真空管とSPICEで遊ぶ：6EM7のシングルアンプ

故・浅野勇氏の有名な「魅惑の真空管アンプ」の続編に、6EM7のプッシュプルアンプの製作記事が載っています。その準備として、6EM7のシングルアンプの実験回路と測定結果も載せられていますが、なかなか良い性能に見えます。類似管の6FM7でシングルアンプを作ろうか、などとも考えており、良く読んでいました。

本の付属のTINAには、中林歩氏の6EM7のモデルも入っているので、シミュレーションをしてみました。すると、ちょっと意外な感じの結果になりました。シミュレーションに用いた回路は、以下のようなものです。

出力トランスのモデルを用いると、回路制限の規模に引っかかるし、やや悩ましい部分もあるので、インダクターと抵抗を用いて、一次側だけ理想化したモデルを用いています。上記の回路図では、負荷インピーダンスを5kΩとしていますが、オリジナルの浅野氏の回路では7kΩで、他に2.5kΩの場合も試しました。

供給電圧は、オリジナルに合わせて290Vとし、他の抵抗値なども浅野氏の設計に従っています。ただし、第一ユニットのカソード抵抗の値は、記事中の回路図の1.3kΩは13kΩの間違いです。出力部の第２ユニットについては、バイアス電圧が約40Vとなり、ほぼ浅野氏の製作記事と合っています。第１ユニットの電圧増幅段については、バイアスが深く、電流をしぼった設定のせいか、いくらかズレがあります。やや電流が少なめで、バイアスは3.5Vと、一割強浅くなっています。しかし、真空管のばらつきは４割が許容差とされているそうなので、十分ばらつきの範囲内です。

電圧増幅段のゲインは約33dB、ほぼ44倍と計算されています。すると、入力電圧の振幅が1V(P-Pで2V)くらいでクリップするはずです。過渡解析で見ても、この辺までクリップしない事が観察できます。負荷インピーダンスを7kΩとすると、このとき約2.3Wの出力が得られます。しかし、これは浅野勇氏の3.5Wという出力よりも、かなり小さい結果です。また、歪み率も、ずいぶん大きくなります。一方、負荷インピーダンスを下げて、5kΩとすると、出力2.9W、2.5kΩとすると4.3Wの出力が得られます。 歪み率のグラフは、次のようになります。入力振幅1Vのクリップ直前までのデータを取っています。

はっきり分かるように、全体に歪み率は高めで２次高調波が支配的です。負荷７kΩの場合を浅野氏の測定結果のグラフと比べると、全体にかなり高めですし、2W以上の部分も測定されています。2W以上ではクリップしているはずなのですが、浅野氏の結果では、そこまで測定しているのかもしれません（その辺から、カーブが変化してて３次高調波が増えている事が伺えるグラフで、クリップしているのかもしれません）。歪み率の絶対値については、シミュレーションの不正確さかもしれません。第一ユニットのカットオフに近い部分では、モデリングより遥かに多くの歪みが発生し、打ち消しがうまく行っている可能性もあります。

しかし、何れにせよ、7kΩの負荷で3.5Wの出力は無理があるように思います。一方、負荷インピーダンスを2.5kΩまで下げると、歪み率はずっと増えますが、出力は4.3Wが得られ、出力トランスの２次側で3.5Wというのは現実的な値です。実際に、浅野氏の制作したプッシュプルのアンプでは5kΩの負荷を用いているので、4.3Wの２倍の出力で8W強が低歪みで得られる、ということで辻褄が合っているようにも見えます。もしかすると、入出力特性については、2.5kΩ負荷で測定したのかもしれません（プッシュプルアンプの実験回路としては、それが理に叶っていますし）。

というわけで、6EM7を一本だけ用いて、比較的低歪みで3.5Wの出力が得られる、というのは虫が良すぎる感じな事は分かりました。7kΩ負荷で（比較的）低歪みで出力は2W、あるいは2.5kΩ負荷で歪みは大きいけれど4Wの出力、という選択になります。もちろん、5kΩ負荷では中間的な結果になりますが、出力2.9Wでは、あまり面白くないかもしれません。

