ヘッドフォンの最適ドライブ法とは！？
ヘッドフォンはイヤホンとして、皆さん聴きなれていると思います。
気合を入れて聴きたい方はやはり、スピーカーで聴きたいというシニアオーディオファイルの方も少なくありませんが、スピーカーで聴く環境が厳しい方にとっては、ヘッドフォンリスニングは重要なオーディオコンポです。
ヘッドフォンの効率は１ｍＷ（１Ｗの１／１０００の電力）で、専用測定冶具（人口耳に相当するとしている）で音圧を測定します。
実際、１ｍＷ入力させれば、かなりうるさい大きな音が耳元で鳴り響きます。
ここで、５０Ωインピーダンスのヘッドフォンに１ｍＷの電力を注入すると、オームの法則から、ヘッドフォン印加電圧は０．２２Ｖと算出されます。
負荷抵抗は５０Ωですから、ヘッドフォンに掛かる電圧は８ΩＳＰに１Ｗ電力に掛かる電圧に比べて、わずか７．８％です。これでヘッドフォンはガンガン鳴るのです。
（注）８Ωスピーカーインピーダンスの効率は１Ｗ（２．８２８Ｖ）入力して、１ｍ離れた場所での音圧で示します。
ヘッドフォンをドライブするアンプのパワーは小さくて良く、低ひずみ、ローノイズであることが重要になります。従って、大げさなパワーも必要ないのです。
どうヘッドフォンをドライブしたら良いか？
いろいろな方法があります。
１．通常のパワーアンプにシリーズ抵抗を付けて、ヘッドフォンをドライブする。
今でも、プリメインアンプのヘッドフォン端子にヘッドフォンを差し込めばこのようにして音が出ます。
シリーズ抵抗は２００～３３０Ωあたりが採用されています。
この方法はシンプルで、特にこだわらなければ、これで良いのです。
けれども、近年、ヘッドフォンの性能が向上し、それとともに価格も上昇してきました。
せっかく、苦労して買ったヘッドフォンはこのような方法で良いのか？もっとベター、いや、ベストな方法がないものかという考えが出てくるのは自然な動きでしょう。
この方法だと、抵抗を付けることによって、定電流ドライブになるので、再生サウンドがおだやかになり過ぎないか？という考えがあります。
スピーカードライブですと、通常の半導体アンプでは、定電圧ドライブ、すなわち、アンプとスピーカーは直結されます（アンプの内部抵抗は小さい（０．０１Ωとか）ですから）。
真空管アンプでも内部抵抗は１０Ω（出力トランス２次側で）程度です。
それでも、半導体アンプと真空管アンプとの音質はかなり違って聴こえます。
真空管アンプ好きの方なら、そのゆったり感がたまらないということになりましょう。
そうなると、この方法はどちらかと言えば、ヘッドフォンで聴くサウンドはゆったり感になると考えられます。従って、ヘッドフォンのインピーダンスが上昇すれば、少しだけ電圧ドライブ傾向に近づきます。
具体的には、アンプに付けるシリーズ抵抗が３００Ωで、３００Ωインピーダンスヘッドフォンを使うと、ダンピングファクターはほぼ１となり、３極管アンプでスピーカーをドライブすることに近いでしょう。
２．アンプにヘッドフォンを直結する方法
１０Ｗ程度のパワーアンプにヘッドフォンをダイレクトにつなげば、ヘッドフォンは１ｍＷ程度で９０ｄＢほどになり、うっかり、ヘッドフォンに過剰に入力させれば、ヘッドフォンを壊してしまいます。
それに、アンプの残留ノイズはそのままですから、“ブーン”というハムノイズが聴こえてしまいます。
それならば、残留ノイズが小さく、かつヘッドフォンを壊さないようにゲインを少なくすればよいということになります。
このことがヘッドフォン用アンプ誕生根拠になります。
３．意外な発見→トランス式パッシブプリアンプで、ヘッドフォンをドライブできる
この発見はユーザーの方からの連絡でした。
“試しにトランス式パッシブプアンプの出力にヘッドフォンを接続したら、良い音が出た！”とのことでした。こちらでもやってみるとそのとおりでした。
落ち着いて考えると、ヘッドフォンは１ｍＷで充分な音が出るので、ＣＤ出力レベルなら、音量調整ＡＴＴが充分な低抵抗であれば聴こえるのです。
アンプを通りませんから、純な音そのものです。
そこから製品化されたのが「ファインメットコア搭載トランス式パッシブプリアンプ ＣＡ－７７７ＧＦＭ／ＨＰ」です。
話を戻して、具体的なヘッドフォンアンプの仕様などを考えてみましょう。
例として、５０Ωのヘッドフォンを使用することにします。
そのヘッドフォンの効率を９０ｄＢすると、記述したように、必要な電圧は０．２２Ｖ、９６ｄＢの音を聴くとき、アンプは２倍の０．４４Ｖ、さらに１０２ｄＢの音が聴けるようにとすると、０．８８Ｖの出力が必要になります（これをワットに換算すると、０．１５５Ｗ）。
