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2026年7月25日

2026年7月25日 (土)

Neve BA283 AM & AV  ルパート・ニーヴの回路 その2

トランジスタの特性は、Vbe変化とIcはリニアではない。バイアス電位を人為的にコントロールしてしまうと 直線性は失う。 

 終段がお仕事すれば勝ってにVbeはあがる。 それを蓋する回路は、非直線性増幅器。簡単にいうとコンプレッサー回路。

Vbe_1

ttc004bの特性図。Vbeが低いとノンリニアになる。 このノンリニア領域を使う技もある。艶のあるおとにはttc004bでは200mA流したい。

Data2

Ib と Icはリニア。 

もしもsepp バイアスを触る場合には 「トランジスタのVbe非リニア特性をどうするか?」が観点。

101014_5

終段バイアスをQ9,Q10で触ると終段の直線性は失われる。それゆえ上図は出口波形の直線性はない。

実験する場合には、 Q9,Q10利用で「終段の逆指数関数」にマッチするように変化させること。関数を喧嘩させて直線になるように仕組むこと。 それを成功させた人間はいない。応答時間の同期性がないから 破綻する

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📊 0.2Vのベース電位のあばれが「動的FM変調」を起こす物理数式

歪率計にはただの「エラー」としてしか映らない、日本人が好むリアルな音(色気・うねり)の正体。音声信号によってベース電位が0.2V幅でAM変調された際、トランジスタ内部のPN接合容量(コンデンサ成分)が自ら大あばれする現象を支配する基本方程式である。

【第1式:ベース直流電圧(V)による接合容量のあばれ】
Cj(V) =
Cj0
(1 -
V
φ
)m

📌 各パラメータの物理的意味

  • Cj(V) : 動的接合容量 (音声信号の形をなぞってリアルタイムに変化する、トランジスタ内部のコンデンサ成分)。
  • Cj0 : ゼロバイアス容量 (電圧がまったくかかっていない静止時の、素子本来の素の容量)。
  • V : 加わる電圧(0.2V幅のあばれ) (出力側からの巨大なACフィードバックによって、ベース直流ラインを上下に揺さぶる古典AM変調の主成分)。
  • φ : 拡散電位 (シリコン半導体の物理定数。トランジスタがONになるための約束の電位、約 0.6V〜0.7V)。
  • m : 傾き係数(不純物分布特性) (ウエハー形成時の添加ガス成分や結晶成長プロセスによって1/2〜1/3の間で決定される、デバイス固有の指数)。
結論: ベース電位(V)が0.2V幅で古典AM変調を起こすと、この公式に従って分母が指数関数的に激変し、内部の容量 Cj が高速であばれ狂う。これがアンプを通過する音声信号の位相(フェーズ)をミリ秒単位で進退させ、測定器を完全に出し抜く「ウルウルとした動的FM変調(色気)」を自動生成する。

📈 ショックレー博士の掌の上:出力電流(Ic)を爆発させる「指数関数の方程式」

オーディオの教科書は「トランジスタは電流を直線的に何倍(hFE)にする素子だ」と嘘をつくが、現現実(本質)は真逆である。バイポーラトランジスタのコレクタ電流(Ic)は、入力電圧(Vbe)に対して完全に『指数関数(Exponential)』の絶壁カーブに従って大あばれする。

【第2式:トランジスタの剥き出しの野生(コレクタ電流指数特性)】
Ic ≈ Is · e
Vbe
VT

Vbe_2

📌 指数関数式における重要パラメータの正体

  • Ic : コレクタ出力電流 (音声の形(1kHz)に合わせて、足し算ではなく数千倍のオーダーで爆発的に増減する、野生の電流成分)。
  • Vbe : ベース・エミッタ間電圧(0.2V幅の大あばれ) (12Vに窒息させた1815BLのベースラインを上下に揺さぶる、今回の実験の核となる動的入力電圧)。
  • VT : 熱電圧(常温で約 26mV) (地球の物理法則で固定された超微小な物差し。この26mVの狭い世界に対して、0.2V(200mV)のあばれをぶち込むことで、電流カーブは絶壁を一気に駆け上がる)。
  • Is / e : 飽和電流 / ネイピア数(自然対数の底:約2.718) (半導体の結晶構造および宇宙の数理が決定する絶対的な定数)。
 

