低電圧ヘッドホンアンプ

2008/10/14 工作::amp

低電圧ヘッドホンアンプ2?(nabeさん設計) with 基板ありがとうございます

nabeの雑記帳にて,40万ヒットのプレゼント(2008-09-17)がありました.
迷わず申し込んで,基板+OPAMPをいただくことができました.ちょっとした郵便自己があってケミコンは破裂*1していましたが(笑)

20081014_opbuf01.JPG

ご覧のとおり,いじくっている最中ではありますが,blogへのコメント期限が近いので,途中経過を報告させていただきます.なお,こちらに書く前に,mixiで少しメモっていたので引用してきますので,文体がいつも以上に酷いです*2


*1 : 郵便局の機械で詰まったらしいです.機械のほうが心配だったよ...

*2 : mixiメモへの自分用リンク:2008年10月09日02:24, 2008年10月14日02:02

結論

現時点では,USBDAC出力をPC側で絞った音のほうが好みです.
ヘッドフォンアンプにより,アナログアッテネータで減衰することで音質の向上が見込めるということですが,しばらくUSBDACの音に惚れていたせいか,未だ馴染めません.

回路定数の修正や,ボリュームの変更で大きく変わるのか微妙ですけれど,低音が強調されすぎの感じがします.もともとこういう音かもしれませんが・・・.


[TRY]foobar2000で音量を下げる

アンプの出力をあげて,USB-DACをヘッドフォン直結で聞いていた音量にしてみました.
これこれ.低音が弱まって聞きなれた音になりました.ということは,PCで音量を下げた弊害で音が変わっていたということか!?

音声データはCDから可逆圧縮でリッピングしたものなのですが,デジタル処理しただけでは情報が変わってしまうというのか.


TRY予定

エミッタ抵抗で音が大きくは変わらないとは思いますが,コレも経験.
推奨値の1Ωに置換して聞いてみます.

本家のコメント85にて,OP-AMP近傍にパスコンがないとの指摘.OSコンから数センチ離れていて,間にトランジスタさんもいるようです.トランジスタが電流をそんなに引っ張らない気もしますが.これもパスコンもしくはバイパス配線してやると向上が期待できるかもしれません.
というか,先に電源ラインに問題があるかを確認すべきですね.
シンクロスコープで見えるか(要観測)



以下,日記形式にて.

実装前

ダイアモンドバッファ部分について,トランジスタの選別が必要と思い込んでいました.部品入着を待っていたり,選別作業に音を上げていたら,コメントが... 一週間近く見落としていました(失礼しました)

もう一度回路を見直すと,ダイアモンドバッファ出力がOP-AMPへと帰っているではありませんか!.帰還してるなら,選別しなくても出力にDCが乗ることもなさそうですし,どうせコンプリメンタリでも歪むのだから,と考えて実装へと移りました.


実装当日

nabe先生のヘッドフォンアンプ基板,選別あきらめて実装しますた.とりあえずバラック状態でエージング開始.ケーシングすれば半田付けしなおすわけで,熱劣化再発生という罠も...レポを一度出してからケース入れすることにしよう.


とりあえず電源入れてすぐは,すごくもやのかかった感じがした.高音がのびず,低音がboostされた感じだ.PC側ボリュームをMAX.にしているせいもあるし,回路定数を在庫で合わせてしまっている(後述)から,差分もあるだろう.

で,しばらく温まってきたせいか,耳が慣れてきたせいか,もやが少しマシになる.というか,もともとエコーがかかっていて,ソレが強調された感じだった,かな..注力して効いてしまうと,耳のフィルタのせいで感じも変わるから難しいねぇ.

低音が増してるのは間違いないな... 長時間使うと疲れそうだ.しばらく放置して様子を見るか.入力短絡しておいたほうがいいんだろうな.

エミッタ抵抗は手持ち在庫の都合で4.7Ωを実装.
CRDは1mAを使用.
電池はeneloop単3で初期充電のものを使用.

エージング三日ほど

ヘッドフォンアンプ,三日三晩くらいは放置したので,エージングは十分なはずなのだが,高音が伸びない.
良く考えたら,以下のことがあげられる.

