2017年2月12日日曜日

Elekit TU-8340 (3) 一応の完成と、熱雑音に関する検討

基板さえ完成すれば、トランスを乗せて、いくつかのコネクターを接続すれば完成です。部品の交換などがあり、少し時間がかかりましたが、エレキットさんの対応も良く、問題なく作ることができました。

取り付けるトランスは、出力トランスとパワートランスです。



出力トランスは、たぶんアテネ電機製、5KΩのインピーダンスでUL接続用のSG端子付き、リード線にはコネクターがすでに付いています。パワートランスは、北村機電のRコアトランスで、300W級のコアではないかと思います。かなり重いです。



真空管を挿し、取り扱い説明書に従って、B電源の接続だけを外して、C電源(バイアス回路)A電源(ヒーター回路)のチェックをしているところです。全く問題なく動作していました。トランスのリード線にはコネクターが付いているので、配線はとても簡単です。


この状態でも、すべての電源を動作させれば音も出せて、電圧などのチェックができて便利ですが、エレキットさんとしては、感電の危険があるのでしないで欲しいようです。ここは、ひとまず取り扱い説明書に従って、真空管をいったん外し、カバーをつけて音出しをしました。


テスト用の、8cmのフルレンジをつないで、半自動バイアス調整を行い、音出しをしました。最初から、問題なく音が出ました。写真からもわかるように、かなり大ぶりで、スピーカーが小さく見えます。重量も17Kgと、それなりに重たいアンプです。

デスクトップの至近距離で聴くと、ハムノイズは全く聞こえないのですが、ボリュームを絞った状態でも、ホワイトノイズが少し気になります。高感度のフルレンジで鳴らしているせいもあるでしょうし、少し離れれば聴こえませんので、実用上は問題はないと思いますが、シングルアンプのTU-8200に比べても、はっきりとホワイトノイズは大きいことが聴感上で分かります。このような状況では、真空管の発生するノイズを疑うのが普通かもしれませんが、初段の12AT7を、東芝の通測用に替えても、ほとんど同じに聴こえます。(測定して比べるべきでしょうが、手元に電子電圧計がないので、残念ながら、あいまいな話になります。)

ホワイトノイズの発生する理由はいろいろとあるわけですが、少しだけ机上で追求してみます。最初に回路図を見たときから気になっていた、初段のグリッドに直列に入っている、27kΩの抵抗の発生する雑音の大きさを計算してみます。両グリッドに直列に入っている抵抗の値は54kΩなので、気温20度、20KHz帯域で抵抗の両端に発生する熱雑音は、約4.2μVと計算されます。アンプの増幅度については、測定しないと正確にはわからないのですが、オープンゲインの大まかな計算と負帰還抵抗の値から、57倍程度と推定されます(高感度なアンプです)。すると、大雑把な計算ですが、出力側には240μV程度の雑音が発生することになります。アンプの仕様を見ると、残留雑音は、聴感補正(A)をして180μVとなっています。実際にどのくらいこの部分の寄与があるのかは、いろいろ回路を変更して測定しないと分からないのですが、初段の抵抗の発生する熱雑音が無視できないことは確かなようです。(ちなみに、TU-8200の仕様では、残留雑音は90μVとなっています。)

低雑音増幅回路を作るには、回路インピーダンスを下げる、というのが常識なわけですが、真空管アンプは、どうしても高インピーダンスになりがちです。入力のボリュームの値も50KΩもあり、あまり気にしな場合が多いのですが、やはりここは、対策をしたほうがいいようにも感じます。グリッドの抵抗を(例えば)2.2KΩにすると、ここで発生する熱雑音は(上と同じ仮定で)約1.2μVと計算されます。同じ増幅度で、約68μVの残留雑音が発生することになり、かなり改善されます。アンプの増幅度を30倍くらいまで下げられれば、36μVとなり、ほぼ無視して良い感じになります。グリッド抵抗は負帰還回路の安定性にも関わるので、慎重に検討すべきところですが、ドライバー段を12AU7に替えるとオープンループゲインは約1/3、つまり約10dB減少します。そこで、負帰還回路の定数を変えて、アンプの増幅度を1/2、つまり約6dB減らすと、負帰還量は約4dB減ることになります。この状態でアンプの安定度がどうなるかは、実際にやって測定しないとわかりませんが、一つの可能性ではあります。

