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2016/11/23

ついに無帰還ヘッドホンアンプ?

特許を調べていたら凄まじいものが見つかって。
増幅装置および増幅の方法 - ekouhou
見てくださいこんなアンプで帰還の作用を打ち消し合って無帰還同然になるんだそうです。数式がのっています。
特許の期限がだいぶ先です、個人の研究のみで使って、商用ではクリエイティブのサウンドカードを使いましょう。
無帰還アンプには諸派がありますが、超正統派は三極管シングルなんだそうで、一応広義の無帰還でも効果はあるはずです。
これを手元でやってみたい。いきなり異常動作・・・ 特許の図面これオペアンプじゃない差動増幅回路なのね。同じ抵抗器何本もないのでフォロワで行きます。
自分なりにやってみた
本当は220オームは直列でスピーカーのインピーダンスと同じがふさわしいのだそうで。

実際に聴いてみる

なにこれ。電源パスコンはとりあえず7.1μFなのにジャズを聞くとまさにドラムの振動が伝わってくる。低音がよく出る。
音の出方が違う。定位が非常にはっきりして、電子音楽なんかだと耳に音が飛び上がってくる。
なんかレコードを聴いているような迫力がある。音のエネルギーがよう出てくる。
これは原理はよう知らないが私が今まで作った中で最強なんじゃないのか。
これは一つ工夫するとパワーアンプにもなりそうだ。

さらに「疑似」無帰還を発明

オペアンプの非反転増幅回路の
0 帰還抵抗を全部少なめにする
1 出力からオペアンプ-入力の抵抗を金属被膜にする
2 オペアンプ-入力からGNDへの抵抗は炭素皮膜
これでなにがおこるか、炭素皮膜抵抗が温まって抵抗値が減り、増幅回路のゲインが上がる
つまり出力電流が増えると出力電圧が減る、誤差は少ないが絶対に0にならない帰還増幅器の泣き所を打ち消せます。
これはみんなに試してもらいたい。ちょっと無帰還っぽくなるはずです。パワーアンプでも平気で使えるやり方です。
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2016/07/21

これは電圧駆動なのか?電流駆動なのか?

20160926 改訂
これが音の速いヘッドホンアンプだ
電圧駆動アンプで電流駆動したいとかいう夢を見たことがアンプ自作おたくは見たことがあるでしょう。
電流駆動アンプではスピーカーに制動がかかりません。外からコーンが押されたら抗いません。
電流でコイルを駆動すると、電圧がまず最大になって、時間に反比例するように電圧が下がります。
この回路は電圧駆動で、微分時間ぐらいでスピーカーを押されても制動がかかりますが、
方形パルスを加えるとコンデンサの働きで最初電源電圧を出力し、徐々にさがり、最後にバッファ動作になります。
で、今度はどこを改訂したのかというと、部品を取り換えひっかえ雑音や発振で悩んでいたら
回路シミュレータqucsを発見してYoshii9のパクリ自作(ドライバーはATH-EQ300M)のインダクタンスと抵抗を測定して負荷にして
シミュレーターで方形波を入力して負荷電流を測りこの回路の値を取り換えひっかえしてやっとできたのがこの値。
ごめんなさいね 方程式解けないんです
これで低音はより出てくるは、中高音はリアルになるは、結構いいです。発振もありません。

なお皆さんもそのまま適用しないで、あなたのヘッドホンやスピーカーに合わせて計算して方形波電流が再現されるようにしてください。
音がリアルとは違うのに「いい音だ」と感動したり「嫌な音だ」「発振した」で「もっといい音を!」と泥沼にはまりたくはありません。

なお同じような仕掛けがアンプの製作記事の回路に隠れていないだろうか??
あの先生の回路は特別音がいい、なぜだろう、この工夫とかはばれにくいですからね。金田式はphase shiftを使っていると見た。
2016/06/15

音質も向上する ヘッドホンバスブースト回路

まずは回路図をどんとだそう


下記の適用回路例はAudio-Technicaの安物「EAR SUIT」に合わせてあります。改訂版です。
改訂版
入力の抵抗器は39Ωでも大丈夫だった。音が大きくなります
パスコンはさらに増やすほどに音が良くなる。47+33μF並列でも結構違います。
こんなのが音質も良くなるバスブースト回路なのです。しかも入力が出力のようです。何なのでしょうか。

