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私の 「ダ・ヴィンチ・コード」
(アンプ回路の暗号解読)
(2011年5月更新)

まだ、入門したてのホヤホヤからなかなか進んでいません。
間違いもあるはず、どうか、平に、笑って、お許し くださりませ。

電気の正体は自由電子とのこと、ところが直流では、電気と電子の流れる方向は逆なので、ややこしい。
回路の中の流れでは、いまだに、どっちで考えるのか分かっていない。
交流は行ったり来たりして、地団駄ふんでいるようで、流れているようには見えないが・・・。
回路の中の、1本の導線には、直流と交流が一緒に存在し、流れていますね。
それを自力で知ったときは、感動しました。が、なんで、こんな初歩的なことを誰も教えてくれんかったのか。
素人にドがつく私などは、直流と交流は、別々に流れているんだ と思い込んでいました。

それはともかく、電気の回路には、グルグルと電子(電気)が回っているようです。

DEN-ZOU.GIF   SYUTURK1.GIF

・・・、@ まず、左図、真空管のカソードからプレート間には、直流の大電圧数十ボルトがかかり、カソードから自由電子が飛び出し、プレートに向かって飛んでいく。

A その電子の流れ(直流)に、横(左の入力ジャック)から、交流の微小な信号が作用することで、電圧が変化する直流になる、つまり、信号を乗り移すわけです。このとき、自動的に数十倍に増幅されるのです。

B さらに、コンデンサーを介して次段(出力増幅回路(右図))に出力される。コンデンサーは、直流の変化する部分の電圧によって、交流を発生させ、あたかも、交流分(信号)だけを通過させるかのように見える。

C スーピカは超低抵抗で、スースー電気が流れる。磁石の回りの、電線をグルグル巻いたコイルが、電気が流れると動くという仕組みによって、音を出すという仕事をせねばならないので、おそろしく、大電圧の数百ボルトが必要ということ らしい。出力増幅回路の真空管には、数百ボルトの電圧がかかっています。感電はしたくないですね。

上の2つの回路を合わせると、ほぼ下のアンプ回路に一致します。
出力トランスに流れる電流は、230V/5000Ω=0.046A、10.58Wでいいんでしょうか。
スピーカー側のコイルに発生する電圧はどうなるんでしょうか。
抵抗値に反比例するとすれば、とんでもない大電圧になりますが・・・。

SP_KAIRO.GIF - 28,264BYTES

 

負帰還(negative feedback)

増幅器で増幅された出力の一部をプラスマイナスを逆にして入力に戻し、入力信号と引き算したものを増幅器の入力とするもの。出力の一部を入力信号と加算するものは正帰還(positive feedback)。

@ゲイン(利得・・・出力が入力の何倍か)が下がる A素子の変化(真空管の三要素、抵抗などの値)の影響が小さくなる B歪・雑音が減る C出力インピーダンスが変化する D周波数特性が良くなる

自己バイアス回路

グリッドへのマイナス電源(C電源、バイアス用マイナス電源)をカソードへの電源(A電源)からとる回路。カソードに抵抗を入れる。グリッドは、抵抗を通してグラウンドに接地して、直流的には0Vに保つ。真空管は、グラウンドを基準として動作するのではなく、カソードを基準として動作する。普通、カソード抵抗には、信号バイパス用のコンデンサー(カソードバイパスコンデンサー)を並列に入れ、信号成分をバイパスする。これがないと、信号によるプレート電流の変化の応じて、カソードの電圧が変化してしまうから。

カップリングコンデンサー・・・直流を絶縁し、交流を通す(ように見える)コンデンサーの特質を利用する。コンデンサーは、低周波の交流は通しにくいので、信号に含まれる低域が十分に通過できるものを選ぶ。

負荷抵抗 ・・・ プレートと電源の間に抵抗を入れ、プレート電流の変化を抵抗の両端に生じる電圧の変化に変換して利用する。回路の出力側にあって、エネルギーを消費するものを負荷といい、抵抗の場合を負荷抵抗という。微小な電圧変化を与えて、負荷抵抗から大きな電圧変化を取り出す回路を電圧増幅回路という。プレート電圧は、電源電圧から電圧降下(負荷抵抗で下がる電圧)を引いたものになる。たとえば、グリッド電圧が0〜−20Vまで変化するとプレート電圧は41〜250Vまで変化する。

バイアス ・・・ 音声信号は0を中心として、+と−に変化するが、グリッド電圧がプラスになるとまずいので、マイナス内に収まるように、信号の中心を0Vからずらすことをバイアスをかけるという。

カットオフ ・・・ 3極管などで、グリッドのマイナス電圧を大きくしたときの、プレート電流がまったく流れない状態。

過渡特性(過渡解析)・・・ 入力状態の瞬間的な変化に対して、出力が安定するまでの特性のこと。

ハム音 ・・・ B、C電源の平滑が不十分な場合や電源トランスなどからの漏れ磁束を拾ってでるブーンという音。

電源部分について
電子機器の動作に必要な安定した直流の電源は、コンセントからの交流電源から作り出すが、その方法は、交流電圧を電源トランスへ加え、降圧または昇圧してから、整流回路と平滑回路を通し、変動の少ない直流電圧に変換した後、制御回路を通して供給される。

平滑回路について
直流に整流された電流(脈動波)を 電解コンデンサー+抵抗+チョークコイル などを通して、さらに平滑な直流にする。

A、B、C電源について
A電源・・・ヒーターなどに送る 低い電圧の電流・・・回路図では省略。
B電源・・・プレート、カソード間にかかる 高い電圧の直流。
C電源・・・電力増幅用の終段管のグリッド電圧をカソードに対して負に保つために共有するバイアス用電源(カソードに抵抗器を入れた自己バイアス回路では不要)。

昔は、ABC電源は、電池(直流)で、とっていた。

 

スピーカーの効率 について

抵抗・コンデンサ・コイルの3種類の素子を組み合わせたときの交流に対する抵抗をインピーダンスという。記号はZ、単位は[Ω]である。数値が小さいほど、同じボリュームで大きな音が出ますが、数値が大きいものの方が音が良いようです。8Ωが一般的であるが、最近は6Ω、4Ωも使用されるようになってきた。

音圧測定・・・スピーカーに1Wの入力を入れて、スピーカーの前方1m のところに置いたマイクにどれほどの大きさの音が入るか(1Wの電気信号でどれだけ大きな音響音が出せるか)。

スピーカーの電気信号⇒音響信号の変換効率は極めて悪く、電気信号の1〜数%が実際の音になるにすぎない。

音圧レベル92dB(0dB=20μPa)で電気→音響変換効率(スピーカーの能率)は1%となる。同じ電力をスピーカーに入れたとき、この数字が大きいものは大きな音量が出ます。スピーカーの効率が高ければアンプの出力は小さくとも良い。しかし、効率の高さと周波数特性は相反する要素があり、むやみに効率を高くすることはできません。

販売店watzさんからの転載 <スピーカーの能率とアンプの出力の関係>
スピーカーの能率が3dB低いと、同じ音圧を得る為にはアンプのパワーは2倍必要となります。1Wのアンプで能率100dBのスピーカーを鳴らした時と同じ音圧を得る為には、85dBのスピーカーを使用した場合は32Wのアンプが必要と言うことです。スピーカーの能率・感度が悪くても大出力のアンプを使えばOKと考えがちですが、それでは当然歪みも多くなるのです。
スピーカーの感度は、口径が大きいほど良く、マグネットが強いほど良くなります。