Neve BA283 AM & AV  ルパート・ニーヴの回路 その1

「技術的に深い解釈を行うことを目的としています」

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2023y01m08d045911587

これのAM変調とFM変調が生み出すサウンドが 高い評価を得ておるらしい。R10の値大小でAM変調具合が可変できる。

入力信号の5%相当でTR4のベースをゆらしAM変調かけてる。

Ba283333_2

無線用MIC AMP(12V電源)に 書き直してみた

Photo

Q1のベース電位変動はシミレーションで表現された。青いラインだ

3

作図すればわかるが Q1のベース電位がレンジで0.2V(入力信号の5%)程度でAM変調がかかる。ベース電位が上下にあばれるとFM変調が自然にかかる。(1950年に公開済み)

このトランジタ特性については、下記の本がわかりやすい。

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下記公式は、トランジスタの生みの親であるウィリアム・ショックレー(William Shockley)が1950年に著書『Electrons and Holes in Semiconductors』で発表した、半導体の基礎中の基礎理論。 

工業系大学での電気物理基礎として学んでいるはずだが、そういうインテリは絶えたのか???

ベース電位が暴れるとFM変調できるしくみを式で公開する。

📊 0.2Vのベース電位のあばれが「動的FM変調」を起こす物理数式

歪率計にはただの「エラー」としてしか映らない、日本人が好むリアルな音(色気・うねり)の正体。音声信号によってベース電位が0.2V幅でAM変調された際、トランジスタ内部のPN接合容量(コンデンサ成分)が自ら大あばれする現象を支配する基本方程式である。

【第1式:ベース直流電圧(V)による接合容量のあばれ】
Cj(V) =
Cj0
(1 -
V
φ
)m

📌 各パラメータの物理的意味

  • Cj(V) : 動的接合容量 (音声信号の形をなぞってリアルタイムに変化する、トランジスタ内部のコンデンサ成分)。
  • Cj0 : ゼロバイアス容量 (電圧がまったくかかっていない静止時の、素子本来の素の容量)。
  • V : 加わる電圧(0.2V幅のあばれ) (出力側からの巨大なACフィードバックによって、ベース直流ラインを上下に揺さぶる古典AM変調の主成分)。
  • φ : 拡散電位 (シリコン半導体の物理定数。トランジスタがONになるための約束の電位、約 0.6V〜0.7V)。
  • m : 傾き係数(不純物分布特性) (ウエハー形成時の添加ガス成分や結晶成長プロセスによって1/2〜1/3の間で決定される、デバイス固有の指数)。
結論: ベース電位(V)が0.2V幅で古典AM変調を起こすと、この公式に従って分母が指数関数的に激変し、内部の容量 Cj が高速であばれ狂う。これがアンプを通過する音声信号の位相(フェーズ)をミリ秒単位で進退させ、測定器を完全に出し抜く「ウルウルとした動的FM変調(色気)」を自動生成する。

📈 ミラー効果によるあばれの巨大化:内部Cobの動的変化による Δf(周波数変調)方程式

上記第1式の現象が、初段アンプのコレクタ・ベース間容量(帰還容量:Cob)で起きたとき、アンプの周波数特性そのものが時間軸上で能動的に伸縮する量(周波数変調度:Δf)を決定づける究極の連立方程式がこれである。

【第2式:Cobの動的変化が起こす Δf(ミラー効果変調)】
Δf(V) ≈ - fH ·
Av · ΔCob(V)
Cin + Av · Cob0

📌 Δf式における重要パラメータの正体

  • Δf(V) : 動的周波数変調度(うねりの深さ) (音声の強弱に応じて、アンプの周波数特性自体がリアルタイムに変調・伸縮する量)。
  • Av : 初段トランジスタの電圧ゲイン(増幅率) (これこそが変態挙動のコア。トランジスタ固有の**ミラー効果**により、容量のあばれ幅を数倍〜数倍へと能動的に巨大化・ブーストさせる)。
  • ΔCob(V) : Cobの動的変動量 (ベース電位が0.2V揺さぶられたことで、第1式に従って発生する帰還容量Cobのリアルタイムな増減差分)。
  • Cob0 : ゼロバイアス時のCob初期値 (2SC1815BLなどのデータシートに記載されている、静止状態の素の出力容量。約2.5pF〜3pF)。
  • Cin / fH : 入力浮遊容量 / 基準高域カットオフ周波数 (回路全体の骨組み定数によって決定される、静的な基準動作ライン)。

