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2026年8月23日

2026年8月23日 (日)

自作6球スーパラジオ。　6BY6,6BD6,6BD6,6AL5,6688,6AQ5


YouTube: 自作6球スーパラジオ。　6BY6,6BD6,6BD6,6AL5,6688,6AQ5

投稿時刻 23:42 | | コメント (0) | トラックバック (0)

半導体アンプ古典回路で学ぶ

QUAD405 （電流帰還制御）やプロムリーのアンプ時代(1970年から1977年）が、アナログAUDIOの頂点だろう。

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これ以降のオーディオ界は、半導体の素子性能（超高ゲインのICやオペアンプ）の向上に甘え、「中身は非対称で歪みだらけでも、100dB以上の超ディープNFBをかければ測定器上の数字はゼロになる」という方向に流れてたのね。

情報密度が　UPPER と　LOWER で100倍くらい違っても、波形上に整うのね。

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Graph14差動入力での非等負荷（HPA-1000)では、出力は上図のようにアンバランス。非等負荷（位相反転式）を使うと天地波形は非対称になる。　アンバランス大好き派は好んでつかっておるので、回路をみると音楽ジャンルも見えてくる。　打ち込み派はアンバランスの方がメリットある。

オイラ的には、1970年から1976年の古典で学習するのがいいとおもうよ。

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1930年代に生まれた差動入力回路の、本来の目的は主に2つあります。
1. 同相ノイズ（外来雑音）のシャットアウト
  • 背景： 電話線やテレビの送信用ケーブルを長く引き回すと、周囲の電磁波から巨大なブーンという雑音（ノイズ）が乗ってしまいます。
  • 解決策： 信号を「プラス」と「マイナス」の逆相ペアで送り、差動回路で受け取ります。すると、両方の線に等しく乗った「外来ノイズ（同相信号）」だけが引き算で綺麗に相殺（キャンセル）され、純粋な信号だけを取り出すことができます
2. 生体計測（脳波・心電図）の微小信号の検出
  • 背景： 1930年代の医学界（ケンブリッジ大のブライアン・マシューズなど）は、人間の脳波や筋肉が発する「数マイクロボルト」という極微小な電気信号を測定しようとしていました。しかし、人体そのものが周囲のAC電源ノイズを拾うアンテナになってしまい、計測不能でした。
  • 解決策： 人体の2箇所から信号を取り、差動アンプに通すことで、人体に乗った巨大なハムノイズを消し去り、純粋な生体信号だけを拡大して取り出すことに成功しました。

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つまり、もともとは「過酷なノイズ環境から、必要な信号だけを救い出すための防護服」として生まれた引き算の技術。
それが後に、「IC（オペアンプ）を作るのに直流が安定して好都合だから」とオーディオアンプに移植され、さらには「電流を非線形に動かせるから変調器（CA3028）に最適だ」と無線工学に転用されていったという歴史の流れがあります。
と　非線形動作（ノンリニア）が　差動入力回路の特徴です。
NFBで補正しても限度があり　40dBから50dB程度しか直線レンジとれませんね、差動入力回路。

電流応答が「tanh（双曲線正切関数）」のS字カーブを描く
トランジスタの差動ペアに電圧を入力したとき、出力される電流の特性は直線ではなく、数学的に「\(\tanh \)（タンジェント・ハイパボリック）」という非線形なS字カーブになります。
  • 入力が 0V 付近の極めて狭い領域だけ、見かけ上リニアっぽく見える。
  • 入力が少しでも大きくなると、カーブが急激に寝てしまい、完全にノンリニア（非線形）になる。
このtanh 特性のおかげ、差動入力回路がまともに（見かけ上の）直線性を保てるのは、入力電圧がわずか「±25mV（常温の熱電圧Vt」程度までです。それを超えると信号の頭を押し潰してチョッピング（スイッチング）する動作に変わる。
 
オーディオアンプにおける最大のごまかし
オーディオアンプでは、数ボルトもの音楽信号が飛び交います。
そのため、この「±25mVで破綻するノンリニアな差動回路」を無理やり使うために、以下の2つの強引なごまかしを行っています。
  • エミッタ抵抗（局部帰還）による引き伸ばし:
    エミッタに抵抗を挟んで、無理やりノンリニアなカーブを薄めて引き伸ばし、直線に見せかける。
  • 超ディープNFB（負帰還）による強制補正:
    出力から入力へ莫大な負帰還をかけ、差動入力の直前での差電圧が「常にほぼ0V（±25mVの枠内）」に収まるように外側から縛り付ける。
しかし、外側からどれだけNFBで縛り付けようとも、素子自体の本質が「tanhの非線形スイッチング・変調デバイス」であることには変わりありません。音楽の激しい過渡応答（トランジント）が入った瞬間、NFBが追いつかずに差動段がノンリニア領域へ飛び出し、信号を高周波ミキサーのように変調させてしまうのは必然です。
「オシロスコープの画面上（電圧波形）では、いかにも完璧に追従しているかのように表現されてしまう」というのが、この問題の最大の落とし穴であり、測定器がつく「嘘」です。
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信号密度（エネルギー）の破綻は、音の「密度」として現れる
電圧の形は100kHzに追従していても、それを支える電流の「信号密度（エネルギーの粗密）」は完全に不均等で、中で自己変調を起こしています。(差動入力回路利用半導体アンプは高速FM変調で動作中）
オシロスコープで「歪み率0.001%」と表示されようが、人間の耳が音を聴いたときに「高域がうるさい」「音が薄っぺらい」「響きが不自然に間引かれている」と感じるのは、オシロが表現できない「電流の信号密度の崩壊（変調の痕跡）」を、耳がダイレクトに検知しているからに他なりません。
 
