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2016年12月26日 (月)

ジングルベルはDクラスの響き(後編)

D級アンプって、調べれば調べるほど、ワタクシ的には不思議なアンプなんですよねぇ〜


我が家のスピーカーを駆動させているパワーアンプも、LinkmanなD級(LVX-PWAM-SETっていう100W+100Wパワーアンプで発振周波数は〜500KHz。Rコアトランスと電源ボードの最小限構成で組んでます)なわけでして、コイツが良い働きをしてくれています。
なので、以前から「D級アンプってなにさ?」的な興味は尽きない訳でして、何度も関連情報を漁ってはいるのですが、実は今もってもう一つ「ピン」ときていません。
(D級の“D”が“Digital”の“D”ではないってこと「だけ」は分かりましたがw)



ただ、手持ちのパワーアンプの構造から「発熱が少ない、電力効率にとても優れた増幅方式」と言うことと、関連サイトで何度も見せられる図から、入力されたアナログ信号を、基準とする発振信号(手持ちアンプの場合、その周波数が〜500KHzなわけですが)と比較して(コンパレートして)、“High”か“Low”の2値の信号をとりだし、その信号をゴニョゴニョ(例えばトランスを通過させるとか)すると、非常に電力効率に優れたアンプとして機能する「らしい」って事ぐらいしか分からないのですのよ、トホホのホ。
(でもトランス載っけるとポータブルにはならないし、それ用の小型トランスを特注するとコスト高になるのかな?どこのメーカーもポータブルプレイヤーのアンプって言えばオペアンプを使うかディスクリート構成を謳うかだもんね。HPA回路が1チップに収まっちゃう、もしくはDACチップに収まっちゃう時代だから当然だよね)



でも、その基準とする発振信号と比較して2値化するって、DSDレコーディングでアナログ信号を2値化させるのと何が違うのよ?とは、ずっと思ってました。
DSD信号もローパスフィルターを通過させることで、簡単にD/A変換できちゃうわけで、そうしたところもD級アンプの後段と似てる、というかクリソツじゃん!マンマじゃん!と、素人目にはそんな風に見えるわけです。(DSDで使用する周波数はCD-DAの規格である44.1kHzの64倍=2.8224MHzやその整数倍の値ですけど。こうして得られたDSD信号は単純なフィルターを通過させるだけで、16bit/44.1kHzのCD-DAデータを生成できたから、らしいんですけどね。昔は今のようにリアルタイムにデジタル処理できるシステムなんてありませんでしたから、こうやってCD-DA用のPCM信号を生成してたようです。現在のリアルタイムでマルチトラックなPCMレコーディングでも、量子化ノイズを除去する意味もあって、内部的にはDSD変換を行っちゃったりしてるらしいです。でも1bitじゃイフェクトとかの後処理が無理ですから、結局はPCMにしちゃうようですが。ア、私は部外者な電気素人なので、無粋なツッコミはナシねw)
あ、なんか括弧の中が思いっきり脱線気味ですが、色々と読んでいく内に、分かっていくようでますます分からなくなるような、そういうジレンマに陥っております。
(まだA級とかAB級の方が「分かった気」になりやすい!)



DSDもnabeさんが開発したPWM-PHA2も、ΔΣ(デルタシグマ)変調を利用しているってことと、前者はPDM(パルス密度変調)で後者は名前の通りPWM(パルス幅変調)なんだって事ぐらいまではなぁ〜んとなく分かったんだけども、その区別が良く分かってないw(って思って調べたらPDM方式のD級アンプってのもあるのね。ますますワケ分かんねぇ〜!)




nabeさん開発のPWM-HPA2に限って見ていくと、信号入力部の「コンパレーター」で信号を2値化させてるんだけど、比較するための基準とする信号をどうやって生成させているんだろう?と不思議だったのだけど(だってそれらしい回路やパーツは全くない)、「nabeの雑記帳」の過去記事を読みたどっていくと、バッファーからのフィードバック信号をワザと良い感じに遅延させ、位相反転させてコンパレーターにぶっ込むことで、35MHzもの矩形波を生成させているらしい...



だから自励式って言うんだ...