⚠️ 中学生には理解で苦労する「動的接合容量がなぜFM変調に化けるのか」の真実

 トランジスタFMワイヤレスマイクの製作経験のない学生や教科書通りの設計者は、この現象を「容量(Cj)が変わることで、高域のカットオフ周波数が動き、受動的に音がわずかに遅れる(時定数のズレ)だけだ」と勘違いし、そこで思考を停止させる。彼らには、トランジスタ内部で起きている『能動的な変調の再合成』が見えていない。

この回路の真髄は、出力からの強烈なフィードバックが初段Q1のベース直流電位そのものを0.2V幅で音声の形(1kHz)に変調(AM変調)させている点にある。ベース電位が音声によって能動的にドライブされるため、ショックレーの公式に従う帰還容量(Cob)は、単なるフィルターのパーツではなく、『音声の振幅電圧(AM)を、ダイレクトに容量の粗密(FM)へと能動的に翻訳するトランスデューサー(変換器)』として機能する。

【物理現象の本質的ロードマップ】
音声信号がアンプ全体の帰還を巻き込み、ベース直流電位を0.2V幅で直接ドライブ(古典AM変調) ➔ 上記第1式および第2式により、ベース電位の『振幅(電圧)』情報が、増幅率(Av)によるミラー効果のブーストを伴って、トランジスタ内部で『Cob容量の疎密(Δf・周波数・位相)』情報へとダイレクトに能動変換される ➔ 歪率計には映らない、AMとFMが完全に一体化した『複合変調波』が出力として再合成される

ただの信号の遅れではなく、半導体の物性そのものが音声電圧をFMの粗密波(Δf)へと直接翻訳してあばれ狂うからこそ、人間の耳には「音が太く、ウルウルとした圧倒的な色気(至高のHi-Fi)」として聴こえるのである。   

 静的な歪率計しか見ない机上エンジニアには、この能動的なAM/FM複合作用を最初から想定していないため、この回路が放つ本当の生命感を一生理解することはできない。

ミラー効果によりブースト量が増えるので、工業物理系大学で習うはずなんだけどねえ。

トランジスタが「アクティブに増幅(ゲイン A_ を発生)」しているとき、コレクタ・ベース間にある動的容量 Cob は、ただそこに存在するだけではありません。信号が入力されると、ミラー効果の基本公式に従って、入力側(Q1のベース側)から見た有効な容量(等価入力容量 C_in__miller)は、アンプ自身の電圧ゲイン(A)vを掛け算した大きさに化けて出現します。

1110

Cobが ゲインで乗算されて 増えるとFM変調は楽になる。 真空管でも3.5PFあればFM変調管になれるので、トランジスタのCobが0.5pfでもゲインで掛け算され10pf程度になる。 ここまで増えてればガンガンとfm変調はかかるんわ、 わん。

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 LTspice程度では位相変調は表現できない。

良い音の正体は、変調による歪(目的外信号波形)である。 1950年の論文そのままだ。

ショックレー博士の掌で踊ってるだけだわ。

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下図はam変調、fm変調が深く掛るので評価がいいらしい。 ただし原音の忠実性は低い。(出口波形の相似性が劣る回路)

これもショックレー博士の方程式で支配されてる。 工業系大学出身なら理解するはず。

101014_4

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ま。オイラは機械分野でよかった。 3次元的に確認できること中心なので、やれやれと思う。

LTspice バグで暴走中。 シミレーション不能


YouTube: LTspice バグで暴走中。 シミレーション不能

走ってるらしいことは。わかった。

とまらない  止められない、 ボーと待つだけらしいいわ。

結線図も同時にきえるので、runするまえに保存。

audio の歪率計で計測できることは??。 IC製造工程での音色影響について

「技術的に深い解釈を行うことを目的としています」

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静的な測定を前提とした従来の「歪率計」では、この1935年技術(古典AM/FM複合変調)が起こす動的な色気を捉えることは物理的に不可能です。

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どうしたら変調具合を測れるか??

