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。
パワーアンプとスピーカーとの関係
パワーアンプとスピーカーとの関係をシンボルに使って、【図１】に示します。パワーアンプは一般的な半導体パワーと仮定します。仮に、接続するスピーカーのインピーダンスを８Ω、効率９０ｄＢとします。効率９０ｄＢとは、スピーカーに１Ｗの入力（２．８３Ｖ／８Ω）を加えたとき、１ｍ離れた時点に発生する音の大きさを音の単位をデシベル（デシベルとは、電話発明のベルのあたまにデシ（１／１０の意味））を付けて表します。
音の単位は、フォンということがかつて一般的でしたが、現在ではデシベルで表します。静かな部屋の暗騒音は３０ｄＢくらいなら、大変良好なリスニングコンディションと言えます。ちなみにスピーカーの特性を測定する無響室の暗騒音レベルは２０ｄＢがやっとです。（厳重な防音設備が施されます。）イシノラボのリスニングスペースの暗騒音レベルを測定してみました。４８ｄＢでした。一般的にエアコンをつけると暗騒音レベルは１０ｄＢ以上、上昇します。夏のオーディオリスニングは不利な条件です。
ところで、９０ｄＢの音はかなりうるさい大きな音です。連続音ですと、５秒も続けば近所迷惑になります。
このとき、アンプに必要な入力電圧は、このパワーアンプの増幅率を１０倍（２０ｄＢ）とすると、２．８３Ｖの１／１０の０．２８３Ｖになります。プリアンプから、０．２８３Ｖをパワーアンプに加えればそうなります。
そこで、高効率ホーンドライバーをこのアンプに接続したら、どうなるでしょうか？ホーンドライバーは非常に高効率です。ここでは１１０ｄＢとします。１１０ｄＢの音はジェット機離陸を近距離で聴いたことに相当するくらいの大音量です。長時間聴くと、難聴になります。ちなみにオーケストラのＦＦＦでも指揮者の位置で１１０ｄＢを超えることはありません。例外として、グランカッサの一撃では１１０ｄＢを超えることはあるでしょう。
“ちょっと待って！”という声がかかりました。“私は１ｍという近距離で聴くことはないです！”、“スピーカーから４ｍくらいの距離で聴きます。
１１０ｄＢという音量は２ｍと倍の距離で聴くと、６ｄＢ下がり、１０４ｄＢになります。４ｍとなると、さらに６ｄＢ下がって、音量は９８ｄＢになります。これくらいの大音量では、少なくとも、難聴になることはありません。それなら、ホーンドライバーから出る音量はもう少し大きくでるようなマージンがあっても良いとなると、１ｍ距離で６ｄＢアップさせると１１０ｄＢ＋６ｄＢ＝１１６ｄＢの音量になります。ホーンドライバーに入る電圧は２倍になり、電力に換算すると４倍の４Ｗになります。ちなみにホーンドライバーの耐入力は４～５Ｗに作られています。パワーアンプの最大出力は４Ｗもあれば充分過ぎることになります。私は、ホーンドライバー用アンプの最大パワーは２Ｗ～３Ｗが最適と思っています。
ところが、オーディオアンプメーカーからは小出力のパワーは販売されていません。例えば１００Ｗアンプで、ホーンドライバーを動作させることは、ホーンドライバーを破壊させるかも知れない恐ろしく乱暴なことだと思います。
パワーアンプのゲインと残留ノイズの関係
前述の事項をパワーアンプの性能面で記します。１０倍（２０ｄＢ）のゲインを持つアンプに１１０ｄＢのホーンドライバーを接続すると、少しの入力で、大きな音が出てしまいます。プリアンプのボリウムを少し上げただけでそうなってしまう現象が発生します。それは我慢するとして、アンプのノイズ成分は９０ｄＢのスピーカーを接続したときより、１０倍（２０ｄＢ）も大きなノイズが再生されます。これでは、音楽成分にノイズ成分が相対的に大きく聴こえてしまいます。せっかくの高効率もノイズが大きく聴こえてしまっては困りものです。
その解決法は、パワーアンプの増幅度を上がった分だけ下げれば、ノイズ成分は下がってきます。簡単で多くの場合、なされる方法はＮＦＢ量を増やすことです。ＮＦＢ量を増やせば、ゲインは下がります。けれども、パワーアンプのＳ／Ｎ比はノイズ成分が下がった分だけ増幅度が下がるので、Ｓ／Ｎ比（ノイズ／再生信号レベル）は変わりません。
ＮＦＢ量を増やすことは、アンプ自体（オープンループと言う）の周波数レンジを広げないとアンプとしても発振安定度を悪化させます。具体的には電圧フィードバック方式のパワーアンプでは必要な再生帯域のゲインを維持して、超高域の周波数特性を落とす（位相補償）ことでかろうじて、実用化できています。真空管アンプではＮＦＢループにコンデンサー時定数、出力トランスが入っているので、発振安定度は悪化し、位相補償することでそのアンプの音質が劣化してしまいます。故、上杉氏はＮＦＢ量１４ｄＢくらい限度という持論で、私も支持します。
