手造り真空管アンプの店
手造り真空管アンプの店
店主コラム ２００９年７月分～９月分
２００９年９月２１日
＜ノイズ測定用治具（アンプ）の製作＞
夏休み明けの最初の仕事としてノイズ測定用治具（ローノイズアンプ）の設計・製作をした。これは７月のコラムでも述べたようにゲイン可変型アンプのノイズ測定において今使っている測定器ではノイズが正確に測れないため、治具（アンプ）を設計したものである。
治具と言ってもローノイズのアンプでプリアンプ出力の後にこの治具を入れてノイズを増幅し、ノイズレベルを測定器のノイズ測定許容範囲まで上げて正確にノイズを測るためである。
このローノイズアンプを設計するにあたり次のような条件を付けた。
・アンプゲインは４０ｄＢ
・入力換算ノイズは－１３０ｄＢＶ以下
・製作にコスト、時間をかけない
などの条件を付けた。
そこで、３番目の条件からディスクリーとではなくローノイズオペアンプを使って簡単な構成にし、且つ－１３０ｄＢＶ以下になるようなアンプを設計した。
では入力換算ノイズが－１３０ｄＢＶ以下になるようなオペアンプを選び、回路を組むのはどうするかを述べてみよう。
・値段が安く（数百円程度）秋葉原で入手できるオペアンプをリストアップする。
・その中から入力換算ノイズ（ｎＶ／√Ｈｚ）の値を調べた。
次にこのアンプの入力換算ノイズ値からオーディオアンプとしてＩＥＣ６５１ Ａ特性を通した後のノイズレベルがどのくらいかを推測した。ただこのＩＥＣ６５１の特性が良く分かっていないのでここは概算で計算を進めることにする。ＩＥＣ６５１の特性カーブ図をみると高域の－３ｄＢ落ちの周波数は１０ｋＨｚくらいのところにある。このカットオフ以上の特性は－１２ｄＢ／ｏｃｔに近い減衰で落ちていると推測され、ここでノイズの帯域幅Δｆは計算上１０ｋＨｚのπ／４倍（－１２ｄＢ／ｏｃｔ）からπ／２倍（－６ｄＢ／ｏｃｔ）の間にあると推測される。正確ではないがΔｆ＝１２ｋＨｚで計算してみた。
オペアンプの入力換算ノイズが１ｎＶ／√ＨｚでΔｆ＝１２ｋＨｚの時
ｅ＝１ｎＶ＊√１２０００＝１０９．５ｎＶ＝－１３９．２ｄＢＶとなる。
いくつかのオペアンプの候補のなかで値段が安く比較的ローノイズのオペアンプとしてＬＭ４５６２を候補に上げた。このオペアンプのノイズは２．７ｎＶ／√Ｈｚ（typ）だから
ｅ＝２．７ｎＶ＊√１２０００＝２９５．７ｎＶ＝－１３０．６ｄＢＶとなる。
このままでも計算上－１３０ｄＢＶをクリアーするが余裕がないので、また値段も安かったので４つのオペアンプをパラレルに接続することにした。
４パラによって６ｄＢ改善されるから－１３６ｄＢＶくらいになるのが予想される。
結局回路は次のような構成になった。
オペアンプはＬＭ４５６２（ｄｕａｌ）を使い４個パラに接続する。その後同じＬＭ４５６２を使い、４つの出力を合計する加算器を付け加えた。
それではこの回路の実際のノイズレベルはどうなったかといえば、アンプ完成後の測定結果では次のようになった。
ゲイン ４０．１ｄＢ
入力換算ノイズ －１３４ｄＢＶ（ＩＥＣ６５１ Ａ特性）
となり当初の計画通りの性能が確保された。
左から
１、治具アンプの前面
２、治具内部：左 トランス、右上 アンプ回路、右下 電源回路
３、回路部：左 電源回路、右 アンプ回路
４、アンプ回路の基板 ＬＭ４５６２（ｄｕａｌ）のＩＣが３個使われている。これでヘッドアンプ並みのノイズ特性を出している。
２００９年９月１１日
＜アステカ ＣＤコンサート＞