あなたのヘッドホンに合わせるには

これはNIC回路という、「負性抵抗」の理論の回路です。
つまり電池をつなぐと電池に電流を流し込む動作になる。
まず、NIC回路のコンデンサを考えないで、抵抗だけを考えます。これはヘッドホンの直流抵抗を打ち消す。
インピーダンス変換器 (GIC など) - その1<<このサイトにNIC回路が何なのかと計算式が書いてある。
NIC回路の負性抵抗を、あなたのヘッドホンの直流抵抗よりすこし大きくしてください。そうしないとヘッドホンに電源電圧がかかります。
次にNIC回路の抵抗器とコンデンサが並列のところのコンデンサの値です。
これはヘッドホンにつなぎ、入力を繋げないで、コンデンサを取り替えつつ発振しないギリギリ小さい値のコンデンサにしてください。
じつは少し発振があるぐらいが、入力をつなげると発振が止まっていい音になるのですが、何があるかわからないものです。
厳密には
LCRメーターであなたのヘッドホンのインダクタンスを測定します。それと等しい「負の」インダクタンスをNIC回路のコンデンサで作ってください。

この回路の効果とは

低音が気持ちよくブーストされます。J-POPのライブの、会場にブンブン満ちている重低音が再現されます。
普通、低音ブーストでは音質がすこし下がるかもしれないですが
むしろこの回路は音質を向上させます。さまざまな音源で臨場感が上がり、ヘッドホンの音が少し高価なものの音になります。場合によっては、サラウンドヘッドホンでもないのに音が頭の外から聞こえます。

この「バスブースト」回路の原理とは何か。

実は、私は重低音マニアではありません。
これはヘッドホンの新しい駆動方式として開発したはずのものです。
ヘッドホンやスピーカーにある、コイルは、じゃじゃ馬な負荷で、電圧を加えてもすぐには電流が増えず、電気を切っても流そうとします。
ヘッドホンを駆動する方式として、いままで、「電圧駆動」「電流駆動」が考えられてきました。
これらが本当にヘッドホンやスピーカーに原音を鳴らせるのでしょうか。どれもどこか足りないと言われています。
それらと違うのは、「負性インダクタンス」です。
マイクの出力電圧は振動板の動く速度が速いほど大きくなります。スピーカーも電圧に応じて振動させたい。
しかしスピーカーはコイルなので、インダクタンスがあり、電圧を加えた瞬間は電流がなかなか流れず、すばやく振動しません。
負性インダクタンスはその逆で、電圧を与えると電流を電圧のある方向に送ります。信号源から見てインダクタンスを打ち消す。
なので、ヘッドホンのコイルに急に電流を流すことが、可能になります。だから低音が速くて、大きくなるのです。

タイムドメインの小型スピーカーの回路

タイムドメインの小型スピーカーが改良の余地が大きいとされていて、アンプを改造する人が多い。
私はこの回路が低音強化に向いている可能性があると思います。
というのもこれは低音ブーストだが位相特性を崩すのではなく治す回路だったりするからです。
ただし電力増幅段をつけ、出力に入っている10Ωをもっと少なくする再計算が必要と思われます。
2015/06/04

オーディオのケーブルは太さではなく、誘導が起きないことが大事

オーディオのケーブルはとにかく太く!太く!モンスターケーブルが主流です。
しかし、ケーブルの抵抗よりずっと大きなノイズのもとがあり、(熱雑音の方が多いという報告さえある)
科学的にはオーディオオカルトの一種とされます。

これに異議を唱えるのは、Yoshii9で有名な吉井さんです。
彼は、ケーブルは重くしろといい、昔は鉛テープを巻いていたそうです。
一体どういうことか?

私は、電磁誘導を思い出しました。例のトランスで使うあれです。
また、スピーカーで振動を起こすし、スピーカーに振動を与えると電気が起こるのもご存じですね。
また、ブレーカーに10mの単線ケーブルをつなぎ、だらんとたらし、100Vを加えると、ケーブルの間隔が菱形に広がるという写真を見たことがあります。これです。

スピーカーケーブルに流れる大電流により、ケーブル同士で電磁誘導が起こり、振動するとそれも電磁誘導になり、音声信号が歪むのを、
吉井さんは気づいて、振動を止めたのでしょうが、
もう一つ方法があると思われます。昔のテレビのフィーダーケーブルは2本の線の間隔をわざとはなしています。
これをまねすれば磁気は距離の2乗に比例して小さくなるので有効です。
2010/07/10

オーディオアンプは電圧駆動でいいのか?