回路の改造は、測定器も必要ですし、いったんアンプを分解してプリント基板の部品を取り替える、ということになりますから、しばらくは今のアンプの状態で運用しながら、いろいろ考えてみようと思っています。増幅度を下げる意図で、ドライバー段を12AU7互換の5814Aに替えてみました。これで大幅に負帰還量が下がるわけですが、負帰還があるのでアンプとしての増幅度はあまり変わらず、雑音については目立った変化はありませんでした。しかし聴感上は、少し硬めの音だったのが伸びやかな感じになり、こちらのほうが私のシステムには合っている印象です。初段も(少しでも雑音を減らすことを意図して)東芝の通測用の12AT7WAに交換して、しばらく音楽を聴いていました。(いい感じです。)


この後で、出力管をSvetlanaの6550Cに替えたところ、やや緩すぎる印象で、電圧増幅段はオリジナルの12AT7、4本に戻しました。気のせいか、こちらの方がすっきりして良いように感じました。(でも、使い勝手としては、ちょっと高感度すぎる感もあります。)いろいろな出力管で同じ回路定数、というのは、なかなか難しいのかもしれません。EL34と6L6GCでは、相互コンダクタンスは2倍も違います。6550/KT88でも、バイアスが深い部分で使うことになりますから、動作点での相互コンダクタンスは、EL34の場合よりは小さくなっていると思われます。

上記のノイズも、実用上問題になるわけではありませんし、真空管の交換、回路をいじることを含めて、遊びどころの多いアンプです。とにかく、この規模の現代的な回路の真空管アンプが簡単に作れて、ハムノイズは皆無に近く、バイアス調整も半自動で簡単、それでこの価格、となると、ライバルはいない感じです。堂々とした大型アンプで、なかなか見栄えも良く、目の前に設置し、ある程度の大きさのスピーカーにつないで、ゆったりと音楽を聴くのに合ったアンプのように思います。(逆に、いろいろ比べていて、デスクトップオーディオなどの小型システム用アンプとしての、TU-8200の完成度の高さも再認識しました。)

2017年1月29日日曜日

Elekit TU-8340 (2) 製作中

TU-8340の梱包を開けて最初に目につく大きな部品は、幅40cmを超える大きなプリント基板です。



いくつか小さな基板を切り出して組み合わせるのですが、主基板だけでもかなり大型です。取扱説明書に従うと、最初に作るのは小さなボリューム基板です。


主基板との接続のために、スズメッキ線を用いるようになっています。次に、出力端子のサブ基板。これは取付ナットを締めるだけです。




主基板にパーツを取り付けるのが、組み立て作業の主要部分になります。特に抵抗を間違えないように、慎重に回路図を追いながら作業をしましたが、数時間で終わりました。主基板は、サイズの大きさに比べて部品数は多くないので、回路規模の割に、あまり部品数が多くは見えません。これは部品面ですが、完成すると裏になります。



真空管が付く表面は、このような感じです。4個のタイトUSソケットと、4個のプラスティック・モールドの9ピン・ミニチュアソケットが見えます。ミニチュアソケットは、歴史と実績のある、QQQブランド(もと中央無線、いまはテクニカル電子)のものです。USソケットの手前に、バイアス状態表示用の3色LEDが付けられているのが見えます。


アンプ(右チャンネル)部分のクローズアップです。0.47μFという大容量のフィルムコンデンサーがカップリングコンデンサーとして8個使われています。パナソニックのポリプロピレン・コンデンサーのようで、高品質なものです。特別な部品は多くありませんが、2段目のカソードのデカップリングコンデンサーは固体半導体コンデンサーが使われています。抵抗はほとんどすべて1/2W、5%級のカーボン抵抗ですが、抵抗値を測ってみると、概ね誤差1%以内に収まっています。出力管の電流検知用の抵抗だけは、念のため1%級の金属皮膜抵抗に交換しました(やや大型です)。奥に見える黒い箱はリレーで、UL接続と三極管接続の切り替えに用いられています。