先週地元能見台の＜自家焙煎コーヒーの店アステカ＞でここ数年恒例となったアステカライブが行われた。今回は森美紀子さんという女性ボーカルのコンサートだった。きれいな声で心和むコンサートだったと思うが、ただ自分のなかにひっかかるものがあったため十分乗り切れなかったかもしれない。その理由は来月にはアステカでは初めてＭＹプロダクツの真空管アンプを使ったＣＤのコンサートを開くことになっている。その内容をどうしようかとまだ決まっていないのが引っかかっていて、それが十分今回のコンサートを楽しめない原因になっていた。何回かアステカライブに参加しているが、このライブに参加するお客様というのはだいたい顔ぶれが決まっているように感じている。やはりアステカの常連さんがコンサートを聴きに来ているのだろう。だから音楽を聴きながらお客様の年齢層や雰囲気などを観察してしまった。来月行われる真空管アンプを使ったＣＤコンサートは同じような客層の方がこられるのか、それともオーディオに興味を持ったお客様が来られるのかを考えてしまう。私としてはやはりお客様には楽しんでもらえる内容にしたい。
こんなことを最近考えているからどうもすっきりしない。アンプの中身を考えているときは楽しいのだが、このときはきっとドーパミンが出ていて（脳が快楽を感じているとき）考えるのは苦ではないのだが、どうもお客さまを相手に慣れない企画を考えるのはどうも苦手だ。どんな話をしようかなど考えてしまう。専門的なことをしゃべることはできるが、ライブに来られている方を見ていると、そんな専門的な話をしても面白くないように思える。しかし私としてはＭＹプロダクツの真空管アンプの特長をしっかりと伝えたいし。
またデモにつかう音楽もどんな曲が良いのかも考えてしまう。難しいクラシックをかけても面白くないし、かといって歌謡曲をかけても音の違いは出にくいし。まあこんなことを今はいろいろ考えている。
こんなことを考えていたら昨日（９日）の大きな話題として＜ビートルズのリマスター盤１４枚＞が発売されたと言う。私も以前発売されたＣＤは持っているが今回は音が良くなっているという。＜タモリ倶楽部＞ではその音の違いを聴くようだ。だから私もこのリマスター盤を買って、これをデモに使うのも面白いかなと思ったりしている。
まだひと月も先の企画なのだが今いろいろ考えている。内容も大事だがまずはこの企画に参加してもらわなければなりたたない。皆さんのなかでご興味がある方は是非ご参加下さい。
１０月１７日（土）２０：００～２１：３０
参加費用 ５００円（コーヒー代） の予定です。
２００９年９月１日
＜デジタル一眼レフカメラで撮ってきました＞
ひと月ぶりのコラムです。１０日ごとにこのコラムを書いてきたが、たまには休みを取りたいと勝手に考え、夏休みを取り、この間に前回書いたデジタル一眼レフカメラで写真を撮ってきた。初めて使うデジタル一眼レフカメラの感想を書いてみたいと思う。
これまでは小型のデジタルカメラを使用してきた。ＣＣＤもレンズも小さいし、すべてオートで撮影するもの。形は小さく、便利ではあるが画質がいまいちでこんなものかなという感じだった。今回は初心者向けだが、デジタル一眼レフカメラということでその性能・画質・楽しさを味わうことができた。
最初デジタル一眼レフカメラの大きさ・重さなどを心配したが、旅の道中それほど気にはならなかった。女性では少しは首の負担があるかもしれないが、私はそれほど気にならなかった。それよりも次の点でデジタル写真がこんなに面白いものかを実感することができた。
１、やはり写真はまず画質である。ＣＣＤは１０２０万画素だし、レンズも一眼レフ用だから画質が素晴らしい。この素晴らしいとは前の小型カメラに比較してという意味だが、風景を撮っても細かいところまで撮影できる（解像度が高い）から臨場感がよく出る。だから写真そのものを楽しく見ることができる。
２、たくさん撮影できるのが良かった。今回撮影した枚数は６００枚以上に上る。１枚のメモリーでまだ撮影可能だ。これは撮影そのものを気楽にさせてくれる。撮影を選ばずどんな場面でも気楽にシャッターを押せる。いくら沢山撮影してもモニターで再生する限り費用はかからない。こんな便利なものはやはりデジタルカメラのお陰だ。