追記:このページは長いので新しい回路を書ききれない。この記事に今の所の答えがあります。
確かに音質が一歩上へ。だが副作用として、WALKMANのバスブーストみたいなのがかかります。
とても奇妙なアイデアを思いついた。このページをご覧ください。

オペアンプの再発明ばかりでいいのか

いま、アンプを自作したいとか検索しても
いろいろ回路を凝ってもオペアンプの中身の再発明がおおいです。
みんな一生懸命に考えているのが、オペアンプの中身であって、
最終的には、みんな電圧帰還かまれに電流帰還です。
これは単なる、非反転増幅器か、VI変換回路です。
よくいう○○式でもオペアンプ回路は頑張ってもオペアンプであり、それ以上ではなく、
オーディオアンプICで音がいいというものがあるのも納得です。
私が言いたいのは駆動方式を工夫することです。

スピーカーは単なる増幅器に対してはじゃじゃ馬

アンプの歪み率を負荷を抵抗にして測っています。しかし
一部からはスピーカーというのはもっとじゃじゃ馬な負荷なんだ、これはあてにならない、と言われます。
それはもっともだと思います。
コイルは、反発するんですよ? 電気を素直に食わなくて送り返してくるんですよ?
電圧駆動アンプでパルスをスピーカーに加えようとすると
電流波形がなまっています。コイルの出力は電流に比例します。
コイルの仲間を駆動するアンプは理論上は電流帰還がいいらしい。
でも、これはコイルの逆起電力を逃さないため
スピーカーの制動が効かないとオーディオ業界では蹴られてしまっているようです。

ボイスコイルモーターのテクノロジを使う

ボイスコイルモーターはダイナミックスピーカーとほとんど同じ原理で動くモーターです。
パソコンがソフトを起動するときのコリコリいっている音は
パソコンの中のハードディスクの中の円盤からデータを読み出す
ヘッドの位置を素早く変えるためにボイスコイルモーターが動く音です。
これを制御する制御システムは科学的にしっかり作られていて
とても精密です。

ボイスコイルモーターのテクノロジはどこ?

はい、そう簡単に見つかりません。J-platpatをあたるのです。
特許はひとりの趣味で使う分には、優先権の主張がなければまず大丈夫です。
回路図を売ったりアンプ売るのは特許侵害
また各企業は特許侵害にあたらず特許を回避する方法をよく考えています。
あと出願から20年たって切れた特許はまったく自由に使えるはずです。これが重要で科学の発展を促します。
ジェネリック医薬品[検索]

検索するのは
Fタームの検索式に5H540BA06
その他うまい方法があるかも
1980年以降にハードディスク、CDのピックアップのテクノロジが発達して特許が増えます。

特許を読むのは難しく自分も説明されていることをよくわかっていないです。
しかし、最後にまとめて載っている図が大ヒントです。
多くはヘッドの位置をディスクの位置情報マーキングなんかから
CPUに持ってきてプログラムがヘッドの位置を決める、PWM制御のですが
アナログ回路が載っている特許があります。
これは細かい制御をDACからのアナログ信号でする切り替え回路が付いているのです。
これらが参考になります。

磁気ディスク制御装置 <追記! アナログ動作の時の等価回路付き
コイルを有する駆動源の駆動回路
(WO/2009/150794)モータ駆動回路
特開2007-74835

重要な切れていると思われる特許

  • 特開昭63-220787

  • 実開平2-44899 (実用新案)

  • 特開平01-099486



どの特許もたんに入力に出力をあわせるような制御ではなく
入力とフィードバック値を勘定して駆動増幅器の入力にいれているのと
電流帰還になっているものもある。
スピーカーにブレーキをかけるには、ショートすればいい。
これらの回路に負荷に電池が接続されるとそこから電流を吸い取ります。
電池なんてアンプの出力にはつながないだろう?
いいえスピーカーは外部の振動で発電するのです。これがスピーカーがじゃじゃうまな理由のひとつ。
自分自身に与えられた電気に抗う電気を自分の振動で出すのです。これをうちけす。
正確な位置へボイスコイルモーターの針を素早く持ってこれるのがこの種の回路なのです。これは高速な読み書きと精密な制御を可能にする。