電源部のクローズアップです。大型のブロックコンデンサーは450V220μFで、両チャンネルそれぞれに用いられています。電解コンデンサーは、すべて国内メーカーの105℃品が用いられており、信頼性重視の設計に見えます。整流回路は2系統(B電源と電源増幅段のヒーター)あり、どちらにも1000V4A規格のブリッジダイオードが用いられています。バイアス回路には、ヒーター電源から電源が供給され、自動バイアス調整基板上で負電圧に変換されているようです。手前には、B電源のリップルフィルターに用いられるパワーMOS-FETが4個見えます。それぞれのFETの向こうに見える小さな部品はツェナーダイオードで、半導体素子の保護用にツェナーダイオードが多用されています。一番手前のスイッチは、UL接続と三極管接続の切り替えスイッチです。



AC電源入力部は、別の小さな基板になっています。ACインレットから電源スイッチまで基板になっており、ケーブル配線をしなくていいように配慮されています。複数のコネクターパターンが基板に用意されているのは、複数の電源電圧に対応するためです。


ケースにこれらの基板を組み込むと、ほぼ完成です。



中央に見える紫色の基板が、自動バイアス調整用のサブ基板です。これは完成品で供給され、カバーの基板も付いているので、内部の回路は見えません。ブラックボックス状態です。

ケースへの組み込みで気づいたのは、ケースが頑丈で重量級なことです。組み込むトランスが重いからだと思いますが、カバーまで含めると、ずいぶん重量があります。素材は鉄なのですが、厚さをノギスで測ったところ、1.7mmくらいありました。また、ナットが全く用いられていない代わりに、Sタイトネジという、タッピングビスの一種が多用されています。これを厚い鉄シャーシにねじ込むには、けっこう力が必要です。最初は普通のドライバーで頑張っていたのですが、途中からは、電動ドライバーを用いることにしました。一度ねじ込んでタップが切られれば、それ以降は普通のドライバーで大丈夫です。

あとは、トランス類を組み込んでカバーを付け、真空管を差して調整を済ませれば完成です。

2017年1月21日土曜日

Elekit TU-8340 (1) 回路図からの考察

2016年11月末に発売された、エレキットの真空管アンプキット、TU-8340を入手しました。エレキット初のプッシュプル真空管アンプキットということで、期待の大きい製品です。回路図は公開されていないので、例によって、まずは回路を見るのが最初の楽しみ、ということになります。

回路構成の概略を(回路図を出さずに)説明してみます。出力段はEL34/6CA7のプッシュプルで、UL接続と三極管接続を切り替えられますが、UL接続をメインと考えているようです。切り替えはリレーを用いています。プレート電圧は370Vとやや低め、プレート電流の設定は60mAくらいのようなので、少し低電圧、高電流寄りの動作点です。出力管を変更しても、同じ動作点になるように、(このキットの売り物の、マイコンを用いた回路で)自動設定されます。

電圧増幅段は、12AT7/ECC81をチャンネルあたり2本用いたもので、「基本的には」2段差動増幅です。各増幅段の接続はCR結合で、直結段はありません。かつては、直結段により低域時定数を減らすことが設計者の腕の見せ所、という時代もあったと思うのですが、設計、測定技術が進歩して、逆に、低域時定数3段でも大丈夫、という感じなのでしょう。初段、ドライバー段、それぞれが共通化ソード回路にLM234を用いた定電流回路が接続されており、差動回路となっています。初段は約0.5mA、ドライバー段は約2.8mAのプレート電流の設定です。興味深いのは、定電流回路になっているにも関わらず、ドライバー段のカソードは電解コンデンサーでバイパスされていることです。ACバランスを考えると、バイパスしないほうがいいように見えるのですが、バイパスしたほうが出力電圧が取れる、などの理由からバイパスしてあるのかもしれません。