  • eneloopは初期充電のものを使っている
  • 出力段の抵抗が定数違いである
  • ボリュームが推奨品ではない*3

抵抗は明日にでも入着する*4ようなので,電池を疑ってみた.

寝る前にするんじゃなかったwwww

電池交換後

アルカリの中古電池があったので,コレを使用.新品過ぎると少し電圧が心配だった.とはいえ,アンプとOSCONの耐圧が2.5Vというのに引っかからなければいいので,1.5+αであれば耐えられたとは思う.設計は1.2Vなので,コレで比較しなければならないわけだが.# 充電器が見つからない.結構片づけが進んでいるはずなのに.チェックする前にしまったか.

電源電圧向上により,高音の伸びが復活.低音は相変わらずboostされている.解像度はUSBDAC並みに上がったと思われる.注意深く効くようになって,耳がエージングされて*5しまっているところもあるので,比較時には聞き込んだものか,初めて聞くもので比較すべきだろうか.

現在の評価楽曲

現状,水樹奈々嬢のSecret Ambitionと Heart-Shaped Chantとを使用.前者はハイハット,後者は弦楽器(ハープみたいなやつ)がどこまで聞こえるか,で,解像度の良し悪しを判断している.他の音に混じって聞こえてこなかったのが,聞き分けられるようになってきた.耳がなじんだせいもあるから,これだけで評価してはいけないということだなw

特にレコーディングされたものは,vocalのブレスを殆ど意図的に消してしまっていて,それが楽曲に紛れて消えるかどうか,とか,息遣いが判るか,なども判断材料にしたかった.その点,同人CDはブレス消してないのもそこそこあるようなので,狙ってみるといいかもしれない.

電子楽器が多いのはちょっと耳が痛い.低音boostされたものを聞いても,疲れる.寝る前だからか?w


寝る前の考察

ボリューム調整による入力段のフィルタ特性の変化も気がかりではあるが,PC出力を同じ大きさで比較してみると,ちょっと出方が違うみたい.
USBDACは出力振幅がでかいので,PCで絞って聞いていたけれど,今回はPC出力はDAC, このヘッドフォンアンプで減衰させているわけだけれども,本来の音がこういう低音の効いたものなのかもしれない.な...

リファレンスが無いから,なにが正しいのかわからなくなってきたぜwww
もうひとついえるのは,ヘッドフォンは所詮ヘッドフォンであるということかな...音圧を体で感じられるスピーカには敵わないわ.たぶん.

もちろん,双方ともにシステムがどの程度まで練られているかによるのだろうけれど.特にスピーカともなると部屋の影響まで受けてくるかなぁ.ヘッドフォンだと,密閉型を選んでしまえば,外の音を遮断できるから,場所に関係なく再現できるのが強みかなぁ.(騒音が酷すぎるところは除くw


抵抗差し替えてエージングは要るかしらねぇ.一度レポあげておいたほうがいいな.ケーシングも未だなんだけどw
# 図面ナシでエイヤで空けてしまうか・・・.いつもコレで失敗するんだよなぁ('A`

*3 : デジットの高級ボリューム(アルプス?)を使用

*4 : 配送遅れで入手できず.レポに間に合わなかった.

*5 : "こういう音が聞こえる"という記憶も含む.つまり劣化している...のか?

2008/08/28(木)USBDACエージングその後

2008/08/28 24:39 工作::amp

USBDACエージング

火を入れてから一週間以上が経過しました.電源だけなら100時間は十分越えています.ヘッドフォンもほぼ新品同様だったので,音を流して放置したり聞いたりゲームしたり.


ということで,改めて目を閉じて試聴してみました.
エージング前と明らかに違う.
この不思議体験,ヒトには聞かされていましたが,初めて経験しましたネェ.コレを知っていれば,ヲデオタに走っていたかもしれません(笑).

比較的高音が澄んで聞こえる.
ハープ(竪琴?)系,弦楽器というほうが正しいのか,他の楽器に紛れていたものが聞こえやすくなりました.音声も,主に女性VOCALばかりを聞いているので,同様にクリアに聞こえてきます.
これを解像度があがったと表現するんでしょうかね.

