https://iwharpar.blogspot.com/2021/01/balanced-headphone-amp-modify.html
構想 バランスド ヘッドフォン アンプ
構想ばかりで、全く進んでいません。
真空管アンプ５号機も未稼働状態で、お恥ずかしい限り。
最近手を動かしているのが、バランスドヘッドフォンアンプ
イヤフォンのリケーブルや
４連ボリュームはこのために作成していたもの。
■回路案としては
秋月の非反転型オペアンプのHPAボード100円を2枚使用して作ろうというもの。
オリジナルの部分を生かして、そのまま利用する。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-12310/
http://akizukidenshi.com/download/ds/akizuki/AE-KIT45-HPA.pdf
バランスドにするには、増幅系をL/Rそれぞれ±の2レーンにする。
ただのOPampもつまらないので、トランス出力型とした。
電源は±15V電源。
トランスは、手持ちでは出力インピーダンス
150Ωものがあるので当面はそれを使用する。
出力が大きくなってしまうが可能なら、
30Ω~70Ω程度のものが欲しい。
回路の案は以下の通り。（OPAMPはJ-FET入力で安価なNJM072使用を計画）
以下のNC版は良くない可能性がある。出力側が平衡出力でないので負のFBは適切でない様な気がする。まずは、NC版で行こうと思う。失敗したらA改訂に移行する。
ぺるけさんの平衡プリアンプでは、NC版と似た設定になっているが………。
A改訂：OPAMPの出力を直接NFBに返すように変更する。(2020/12/12)
FET式・・・平衡型差動プリアンプ Version2 http://www.op316.com/tubes/balanced/balprefet-v2.htm
平衡型差動FET＋トランス式ライン・バッファ
■入出力は
平衡インプットで、ステレオ3.5mmプラグ(2本）
平衡アウトプットは、2.5mm4極プラグを考えている。
■性能は
アンプのゲインは2.5倍(2倍(A改訂案))
■回路の多少不安な点は、
①インピーダンスのアンマッチ
イヤフォンとトランス2次側のインピーダンスがマッチングしていない。
トランス側／イヤフォン側のどちらのインピーダンスに合うことになるのだろうか？
出力の計算をする時は、トランスで0.5倍になっているが、実際はどうなるのか？
負荷側(イヤフォン側)に合わせるのだろうと思う。
そういえば、トランスの出力側に暫定で付けた150Ωの抵抗も役目が分かっていないが、きっと無負荷を避けるために必要なのだと思うと、イヤフォンより1オーダー高い抵抗(470Ω~620Ω)に付け替えようと思う。
②フィードバックの仕方
トランス の2次側からOPampにオーバーオールにFBを掛けていること。
OP ampは5倍、トランスは0.5倍(トランスの損失を考えず)のような割振を、うまくオーバーオールのフィードバックゲイン2.5倍で考えてくれてるのかなぁ？
③トランス の飽和
上で書いた通り±0.6Vが最大になるが,..........。
OPアンプ＋トランスで作るマイク・プリアンプ（こちらはOPアンプの出力を返している）
B改訂：「2次側が浮いているので電位が決まらないことが問題である。」とやっと気付いた。2次側のHot/Coldの両方で10k〜47kの抵抗を介して接地する必要がある様だ。具体的には、ぺるけさんのライン・バッファの図のRxという抵抗が相当する。(2021/2/19)
勝手にOPAMPの出力側にある安定用の抵抗を抜かしていたようだ。47～100Ω程度が必要。図は未反映。(2021/08/24)
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| HPA案NC 出力側に抵抗必要(2021/08/24) |
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| (B改訂案_2021/2/19) 出力側に抵抗必要(2021/08/24) |
