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【初心者向け】 A47式ヘッドホンアンプを自作しよう!(基板製作準備編)
ちょっとこのブログの検索キーワードをチェックしてみたところ…「自作ヘッドホンアンプ」や「回路図」「配線図」などが結構多いようで。この記事が効いているのもあるのですが、管理者的には嬉しいポイントです。

ただ、ちょっとお遊びポイント多めな基板での解説記事ですし、脱初心者向け記事を目指したものですので、初心者向けの製作記事としてはやや難ありかと思います。という事で、これまた検索キーワードに多かったA47式回路を例にして、据置型ヘッドホンアンプの製作方法を紹介したいと思います。キットからのステップアップにいかがでしょう?

なお、本記事は「キット程度なら作れるけれど、回路図はイマイチ分からない」位の方に向けて書いていきます。部品表と実体配線図を見ながら、まずは一つ作ってみて下さい。一回自作してからのほうが、回路図も理解しやすくなると思います。

回路図


【初心者向け】 A47式ヘッドホンアンプを自作しよう!(基板製作編)

ずっと使わせてもらっているA47式の定数(司氏)を基に、多少のアレンジを加えたものです。オペアンプ入力ピン直近のコンデンサ(C2)はnabe氏のアイデアを使わせて頂きました。安全寄り、かつ入手しやすい部品を使えるような回路となっており、入出力ともカップリングコンデンサ挿入・大きめの位相補償・ほどほどの動作電圧・単電源を分圧して仮想GND生成…という構成です。

入出力のカップリングコンデンサは各種要因で信号に乗ってしまう直流電圧をカットするものです。出力に直流電圧が出てしまうと、程度にもよりますがイヤホン・ヘッドホンに悪影響を与える可能性があります。安全性を考えれば直流電圧は無いに越したことはありません。

なお、入力カップリングコンデンサ(C1)とバイアス抵抗(R1)、および出力カップリングコンデンサ(C5)と出力接地抵抗(R9)+接続機器のインピーダンスがそれぞれハイパスフィルタを構成します。つまり、コンデンサを通った時点で低域が減衰します。上記回路図の定数の場合、入力側は約8Hz、出力側はインピーダンス32Ωのヘッドホンを接続した場合に約10Hzがカットオフ周波数になります。

参考→CRハイパス・フィルタ計算ツール

カットオフ周波数は可聴域外(20Hz以下)ですが、実際にはもっと高い周波数から減衰し始めます。気になる方は、コンデンサ容量を増やして下さい(C1を1~22uF程度、C5を470uF~1000uF程度)。あまりに増やしすぎても別の問題があるので、この辺りが程よいところ。

実体配線図


【初心者向け】 A47式ヘッドホンアンプを自作しよう!(基板製作編)

一般的なユニバーサル基板(72mm x 48mm)一枚に収めました。秋月C基板やICB-288など、入手しやすい片面基板を使って下さい。配線図左が秋月C基板、右はマルツ基板LUPCB-7247S(ICB-288もほぼ同様)での例です。上記は部品面から見た配線図となっていますので、ハンダ面から見ると左右が逆転します。

【初心者向け】 A47式ヘッドホンアンプを自作しよう!(基板製作編)

ハンダ面からの図がコチラ。配線技術として難しい部分が少なくなるようにしてみました。ジャンパを飛ばしたり、斜め配線が隣接したりという事が無いように(U1周辺だけ斜め隣接アリ)。部品量はそこそこありますが、変な配線は無いので根気よく作れば完成出来る…ハズ。