と、言葉で綴るととっても簡単に思えるけど(でもヤッパリワケ分かんねぇw)、ココまでのソリューションに到達するnabeさんのプロセスがもの凄くて(しかも35MHzだよ!こんなこと思いついたのってnabeさんくらいじゃないの?)、「これが電気の技術屋さんの本気かぁ〜、執念かぁ〜」と、ホトホト感心させられると言うか、ビックリさせられると言うか...
MOS-FETを2個重ねた高速ロジックICを3パラ(つまり6パラでスイッチング!)で使用するとか、普通のD級パワーアンプじゃ絶対にやらない(やっちゃぁならぁ〜ないぃ〜)禁忌の手法なんだそうだけど、実は「低電圧駆動が求められ低出力でオッケ〜」なPHPAならばまさにうってつけの手法じゃん!みたいな着想は、本当に見事!だと、電気回路ど素人のワタクシからしても拍手喝采モノだと、ど素人レベルですが驚いた次第です。
これはもう、立派な「電機屋根性物語 〜The Spirit of Electrical Circuit Development〜」デスヨネ!



それでもまだ、私はその理屈をよくワケ分かってないんだけどねw
PWMをそのままスピーカーに突っ込んでも、実は鳴っちゃうってことは、何となく分かったよ。
フィードバック信号は分かるよ。
2回路入りオペアンプをワザワザ2個使って、バカの1つ覚えのように同じ回路でオペアンプを変えては、散々ステレオヘッドホンアンプを作ってきたからね。
(それでe8のボイスコイルを2度も焼いたんだから!DC漏れ対策も知らなかった電気ど素人なんだから!)
そん時「1回路は増幅用で、もう1回路は位相補償用のフィードバックなんだろうなぁ〜」って漠然と思ってたから(信号増幅に歪みはつきもの、のようです)
そりゃ、そこの信号を遅延させたり反転させりゃ、いとも簡単にオペアンプは発振しちゃうよね(オペアンプは信号を発振する装置です)
パルスジェネレーターになっちゃうよね。
ウン、それぐらいまでなら、なんとかジャイアンでも分かるような気がするヨw
あくまでも「気」だよ。
気分だよ!



でもヤッパリD級アンプの仕組み、分かんねぇ〜!
具体的に頭ん中でイメージできねぇ〜!
ってか、そもそも「増幅」って制約や謎が多すぎるよね!
誰か、いつかお馬鹿なジャイアンにも分かるように、分かりやすく説明してちょうだいYo!


と、腹ん中に溜まってた「D級ってワケ分からん(そもそもアンプがワケ分からん)」的なガス抜きが済んだところで、昨日の続きです!



昨日のこの写真...




Pwmhpa2_06





実はこの段階に至るまでに、作業開始から5時間近くもかかってます!
それだけ、今回は慎重に(いつもそうしろよ!)作業を進めたってことです。
なにせ使用パーツは極小ですから、後から不具合を修正しようにも、大きなコンデンサを載っけた後では、作業性が悪くなりすぎですもん!
不具合の上に不具合を重ねて、結局、アンプは鳴らずにジャイアンが泣いたという結果が目に見えちゃいますw




そして、やっとここまできました!




Pwmhpa2_01





ホラ、チャンと赤色LEDが光ってるでしょ!(ま、そこはD級アンプ回路とは、本質的に全く関係の無い部分だけど)
で、最初からチャンと音も出た!(出ただけで感動した!)




Pwmhpa2_02




Pwmhpa2_03





ア!なんかこの絵面、我ながらホレボレするw
こんなに綺麗に回路を組めたのって、初めてじゃないかな?



で、このキットではワザワザ、グラウンド分離接続ができるようにと4極ジャックが使われているので...




Pwmhpa2_04





それ用のインコネも、安物プラグとあり合わせ線材で作りましたw




で、さっそくお外でも鳴らしてみたのです。




Pwmhpa2_06_2





オイ!
アンプが違うし!
msBerryDACなラズパイDACの出音は、本当に煌びやかで、かつ伸びやかに響いてくれるんですが、それをムリクリバランス出力させてやると、手持ちイヤホン・ヘッドホンが、んもう堪んない鳴り方をしてくれて、とても楽しいです!



そこに、本命のコイツを繋いで...