負帰還は、出力トランスの2次側から初段の差動回路のマイナス側に戻されており、コンデンサー2個を用いた、少し凝った微分型位相補正が行われています。やや悩ましく感じたのが、初段のグリッドに直列に入った抵抗の値です。回路図には2.2kΩとあるのが、27kΩと(常識的な値より)高いものに変更されています(マニュアルの訂正がオンラインで公開されています)。単なる回路図の間違いか、なんらかの理由で、ある時点で変更されたのか、気になるところです。このグリッド抵抗は、初段のミラー容量(帰還容量)とローパスフィルターを構成するので、帯域制限となる一方、負帰還回路を安定させる方向に作用します。当初は2.2kΩで設計されていて、安定度を上げるために抵抗値を変更したのかもしれません。2.2kΩにしたい誘惑も感じますが、やはり安全側に振って、説明書通りに組み立てるべきでしょう。

B電源は、TU-8200などと同様に、パワーFETによるリップル・フィルターを、4系統に用いたものとなっています。平滑コンデンサーから両チャンネルを独立させており、(出力段がAB級動作なだけに)セパレーションに気を使っている様子が伺えます。電圧増幅段は直流点火で、その回路から自動バイアス回路にも電源が供給されています。自動バイアス回路には正の12Vが供給されており、負電源ではありません。チャージポンプ型のDCDCコンバーターか、アイソレーション型のDCDCコンバーターを用いて負電源を作っているのだろうと思われます。マイコンを用いた自動バイアス回路については、完成品として供給されています。回路図と組み込みのプログラムを知りたいところですが、マニュアルには情報はありません。

回路を見ている段階で、他に気になるのは、抵抗の選択です。増幅段の抵抗は、ほぼすべて1/2W、5%級のカーボン抵抗です。ドライバー段のプレート抵抗は、約200mWの損失があるので、2倍半のマージンがあるとはいえ、温度上昇を考えると、1Wの酸化金属皮膜抵抗にしてもいいように感じます。また、出力間のカソードに入っている電流検知用の抵抗は、1%級で温度係数の低い金属皮膜抵抗を使いたいところです。この辺は、大きな問題ではないのですが、製作時まで悩むことになりそうです。

全体的には、面白いアイデアがあって、(キットとして、部品の種類を減らし作りやすくする、という制約のある中で)きれいに設計された回路だな、と感じました。

2017年1月5日木曜日

Elekit TU-8200


エレキットのTU-8340の発表を見て、久しぶりにアンプを作りたくなりました。TU-8340の前に、手軽に作れそうなTU-8200を、手慣らしを兼ねて作ることにしました。6L6GCシングルという、初心者向きの真空管アンプキットですが、EL34/6CA7/KT-77や、KT-88/6550にも差し替え可能な、ひとつ手元に置いておくと楽しそうなアンプです。

回路は公開されていないので、購入して、見てみるのが楽しみでした。定数などの詳細は書きませんが、文章で説明してみます。電圧増幅回路は12AU7の2段増幅、CR結合で、固定バイアスの6L6GC等の出力管をドライブしています。バイアス回路は、比較的シンプルな、1個のトランジスターによる時定数の大きなフィードバックの定電流回路になっています。この出力管の電流値検知回路を用いて、OPアンプとフォト・カプラーによる過電流保護回路も付いていて、過電流が検出された場合はB電源をカットするようになっています。出力段の動作点は、過去の標準的な回路よりは、やや低電圧、大電流側に振ってあるようですが、シングルアンプなので、この辺が適当なのかもしれません。プレート電流を80mAくらい流しているようなので、オリジナルの6L6よりは、もう少し大きな出力管に合わせてあるのでしょう。基板上のジャンパーで、5極菅接続、UL接続、3極菅接続を切り替えられます。当面は、UL接続で試していますが、EL34や6550では3極菅接続を試すのも面白そうです(出力は下がる代わりに、やや歪みと出力インピーダンスが下がるはずです)。

エレキットらしく、電源回路がしっかりしています。B電源(主電源)は、両チャンネル独立にFETを用いたリップル・フィルターが入っており、さらに電圧増幅段にもチャンネルごと独立のFETによるリップルフィルターが入っています。計4個のパワーFETが用いられています。その代わり(たぶん、FETの負荷を下げる意味もあるのか)デカップリング・キャパシターは小さめです。A電源(ヒーター電源)は、電圧増幅段は直流点火になっています(安定化はされていません)。固定バイアスなので、もちろんC電源(負バイアス電源)も存在しますが、巻線から独立した回路です。このように、電源部が強化されているので、電源ノイズが小さく、真空管アンプとしては、とても静かなアンプになっているようです。