部品表


部品番号名称・部品例個数入手先例参考単価
基板片面ガラス・ユニバーサル基板 Cタイプ(72x48mm)1枚秋月60円
-丸ピンICソケット(8P)3ケ秋月15円
-スイッチングACアダプター12V1A1ケ秋月600円
-2.1mm標準DCジャック1ケ秋月60円
-トグルスイッチ1回路2接点1ケ秋月80円
J1RCA絶縁ジャック(パネル取付タイプ) 赤1ケマルツ126円
J1RCA絶縁ジャック(パネル取付タイプ) 白1ケマルツ94円
J23.5mmステレオジャック1ケ秋月60円
-【YM-130】YM型アルミケース1ケマルツ630円
VR2連式ボリューム A特性 20kΩ1ケマルツ157円
U1利得部2回路オペアンプ・LME49720など1ケ秋月270円
U2バッファ部2回路オペアンプ・LT1364など1ケマルツ640円
U3分圧部2回路オペアンプ・NJM4556ADなど1ケ秋月40円
C1入力カップリング・フィルムコンデンサ 1uF
(電解コン 10uF~22uF/16V以上でも可、音響用推奨)
2ケマルツ94円
C2-3位相補償・フィルムコンデンサ 100pF2ケマルツ31円
C4, 8-13Zobel、パスコンなど・フィルムコンデンサ 0.1uF8ケ秋月20円
C5出力カップリング・電解コン 470uF/16V以上
(直径10mm以下、音響用推奨)
2ケマルツ84円
C6-7電源デカップリング・電解コン 1000uF/10V以上
(直径10mm以下、低ESR品または音響用推奨)
2ケマルツ94円
R1バイアス抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 20kΩ2ケマルツ21円
R2入力抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 1kΩ (音響用推奨)2ケマルツ21円
R3接地抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 2.4kΩ (音響用推奨)2ケマルツ21円
R4帰還抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 4.7kΩ (音響用推奨)2ケマルツ21円
R5バッファ入力抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 100Ω2ケマルツ21円
R6-7出力抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 47Ω4ケマルツ21円
R8Zobel回路抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 10Ω2ケマルツ21円
R9出力接地抵抗・1/4W金属皮膜抵抗 10kΩ2ケマルツ21円
R10-11分圧部抵抗 100kΩ (カーボン抵抗で良いが選別推奨)2ケ秋月1円
R12-13仮想GND出力抵抗 22Ω (カーボン抵抗で良い)2ケ秋月1円
R14LED電流制限抵抗 4.7kΩ (カーボン抵抗で良い)1ケ秋月1円
L1-2電源フィルタ・インダクター(100μH0.79A)2ケ秋月30円
LEDLED (お好みで)1ケ秋月20円
必要部品合計価格4091円


部品はとりあえずの一例です。全部1円カーボン抵抗に一般用途コンデンサ、格安オペアンプで作っても良いですし、オーディオ用パーツに高精度オペアンプでも良いでしょう。高級パーツ=高音質とは限らないのが面白いところ。

なお、消耗品的なスズメッキ線や被覆線、ハンダ、ピンヘッダ、各種ネジ類(M3ネジ・ナットとM4ナットが4つずつあればOK)は表に入っていません。足りなければ適当に購入してください。

ジャック類


入出力ジャックですが、「外部機器からRCAケーブルで接続→3.5mmミニプラグのイヤホン・ヘッドホンに出力」というパターンが多そうなので、J1-2にRCAプラグと3.5mmミニジャックを選択してみました。使う予定にあわせて入出力とも3.5mmミニジャックにしたり、出力を6.3mm標準ジャックにしても良いでしょう。ケースアース由来のトラブルを考慮すると、金属ケースでは絶縁タイプのジャックを選択したほうが良いと思います。ただし、ヘッドホン出力ジャックは非絶縁型でも構いません。

DCジャックやスイッチ、LEDは適当に。ACアダプタを電源として基板上で分圧するので、スイッチは1回路でOK。LEDも基板上で電流制限してあるので、ブラケット型の抵抗入りLEDを使う必要はありません。もっと明るくしたい、もしくは明るすぎる…なんて場合は、電流制限抵抗R14を変更して下さい。個人的には1~2mA位LEDに流すとちょうどよい感じ。

参考→LEDの抵抗値計算

コンデンサ類


小容量部分にはフィルムコンデンサを使いましょう。特性にもよりますが、積セラはオススメしません。入力カップリングコンデンサを増量するなら、オーディオ用の電解コンデンサに変更してもOKです。

電源部の電解コンデンサについては、低ESR品がオススメ。高いですが、オーディオ用品種や固体コンデンサも良いでしょう。カップリングコンデンサについては、オーディオ用を使うのがオススメです。なお、カップリングコンデンサにはOS-CON不可です(メーカー非推奨)。どのコンデンサも品種によって音が結構変わりますので、色々お試しを。