さて,低音は?
正直判りません(^^;.もともと低音は大きな気がしますし,ヘッドフォンにしてからの差分といえばエージング前のものか,携帯するインナーヘッドフォンくらいしかないです.それらと比べると,高音の変化に比べるとあまり目だって変わっていない気がします.

具体的に正弦波を入れて確認したわけでもないので,どの程度の音域を指しているのか怪しいですが,こんな感じですかネェ.
ところが,現状はUSBDACの出力を直接ヘッドフォンにつないでいるので,PCで音量を下げています.これがネックでデジタルレベルで情報を失っているようです.
やはりヘッドフォンアンプを入れて,駆動力を得つつ,USBDACはフルボリュームで運用していきたいところですね.

ミニデテントは,(デテントに比べて)音質が悪いという記事を見かけました.ぶっちゃけ,最終形態は音響用抵抗とロータリースイッチで作る自作アッテなんでしょうねぇ.今回のアンプは携帯可能という事で,ミニデテントでいきます.

ん~,音響用コンデンサが手軽に変えないのは惜しいですネェ.秋葉いくしかないのか..ボリ松は本当に最後の手段.


おまけ

茅原実里 (HeroinE);(DVD付)(AA) Track5. 涙の記念日 を聴きながら書いていたのだけれど,今まで気にならなかった音が聞こえるw.
ねずみよけ?の高周波が聞こえてしまってうざったいという体質?なので,高音がクリアに聞こえるとすげぇ敏感に反応してしまうな.
まだUSBDACの本領を体感していない.早くヘッドフォンアンプを用意しないと,だな.

今週末はN:TMがあるので,目標は低く,来週の平日か,その週末ということでひとつ(ぉ

2008/08/24(日)[製作] ヘッドフォンアンプ~その2

2008/08/24 22:35 工作::amp

仮組み

先日の測定結果より,Vds=1.1Vの値を信じてテキトウに組み合わせた.
ペア組み+チャネルわけのおおよその選別思考は以下のとおり.*1

  • P-ch/N-chの電流差は0.2mA程度まで許容する.場合によりもう少し空いてもあきらめる.
  • 左右で,P-ch/N-chの総和が,それぞれ大きな差の無いこと.
  • 3~4パラの組み合わせとなるが,できるだけ左右に同じ程度の値を割り振る.(特性カーブをそろえるイメージ.一緒か?)

で,とりあえずブレッドボードに片チャネルだけあわせてみた.

FET_AMP_01.PNG
部品点数は非常に少ないので,両チャネル実装できるか?と思ったが,クリップ類が少なくて実装できなかった.*2


せっかくブレッドボードに組んだので,出力段のシリーズ抵抗を差し替えたり,FETのパラ数違いを聞いたり,入力に発振防止?のシリーズ抵抗をバイパスしたりと聞き比べてみた.無論,エージング前・暖気もそれほどやっていない状態での試聴であることをご容赦いただきたい.

出力段のシリーズ抵抗
MPCの1Ωと0.33Ωの2種類を用意してあった.1Ω→0.33Ωでは,同じ入力ATTで音量が増えたように感じた.シリーズ抵抗が減るのだから,ヘッドフォンに入る電力が入ることから当然である.
FET3パラ→2パラ
最低BLランク3パラ以上,といわれていたので,その差分を確認したかった.条件をイーブンにするため,入力ATTを同じ値(クリック数で調整)とした.
電流そのものが変わってしまうため,当然音量は下がる.また,音量を上げたときに,低音が弱まったような感じを受けた.歪んでいて,ヘンに聞こえた可能性もある.自分の耳を信じないなら,オシロで観測すべきなのだろうか...
少なくとも2パラはダメだと判断.4パラにすべきかなぁと考える.
入力ATTの直後のR
作例だと100Ω.よさげな抵抗は91Ωを入手していた.記事にあるとおり,min/maxにボリュームを振らなければ,0Ωでも良いとあったので,+1クリック状態でバイパスした.
確かに音が変わる.高音の伸びが変わったように感じる(気がする).好みにも依るのかもしれないが,この抵抗は取っ払ったほうが良い.エージングすれば変わってくるのだろうか...
取っ払ってGND電位(ボリュームを絞りきった状態)にしたが,特に変な音は聞こえなかった.*3

とりあえずこんな感じかな...Vランクへの換装も考慮して,基板に実装するのはFETと抵抗までにしよう.OSコンをFETに近接させるなら,同じ基板に載せないといけないわけだが,悩ましいな.2.5V品のOSコンは在庫に無いぜ・・・.電圧上げて,エージングのときだけ投入電圧を上げて回復させてみるってのもアリかな.