３、撮影後直ぐにモニターできるのも便利であるのが実感できた。撮影直後にモニターしながら、絞りを変えて再度撮影することができるしこれも便利だ。ある現場で遠くの小さな動物を撮影することになったが、このときも動物の表情を確認しながら何度もシャッターを押すことができる。どのように写っているかを直ぐに確認できるのは撮り直しができるのでやはり良い。
４、全てオートでカメラ任せにせず自分でシャッター、絞りを変えながら撮影はやはり楽しい。これはまだ十分カメラの機能を理解してはいないが、撮影条件をかえると違った絵になるのでこれが一眼レフカメラの楽しみなのだが、少しは楽しめた。
５、手ブレ補正機能は非常に便利だった。望遠でも遅いシャッターでも手ブレにならず使い易い。三脚なしで撮影できるのは便利。
など、何か当たり前の感想になってしまった。ただ私の場合、かつてデジカメの最初の開発者として、こんなにデジタル一眼レフが銀塩フィルムカメラと違った新しい楽しみ方が実現されているのを非常に嬉しく感じている。2枚ほど撮影した写真を掲載します。私の腕は置いといて景色が素晴らしかったので載せました。
左：バッハアルプゼー（スイス）
右：ヴェズレー「世界遺産」（フランス）
２００９年７月２１日
＜デジタル一眼レフカメラ＞
最近やっとデジタル一眼レフカメラを買った。不況と言われているが定額給付金も少しは入ったし、まあいいかというところである。カメラはソニーのα３３０という新発売のカメラにした。値段も一眼レフにしては安くなってきている。他社も比べてみたが値段が安いのでこれに決めた。それに自慢する訳ではないが実は私はこのデジタルカメラの生みの親なのである。今から２０数年前初めてデジタルカメラというものを私が開発したのだ。それを考えるとこんど買ったカメラはまだ十分使っていないが、性能、価格、機能など私にとっては夢のような出来上がりに感じられ手にとると嬉しく感じてしまっている。
今は世の中デジタルが主流で何でもデジタルである。信号処理に関係なく何かの現象や人をあれはデジタル的とかアナログ的とかＴＶの女性キャスターが言う時代になっている。デジタルを始めたころはそんな考えはなく、ひたすら電気の信号処理をデジタルにしたことのメリットを追いかけて今の世の中になったと思うのだが、それを今は普通の方は関係なくコンピューターとの親和性も感じてデジタル人間などと表現する時代になった。良い時代である。
本来デジタル処理の良さというのは記録で劣化しないとか、複雑な信号処理がデジタルだと飛躍的にできるメリットがある。帯域圧縮・ノイズリダクション・エラー訂正などもう今は当たり前の処理のようにどんどん使われていて２０数年の月日の変わり方を感じないわけにはいかない。それに半導体の進歩もすごく、当時のＣＣＤは２５万画素だったが今は１０２０万画素だし、またメモリーは今ちっちゃなカードで１６ＧＢ（ギガバイト）などヘッチャラである。私が試作した画像用メモリーカードはもっと大きくてたった１ＭＢであった。（当然フラッシュメモリーなどない時代）
そんな時代の進歩を感じながらこのカメラを使うのを楽しみにしている。しかしこのようなカメラというのはデジタルだから何でもＯＫ（できる）というモノではない。やはり人間の感覚に訴えるところは、先ほど表現したアナログ的な完成度が良くないと製品としての良さが出てこない。例えば画質・レンズ・オートフォーカス・重量バランスなど使って、撮って、見て判断するところはデジタルには関係なく人間のフィーリングに合っていないと完成度が落ちてしまう。今回もオートフォーカスについて少し質問を問いかけたのだが、いくらオートでフォーカスが合うといっても１００％ではなく数％の場面ではモードを少し変えてフォーカシングをしないと追従できないところもあることを知った。当然だが人間の目のようにはどんな場面でも早く、確実にフォーカシングできるとは限らない。ここにはメカトロニクスとかフォーカスのアルゴリズムとかいろいろまだ進歩の余地はあると思う。
