイオのメインアンプ(パワーアンプ)のスピーカー出力側のインピーダンスとスピーカーのインピーダンスは 8Ω出力なら8Ωのスピーカーを接続する。 と 言うように 確実に同じインピーダンスでインピーダンスマッチングをしていたのは真空管アンプの時代まででした。

OTL(アウトプットトランスレス)の半導体アンプやICアンプになってからは 出力インピーダンスは1Ω以下 でも 推奨スピーカーは8Ω インピーダンスのマッチングからいうととんでもないアンマッチです。 入力と正反対です。  アンマッチなほどダンピングファクタが大きいことになります。 みなさんは このことが なぜそうしているか考えたことがありますか? 

スピーカーは 電気を受けて音を出す 受動素子でもあり 音(振動)を受けて電気を出す 発電素子でもあります。 フレミングの左手の法則も フレミングの右手の法則も こなす部品です。 ダイナミックスピーカーやセラミックスピーカーはマイクにもなります。そのため プレストーク型のインターホンなどでは スピーカーをマイク代わりに使うこともあります。

音の電気信号をスピーカーに入れると音が出る代わりに 電力(電圧 電流)が戻ってきます。 その電力でアンプが破損するようでは困ります。 また その電力で音が劣化しても困ります。 そのため 半導体アンプでは 出力インピーダンスを思い切り下げておき さらに強いNFBをかけてスピーカーを制御下に置くのです。 

スピーカーからの電力くらいでは影響を受けにくいようにNFBも使い強烈なサーボをかけたようにして入力信号に対し振動板をバランスさせて動作させています。このNFBによってケーブルの差もあるていど埋められます。大電力になればなるほど 全領域をリニアに働かせるためには このようなサーボ手法が必要になります。 昔 ケンウッドでΣドライブというものがありました。 この方式などは まさにケーブルまで含めてサーボループに入れてしまいスピーカーをアンプの制御下に置こうとするものでした。スピーカーによっては制動されすぎた音がしたものでした。メーカーの個性として懐かしいものです。

自作派の中には NO NFBアンプなども有りますが これでスピーカーを完全に制御するのは難しいと思います。 出力インピーダンスがかなり低いアンプでないと過渡特性的にはつらいと思います。私の場合は 趣味でも仕事の設計でもスピーカー出力端からのNFBは必須と思っています。

最近では トランス付きのプッシュプル真空管アンプにこだわっています。 トランスの1次側はキロΩオーダーのハイインピーダンスで2次側は8Ωのローインピーダンス。 真空管の場合これだけ差があるため 2次側のインピーダンスを必要以上に下げずとも(トランスの2次側とスピーカーのインピーダンスマッチングをお互い8Ωにする) 真空管側が動作点で信号を維持し軽く抑えてあげるだけで巻き線比でも軽くブレーキがかかることになります。 そこにNFBを軽くかけ使用します。ギターアンプなど音のハーモニックスや余韻も楽しむ向きには真空管が向いているのはそのためです。 半導体はオーバードライブを連続すると壊れてしまい 壊れた素子は復活しませんが 真空管は多少オーバードライブでも劣化はしますがいきなりは壊れません。(ヒーターが切れるとかエミッションが低下しないかぎりは。。)そのため 楽器では今でもビンテージとしても好まれるのだと思います。

スピーカーだけを暴れさせないためにも 小さな音であってもアンプの制御下に置くためにも 半導体の場合も 真空管の場合もNFBは必須と考えています。 私の場合は トランスのNFB巻き線ではなく スピーカー端からのNFBを使い続けています。 ちっぽけなポリシーですね^^

現在企画中のアンプのキットもこのポリシーを生かした構成とすることにしました。出力トランスは高いですが インピーダンスマッチングするキーパーツとして省かない予定です。

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コメント

 上記の記事を読ませていただき、今老生が迷っておりますことについてお教えを乞いたく思い、失礼をも省みずメールを送らせていただきました。宜しくお願いいたします。
 三十年余死蔵していたQUADⅡを復活させ、パラゴンミニなるスピーカーを購入して聴いてみようかと思いましたが、いま手に入るものは4オームのものしかありません。アンプの裏ふたを開けてみましたが4 8 16など
のタップがありません。当時のパワーアンプのことなので、おそらく適合インピーダンスは8か16オームだと思います。これに4オームのスピーカーを接続した場合どのような不都合が起きるのでしょうか。お教えいただければ
有難いのですが。御回答いただけた場合、日記として公開していただいても結構です。

 