ところで、6EM7のプレート抵抗は、データシート上の値は750Ωとなっていて、浅野氏もそれを引いています。でも、上の動作点では、データシートの動作例よりも電圧が高く電流は少ないので、違った値になります。簡単なシミュレーションで計算してみると、ほぼぴったり、1kΩになります。すると、負荷インピーダンスが7kオームだとDF(ダンピングファクター)は７、2.5kΩで2.5となり、けっこう良い値です。ここは出力を望まず、7kΩか5kΩの負荷インピーダンスでシングルアンプを作ると、それなりに魅力的なアンプになるかもしれません。また、２次高調波の打ち消しが期待できるプッシュプルの方が適性がありそうな事も、よく分かるシミュレーション結果です。その場合も、負荷インピーダンスは8kΩくらいに取った方が、（無帰還なら）歪みやDFのバランスが良いような気もします。

音と素材についての覚え書き

私は普通、あまりオーディオ装置の素材、という事には拘らないのですが、ふと感じた事があります。新しいD級アンプ(TDA7471)を少し鳴らしてみようと思って、（音は期待せずに）卓上に８cmフルレンジスピーカーを置いて音楽を聴いていたところ、ジャンルによっては、箱庭的なスケールですが、緻密で、かなり楽しめる音で鳴るのです（高忠実度、いわゆるハイファイかは疑問ですが）。

 このとき使っていたスピーカーは、FE87Eという小さなユニットをフィンランド・バーチ合板の箱に入れたものです。そして、スピーカーを置いていたテーブルは、（古くてボコボコですが）デンマーク製のムクのアッシュ（トネリコ）のものです。かなり、テーブルの反射のきつい置き方をしていたのですが、フロア型スピーカーを、しっかりした床に置いたのを、縮小した様な状況かも知れません。普通の小型スピーカーを、オフィス用のデスクに置いて鳴らして落胆した時とは、ずいぶん違います。小さな音量でしか聴かないのですが、それでもやはり、音を鳴らす環境には、素材の響きの良さが大きな影響を持つのかも知れません。（スピーカーに限らず）部屋の壁面を、ムクの良い木材で作ると、音響的にも良いものに出来る可能性が大きいのかも知れません（経済的に、非現実的ではありますが）。

GEの6FQ7/6CG7

某所で、GEの6FQ7/6CG7を、（プレミアムのついていない）普通の値段で売っていたので、数本買ってきました。同特性の6SN7-GTは、アメリカ製の真空管が市場から払底して（あるいは極めて高価になって）しばらく経つのですが、MT管は人気がないらしく、6FQ7ならば（探せば）まだあるようです。私には「鑑識眼」もありませんし、チェックされた真空管かどうかも分からないので、「良い買い物」かどうかは分からないのですが、自分として楽しめればそれで十分です。6FQ7なら使い道はいくらでも考えられるし、手許にあるだけでも悪くありません。

以前に入手した、同じGEの6FQ7に比べると、ガラス管がきれいな状態で、印刷もはっきりしています。はっきり見える印刷の下に、「6FQ7/6CG7/USA」という焼き付けの印字が見えます(GEの真空管の特徴のひとつのようです）。

こんな箱に入っています。GEの民政向けの真空管の箱です。ちょっと、アールヌーボー／アールデコ的で、ムードがあります。

TDA7491KIT（配線と完成）

先日のブログでケース加工について書いた、TDA7491KITの配線をしました。もちろん、大した配線ではないのですが、意外とコネクターの圧着に苦労しました。入力部分に用いられている、JSTのXHコネクターはとても小さく、さらにバネ部分が折れやすく、慣れない上に目が良くないので、悪戦苦闘してしまいました（もちろん、圧着ペンチは用いています）。出力、電源の(VH)コネクターはともかく、入力については直接ハンダ付けした方が無難かも知れません。入出力の極性については、カマデンの説明書はやや分かりにくく、注意が必要です。

配線をして、簡単なチェックをした後、ACアダプターをつないで音出しをしました。特にトラブルなく、動いています。

目を覆いたくなるような配線ですが、とりあえず動いているので、いい事にします。チャンネル・セパレーションについては、あまり考慮していない配線ですが、インピーダンスが低めなので、たぶん大丈夫でしょう。

電源には、3300μF25Vの電解コンデンサーをパラレルに付けています（おまじないの様なものです）。ACアダプターは、秋月電子で購入した、45W級、15V3Aの物を用いています。