この程度のアンプ出力があれば良いのです。
【具体ヘッドフォンアンプの設計仕様】
- 最大出力：０．４４Ｖ→０．１５５Ｗ
- ゲイン（増幅度）：０．４４Ｖ出力を最大出力とすると、ＣＤ出力標準出力
２Ｖとすると、０．４４÷０．２＝２．２倍→２倍（６ｄＢ）あれば良いということになります。
望ましい残留ノイズは、ワイドレンジで計算すると、６０ｄＢのＳＮ比で０．４４ｍＶ。ＳＮ比８０ｄＢとすると、０．０４４ｍＶ（４４μＶ）以上が欲しいところです。
可聴帯域外のデバイスノイズをカットして測定すると（例えば３０ｋＨｚ）、この数字の半分以下になりますから、実現できる数値です。
実際は、３０ｋＨｚのフィルターで測定すると、当社のアンプのＳ／Ｎ比は
１００ｄＢを超えます。
【具体設計例】
「仕様」
- 最大出力：０．２Ｗ
- ゲイン：６ｄＢ
- Ｓ／Ｎ比：１００ｄＢ以上
「回路動作」
- 電源電圧：±８Ｖ
- 増幅回路：オープンループゲイン→５０ｄＢ程度（１ＫＨｚ付近で）クローズドループ：６ｄＢ→ＮＦＢ量（４４ｄＢ）になります。
- 残留ノイズ：３０μＶ以下（ＬＰＦ：３０ｋＨｚにおいて）をクリアします。
「主要部品」
- 電源トランス：１０Ｖ×２（０．１Ａ）程度で充分
- 出力段デバイス：耐圧３０Ｖ以上、０．１Ａ（出力電流：６２．２ｍＡ以下）
あれば良いです。
要は小型デバイスを使い、ゲインの低い、ローノイズアンプで充分なことが
わかりますが、それ以上のものを求める動きがあります。
４．ＩＣ ＯＰアンプでドライブする方法
ＯＰアンプに対して、誤解をお持ちの方が少なくないようです。
その根拠を尋ねると、電気的性能面ではスルーレートが低いと言います。
スルーレートは高域の立ち上がりではなく、超高域でどの程度まで出力が取れるかの値です。従って、出力電圧が低い場合（１０Ｖ以下とか）は１Ｖもあれば充分なのです（過去のブログで記述しています）。
それはそれとして、ＯＰアンプの良さは発振安定度がスペックされており、また、超低ひずみです。ヘッドフォンの消費する電流は少ないので、ＯＰアンプの電流出力容量は２０ｍＡ以上あり、ＯＰアンプを選択すれば４０ｍＡ程度のものを入手できます。
【搭載するマッチングトランスの内容】
搭載マッチングトランスはスーパーパーマロイコアにより、よりＤＣＲの少ない巻線を施したカスタム設計品。
トランス製作はタムラＯＢの達人、Ｙ・Ｙさんに委託しております。
このマッチングトランスはすでに大好評のＭＡＳＴＥＲＳトランス式パッシブプリアンプと同じコアであり、かつ、取り扱う電圧がパッシブプリアンプの１／１０以下なので、さらなる高音質が発揮できます。
ヘッドフォンインピーダンス対応は、３段階切替となっており、Ｈｉｇｈ：２００～６００Ω、Ｍｉｄ：５０～２００Ω、Ｌｏｗ：８～５０Ωとなっております。
また、バランスドライブ、ノーマルヘッドフォンのどちらにも対応できるようにしてあります。
結果として、ヘッドフォンの理想ドライブ方式として、ほかのヘッドフォンアンプにない優れたアンプができあがりました。
優れたそのサウンド品位はひずみ感、ノイズ感なし、すっきり、パワフル、切れ味良く、ヘッドフォンヒアリングの良さを再認識させます。
（参考）このことはプロのアンプ設計者、スピーカー設計者、評論家さん達にお話しても理解していただけないことが多いのです。
皆さん、いかがですか？目の前においたＬ／Ｒのスピーカーから出る音は、音が出た途端、Ｌ／Ｒの音は混ざり（空間ブレンド）、ステレオセパレーションは悪くなります。
特に、そうならざるを得ないクラシック音源ではそうなります。
ところが、ヘッドフォンで聴くと空間ブレンドが無くなり、ステレオ感が改善されます。
ヘッドフォンヒアリングの良さが、このようなメリットにあります。
ただし、定位が頭の中になりがちになるのはある程度、仕方ありません。
そのようなデメリットをすべてクリアにする方法は、人工頭にマイクを仕込んで録音するバイノーラル録音になります。
一方、ポップス等のスタジオ録音では、あらかじめ収録時に音源が混ざらないようなマルチマイク方式で収録すれば、スピーカーヒアリングの問題はかなりなくなり、かえってヘッドフォンヒアリングの不自然さを感じてしまうことがあります。
けれども、ヘッドフォンヒアリングは振動板からの音が小さくて良いので、スピーカーヒアリングよりも新鮮で良好なサウンドが聴けます。
ちなみにこの内容をオーディオ誌に掲載したことがありますが、理解してくれたオーディオエンジニア、評論家さんは少なかった感じです。