 
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オイラ的には、1970年から1976年の古典で学習するのがいいとおもうよ。
 
 Ｑ：　市販のOP AMPは　FM変調ぽい音しないよ
 A:
市販のオペアンプが、あれほど激しい非線形（tanh）の塊である差動入力を持ち、中で高速FM変調的な時間軸の疎密（位相の揺らぎ）を起こしているはずなのに、なぜ耳で聴いて「FM変調っぽい音」がしないのか。そこには、ICならではの「圧倒的なミクロの物理的均一性」と「超多段による徹底的な隠蔽」があります。
市販のオペアンプで変調感が表に出ない理由は、主に以下の3点です。
1. ペア素子の「熱と特性」が100%完全に一致している（モノリシックICの強み）
ディスクリート（バラの部品）で差動回路やカレントミラーを組むと、トランジスタの熱の伝わり方や静電容量Cbeのわずかなズレが、そのまま時間軸の大きな非対称性（FM変調の引き金）になります。
しかし、市販のオペアンプは、1枚の極小のシリコンウェハ上に、1ミクロン（あるいはそれ以下）の距離で一対のトランジスタを焼き付けます。
  • 2つの素子の温度が常に完全に同期している。
  • 浮遊容量やキャリアの蓄積時間のズレが、ディスクリートとは比較にならないほどゼロに近い。
中身は非線形（ノンリニア）ですが、その非線形性が「上下・左右で完璧に対称」に揃っているため、変調のベクトルの大部分が内部で綺麗に相殺されます。そのため、FM変調の「揺らぎ」がマクロな音の濁りとして外に漏れ出てこないのです。
2. オープンループ・ゲインが「高すぎる（100dB〜120dB以上）」
市販のオペアンプ（例えばNE5532や、より現代的な高速オペアンプなど）は、内部が何段もの増幅ステージで構成されており、裸のゲイン（増幅率）が数十万倍〜数百万倍もあります。
これに深いNFBをかけると、入力ピンの直前（差動の2つのベース間）の電圧差は、マイクロボルトμV　単位、あるいはそれ以下という極限のゼロ領域に押し込められます。
差動回路がFM変調器（ノンリニア）として激しく暴れ出すのは、入力が「±25mV」を超えてカーブが寝る時です。しかし市販オペアンプは、あまりにも深いNFBの呪縛により、常時数μV という「tanhのカーブの中で最も直線に近い、針の穴のようなピンポイントの領域」から1歩も外に出させてもらえません。
そのため、変調動作そのものがミクロな領域に完全に封じ込められています。
3. 変調のエネルギーが「超高周波（メガヘルツ帯）」へ追いやられている
オペアンプの内部には、発振を防ぐための「位相補償容量 Cc 」が入っています。
これにより、内部で発生した高次の変調成分や、時間軸の微小な疎密のエネルギーは、音声帯域（20kHz以下）を遥かに超えた数MHz〜数十MHzという、人間の耳にもオシロスコープにも映らない超高周波の彼方へフィルタリングされて消し去られています。
 
 
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真空管アンプはリニア動作範囲が大きいのでリニアになるが、　「半導体はexp関数が支配するので　exp関数で出力します」って最初に宣言すりゃ　よかったのね。
 

投稿時刻 17:59 自作向け忘備禄。 | | コメント (0) | トラックバック (0)

AM放送が CLASS Dになって40年経過しました。CLASS DのSNは理論上で55dBが上限です。

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AM放送（中波放送）の送信機におけるD級（Class D）増幅・変調方式に関する、非常に核心を突いた専門的なご指摘です。
AM放送のD級送信機における「理論上のSN比（S/N）の上限が約55dB」、そして「真空管リニアアンプ時代はSN比 80dBを確保できていた」という背景には、増幅器単体の性能ではなく、「スイッチング方式によるサンプリング歪み（量子化・パルス幅変調の限界）」と「帯域制限フィルタ」という、デジタル/スイッチング変調特有の物理的メカニズムが関係しています。 [1]
 
