Ａ級増幅ヘッドフォン・アンプ・パーツセットの製作
コミケットで入手した黒羽音響技研さんのＡ級増幅ヘッドフォン・アンプの組立の記録です。
・「アセンブル」
2010年4月7日：
普通の製作記事ならシャーシーが準備されたこの段階から製作開始です。
各部品を所定の位置に取付けてゆきます。
基板は5mm 長のスペーサーを底板に固定し、その上に乗せました。
底面に貼り付けたゴム足は美観を考慮して東急ハンズで手に入れた透明軟質ウレタン樹脂製の「戸当りクッション」（242円）です。
底板に取付ける足によって音質は変るのですが、とりあえずこの足からスタートします。
アッテネーターを取付けるＬ字板は側板より1mm 背が高過ぎたので、ヤスリで頭を削り込みました。
ここで問題が発生しました。
電源トランス二次側からの交流出力を受けるブリッジダイオードは左右いずれかの放熱器に取付けようと甘く考えていました。
しかし、左側の方はLED 付電源スイッチの周囲が狭い箇所で混み合い、かつ放熱器の取付け方から作業段取りを考えてみると、トランス一次側のハンダ付け配線を済ませてからその配線済みトランスを一旦外してからでないと、ブリッジダイオードを固定した放熱器を取付け、配線をすることが出来ません。
重量のあるトランスを動かすことで、端子に配線済みのケーブルに思わぬ力が掛かりそうでトラブルの元に見えます。
右側放熱器の側は作業のゆとりがあり、電源トランス一次側の配線を済ませてからそのまま二次側の配線作業に入れます。
ただし、問題は音量ボリュームへの延長シャフトと放熱器に付けたブリッジダイオードとの距離が数mm しか離れておらず、しかもブリッジダイオードの各端子が延長シャフトをまたいでしまうということです。
導電性のアルミシャフトと低電圧ですが大きな電流の流れる端子が接近し、かつアルミシャフトの先端が微少音声信号を扱う入力ボリュームの中心軸まで電気的に直結していることは愉快なことではありません。
対策を考えてから工作に移ることにします。
2010年4月11日：
延長シャフトを6mm 径のアクリル棒にして絶縁対策をしました。
このシャフトと干渉しない位置にブリッジダイオードを取付ける穴としてM3 のタップを立て、ダイオード中心穴をM3 平頭ボルトで締め付けて固定しました。
ブリッジダイオードは背の低いA&R Lab 製ショットキー・バリア・ダイオード・ブリッジB6A03 だったのでシャフトに干渉しにくく助かりました。
6mm 径のアクリル棒は実測してみますと、0.1mm 程6mm より太く、フロントパネルの軸受けにきちきちで回転しにくいことが分かりました。
アクリル棒を電動ドリルのチャックにくわえて旋盤よろしく低速で回転させ、水ペーパーを広げ押し当ててわずかに太さを削り軸受けのサイズに合わせました。
この加工が終わってから、元のアルミシャフトのブリッジダイオード端子と接触しそうなところに絶縁チューブを被せるだけでいいのではないか、と気付いたことは後知恵と言うものです。
トランスは底板にM4 の穴を開けて取付けました。
制振合金Ｍ2052 の切り落としをカットして作ったワッシャをトランスと底板との間に鋏んでM4 ボルトを通して締め付け、少しでも振動の減少に努めました。
この制振合金の切り落としは以前購入したまま何年も使う機会がなく死蔵していたものです。
ここより上の画像に写っているトランスは位置の見当付けのためにただ置いているだけのものです。
電源スイッチに内蔵されたLED ランプを点灯させる回路は、以前メモしておいたものを使いました。
電源トランスの一次側には100V の他に110V のタップがあります。通常は0V と100V にコンセントからの電灯線を繋ぎます。
余っている110V と100V の間にはオートトランスの原理で10V の電位が生れます。
この10V を半波整流して抵抗で降圧しLED ランプを点灯させます。
ただ、申し訳ないこととは思いますが、この回路をメモした元が何かの雑誌だったのか、ネットの上だったのかを覚えていません。
メモは出典元の素子や数値のままでしたが、秋葉原に買い出しに行ったところ、ダイオードはもうこの型番は古くて扱っていないとういことで互換のものを買いました。型番は控え忘れましたが通常のシリコン・ダイオードです。
抵抗も1.7k が無く1.8kΩを使いましたが何ら問題なくランプが点灯しました。
2010年4月19日：
私の技術と工具では手の打ちようがなかったので外注でお願いしていたフロント・パネルの掘り込み加工が出来上がったので受け取りに行きました。