試聴に使った曲は,水樹奈々 Secret Ambition(高音ヴォイス確認,楽曲音が溢れてる?あたりの解像度確認?),神尾真由子PRIMO(AA)収録のヴァイオリン曲(高音ソロ確認?)
ヘッドフォンはaudio-technica ATH-AD1000 オープンエアヘッドホン(AA)を使用.他に持ってない(ぉ.コミケの試聴のときに,密閉式もいいなぁと思った.外の音をシャットアウトしやすいからネェ...

*1 : 測定結果のとおり,かなりばらついており,片チャネルでも3~4パラ,8組は必要となるので,手持ちだけで試行錯誤して決めた俺ルール.理想は全部同じIdssじゃないかな...
結果,左右でIdss総和に2mA程度の差が出る模様.チャネル内でも0.3mA程度は覚悟しないとダメかな..動作時の電流を見てみないとわかんないけど.

*2 : 今気づいたが,引き出しに在庫があった気がするな...

*3 : 誤って入力を浮かすとハムノイズが聞こえた(ぉ

次回

ということで,パネル加工しないとくみ上げられない罠.
ペア組だけであーだこうだと脳内懐疑を行い,小一時間は消費した気がする.ブレッドボードいじりも1時間弱いじっていたかもしれないw.方耳だけなので疲れたわ.
パネルと言っても,スイッチとボリュームと入出力端子(3.5φのジャックかな)だけですからねぇ.

先日の基板については,どうやらケース内部の干渉する領域にあわせて基板を加工する必要がありそう.加工したところでボリュームが入らなくなるのは自明.秋月のちっさい基板に詰め込むことが確定.空中配線でも良い規模だけどネ.FETの挿抜が予想されるから,両面スルホール基板で待ち構えておくのが良いだろう.コネクタ類は,接触抵抗が増えるだけなので,パネルとの接続はハンダ付けしてしまう.取り替えるときに面倒だが,致し方あるまい.

進捗悪いのは,まぁ,よくあること.N:TMで配るかもしれない名刺の作成とか,久しぶりにゲームやったら明け方まではまったとか(マテ

NTM_namecard.PNG

こんな感じ.絵はたむ師匠.年季バックナンバーの裏表紙から引用.該当バックナンバーの在庫があるので,これをもっていく予定.もちろん無料配布w

Mega128基板も希望者に配布するかなぁ.マイコンと抱き合わせで1kとかどうだろう.今は価格下がってるかナァ.バグ入り基板だからなぁ(ISP接続)

進捗が悪くてすみませんね...まとめてからうpするほうが,読者から見ればよいのですが,モチベーション維持のため小出しにさせていただいております.*4

*4 : 小出しというか,進捗状況をそのまま出しているので出し惜しみは無いです('A`

2008/08/23(土)[製作] ヘッドフォンアンプ~その1

2008/08/23 23:59 工作::amp

動機

単3電池式 高音質ヘッドホンアンプ(改良型)の追試というか,製作をなぞってみる.

材料はそろえたハズなので,JFETのIdss測定を行い,実際の製作準備を進める.

Idss測定

Idss 測定 JFETで検索すると,いくつかのWebPageで測定例や冶具紹介をみることができる.私も冶具を作るかナァと考えていたものの,作らずじまいである.今回は手軽にブレッドボードと安定化電源・テスタ2つを用いて下記の要領で測定した.
ただし,個人的解釈による実践であり,文献の参照等,裏づけをもって作業をしているわけではないので注意されたい.データシートのIdss測定条件とも異なるので少々不安ではあるが,今回のヘッドフォンアンプの電源は乾電池であり,その電圧におけるIdsを汁必要があると判断した.

測定手順
  1. 測定方法は,G-Sを短絡し,接地.
  2. Vdsに電圧を印加して,Idsを測定する.