今はそんなことはどうでも良く楽しくカメラが使えれば良い。ユーザーは楽で良いなあ。
真空管アンプの世界は信号処理もアナログだが人間とのインタフェースもアナログの世界なのである。
お知らせ
いつもこのコラムを読んでいただいてありがとうございます。まことに勝手で申し訳ありませんが８月は夏休みと称してこのコラムを休ませていただきます。９月になりましたらまた再開する予定です。宜しくお願いいたします。
２００９年７月１１日
＜ノイズ測定Ⅲ＞
またノイズの話。私のしつこい性格からかまたノイズの話になってしまった。前回このコラムで書いたように設計したプリアンプ（ラインアンプ）のノイズの理論値と測定値が合わないのがまだ気になっており、それを考えている。ぴったり合わなくても良くそれなりの一致を見たいのだが、今はまだそれができていない。特にボリュームを絞った時のノイズの値が理論値と測定値で大きく異なっているのが気になっていた。
今回アンプノイズの計算方法について再度いろいろ調べた。今はネットがあるからいろいろな資料が家庭にいても入手することが出来る。今回次のようなアンプノイズに関する資料が得られた。
１、ANALOG edge （National Semiconductor）
２、低ノイズアンプの選択 （MAXIM）
３、ノイズ・歪を考えた高速アンプの賢い選択法 （EDN Japan）
４、オペアンプのノイズ・フィギュアを計算する （TEXAS Instruments）
５、Noise Analysis for High-Speed Op Amps （TEXAS Instruments）以上の資料でもう一度アンプのノイズに関して調べてみた。これらの資料は、アンプのノイズに関してアンプ自身のノイズと入力抵抗・帰還抵抗から出るノイズの総合ノイズを計算する方法を述べたものだ。以前は別の資料（雑音の基礎 EDN Japan）からノイズの計算をしたのだが、もう一度ノイズの計算方法について再確認するためだ。
結論から言って、当然だが全ての資料からアンプのノイズ計算方法は一致していた。条件や計算結果例えば入力換算ノイズ・出力ノイズ・ノイズフィギュアーなど結果の表現方法は異なっているが、途中の計算方法・考え方は全て同じであった。
最初私は勘違いしていたところがある。反転アンプで帰還抵抗がゼロの時でもマイナス入力に繋がれる入力抵抗のノイズは出力に現れるはずだと最初から思っていたのが間違いだった。これらの計算方法によると反転アンプで帰還抵抗ゼロすなわちゲインが－∞の時出力に現れるノイズはアンプの入力換算ノイズだけであり、入力抵抗からのノイズ（熱雑音）は出力には理論的には現れないことだった。これは大発見だった。・反転アンプにおいて帰還抵抗ゼロの時（ボリュームを絞った時）、アンプの出力ノイズがアンプの入力ノイズと同じ？
・その時入力に繋がる入力抵抗のノイズ（熱雑音）は現れない？
まったく予想も付かない結論だった。（最初この計算方法が間違っているのではと疑っていた。）さてここで再考。もしこれが本当ならノイズ測定が間違っていたことになる。何故か？
設計したプリアンプの入力換算ノイズは－１２６ｄＢＶ程度である。だからアンプのボリュームを完全に絞った時、出力にはこれと同じ位のノイズが現れることになる。ところがこんな小さな値は私の持っている測定器では実は測れないのである。測定器のノイズ測定の実力は－１００ｄＢＶ程度のようだ。プリアンプのノイズ出力がこれ以上であれば問題ないのだが、これ以下では測定値は正しく計れていないことになる。（前回紹介した無帰還アンプでのノイズ測定は出力が－８８ｄＢＶだからこれは正確。だからこのときの入力換算ノイズ値－１２６ｄＢＶも正しい。）
だからボリュームを段階的に絞った時のノイズ測定も正確ではないことになる。