基板キットの黒羽音響技研さんのロゴが大変に格好が良かったので、アンプのパネルにこのロゴを使わせていただきたいと以前お願いしたところ、快く使用の許可がいただけました。
熱転写プリンターALPS MD-5500 で転写デカールを製作してプラモのように表面に貼ろうと当初は考えていたのですが、どうも質感とマッチしそうもないので悩んでいたのですが、掘り込み加工しようとのアイデアが浮かびました。
しかし、ミニルーターは持っているものの、手作業でこんな微細な正確さでロゴを刻むことは不可能であることは自明です。
インターネットで検索したところ、何と同じ横浜市内に人工大理石やアクリルへのNC ルーターによる掘り込み加工やレーザーによる焼き付けサービスをしてくれる工房がありました。
都筑区のMultiカット加工工房「トンボ」さんです。
近くの上大岡駅から横浜市営地下鉄で40 分ほどのセンター南駅だったので、フロント・パネルと仕上がりのイメージ図とUSBメモリに入れたロゴのデータを持って相談に持ち込みました。
人工大理石への掘り込み加工は最細の1.6mm ビットで行います。
持ち込んだロゴのデータをNC ルーターで利用できるようブラッシュアップし、またPOWER,PHONES,VOLUME の文字入れは相談の上でルーターによる掘り込み加工ではなくレーザーで焼込むことにし、以上を先週依頼をしてきました。
それが早々と仕上がって来ました。
ルーター掘り込みの深さは1.5mm で、たいへんに鮮明です。掘られた溝の底は滑らかで、とても手作業の比ではありません。
文字のレーザー焼き入れは初め文字を焼いた後で墨入れをするよう相談していたのですが、トンボさんが黒やグレーでの墨入れを試行してくださり、何も墨入れしないものが結果的には一番良いバランスであったとの連絡を受け、実際に各色での墨入れと墨入れ無しのサンプルを見せていただき、確かにアドヴァイスの通りだったので、この状態で受取ってきました。
想像以上の格好良さです。
何かメーカー品のようなフロント・パネルです。
改めてトンボさんには感謝いたします。
こうなると早くアンプ全体を完成させなければと背中を押されるようなプレッシャーすら覚えます。
2010年4月21日：
入力端子 ー＞ アッテネーター ー＞ 基板 ー＞ フォーンジャックを結線しました。
全ての線材はベルデン製絹巻錫メッキ単線をツィステッドペアにしたものです。左右のラインの長さはどの箇所も同一となるようにしました。
この線材はCD プレイヤー用ライン結合トランスのケーシングに使おうと思って準備していたものですが、早い者勝ちです。
やはり単線はハンダ付けがしやすいのはいいのですが、ベルデンのこの電線は端末処理の際に表面に巻かれた蝋引き布、その下の逆向きに巻かれた絹糸の層、その下にさらに逆向きに巻かれた別の絹糸の層を丁寧に剥いて除去しなくてはならないのが難物でした。
ワイヤーストリッパーの出る幕ではないのです。
まだ筐体内の電源回路は出来上がっていなかったので、アルカリ単三乾電池１５本を使った１８Ｖ直流電源をつないで試聴しました。
完成までに基板を触りまくっていましたので、まず出力オフセット電圧を0.2mV までに再調整します。
入力はCD,SACD の出力を金田式DC プリアンプを通して接続してあります。
何しろ配線したてですのでまだ本調子は出ていないと思いますが、ピアノソロでは再生音はきめ細かく演奏者の椅子のきしみの音まで生々しく再生され、テラークＣＤの大音響でもサチることがありません。
さすがに電力ドカ喰いのA 級増幅回路を単三乾電池（直列なので寿命は実質１本分）による駆動なので、長時間試聴ははばかられ動作確認に徹しました。
音質上も乾電池１５個分の直列では電源の内部インピーダンスが高くなり、本当の回路の実力が出せているかどうか問題と考えます。（この電源モジュールを横に１５個並列に接続すれば、ようやく乾電池１個分の内部インピーダンスに戻りますが・・・それはあまりに考えたくもない状況です）
ところが音を絞って無音にしても、ごく小さい音でハムが聞こえます。
電池ドライブなので電源に起因するものの筈はありません。
前段の金田式DC プリアンプの音量ボリュームを絞り込んでもハムの音量は変りませんし、このアンプの入力アッテネーターを絞り込んでも音量は変りません。
これは周囲が導電体で覆われておらず基板むきだしに近い状況のせいかと思い、筐体内面に銅箔を貼り巡らしてシールド対策をすることまで考えました。
しかし、アッテネーターの上に手をかざすとハムの音量が上がることに気付きました。
犯人はこのでかい金物細工らしいです。