またよくみると全体の回路だけではなくて出力段のトランジスタで組む回路の特許もあります。
これらもそのままオーディオアンプの出力段の参考になるでしょう。
結構説明が長いので頑張って読み解けばヒントになるかも。

なおアクティブサーボテクノロジーによくにていると書きましたが、
ASTは帰還の極性が逆なんですね。ということはどっちがいいのか勝負だ
なおASTのほうも特許が切れているはずです。

実際に使ってみる

まずはヘッドホンアンプです。

実際にASTを実験してみた

20150701
ASTヘッドホンアンプ回路図
ASTヘッドホンアンプ実体配線
電源はNi-MH四本±2.5V パスコンはなんと積層セラミックで106 タカオ電子だけにあると思う OP213FPというオペアンプを使用 これもレアものでタカオ電子で取り寄せよう
というか、普通に音質のよいといわれるオペアンプで大丈夫と思います

はい。黒色の抵抗が重要で、多すぎると省エネにならないと少なめ、差動増幅器のゲインをあげたが
2.2オームでもシー音があって 1.2オームにしました。それでも少しあります。
接触不良の調整が必要です。調整しないとザーッと雑音が盛大に聞こえます。
今回使ったヘッドホンはEAR SUITというオーディオテクニカの安いものです。直流抵抗は34.2Ωでこれにあった回路を作ります。例の自作サラウンドヘッドホンはインピーダンスが一定しません。
したの方のオペアンプでスピーカーに流れる電流波形を入力電圧の半分ぐらいまで増幅して、まぜます。
あまりに増幅するとおそらく出力電圧が電源電圧まであがって戻りません。

入力は iPhone4Sのヘッドホン端子と勝負だ
iPhone4Sだけ CDの音がする Appleのはよくできている。澄み切っている。
ASTヘッドホンアンプ 何かiPhoneにつなぐとシーって音がする。聞こえる。ところが曲をかけると音が生きている。
マルチトラック録音したような曲でも楽器の音や声が生きている。よくわからないがレコードの音か?
うーん。サブウーファー向け、とは限らない。ラジオの再生回路見たいなしかけは、
なにかオカルト的な効果(雑音が多いのにより元信号よりさらなるもとの音に忠実...だと?)がありそうです。
もしシー音が我慢できるなら10kΩを2倍ぐらいにあげることが出来ます。

ボイスコイルモーター駆動回路特許から


20150702 厳密に回路を設計
ボイスコイルモーター駆動回路ににている
メインのオペアンプは加算器です。したの差動アンプからの電圧は入力電圧と引き合い、15分の1になります。
それを15倍に増幅します。ということでゲインは2〜3倍ないと思います。
ところが抵抗負荷で考えないで、スピーカーがじゃじゃ馬をするとそれが-15倍に増幅されて止まる仕組みです。
なお非反転増幅でやろうとすると盛大に発振します。
また、2.2ΩはEAR SUITの34Ωに対して決めているので、ヘッドホンの直流抵抗の17分の1です。
これもiPhone4Sと勝負したのですが、こっちの方が、やはり音がいいです。歪みもありません。が先ほどのASTのインパクトは大きくて、
そんなに感動はしませんでした。

さああなたはどれを選ぶ

ASTとボイスコイルモータードライバー 私の選択はASTです。
しかし、シー音がうざいとか、ひょっとするとEAR SUITにはこれが向いているんだとか、いろいろあるかもしれません。
両方やってみてください。なぜかというと理屈の上ではボイスコイルモータードライバーのほうが明らかに優れているからです。

Yoshii9の付属のアンプの回路のなぞ

あの亀型のアンプについては
自分のYoshii9に似た自作スピーカーで実験したんですが
どうも、色々とアンプの回路を変えても 音質評価に問題が出てしまって
よくわからないのです。
2chのタイムドメインのスピーカー Part18 というスレッド

879: 名無しさん@お腹いっぱい。 2011/02/23(水) 17:57:48.68 ID:lA/g+tU0 ID検索

タイムドメイン大学での、アンプについてもとても面白かった。

・フィードバックでは原音以外の信号も混ざり、原音を濁すと。→無帰還アンプ?
・アンプの出力インピーダンスは、0オームに近いほどよいこと。→エミッタ抵抗排除?
・振動とくに縦波が原音を濁らす原因になるということ。→電源トランスとの分離・集積回路・表面実装部品の多用?