ボリュームは、10kΩ(A)の２連です。入力部の配線は、シールド線を用いるべきかも知れませんが、面倒なので、普通のビニール被覆線で行いました。入力側はAWG24、出力側と電源はAWG20の架橋ポリエチレン線を用いましたが、あり合わせのものを用いたので、色の分類はかなりいい加減です。

低価格のD級アンプという事で、広帯域なスピーカーにつなぐのは、ちょっとためらわれますが、iPhone等からの出力をフルレンジのスピーカーにつなぐのにはぴったりです。とりあえず、便利に使えそうです。

こんなスピーカーを作りたい：DCU-171K2のフロア型スピーカー

PARC Audioの17cmのケブラー・コーン・ウーファー、DCU-171K2が製造中止になる、というお話で、これも購入してしまいました。どう見ても、ハイスピードで強力な、本格派のウーファーです。

これをどう使うか、という事を考えていて、最初は、正統派のユニットなので、標準的なブックシェルフの箱に入れるのが良いかな、と考えていたのですが、だんだん、フロアタイプのスピーカーが欲しくなってきました。このクラスのブックシェルフ・タイプのスピーカーは、結局はスタンドも作る事になり、場所的にも、手間的にも、トールボーイ・タイプのフロア型スピーカーに比べて有利とは思えなくなってきました。商品としての流通上は、小型になるし、いろいろメリットがあるとは思うのですが、自分で作って自分で使う分には、関係ありません。

むかしから、長岡鉄男氏の設計した「ファーネス」というフロア型スピーカー（のスタイル、設計の狙い）が好きだったので、それに沿って設計を考えてみました。底面積は小さく、背は高く、という方向でプロポーションは変更しました。私自身は、音源位置が高めの方が使用状況（椅子に座って聴く）に合っていますし、省スペースです。現時点では、以下のような設計を考えています。

ボックス部分の容量は約30L、高さは63cmですが、その上に長さ41.5cmのチムニー・ダクトを付けています。ダクトは9cm×9cm=81cm^2の断面積、ウーファーの有効振動板面積の67%に及びます。断面積も大きいですが、長さも43cmと長大なので、fdは約40Hzとなります。チムニーダクトの外形の幅は12cm×12cmで、そこにツイーターのDCU-T111S（PARC Audio）を２本、縦に並べます。いくらか、ウーファーとツイーターの振動板位置を合わせる事も意識しています。spedを用いた、低域特性のシミュレーション結果は、以下のようなものです（箱のサイズだけ合わせて計算しました）：

ツイーターは、２本を直列につないで用いる事により、能率は約3dB下がり、耐入力は４倍になる計算になります。計算上は、ウーファーの能率より、0.5dB低くなる事になりますが、実際上は、ツイーターの方がまだ能率が高い可能性もあります。いずれにせよ、アッテネーターなしで行けるか、まずは試す事になります。ネットワークは、以下のようなものを考えています：

単純な6dB/oct.のネットワークです。帯域的には余裕があるし、ツイーターは直列になっているので、耐入力の問題はあまりないだろうと思います（私自身は、あまり大音量では聴きませんし）。ツイーターは12Ωのインピーダンスで計算して、カットオフ周波数は1.95kHzです。ウーファーは、インピーダンス上昇を考慮して8Ωと考えて計算して、1.59kHzのカットオフ周波数になります。ややスタガー気味になりますが、ウーファーは2kHzあたりに少し盛り上がりがあるので、このくらいでバランスが取れそうな気がします。6dBクロスだと、正相でも逆相でも良いはずなのですが、スタガー気味なので、逆相接続の方が良さそうです（分かりませんが）。ツイーターを２本使うと、超高域で減衰するので、それを補う必要があるかも知れません。「ファーネス」に倣って、下側のユニットに1μFくらいのコンデンサーをパラレルにつないで、上のユニットの高域を伸ばすと良いかも知れません。この辺は、鳴らしてみてのバランス次第でしょう。

木材は、15mm厚のサブロク合板で１＋１／３枚で、以下のような板取を考えています。（無駄のない板取を考えて、上のサイズは微調整してあります。）15mmでは薄めなので、補強をかなりする予定で、その分も入っています。

さて、どんな結果になるかは、やってみなければ分かりません。楽しみです。