平衡インプットで、ステレオ3.5mmプラグ(2本）
平衡アウトプットは、2.5mm4極プラグを考えている。
■性能は
アンプのゲインは2.5倍(2倍(A改訂案))
入力が1Vとして、2.5V程度。(2V程度(A改訂案))
AKIDAC(トランス式USB DACの1号機)が入力なので、入力は1V程度。
出力インピーダンスが150Ωで、Hot/Coldともに出力は±2.5Vで
5V*5V/150Ω＝165ｍW
（バランスド タイプなので、出力はシングルエンドの4倍になるらしい。SEなら2.5V*2.5V/150Ω＝41.25mW）
AKIDAC(トランス式USB DACの1号機)が入力なので、入力は1V程度。
出力インピーダンスが150Ωで、Hot/Coldともに出力は±2.5Vで
5V*5V/150Ω＝165ｍW
（バランスド タイプなので、出力はシングルエンドの4倍になるらしい。SEなら2.5V*2.5V/150Ω＝41.25mW）
トランスが飽和している。10dBm=10ｍWが最大なので、±0.6Vが最大？
1.2V*1.2V/150Ω＝9.6mW
■回路の多少不安な点は、
①インピーダンスのアンマッチ
イヤフォンとトランス2次側のインピーダンスがマッチングしていない。
トランス側／イヤフォン側のどちらのインピーダンスに合うことになるのだろうか？
出力の計算をする時は、トランスで0.5倍になっているが、実際はどうなるのか？
負荷側(イヤフォン側)に合わせるのだろうと思う。
そういえば、トランスの出力側に暫定で付けた150Ωの抵抗も役目が分かっていないが、きっと無負荷を避けるために必要なのだと思うと、イヤフォンより1オーダー高い抵抗(470Ω~620Ω)に付け替えようと思う。
②フィードバックの仕方
トランス の2次側からOPampにオーバーオールにFBを掛けていること。
OP ampは5倍、トランスは0.5倍(トランスの損失を考えず)のような割振を、うまくオーバーオールのフィードバックゲイン2.5倍で考えてくれてるのかなぁ？
③トランス の飽和
上で書いた通り±0.6Vが最大になるが,..........。
OPアンプの出力は大丈夫？
トランス の低域は飽和してるだろう
④OPampの定格出力
OPampの定格出力を超えてないか？
(入力が1Vの時5V出力できるか？、入力が2Vの時10V出力できるか？）
NJM072のカタログだと、±15V電源の時、最大出力電圧は
-10V~+11V(@600Ω負荷)
のように読める。（ぎりぎりで出力できる）
■発展型として、
仮に出力インピーダンスが30Ωのトランスを考えると、上より√5倍の電流となるので、400mW程度の出力になる。いや、ちょっと待てよ。トランス の容量を遥かに超えている。OPアンプの出力電圧や電流値も超越している。
実に怪しい。
怪しいHPAになるのが楽しみでもある。
以下出力に関する補足をする。
1Vで聞いたら
1 V で 24Ω 出力 ＝41.6 mW ＝ 16.2dB
まず、イヤフォン並み。
1Vrmsで50Ω =1V*1V/50Ω = 20mW =13dBm
＝93 dB/mW 50Ω
密閉型と開放型では12dBも違うんだ。
注2)メーカー製のスペックを参照してみると以下の通り。
KORG DS-DAC-10R
70mW+70mW(32Ω)
Sony PHA-2
165mW+165mW(8Ω、10%歪)
90mW+90mW(32Ω、1%歪)
25mW+25mW(300Ω、10%歪)
ONKYO DAC-HA200
145mW+145mW(32Ω、1kHz、10%、JEITA)
60mW+60mW(300Ω、1kHz、10%、JEITA)
35mW+35mW(600Ω、1kHz、10%、JEITA)
トランス の低域は飽和してるだろう
④OPampの定格出力
OPampの定格出力を超えてないか？
(入力が1Vの時5V出力できるか？、入力が2Vの時10V出力できるか？）
NJM072のカタログだと、±15V電源の時、最大出力電圧は
-10V~+11V(@600Ω負荷)
のように読める。（ぎりぎりで出力できる）