部品

箱を開けて最初に目につく大きな部品、そしてこのキットの最大のポイントは、プリント基板でしょう。これを折り分けて、幾つかの基板を作成します。



電源回路がやや大規模なので、電子部品は多めですが、丁寧に分けて袋詰めされており、親切です。(マスキング・テープによるメモは、自分で付けたものです。)


抵抗類は、大部分が5%級の1/2Wカーボン抵抗で、それより大きいものは酸化金属皮膜抵抗のようです。5%級ということで、バイアス回路などの正確さに不安があったので、バイアス回路に使う抵抗をいくつか測ってみました。だいたい1%誤差に収まっていて、よく揃っているようなので、選別もせずにそのまま使うことにしました。電解コンデンサーは、ほとんどが105℃のものでした。カップリング用のフィルム・キャパシターは、パナソニックのポリプロピレン・キャパシターで、高品質なものです。



出力菅は、Electro-Harmonixブランドの6L6GC(ロシア製)が付属しています。Amtransで検査、選別したものらしいのですが、よく揃っているようです。12AU7は中国製、Shuguangのものです。


出力トランスは、群馬県に本社のある、アテネ電機の製造のようです。


電源トランスは、エレキットでは定番の、北村機電のRコアトランスです。これが、一番重量のある部品です。全般に、しっかりした良い部品が使われています。

組み立て

最初に、主基板を組み立てます。抵抗だけで50以上の点数があり、シングルアンプとは思えない部品数ですが、間違えにくいように部品の配置が工夫されており、説明書もとても分かりやすいので、丁寧に作れば難度は高くないように思います。私は、入力側から回路を確認しながら部品を取り付けましたが、機械的に同じ値の部品を取り付けて行く方が、早いかもしれません。



主基板が出来上がると、こんな感じになります。電源部も含んで、主要回路のほぼ全てがこの基板上にあります。ここでは、説明書の「おすすめ」に従って、電圧増幅段のカソード・デカップリングの電解コンデンサーだけ、有機半導体コンデンサー(パナソニックのOSコン)に交換してあります。

他の基板は、インターフェイスや、切り替えスイッチのために分けてあるようです。


音量ボリュームやスイッチのためののサブ基板が右手前です。ボリュームは100KΩ、Bカーブの小型のものです(アルプス製)。大型のものに交換も可能なようですが、特に問題ないと思うので、キット付属のものをつけています。たぶん、チャンネル同士の誤差(ギャング・エラー)を嫌って(オーディオ用に普通に使われるAカーブではなく)Bカーブにしてあるのだと思いますが、特に使いにくさは感じません。基板の間は全てコネクターを用いるようになっており、ケーブルも付属しているので、ケーブル配線の半田付けは全くありません。


以上の部品をシャーシに組み上げると、こんな感じになります。立体的な構成で、少しアクロバティックな印象もありますが、問題ないようです。このままでも動作させることは可能ですが、高電圧がむき出しになり、危険ではあります。


カバーをつけて、完成した状態です。下の写真はキット付属の真空管、Electro-Harmonixの6L6EHと、Shuguangの12AU7のクローズアップです。真空管の品質に問題はないように感じました。


まとめ

全体に、作り易いながらも作り応えのある、とても楽しめるキットでした。出来上がったものも、ノイズが小さく、コンパクトで真空管の交換が簡単にできる、手元に置いて遊ぶのにぴったりのアンプになりました。音としては、半導体アンプに比べると制動が緩い、よく言えばリラックスした印象があります。出力が小さく歪みも多いはずで、やはり小編成の音楽が良く合いますが、複雑な音楽を聴けるだけのクリアーさも持っているようです。

キット付属の真空管に不満というわけではないのですが、せっかくなので、真空管を交換しました。出力菅は、Svetlanaブランドの6550C(Sロゴ)という現行生産品、電圧増幅管はアメリカ製のビンテージ管、SylvaniaのJAN-5814Aに交換してみました。音の違いはよく分かりませんが、外見の印象はかなり違い、こちらの方が私の好みかもしれません。



2014年3月6日木曜日

オーディオ機器は、聴き分けられるか?