半導体アンプは直結回路ですから、すぐ感知できる音質劣化はないものの、位相補償を施しても、どこか音質がイマイチということで、ＮＦＢ量５０～６０ｄＢくらいが限度と認識している設計者が多いようです。その面からも著しく増幅度の低いアンプは販売されていないことをみても分かります。市販アンプ自体の増幅度は２０ｄＢから３０ｄＢ、大きくても３８ｄＢ（６５倍）くらいに収束します。
マスターズの考えるホーンドライバー用パワーアンプ
ちょうど、現在製作している上記使用目的のパワーアンプについて述べてみます。バランス増幅アンプで実現させると基本回路はＺバランス回路を採用します。そして、このパワーアンプ部の増幅度を１８ｄＢとわずかに低くしました。ＮＦＢ量を多量に増やして、増幅度を下げることはしていません。（この時のノイズレベルは８０μＶ（ＬＰＦ：８０ｋＨｚ）
そうして、トランス式パッシブプリアンプで高音質を得ているスーパーパーマロイコア採用のマッチングトランスを、パワーアンプとホーンドライバー間に設置することにしました。このマッチングトランスの巻線方法は１次／２次巻線を２本同時に巻くバイファイラー巻きを施して、かつ、巻線比は３：１としてあります。（【図４】参照）
ホーンに掛かる電圧は１／３に低下しますから、マッチングトランスによる増幅度の低下は９．５ｄＢになり、このパワーアンプの仕上がり増幅度は１８－９．５＝８．５ｄＢ（２．６８倍）となり、高効率ホーンドライバーを動作させるには具合の良い増幅度になります。ですから、プリアンプのボリウム位置は少し回して大音量になることなく使いやすくなります。（０．２８３÷２．６８≒０．１１Ｖ入力で、９０ｄＢの音が出てくる。）そして、ノイズレベルは８０μ÷３≒２６μＶ（ＬＰＦ：８０ｋＨｚ）と超低ノイズのパワーアンプができます。（【図５】参照）
さらに良いことに、ホーンドライバーのインピ―ダンスは８Ωですから、パワーアンプの負荷インピーダンスは８×３×３＝７２Ωなります。このパワーアンプは負荷抵抗７２Ωなりますから、パワーデバイスに流れる電流が同じ分だけ減少し、ＭＯＳＦＥＴのリニアリティ（ひずみ）がアイドリング電流を増やすことなく改善されるＡクラス動作になっています。
最大パワー電圧はトランスなしの直結条件では８Ω／１４Ｖ出ますから、計算上１４Ｖ÷３≒４．６７Ｖになりますが、負荷抵抗が大きくなる分、アンプ電源供給電圧の低下が少なくなるので、実際は５Ｖ以上（３．１２Ｗ）出ます。
パワーが下がった分、ホーンドライバーにとって安全になり、さらにマッチングトランスによりＤＣ成分はホーンドライバーには加わりませんのでさらに安全になります。
もちろん、そのサウンドはＴＡＮＮＯＹアーデン（９３ｄＢ効率）で聴いてみました。混濁感は全くなく、澄み切ったサウンドが出てきました。
まだ、実験していませんが、電源をバッテリーにすればさらに素晴らしいサウンドのアンプになるでしょう。
最後に、アンバランス増幅で制作するときは、Ｘカレントアンプを採用すれば、同等の優れたアンプができると思います。その費用はバランス増幅アンプに比べてお安くなります。
ニア・フィールドで聴きたい方にもお勧めです。（【図６】参照）
【図１】パワーアンプとＳＰの接続
【図２】パワーアンプ、ホーンドライバ、リスナーとの関係
【図３】Ｚバランス増幅アンプとスピーカの関係
【図４】Ｚバランス増幅アンプとホーンドライバとの間に挿入されるマッチングトランス
【図５】ホーン、ドライバとリスナー位置による音圧との関連
【図６】Ｘカレントアンプによるホーンドライバを構成する方式
ホームーページの特別ご提供品に、プリメインアンプ“ＭＡＳＴＥＲＳ ＡＵ－８８８ＴＲ／Ｌ ｃｕｓｔｏｍ”を掲載いたしました。
既にこのアンプが完成しましたことをお伝えいたします。
Ａクラス用マッチングトランスを搭載したこともあり、このアンプは割と重く、ぎっしりとした構成になりました。
パワーは充分な１２Ｗ、マッチングトランス負荷によるＡクラス動作では１．２Ｗと、通常リスニングではうるさいくらいの音量が出ます。
そのサウンドは、なめらかで、パワフルでダイナミック、低レベルの音量でも見事です。
どうしてそうなったのかは、オーディオアンプでは断言できませんが、以下の要因といえるでしょう。
- 回路（Ｘバランス回路）：料理で言えばレシピ。
- 部品（サンスイカスタムトランジスタ）：料理で言えば、食材。
- 設計製作者のパフォーマンス： 料理で言えば、シェフの腕前。
聴いて良い（食べておいしい）のかは、ユーザーの好みもありますが、客観的に感じ取ることは可能でしょう。
なお、近郊の方はこちらの工房で視聴することもできます。
※試聴をご希望される方は、必ずご予約をお願い致します。