とりあえず、アッテネーターのシャフトと入力のアース側とをワニ口クリップで接地しました。
ピタリとハムが止まりました。
考えてみれば、私はボリューム付きの回路を自作する時にはいつも無意識的にボリュームの外装にアース線をハンダ付けしてシャーシーに接地していました。
宙に浮いたままどこにも繋がっていない金属はわるさをする、というのが基本的な注意でした。
また、元々のキットでは初段の入力抵抗が5kΩ だったのを、真空管プリアンプとの関係で50kΩ に変更したことも誘導ハムの原因かもしれません。
後日、基板のGND ランドとアッテネーターのシャフトとを正式にワイヤーで結線することにします。
しかし、乾電池駆動の段階でこのハムに気付いてよかったです。
さきに交流整流回路が完成していてそちらで駆動した状態でハムを発見したら、筐体のシールド不足疑惑に始まって、電源ケミコン容量不足疑惑やらダイオード不良疑惑やらトランスの向きの不適疑惑やら真相解明にえらく手間どったことと思います。
それにしても基板の方は周りをシールドしていない、いわば丸出しの状態なのに誘導ハムが聞こえなかったのは、ベタアースに近い大面積のアースがその表面の大部分を覆った設計だからと考えます。
逆にレジストから覗いて見えるアース部のランドのサイズからは予想もつかない、ハンダ鏝の容量が必要でした。
2010年5月1日：
アッテネーターのシャフトに合うような大型ラグは無かったので、ジャンク箱の底にあった0.4mm 銅板を切ってラグを自作しました。
基板のGND ランドにピンを立てて導線で接続しましたところ、誘導ハムは消えました。
ただ、この大柄なアッテネーターの外側は抵抗素子（というか固定抵抗の群れ）が丸出しです。
この外部全体を導体シートで囲んでシールドすればよりハムの量が消えることが予想されますが、それは後日の課題としてメモしておきます。
秋葉原中探しても見付からなかったナショナル・セミコンダクター社のオペアンプLMC6001AIN が若松通商の通販で届きました。
１チップに１回路が入ったチップで、キットに標準搭載された日本電気製μPC811C と置き換え可能なもので、組立マニュアルに「おすすめ」の品とあったので、どうしても我慢できず注文してしまったのです。
問題は１チップが1,942円もするので、４チップに送料を加えると8,008円も掛かったことです。
（実は３チップで充分だったことに注文直後に気付きました。残り１チップは予備とします）
現行のままでアンプが完成したら、このオペアンプと交換して聴き比べてみる予定です。
2010年5月4日：
交流整流回路は電源トランスPMC-181W 二次側の18V 1A の２巻線を並列にして2A にし、ブリッジダイオードにつないで直流化します。
二次側を並列接続する際にはうっかり各巻線の極性が合わないと火事になりますので、極性の確認が必要です。
分かりやすい簡単な確認法・接続法を解説したサイトを参考にしました。
ケミコンは3300μF を２本並列にし、高域の補正用にジャンク箱の中から未使用のまま転がり出て来た岡谷のVXコンを並列に追加しておきました。コンデンサー群は蛇の目基板の上に配置し、裏面に1.6mm 錫メッキ銅線を這わせて接続しています。
当初使うつもりだった10000μF は突入電力が怖くなり、今回は採用を避けました。
VXコンは以前、金田式プリアンプを製作した時にケミコン出力に入れてケミコン高域特性の改善用に使ったものの余りです。もう十年以上も出番を待っていました。
ブリッジダイオードでの整流では電源トランス二次側電圧のルート２倍になりますが、整流ダイオードを２回通るので順方向の電圧降下を見込んで、
18V * 1.414 - 0.7 * 2 = 24.052V
となるはずが、無負荷実測値で26V もコンデンサー群の出口で現われています。
いささか元気が良過ぎます。
アンプ基板に接続して電流が増えると電圧が降下しますが、ここにいきなりアンプ基板に繋いで試行錯誤するのは乱暴です。
電源から見て、このアンプ基板が何Ωの負荷に相当するかまず調べます。
別筐体の実験用定電圧電源とアンプ基板を電流計をはさんで接続し動作せさます。
このアンプはA級増幅回路ですので、音楽信号の最大出力時も無出力時も使用電力は一定のはずです。
18V を加圧時に160mA の電流が流れています。（組立マニュアルにACアダプター18V 500mA を用意とありますのが納得です）
オームの法則E(V) = R(Ω) * I(A) により、電源から見てアンプは112.5Ωの負荷と考えられます。