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| 新日本無線のHPから借用(NJM072B) |
■発展型として、
仮に出力インピーダンスが30Ωのトランスを考えると、上より√5倍の電流となるので、400mW程度の出力になる。いや、ちょっと待てよ。トランス の容量を遥かに超えている。OPアンプの出力電圧や電流値も超越している。
実に怪しい。
怪しいHPAになるのが楽しみでもある。
■スピーカーの能率について 以下のHPから引用。
スピーカーの能率を測定するには、1W（ワット）の電力を持つ信号を加える事に決まっています。
この場合の電力は、他の家電製品などの消費電力と同じものです。
スピーカーに1Wを加えるための電圧は、公称インピーダンス（電気の流れにくさを示す数字）によってほぼ決まっていて、JISの規格によれば以下の様になります。
インピーダンス8Ωの時、2.83V (=1W)
インピーダンス4Ωの時、2V (=1W)
■音と騒音 うるささの目安はこちらのHPが参考になる。
■普段使用しているスピーカーYAMAHA NS-B700BPのスペック
86 dB/2.83V,1m
6 Ω
スピーカーの音圧レベルを標準化
2.83 Vで 6 Ωということは 出力 ＝1.33 W ＝1.25 dB
86 dB/2.83V,1m,6Ω
84.75 dB/1W,1m
0.5mの距離で聞くとして音圧レベルは+になる。
0.5 m +6.02 dB
普段は1V程度で聞いていると仮定すると、音圧レベルは
1V で6 Ω 出力 ＝ 0.167 W ＝ -7.77 dB
83.0 dB となる。
■イヤフォン shure215だとすると、スペックは
107 dB SPL/mW 20Ω
1Vで聞いたら
1 V で20Ω 出力 ＝50 mW ＝ 17dB
124 dB となる。 爆音
0.1Vで聞いたら
0.1 Vで20Ω 出力 ＝0.5 mW ＝ -3dB
104 dB となる。
0.05Vで聞いたら
0.05 Vで20Ω 出力 ＝0.125 mW ＝ -9dB
98 dB となる。
数値では相当絞って聞いても十分な音圧レベルになるが、
肌感覚では1V=50mWでは爆音という感じではない。
FiiOBTR3の最大出力25mWでも聞いていられるが....
（25mWはバランス出力？ SEなら6.2mW？その程度の出力？）
■ヘッドフォン Sony MDR-1Aだとすると、スペックは
105 dB /mW 24Ω
1Vで聞いたら1 V で 24Ω 出力 ＝41.6 mW ＝ 16.2dB
まず、イヤフォン並み。
■ヘッドフォン Sennhaiser HD599だとすると、スペックは
106 dB SPL/1Vrms 50Ω1Vrmsで50Ω =1V*1V/50Ω = 20mW =13dBm
＝93 dB/mW 50Ω
密閉型と開放型では12dBも違うんだ。
1Vで聞いたら
1 V で50 Ω 出力 ＝20 mW ＝ 13dB
103 dB となる。
0.1Vで聞いたら
0.1 Vで50 Ω 出力 ＝0.2 mW ＝ -7dB
83 dB となる。
0.05Vで聞いたら
0.05 Vで50 Ω 出力 ＝0.05 mW ＝ -13dB
77 dB となる。
1.2V／10ｍWの最大出力は非常に小さく見えるが、HPAの出力としては十分に思えてきた。自分HPAが妥当であることの言い訳なので 読み流してください。
注2)メーカー製のスペックを参照してみると以下の通り。
KORG DS-DAC-10R
70mW+70mW(32Ω)
Sony PHA-2
165mW+165mW(8Ω、10%歪)
90mW+90mW(32Ω、1%歪)
25mW+25mW(300Ω、10%歪)
ONKYO DAC-HA200
145mW+145mW(32Ω、1kHz、10%、JEITA)
60mW+60mW(300Ω、1kHz、10%、JEITA)
35mW+35mW(600Ω、1kHz、10%、JEITA)
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