ただし,測定器の内部抵抗を考慮し,素子のD/Sに電圧計を並列に接続する.
素子と電圧計をまとめた端子に対して,電源から電流計を通して電力を供給する.
Vdsの電位が測定希望値となるように,電源の出力を調整する.

即定時の注意事項

素子の温度変化により電流値が変化するので,素子温度をあわせて測定することが望ましい.
素子によっては電圧印加時にばたつくことがあるようだ.*1

Vdsが低い場合,30秒程度で落ち着くことが多く,その後に測定することとした.
Vds=10.0V時には,時間が経つにつれIdsが増加した.パッケージを触ると暖かくなっており,息を吹きかけて冷ましてやると電流が減少することを確認できた.このことから,低電圧で安定させてから,10Vにあげて可能な限り早く電流地を読み取ることとした.2SK170の動作電圧付近のデータを取り終わってから,Vds=10の値も見てみたいと思い,2SJ74の即定時にのみ当該項目を加えた.

測定結果

千石電商で3個入りの個袋をそれぞれ5セット,15個購入しました.場所は大阪日本橋店です.関西にもできて助かってます.


2SK170BL

1.001.101.20
6.136.186.23
6.206.256.30
6.276.326.38
6.396.466.52
7.187.257.32
7.547.627.69
7.737.817.88
8.758.848.92
8.848.929.00
8.898.999.08
9.119.219.30
9.189.289.37
9.259.359.44
9.379.479.57
9.539.649.73

ただし,項目はVgsの電位を示す[V].各測定値の単位は[mA].


2SJ74BL

10.01.001.101.20
6.786.296.316.33
7.446.906.936.96
7.466.906.926.95
8.107.537.567.59
8.207.657.687.71
8.397.777.807.83
8.527.977.998.01
8.537.978.008.03
9.378.698.738.76
9.739.029.079.11
10.109.469.509.54
10.329.669.719.74
10.339.749.799.83
10.359.649.699.74
10.449.819.869.90

ただし,項目はVgsの電位を示す[V].各測定値の単位は[mA].
値の符号は全てマイナスを省略.


*1 : ぼろい電源を使ったので,ソレのせいかもしれないが・・・

下準備完了?

測定結果より,オフセットが出ないように旨くペアがとれるかどうか.片チャネルで3~4個使う必要があるようだが,コレは少し厳しいか.最終的に負荷にIdssの総和が等しければゼロ電位の際にオフセットがでなくなるが,特性曲線が全て相似ではないと考えられないだろうか.

甘い考えで行くと,多少,歪が増える程度か?
それよりも電流バランスが異なるということは,熱結合しておいたほうが良いということだろうな..電流流せる素子が,発熱して,より電流を流そうとしてしまい,ばらつきが大きくなる=歪が大きくなる,と考えられるのではないか.ペア品と言っても,カーブが違うから正弦波入力時に正負の入力に対してそれぞれの出力が異なるのだろうな..
ということで,真面目にペアを考えるなら,P-ch/N-chそれぞれの総和が等しい=オフセット電位を出さない,かつ,各チャネルのFETのIdssも,動作電圧において等しい必要がある,ということだろうか.

15個でコレだけばらつくと,確かに100個や200個以上選別する必要は感じるな・・・.コストと労働力が問題だナ.今回は・・・,左右のバランスも考慮して,できるだけ総和が等しくなるように選別しよう.かつ,FETの1対1ペアはVds=1.1付近で調整するか.eneloopを前提とするならば,1.2V程度の滞留時間(?)が長いようだしな.P-ch(2SJ78)のほうが,Vdsに対してIdssの変化がゆるいので,電池電圧によってオフセット電圧も変わってきそうだねぇ.細かいところだと配線の対象性も確保しておかないと,綺麗にはできない,と.

まぁ,ヘッドフォンにDC印加して,もしかすると寿命が縮むとか,性能を発揮できないという状況がでるかもしれない,といったところだろう.あまり気にせずに軽く作ってみるか.FETはパラ数を増減しやすいように蛇の目に配線しておくことにしよう.
その前にケースに入るよう,基板を調整しないといけなさそうだな..."入る"と書いていたのに,さくっと入らない罠.なんか間違ってるかな・・・.

OK キャンセル 確認 その他