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半導体アンプの電源操作時のショックノイズの原因

半導体アンプの電源ON/OFF時のショックノイズの原因について、解説します

通常、半導体アンプは+電源とー電源で動作します。

例えば、+30V、0V、-30Vで設計したアンプを電源ONすると、+電源と-電源とが時間をずれて立ち上がります。
仮に、+30Vに0.8秒、-30Vに0.5秒とすると、その差0.8秒-0.5秒=0.3秒間、±電源がアンプに掛かる電源電圧がアンバランスになりますので、NFBによって出力0Vにしようとしても、間に合いません。パワーアンプなら、大きなショック音がスピーカーから出ます。

この現象は、主に初段回路の+、-電源の立ち上がりの時間差が主な原因です。オシロスコープでその様子を観測すると、はっきり分かります。

この現象を防ぐ意味で、音質には良くないですが遅延リレーを付けて、0.3秒以上経ったら、SPに接続されるようにします。

アキュフェーズのアンプも原理は同じですが、リレーの代わりにMOSFETをリレー代わりにして、遅延回路で遅らせて、スピーカーに接続させています。

いわば、必要悪なのです。

マスターズのZバランス回路、Xカレント回路は±電源電圧が電源ON時、時間のずれがなく立ち上がるように設計しているので、理論的にショック音が出ません。

具体的には、初段回路をコンプリメンタリー上下対称差動回路で構成しているからです。
仮に発生するとしたら、初段回路での立ち上がりのわずかな時間差が原因ですが、「プチ」と小さいショック音です。
その発生電圧は小さく、短時間なので、スピーカーには悪影響を与えることはありません。

ちなみに、真空管アンプは立ち上がりにおいてノイズが出るはずですが、立ち上がりがゆっくりしているので気にならず、また、スピーカーに悪影響を与えることもありません。

但し、気になさる方には、スピーカー出力回路にON/OFFスイッチを付けて、マニュルでおこなうか、遅延リレーを付けて、解消することもおこなっています。

また、回路抵抗のわずかな誤差がないように、0.1%レベルで、初段デバイスを選択して調整することもあります。


修理からみる問題部品

ここ数年、オーディオアンプの修理依頼の問い合わせが、ひっきりなしにきております。

その主な不具合症状は、音が出たり出なかったり、ガリノイズが出るとか、オーディオ回路における接触、接続が問題になることです。
どうして、そうなってしまうのか?
推測として、【図1】をご覧ください。

【図1】スライドロータリースイッチ(小型でプリント基板に直付けできる)
【図1】スライドロータリースイッチ(小型でプリント基板に直付けできる)

50年前のアンプは入力切替にロータリースイッチを採用していました。
けれども、コストダウン、量産性向上のため、スイッチメーカーは【図2】のようなスライドスイッチを回転で動かすスライドロータリースイッチを開発して、アンプメーカーに売り込みました。
コストが安い、小型化できている。プリント基板に配線できると、良いことずくめと当時言われました。
さらには、アルプス電気はリモート・スライドロータリースイッチを開発し、アンプ配線はシンプルに合理化されました。

【図2】アルプスSRRN密閉ロータリースイッチ
【図2】アルプスSRRN密閉ロータリースイッチ

月日が流れました。まさか、30年40年、いや、50年近くアンプが使われることは想定していませんでした。
アンプメーカーのサービス部署は、発売から15年くらい過ぎたところから、交換部品を廃棄しはじめます。

そのころから、長年使用しているアンプの音が出なくなったとか、音が小さくなったとか、動作するときノイズが出るとかいう修理依頼が増えてきました。

そのような修理依頼に対応するには、交換部品がないためにスイッチの接点をクリーニングする以外、手が無くなりました。
直るもののまた再発するケースが多く、困ったことです。
器用な修理業者は、このようなスライドロータリースイッチをシャーシから取り外し、分解して接点を根元からクリーニングすることもやり始めましたが、すでに接点自体が摩耗しているので100%の処置ではありません。

近年のアンプではスライドロータリースイッチを採用せず、ロータリーエンコーダーを採用して、このような接触不良問題に対処しているようです。

マスターズアンプでは、入力切替スイッチはアルプスSRRN型密閉タイプを採用しており、25年以上経ったアンプといえど、接触不良修理はゼロです(【図3】参照)。

【図3】通常のロータリースイッチ。操作感がイマイチ
【図3】通常のロータリースイッチ。操作感がイマイチ

それでも、さらなる信頼性と接触性能の向上のため、高価ですが、セイデンロータリースイッチをリクエストに応えて採用しています(【図4】参照)。

【図4】セイデンロータリースイッチ
【図4】セイデンロータリースイッチ

セイデンロータリースイッチのうち、特に32型は最高の性能とメーカー側は自負しているだけあって、ヨーロッパ製のもの、測定器メーカーのロータリースイッチははるかにセイデンに及びません。
確かに、配線の手数はかかりますが、気持ちよく安心して、長年使えます。


チャンネルアンプシステムにおけるツイーター用アンプの出力と増幅度

チャンネルアンプシステムにおけるツイーター用アンプの出力と増幅度について

多くのチャンネルアンプシステムを採用されている方々は、“チャンネルアンプシステムにおけるツイーター用アンプの出力と増幅度”について悩んでいるようです。
前にも言及してみましたが、今回は分かりやすく記述したいと思います。

多くはウーファーの口径は38cm~40cmで、口径が大きく、磁束密度もそれなりに高く、効率は96dBくらいと結構高い。
ツィーターは高効率のホーン(ドライバー)型で110dBと非常に高い。

想定A

ウーファー用のアンプの増幅率を26dB(20倍)としましょう。
1V(rms)のオーディオ信号をパワーアンプに加えると、20Vがウーファーに印加されます。
8Ωなら、50Wが印加されます。

そのとき、1m離れた地点では、1V(rms)で96dB、2Vだと入力は4倍になり、音圧は6dBアップ(96+6=105dB)します。
4Vだとその4倍となり、105dB+6dB=111dBと音圧はアップします。
さらに倍の8Vだと、音圧は111+6=118dBとなります。
8Vは、8Ωのスピーカーでは8×8÷8=8Wになります。

さらに、倍の16Vにすると、118+6=124dBになります。
16Vは16×16÷8=32Wになります。
このときのアンプ入力電圧は16V÷20(26dB)=0.8Vになります。

想定B

ツイーター用のパワーアンプの増幅率を2倍としてみましょう。

入力をウーファーと同じように1Vとして進みましょう。
1V入力すると、2V、と言うことは、110dBのツイーターは110+6dB=116dB、
さらに2倍の2Vを入力させると、ツイーターは116+6dB=122dBと、
ウーファーの計算、124dBとほぼ同じような音響レベルになります。

ひとつの答えとして、ウーファーアンプの増幅度26dBときは、ツイーターアンプの増幅度は6dB付近であれば良いということになります。

簡単な計算

ウーファーアンプ増幅率:26dBに設定。

ツイーターアンプ増幅率:110dB-96dB(ウーファーとツイーターとの効率差)=14dB

26dB-14dB=12dB(4倍)もあれば充分で、アンプの残留ノイズを考慮すると、6dB(残留ノイズが1/2になる)の増幅度で充分と言うことが分かります。
なお、ゲインにマージンを持たせたいなら、10dB(3倍程度)の増幅率をお勧めします。

(注)

ヒアリング距離が2倍になると、聴く位置では6dB低くなります。
124dBの大音響も2mで118dB、4mで112dBとなり、これでも大音響です。
結論として、高効率システムではハイパワーアンプは不要なことが分かります。

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