投稿: 三木泰弘 | 2010年2月20日 (土) 13:46

三木様 こんにちは
コメントありがとうございます。

パラゴンミニが フルレンジであれば たとえば8Ωのトランス巻き線に4Ωのスピーカーを付けた場合には
・アンプの出力トランスの1次側負荷が重くなる
 倍数で効いてくるので注意が必要 8Ωが4Ωは2分の1
 1次が5Kのトランスなら2.5Kの負荷になったような
 もので真空管は辛くなります。
・半導体アンプの場合に 公称8Ωに4Ωをつけてもあまり変化は無くパワーは多めに出るものですが トランス式の場合
コイルの設計と異なるので 負荷が重く2次コイルの電流が正常時より増加するので銅損(トランスの内部抵抗)が効いてくるので パワー増加は少ない。
ドライブ電流が不足するので特に コーン紙を大きく動かす必要のある低音が出にくくなる。
・トランスのインピーダンスとスピーカーのインピーダンスが合わないため音の組み合わせによっては定在波が生じてしまう。 
スピーカー側のインピーダンスが高めなのは電圧は下がらないためNFB量も正常ですが スピーカー側インピーダンスが低いとインピーダンス比分、出力端電圧も下がるのでNFB量も減る。半導体アンプでも想定よりも低いインピーダンスのスピーカーを接続して使用するとパワーは出るが歪みが増える。
(トランジスタアンプの場合電流ドライブがリニアなので 使えないことは無い ただし 半導体も辛い(パワーが出る分発熱は増える))

できれば トランスを巻き替えて4Ωのタップをつけ 8Ω端子からNFBをかけるか 
今のままで 4Ωの抵抗をスピーカーに直列に入れて使用してみてください。
ただし電流は減ってしまうので制動が必要な音に対しては NFBがスピーカー端ではかからないため 当たり前ですが音の切れが甘くなります。

私の経験上ですが、スピーカーのインピーダンスアンマッチは以上のような影響がでることは経験しています。
参考にしてください。

トランスについては 巻き替えをしてくれるメーカーもありますし 自分でトライするのも面白いと思います。
キューイーエルホームページの 修理例にあるジュークボックスはトランス断線でプッシュプル巻き線の片側が切れてしまい 音が出なかったものですが 私が協力して出力トランスの巻き替えで オリジナルのものをエナメル線巻き替えを行い使用しています。 1960年当時のトランスコアのまま復活させています。
元のまま生かすか 最近のトランスに替えて使うか
出力に4Ωの抵抗をつけて使用するか ですね。
高出力のアンプを低い音量で聞いているような場合には 直列抵抗をつけたほうが 歪みの少ないパワー領域になるため音の歪みが減り良く聞こえる場合も有ります。

AUDIO Lifeのほうに書いていますが スピーカーケーブルが細めで銅損が大きく抵抗があったほうが音が良い組み合わせもあるのはこういう組み合わせになった可能性があると思います。
抵抗ATTを入れてアンプのベストな部分やわざとひずませて使うのは 使う真空管のギターアンプでは使われた方法です。

参考にしてください。

投稿: Q | 2010年2月21日 (日) 22:23

フルレンジでは無い場合は ネットワークの設計インピーダンスや 2ウェイでハイパスの場合などはコンデンサーの容量などが8Ωなどスピーカーの公称インピーダンスとアンプのインピーダンスが異なるため 組み合わせによってはクロスオーバー周波数も変わる可能性画有りますので注意が必要です。


 

投稿: Q | 2010年2月21日 (日) 22:26

町の電気屋様 お名前が分かりませんので失礼致します
貴重な時間をさき早速、分かりやすくお教えいただき
有難うございます。真空管アンプの場合、出力管に過度
の負担が掛かり、ネットワークを使っている場合はクロスオーバーポイントにも影響が出ると云う説明が納得できました。手持ちの物ならともかく、新たに買うものを
抵抗をつないでまで使用するほどのものではあるまいと
考え、今回の物の購入は見送ることにしました。蛇足で
すが、某社のホームページでJBLメトロゴンが売りに出て
おります。これは16オームなのですが、老生にとりましては目のたまが飛び出るしろもので、家族の冷たい目を
考え逡巡しているところです。
 このたびは貴重なアドバイス本当に有難うございました。これからもよろしくお願いいたします。
                    三木泰弘

投稿: 三木泰弘 | 2010年2月22日 (月) 14:50

三木様
コメントが遅くなり申し訳ございませんせした。
震災などありましたがお元気でしょうか?

抵抗で緩衝する方法は私は興味があり現在テスト中です。
スピーカーケーブルで抵抗のあるものは抵抗以外の影響も出てしまいますが(ケーブル抵抗を大きくすると音は変わりますが 限度を超えるとL成分のほうが前面に出てきてしまい高域の音に影響します。) 
低域と高域でケーブルを変えるのもおもしろいかも知れませんね。
ブログでは ハンドルネーム Qで記事を書いています。
参考に 私の仕事 キューイーエルのホームページをリンクしておきます。

食欲の秋ですね オーデイオや古いもの好きで 関東の方で北関東方面に車でのドライブ バイクでのツーリングで来られる場合に 雰囲気と音とグルメで おすすめなお店を1件 紹介します。
(陶器などの展示も多いため子供はNGです)
 
MAPPLE観光ガイドから
常陸大宮市 ル・トン さん
http://www.mapple.net/spots/G00801046003.htm

投稿: Q | 2013年9月22日 (日) 11:08

魅惑の真空管アンプ下巻に掲載の3C33アンプを
若い頃組みそのアンプを再び数十年後組む事になり
幸いにして3C33真空管未使用14AF7未使用電源トランスタムラPC171など全て揃い組んだ所
出力トランスは一次側3.5Kが違う3.8Kが送られた
事が購入後6年過ぎて判明このトランスを使うにはどの様にすれば良いのか?それとも使えないのか教えて下さい。

投稿: あさの | 2018年9月26日 (水) 23:53

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