 現代のオーディオアンプは歪率計の数値を競う「静的なクリーンさ」を追及しているが、
本稿で扱うCLASS B動作をベースとした変態的プッシュプル回路は、「静的なクリーン」思想とは真逆な思想になっている。


これは、音声信号によって直流電圧(バイアス)とインピーダンスを同時に揺さぶる、「1935年確立の古典的AM変調」と「動的FM(位相)変調」の複合システムである。


1. 音源による歪計測で「できること」実際の音源(複雑なマルチトーンや音声信号)を流し、
高周波(RF)無線の測定アプローチを応用することで、初めて可視化できる動的現象。
【AM変調度の可視化】オシロスコープX-Yモードによる「台形観測」音声のダイナミクスに応じて直流(バイアス電圧)が上下にあばれる「古典AM変調」の深さを、きれいな台形波形として画面上に叩き出すことができる。

【FM変調・位相あばれの捕捉】リサージュ波形の「動的な太さ(ブレ)」
音声の強弱によって接合容量がミリ秒単位で激変し、通過時間が進み遅れする「動的位相変調(FM成分)」を、線のぶ厚いブレとして観測できる。

【側帯波の出現】FFTウォーターフォール表示による「動的スペクトラム」声の立ち上がりの瞬間だけ、基本波の根元に発生する「側帯波(サイドバンド)」のエネルギーを3次元的に記録できる。

2. オーディオ歪率計(THD)に「できないこと(無視される領域)」
従来のオーディオ用歪率計(ノッチフィルター+高調波足し算方式)が、その測定ロジックの限界ゆえに完全に切り捨ててしまう盲点。

101154 の完全な無視歪率計は基本波 fより上の有限な高調波しか計測しないため、動的変調によって床下に新しく生成される「下側側帯波(LSB)」や「下位倍音(サブハーモニクス)」の存在を100%測定漏れにする。

測定対象である静的な限界信号が、 本回路のように動的に激しく動くことで初めて発生する「有機的なうねりや色気」を、測定器は単なる「ノイズやエラー」として一括処理し、数値化・評価することができない。

 
 
 
 

結論:「日本人耳に心地よい『Hi-Fi』の正体】

オーディオ歪率計の物差し(欧州的な、数学的・対称的な正しさ)では「欠陥品(壊れたアンプ)」としか評価できないこの回路のあばれ(複合変調)は、自然界の「1/fゆらぎ」に酷似している。

歪率計に「できないこと」の領域(下位倍音や側帯波のうねり)にこそ、人間の耳(特にゆらぎを解する日本人の耳)が「最高の色気、太さ、リアルなHi-Fi感」として知覚するマジックの主成分が隠されているのである。

 
 
 

方向性

激しくAM変調、FM変調をかけると 信号入力段の風味がきえてしまうので、そこは注意。

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製造工程・構成要素 物理的・電気的な変化(なぜ変わるか) 聴感上の音色・ノイズへの影響  
① ウェハーの厚み 厚いほどチップ全体の熱容量が増え、熱的・機械的振動(ピエゾ効果等)に対して安定する。薄いと熱応答は早いが、基板からの歪みストレスを受けやすい。 【厚い】 音の重心が下がり、腰の据わった太い音になる。
【薄い】 レスポンスは早いが、線が細くキンキンしやすい。
 
② N層/P層の添加ガス成分 ドーパント(リン、ボロン、ヒ素等)のブレンドやガス純度で、結晶欠陥の量が激変。キャリアの移動度や1/fノイズ(フリッカノイズ)を左右する。 不純物や欠陥が少ない(ガス純度が高い)ほど、音の背景の「静寂感」が極まり、微小な空気感(エロさ・解像度)がリアルに浮き出る。  
③ レーザートリム:汎用IC 【トリムなし(標準)】
焼き切り工程を一切行わず、ウェハー上の結晶成長そのままの個体差(ミスマッチ)を抱えたまま出荷される。