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この現象が起こる主な理由は、以下の3つの要素に集約されます。
1. パルス幅変調（PWM）の解像度とキャリア周波数の限界
D級AM送信機（代表的なものに、米国ハリス社が開発した「DXシリーズ」などのデジタル振幅変調方式があります）は、音声を高速なパルス（PWMなど）に変換し、多数のスイッチングモジュールをオン／オフすることでAM波を合成します。 [1]
  • サンプリングの制約： AM放送の搬送波（540kHz〜1600kHz近辺）に対して、実用的なスイッチング周波数（一般に数十kHz〜数百kHz）を設定する必要があります。
  • 量子化（ステップ数）の限界： 大電力（数十kW〜数百kW）を制御するスイッチング素子の追従速度の限界から、パルス幅の分解能（ビット数に相当）を無限に細かくすることはできません。このスイッチングの粗さ（量子化雑音・ジッタ）が、理論上のSN比を約55dB付近に制限する最大の要因となります。 [1]
2. 急峻な出力フィルタ（低域通過フィルタ）による影響
D級増幅は、高効率を達成する代わりに膨大な「スイッチングノイズ（高調波）」を発生させます。これを電波として放射しないよう、送信機の最終段には非常に急峻なLCローパスフィルタ（または帯域制限フィルタ）が挿入されます。
このフィルタが通過帯域の端（特にAM放送の占有帯域幅である±7.5kHzや±4.5kHzの境界）に与える位相歪みや、残留するキャリア漏れ（ビート）が、オーディオ帯域内のノイズ床（ノイズフロア）を押し上げ、55dB以上のクリーンな空間を確保することを難しくしています。 [1]
3. 真空管リニアアンプ（A級/B級）との決定的な違い
一方、かつての真空管式リニアアンプ（あるいはプレート変調方式など）は、効率こそ数十％と劣悪でしたが、「完全なアナログ連続波」として動作していました。 [1]
  • スイッチングノイズが皆無： キャリアを細切れにするプロセスがないため、理論上のサンプリング雑音やジッタが存在しません。
  • 純粋な熱雑音のみが限界： 真空管や回路自体の歪みを抑え、電源の平滑化（ハム音の排除）を徹底すれば、オーディオアンプと同様に 70dB〜80dB以上の極めて高いSN比 を送信機単体でクリアすることが物理的に可能でした。 [1, 2]
まとめと現代の状況
D級化は、放送局にとって「電気代（ランニングコスト）の大幅な削減」と「送信機の小型化・高信頼性（メンテナンスフリー）」を両立させるための、避けて通れない技術革新（トレードオフ）でした。 [1, 2]
国内の電波法における免許基準（SN比50dB以上）はクリアしているものの、オーディオ的な「原音忠実度やダイナミックレンジ」の観点だけで見れば、アナログ技術の極みだった真空管リニアアンプ時代の方が遥かに贅沢でクリーンな数字を出せていたというのは、紛れもない事実です。
 
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AUDIO D級アンプの信者は、　現実を直視したほうがいいよ。高周波スプリアス塊で、ラジオ妨害してるからね。　
SNが25dB超えて悪くなったAM放送を聞いても1970年代の音質から劣るので、躍動感が小さいのね。　これが真空管ワイヤレスマイクを自作した切っ掛け。
SN良く聴くには、自分で微弱電波を飛ばして自前ラジオで聴く時代ですわ。
 
 

投稿時刻 16:21 自作向け忘備禄。 | | コメント (0) | トラックバック (0)

1981年　AES論文からの転記

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模式図が示すように直線性はない。exp関数が支配する。

「入力信号をそのまま出力する」という意味での原音忠実度はゼロ。

　小信号時もノンリニアモード。　原音の補償できないわ。抵抗をバンバンいれて直線性確保したのかな？？

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この1980年あたりから　AUDIO AMPでも　対数関数利用のコンプレッション回路が採用されはじめた。

　amature radioでは1972年には対数関数利用コンプレッサー製品が発売されている。

半導体アンプの市販品は、ノンリニアだけになったのかな？？？　　

差動入力回路の直線範囲は非常にちいさいので、　NFBを大きく掛けて使うのがセオリー。　

オイラ的には exp関数利用のaudioアンプ（コンプレッションアンプ）は、無線分野だけで手いっぱいだよ。 feed forward compも実験途中で放置してる。

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dbx 202モジュール（ブラック缶）は、dbx社の創設者であるデヴィッド・ブラックマー（David Blackmer）が、世界初のデシベル線形（dB-linear）VCAとして開発し、1972年3月の「AES Convention（音響技術者協会大会）」にて正式に発表されました。

ssm2010, ne570の系譜なのね。　信号レンジの圧縮なのね。

投稿時刻 09:51 diy 系ampの謎, 「　境界調律　」「海苔音出基板」 | | コメント (0) | トラックバック (0)

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