アンプノイズの理論値と測定値の差は今の結論では測定方法が間違っていたことになる。プリアンプの測定でこんなことは初めてだ。
「プリアンプのノイズ性能が良すぎて正しい測定が出来なかった？」という結論になる。本当？
このアンプはボリュームを絞った時予想以上にノイズ特性が良いようだ。今これを確認するためにノイズ測定用のアンプ（半導体）を設計している。入力換算で－１３０ｄＢＶ以下にしたいが、やれるところまでにして、測定時に計算で補正を入れる方法にしようと思っている。ノイズも厄介だが面白い。
ちなみに上の資料で良く書かれているのはＴ．Ｉの２つの資料（４と５）でした。もしご興味があればどうぞ。
２００９年７月１日
＜ノイズ測定Ⅱ＞
ラインアンプのノイズ測定に際し、真空管のノイズの実力を知るために真空管以外のノイズを減らした対策をいろいろ講じたことを前回説明した。今回はその結果を説明しよう。
アンプ全体でのノイズは出力レベルでみた場合１．８ｄＢの改善ができた。ここで現れた測定値は真空管のノイズ、ヒーターや電源からのノイズの回り込み、抵抗で発生するノイズなど全てのノイズが混ざっているときのノイズである。この改善は電源、誘導ハム、ツエナーのノイズなど外乱のノイズを減らしたのが効果として表れていると思われる。さてここから真空管のノイズを知る方法として以前はアンプの等価回路から真空管の入力換算ノイズを計算による方法で求めたが、今回は測定により真空管のノイズを求めた。理由は以前求めたノイズの計算方法にまだ疑問が正直残っているからだ。計算と実験値とで合わないところがありまだ疑問がある。だから今回は計算に寄らず一番確実な測定によって真空管の入力換算ノイズを求めることにした。
アンプのノイズ測定では真空管のノイズと入力抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２から発生するノイズが混入している。だからＲ１とＲ２を取ってしまえば真空管アンプの真の入力換算ノイズを測定することができる。実際にはＲ１はショートしＲ２は削除する。すなわち入力抵抗のない無帰還の反転アンプにしてノイズを測定した。
Ｒ１＝０で、ＮＦなしの時のアンプゲイン（裸ゲイン）は３８ｄＢ（＝７９．４倍）
この時の出力ノイズレベルはＩＥＣ－６５１Ａフィルターを通した後は
－８８．４ｄＢＶ
よって入力換算ノイズは
－８８．４ｄＢＶ－３８ｄＢ＝－１２６．４ｄＢＶとなった。この値はどの程度の大きさか直ぐに理解できないかもしれない。－１２０ｄＢＶとは１μＶのことで１Ｖの百万分の１の大きさだ。－１２６ｄＢＶは更にその半分だから１Ｖの２百万分の１の電圧である。これでもまだピンとこないかもしれないがかなり小さい数値である。この大きさのノイズが真空管の入力で発生しているということになる。またこの数値は半導体に比べてもそんなに大きく劣っている数値ではなく、６Ｒ－ＨＨ２や６ＤＪ８などは十分半導体に対抗できるノイズ特性を持っていることが分かった。それではこの数値が理論値とどの程度差があるか今はまだ分かっていない。以前求めたアンプの等価回路によるノイズ計算にはまだ疑問が残っているため、理論での計算がまだできていない。理論値はさらに低いところになることは推測できる。それはこのノイズをオシロスコープでモニターするとまだフリッカーノイズ（１／ｆノイズ）と呼ばれる低域で揺らぐノイズがまだ含まれており、完全なホワイトノイズだけではないからだ。フリッカーノイズも抵抗を金属皮膜抵抗などに変えるとさらに良くなるかも知れない。
それでも測定で－１２６ｄＢＶの値が出たことは真空管で上手く設計すればかなりのローノイズのアンプができることが分かったのは大きな収穫だった。
私にとってアンプノイズの理解についてはまだ十分できていないが、結果として製作では－１２６ｄＢＶの入力換算のノイズレベルのアンプは設計できている。これからもさらに理論を詰めて、測定との差を見ていきたい。