Pwmhpa2_05





あんなに七転八倒しながらmsBerryDACにHPAキットを載せた苦労はなんだったんだ!と思うような絵面ですw
(Wi-Fiドングル起因のノイズとも無縁だし)



この段階で、火入れから24時間経っていませんでした。
なので、まだ音が云々と言える段階じゃないんですが、なんというか、ケツを蹴っ飛ばされるような元気の良い音を響かせてくれました。
そして、徐々にではありますが確実に、高域のノビと、低域の深い響きも加わってきたように思います。
家に戻って、夜中もずっと鳴らしてましたが、「この安物イヤホンがこんなに気持ちよく鳴る?!」と驚くような音に変わってきてました。



そして、火入れから1日半ほどで、電池切れ...
(音を入れなくてもコンパレーターは働いているので、勝手にエージングは進んでくれるそうです)
この辺の電池の保ちも、公称通り。
ポータブルには必要にして十分な駆動時間です。



2700µFのコンデンサを8つも載っけてますから、本領発揮はまだ先だと思います。
だとは思いますが、コイツはかなりヤル奴だと感じてます。
この先の音の変化が、とても楽しみ!



ボリュームを完全に絞っても、若干、音が出ます。
ごく微少音量でのコントロールが、ちょっと苦手かな。
感度の高いIEMなどを遣う場合は、R1/2の抵抗値を変えてみるのも、良いかも知れません。
スイッチのON/OFF時にポップノイズのような音が出ますが、これは仕様だそうです。
心配ならば、電源ON/OFF時にはイヤホン・ヘッドホンを外しておいた方がいいでしょう。
みたいなことは、コレを作ってみようという人ならば「nabeの雑記帳」もご覧のハズですので、既に周知の事かなw



最後に...




Pwmhpa2_07





音楽を聴きながら基盤を見てますと、とても自分で組んだとは思えませんでした!
だって、あまりにパーツが小さい!
(そこに2つもポータブルバッテリーをぶら下げたラズパイDAC。そのたたずまい、すでに時限爆弾魔の姿のソレ!w)

そんなに老眼は進行していない55才ですが(遠近両用眼鏡は作りましたが、ほぼ自動車運転時のみの使用)、この作業には、さすがに拡大鏡と2台の卓上ライト、そして7時間近い時間が必要でしたもんw

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コメント

また出没させて頂きます。
こちらの内容は昨日、楽しく拝見させて頂きました。
そして、ビスパさんの在庫を減らしてしまう寸前まで行ってしまいましたが
ポチッする寸前に正気を取り戻しました(笑)
今日、また気になって見にきて驚いた事が、なんとジャイアンさんと同い年なんです。
個人的な事ですが色々と納得してしまいました(深い意味は無いです)
自作キットのポータブルDクラスヘッドホンアンプは見かけませんので
現在の製作待ち基板が無くなったら、このアンプに挑戦したいと思います!
続きの情報など有りましたら よろしくお願いします。

> ta_syumiさん


重ねてのご来場、ありがとうございます!
そして私と同い年?!
Viva S36!!
私たちの世代にとってのオーディオって、なんか大きくて、重くて、高くて、場所をとって、とても手が出ないってイメージがあるようなw
そしてソニーの初代ウォークマンで、ポータブルオーディオの洗礼を十代で受けたのも、私たちの世代ですからねぇw
(私は貧乏学生だったのでAIWAを買いましたw)
そういう意味では、今ごろオーディオを楽しんでいるのは、昔できなかった事への意趣返しみたいな側面もあるかもですね。
またS30's世代は、テレビアニメと共に育った最初の世代でもあります。
そして「アニメ」と「オーディオ」は「混ぜるな危険」な趣味。
同じ趣味を持つ私たちが「同い年」ってのは、そういう意味では「たまたま」ではないのかも知れませんね。
(私にアニヲタ属性があるのを自覚したのは、つい最近なのですがw)


こちらのPWM-HPA2は組み上げたばかりで、まだ音を云々と言える段階ではありません。
他のネタと共に、たぶん年をまたぐでしょうがレポートしたいと思っています。


そう言えば現行ウォークマンはフルデジタルアンプ。
ウン!私のこの選択と行動は時流に叶ってる!と、勝手に喜んでますw

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