そうやって開発を進めたのがYA-1なのだろう。ということは、恐らくYA-1は、
無帰還アンプで、出力インピーダンスは極低く、縦振動に対する対策が
十分に成されているのだろう。

富士通テンのアンプもタイムドメイン的な設計思想で作られているのだろうか。
他にタイムドメイン的な設計思想で作られている市販のアンプがあれば知りたいし、
聴いてみたい。通常のディスクリートアンプでも、小型の剛性の高い箱に入れて、
内部に絶縁性の硬化樹脂でも充填すれば、振動制御ではタイムドメインに似た
アンプになるのだろうか。無帰還で出力インピーダンスを小さくするのはとても難しそうだ。

スピーカーはともかく、アンプなどはスピーカーに比べて十分な性能を持っていると、
個人的に勝手に思いこんでいたので、アンプの素子の質、歪み率、出力ワット数など
よりも重要な問題が、タイムドメイン理論では、スピーカーだけでなく、アンプにも
当てはまるのはとても意外だった。


こんな記述があって、驚いてしまいます。
Youtubeのこの講義を聞いてみると、声が聞こえづらくいですがこのようなことを本当に言っているようです。
ただアンプの出力インピーダンスは、帰還ループで低くなるのではなく裸でのインピーダンスで限りなく小さいということのようです。
タイムドメインというのは周波数だけでなく、位相も合わせる発想からきており、
ごく短い間最大に入力を加えた後0に戻すインパルスを忠実に再現することが大事とされます。

また吉井さんのアンプの特許はアンプの回路ではなく、振動を止める構造の特許ばかりです。

実際につくってみる(電流駆動になったけど)

フィードバックをかけずに、安定したアンプを作る・・・ん?
カレントミラー回路なら うまくいくかも。
続ヘッドホンアンプ<こんな記事がある。これはいいかも!
どうせなら、エミッタフォロワをやめて本当に無帰還にしよう。
カレントミラーアンプ
サイトの説明通り本当にフラットで音声が生きています。
ここまで本当に違いが現れるものですね。
学校の電子技術科にいた頃先生がオーディオアンプについて
「あなたは複雑な回路を組みたいだろうけれど 単純なものがいいんだよ」
というかんじのことを言ってたのを思い出しました。
また、他のサイトでもトランジスタ1石などあっけなく簡単な回路が音質が良いと説明されることがままあります。
これがオーディオなのです。駆動のやり方を科学するというよりアーティスティックな回路でも評価が高い。

吉井さんは低インピーダンスと言いながら、Yoshii9のスピーカー配線は結構細いらしいので、
アンプが電圧駆動回路とは考えづらく、このような単純な方式かもしれません。

「電力」アンプ

電力駆動アンプなるものがあるらしい!
スピーカーの出力は結局電力に比例し、スピーカーのインピーダンスなんという数字は最低インピーダンスであり、
周波数によって何倍にもなるから入力電圧に比例する電力を与えるべきだというのです。
電力(改良型電流帰還)ヘッドホン・アンプ
更に製品化されまして
■電流帰還式ヘッドフォンアンプ [ AD00031 ]
このようになりました。
他のアンプと絶対に違うとか、高音、低音が強調されるとか、科学的だ、次世代だとか、他のメーカーが使わない強烈な表現!
かなりの自信を持っているように思われます!
これがあればラウドネスや低音増強、イコライザーがいらないかもね。

最近人気のClassAA回路も不可解ですが同じような考慮があるかも知れません。

さいごに

アンプはずーっと電圧制御でしたがデジタルアンプじゃ制御アルゴリズムはいろいろあるはずです。
従来の型にとらわれない制御の仕方をするデジタルアンプは
スピーカーの特性を自身がよく認識するものになるでしょう!

このままでは科学的に有利な方法に一歩二歩抜かれてしまいますよ?

普通のみんなやってる駆動方式は飽きてもいいでしょう。
オーディオに新たな驚きがほしい。
もっと科学的に追求してほしい。
ダイナミックスピーカーの特性を把握し、オペアンプの中身でなく最適な駆動方式を追求することで、
さらにさらにオーディオが良くなってゆきますように。