良くも悪くも「ガサツで大雑把な音」になりやすいが、高級ICのような神経質さがなく、「泥臭く、ガッツのある『いなたい』サウンド」として独自の味になる。

 8インチウエハー

 
④レーザー トリム:高級IC 【トリムあり】(高価)
ウエハー段階のテスト中にレーザーで薄膜抵抗を微細に焼き切り、入力トランジスタのミスマッチ(オフセット電圧)を物理的にヌル(ゼロ)へ追い込む。
測定器上の歪率やDC精度が極限まで跳ね上がる。聴感上は「抜群の透明感、立体感、シャープな解像感」が宿るが、後段のパッケージ収縮ストレス(標準モールド等)で元の木阿弥になりやすい繊細なガラスの美しさ。 トリムは3インチ・4インチ限定。  
⑤ リードフレームの純度 一般のタフピッチ銅から無酸素銅(OFC)や4N〜6N銅への変更。結晶粒界での信号(電流)の電気的パルスの歪みや熱起電力を抑える。 純度が高いほど(高価)、中高域のトゲや突っかかりが抜け、シルキーで歪み感のない澄んだ音色になる。歪みっぽさが消える。  
⑥ ボンディング線の材質
(4大金属の特性差)
【金 (Au)】 小信号ICの標準。アルミパッドとの接合界面の安定性が高い。

【銅 (Cu)】 近年の高集積・コスト対策用。金より電気導電率が高い。

【銀 (Ag)】 超ハイエンド・高熱伝導用。酸化対策が必要な特殊プロセス。

【アルミ (Al)】 10Wアンプ等、大電流(パワー系)ICの絶対的標準。太いワイヤ(超音波ウェッジ接合)で数アンペアを駆動。
【金(高価)】 艶やかで、ミッドレンジに豊かな色気が乗る優等生サウンド。

【銅】 高域の立ち上がりがシャープで、低域の押しが強いソリッドなパワー系。

【銀(極めて高価)】 レンジが宇宙的に広く、ハイスピードでどこまでも伸びる高解像度。

【アルミ】 固有のハンダ的な「いなたい」落ち着きがあり、中低域がガツンと太く、スピーカーをゴリゴリ押し出す骨太な音色。金線のような過度な高域のシャリつきがない。
 
⑦ 封止材:樹脂 【標準モールド】
安価な一般モールド。硬化収縮でチップを物理的に圧迫する。

【ロー stress(高価)】
硬化時の収縮率を極限まで抑え、チップへの圧迫を低減したオーディオ専用樹脂。
【標準モールド】
チップが物理的に締め付けられることで、音が硬く突っぱり、ダイナミクスが死んだ平面的な音場になる。

【ロー stress】
締め付けから解放されるため、突っかかりが取れて音が柔らかくなり、奥行きや左右の立体感が豊かに広がる。
 
⑧ 封止材:CAN 【メタルCANパッケージ(最高に高価)】
内部が中空(または不活性ガス封入)の金属缶。チップへの外部応力や硬化収縮ストレスが物理的に「完全ゼロ(100%解放)」。強固な金属壁による外部電磁シールド効果も最強。
【メタルCAN】 内部応力由来の微小な動作アンバランスが100%消失する。音が驚くほど伸びやかで、ストレスフリーな解放感と圧倒的な静寂のリアリティが宿る。一度聴くと戻れない魔力がある。  
⑨ 洗浄等薬液・プロセス ウェハー表面の可動イオン(ナトリウム等)や有機不純物の除去度。不完全だと表面リーク電流が増え、ランダムノイズや経時劣化の元になる。 洗浄の精度が極めて高いと、「サー」というホワイトノイズやプチプチした雑音が劇的に減少し、超低域の解像度が上がる。  

IC製法ですでに公開されておる 音色との関連をあげてみた。

エンジニアであれば既知の公開済み情報(30年前からの公開物)なので、目新しいことではないがdiy派むけにどうぞ。

新川ボンダーが元気なころ(1980年から2000年)には オイラもボンダーオペレートはできたし、 ccd カメラがチノン製だった。

新川ボンダーの育ての親は、富士電機 黒田部長。 部長には世話になった。

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山田製作所(アビックヤマダ)が元気なころには、時折 顔出しておった。 山田製作所時代が懐かしい。

音響向けicは ボンダーは銅線使用がいまは主流。

オイラは、製造系のFA装置を設計するおっさんです。

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