オーディオ機器は、音楽を聴くための道具です。良い音で音楽を聴くために、いろいろな事を考え、お金と労力を注ぎ込むわけです。でも、結果的に良い音が聞けるかどうかは、やってみないと分かりません。それどころか、違うオーディオ機器を使って、違いが分かるか、と言うと、往々にして疑問があります。趣味としてのオーディオは、他に人に迷惑をかけず、自分で納得している限りは何をしてもよいのですが、あまり疑わしいことを言うのも問題かも知れません。たまに、常識を振り返ってみるのも無意味ではないように思います。

PC関係のウェブサイトで、こんなテストがありました。PCオーディオとして、DAコンバーターの聞き比べをする、というものです。

http://www.tomshardware.com/reviews/high-end-pc-audio,3733.html#xtor=RSS-182

結論は簡単で、2ドルのオンボードのDACと、2000ドルの高級なDACでは、機能的には違うけれども、音は聴き分けられない、というものです。

これは、オーディオの世界にどっぷり浸かっている人には驚くべき主張で、「嘘だ、きっと何かが間違っている」と思う人が多いだろうと思います。でも、オーディオの二重盲検テストの事をある程度知っている人には、ほとんど予期される結果です。機器の切り替えについて被験者が全く知らず、厳密に音量レベルを合わせた場合には(これは必須条件)、オーディオ機器の聞き分けは難しい、というのは、音響心理学の常識です。具体的には、

(1) 部屋、スピーカーの違いは大きいので、聴き分けられる。(周波数特性が大きく違うから。)

(2) アンプについての聞き分けは、一定以上の性能があるもの同士については、まず聴き分けられない。

(3) いわゆる「ハイレゾ音源」とCD音質(16bit, 44.1kHz)は、音源(マスタリング)が同じなら、まず聴き分けられない。(JAESの論文

DACについては、二重盲検テストをしたと言う話は読んだ事はないですが、アンプに準ずる(あるいはそれ以上に影響が少ない)と思われます(ケーブル等について、二重盲検テストをした、と言う話は聞いた事がありません)。アンプのパーツについては、かなり前にMJにブランド・テストをした記事がありましたが、聴き分けられているような結果ではありませんでしたし、サンプル数が少なくて、統計的に何か言えるようなものではありませんでした。「きちんと設計されたアンプの違いは、聞いても分からない」というのは、真空管アンプの世界で極めて尊敬されていた、故・武末数馬氏の長年の主張でした。また、20世紀の最も有名なオーディ技術者のひとりであるPeter Baxendall氏も、同様のことを書いています。

アンプについては、古いタイプの真空管アンプのように、周波数特性やスピーカーの過渡特性が変わるほど出力インピーダンスが高いものは聞き分けが可能かもしれませんし、シングルアンプの場合は、聴き分けられる下限と言われている1%を超える歪みのものも少なくないので、聴き分けられる可能性があります。しかし、これらは「性能が特に悪いから分かる」と言う範疇なので、(一種の音質調整装置として)別に考えるべきでしょう。個人的には、「エントリー」と言われる3万円台のアンプ以上のレベルでは、聞き分けは難しいのではないか、と思っています。CDプレーヤーについても、現在の技術レベルでは、単体のプレーヤーの違いを聴き分けられるか、というと、疑問に思います。

だからといって、高価なアンプやプレーヤー、DACが無意味だとは思いません。趣味としては興味深いですし、私自身も、労力、お金をかけています。でも、やはり「一聴して分かるほど、音が大きく違う」というのは疑問ですし、そのようなことを主張している文章、特に、「この値段にしては音が良い」と言う、よく見かけるオーディオ機器のレビューは、一定の保留を持って読むべきだろう、と常々感じています。「高いオーディオ機器は良い音がする」と言うのも(スピーカー以外については)神話かもしれません。