品種例(下線は管理人が特にお気に入りの品種)
  • 秋月…MMT 0.1uF、ECQV 2.2uF、MCZ 1000uF
  • 千石…指​月積層型 0.1uF, 1uF、UPZ 100pF、MKS2 0.1uF, 1uF、
    HZ 1000uF、MCZ 1000uF、UTSJ 470uF
  • マルツ…ECQV 0.1uF、PILKOR 1uF、WDQC 100pF、
    KZE 1000uF、KZH 470uF, 1000uF、FW 470uF, 1000uF、KW 470uF, 1000uF

抵抗類


回路図上部の音声系には音響用品種を使うと効果的です。特にR2、R3、R4は影響が大きめでしょう。回路図下部の電源系は安価なカーボン抵抗で十分です。ただし、R10-11の分圧部抵抗100kは2本の抵抗値が揃っていた方が良いです。何本かテスタで抵抗値を調べて使うのがオススメ。

また、ボリュームも音質に大きな影響があります。東京光音2CP601やアルプスミニデテントRK27など定評あるボリュームでも良いですが…高いです。自作派の間ではマルツ等のR1610Gが高評価。ギャングエラーが大きめな個体も稀にありますが、かなり高音質です。なお、VRを10kΩ品に変更してもOK。

品種例(下線は管理人が特にお気に入りの品種)
  • 千石…REY、REX、ニッコーム、R1610G
  • マルツ…LMFQ、REX、R1610G、RD925G
  • 各店舗…100本100円カーボン抵抗

オペアンプ


2回路品種用に配線してあるので、1回路品種を使うなら変換基板などを使って下さい。電流帰還型は使えませんが、品種自体は色々動作します。U1(利得)に好みの音色の品種、U2(バッファ)に電流大きめの品種を使うと効果的です。U3(分圧部)には電流が取れて低ノイズ、高精度の品種が良いでしょう。なお、品種例にはそのまま使えるDIP品の入手例を挙げてあります。

品種例(下線は管理人が特にお気に入りの品種)
  • 秋月…NJM4556AD、LT1112、LME49720、OPA2604
  • 千石…OPA2604、OPA2134、LME49720
  • マルツ…LT1112、LT1364、LT1469、LT1498




以上、基板製作の準備編でした。次回は製作のポイントや作例の紹介を予定しています…が、いつになるやら?
電子工作 | [2013-01-31(Thu) 01:08:48]
Trackback:(0) | Comments:(4)
コメント:
帰還ループの中にU2(バッファ)を収めてあると、どのようなご利益があるのでしょうか?
2015-02-20 金 15:23:03 | URL | RYU #qbIq4rIg [ 編集]
> 帰還ループの中にU2(バッファ)を収めてあると、どのようなご利益があるのでしょうか?

A47に限った話ではありませんが、一般論として…。

前段のオペアンプの負帰還内に後段のバッファ回路まで含めることで、後段の回路で生じたノイズや歪みなどの抑制が期待できます。ヘッドホンアンプとして歪率などの特性もだいぶ改善される…はず(そこまで測定できる環境がないのでデータだせませんが…)。

初段オペアンプの帰還内にバッファを入れない作例ももちろんあります。負帰還の音を嫌う、初段オペアンプの影響を受けずにバッファの音を出す…などの考え方ですね。この場合は、アンプの特性に対する後段の影響も大きくなります。

結局のところ、バッファも含めた回路を帰還ループに入れる → 回路全体に対して負帰還のメリットを与える…という事になりますね。
2015-02-20 金 22:43:17 | URL | kiry #G.Wk6TwM [ 編集]

はじめまして。こんにちは。
とても詳しい記事で色々参考にさせてもらっています。

1つお伺いしたいのですが、記事の中で回路図と実体配線図を掲載されておられますが、これはどういったソフトで作られているのでしょうか?
2015-11-07 土 15:23:39 | URL | 通りすがり #- [ 編集]
コメントありがとうございます。

どちらの図も「水魚堂」さまのフリーソフトです。回路図はBSch3V、実体配線図はMBEですね。MBEは基板製作用CADなのですが、ユニバーサル基板で配線を考えるのにも便利なのです。残念ながら、今年の4月に更新終了となりましたが…。

---
水魚堂オンライン <http://www.suigyodo.com/online/index.htm>
2015-11-08 日 00:00:40 | URL | kiry #G.Wk6TwM [ 編集]
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