消費電力は18V * 0.16A = 2.88W です。
この筐体内に組んだ電源に110Ω 3W程の抵抗を繋いで、その両端電圧が組立マニュアルに指定された18から19V の間に納まるようやりくりしてからなら、アンプ基板に直結しても良さそうです。
アンプ基板の電源の入口に３端子レギュレーターが仕込まれていますので、多少の過大電圧は熱に変えて処理してくれそうですが、最後の最後の工程で冒険したくはありません。
なお、各実験のたびにコンデンサー群に残った物騒な帯電分は100kΩ の抵抗で穏やかに放電させました。
2010年5月8日：
ジャンク箱の中を探したら昔拾った真空管式テレビ（たぶん白黒テレビ）から外した抵抗でダミー用に使えそうなものが見付かりました。
200Ω と250Ωで、並列に接続して実測したところ113.8Ω になりました。何十年前の部品か分かりませんがこの大きさなら合成で3W はありそうです。
このアンプ内の電源回路のケミコンの出力に負荷として繋いで電源を入れたところ、25.9V が掛かっています。
抵抗は熱を帯びましたが煙を噴き出すような熱さではないので、このまま実験を続行することにします。
電源のノグチトランスPMC-181W はこのような巻線構造になっています。
現在一次側は100V タップに電灯線をつなぎ、二次側は18V タップから電気を取り出しています。
ここで、一次側は110V に電灯線をつなぎ、二次側は16V タップを使うとすれば、単純計算で、
25.9V * 100/110 * 16/18 =20.9V
にまで整流後の電圧は下るはずです。
トランスの一次側、二次側のハンダ付けを上の通りにやり直し、電圧を実測したところ21.0V でした。
もうよかろうとアンプ基板の０Ｖ とコンデンサー群基板の０Ｖ とのリード線をハンダ付けで直結し、アンプ基板の＋側からのリードとコンデンサー群基板＋側との間には微調整用に40Ωのレオスタットを鰐口クリップで直列にはさみました。
このレオスタットは巻線式でホーローびきの直径56mm もあるもので、おそらく中学生の電動怪獣プラモで遊んでいた頃に電池の消耗が激しいので、「子供の科学」誌を参考に電灯線を使ってパワーパックを自作しようとして手に入れたものでったはずでした。
（買いに行った当時の秋葉原の中央道路にはまだ都電が走っていた・・・などと言うことは脱線です）
たとえ300度で赤熱する程の過負荷でもビクともしない強靭さですから、耐圧について考える必要はありません。
最大値の40Ωからじわじわと抵抗値を減らしてゆくと20.1Ωのところで、ちょうど18.0V がアンプ基板に加わりました。
あとは20Ω 3W ほどの固定抵抗をレオスタットの代わりにハンダ付けすれば電気回路は完成です。
細かいことを言えば電源回路の出力インピーダンスの点からは、あまり直列に抵抗をはさみたくはないところですが。
ここまで製作が進んだところで、このキットにも使用されているフィルム・コンデンサーの製造元のニッセイ電機株式会社が自己破産申請の準備というニュースを知りました。
いろいろと事情があったと思いますが、エレクトロニクス業の基本を支える部品メーカーが倒産とは残念なことです。
2010年5月9日：
完成してから換装する予定だったのですが、上の状態でCD １枚ほど聴き通してテスト稼動させていたところ不安定な状態にもならなかったことに気を良くし、誘惑に負けて標準装備のオペアンプNEC 製μPC811C を通販で手に入れておいたナショナル・セミコンダクター製LMC6001AIN に置き換えました。
刺さっているIC を引き抜くのは指先では力の入れ方が微妙ですが、専用の簡易ピンセットを使うと確実です。
大昔コモドールPET の8KByte のメインメモリを拡張しようと32KByte のメモリボードをワイヤラッピングで自作した時に入手したものですが、それから今までずっと死蔵したままだったものです。
オペアンプの換装が一部マニアの間で流行しているそうですが、簡易なこの工具は便利でした。
〔不器用な私はすぐIC の足を曲げてしまいますので）
かなめの回路を交換しましたので出力オフセット電圧を調整し直しましたが、ポテンションメーターはそれほど廻さずに済みました。
本来はオシロを繋いで発振の有無を確認すべきですが、組立マニュアルにおすすめとあったオペアンプでしたので信頼し、後回しにします。
（この組立マニュアルには換装不可のオペアンプもリストされていますので遵守するのが吉です）
上でも述べたマニアの間で流行してオーディオ誌でも取り上げられるオペアンプの換装ですが、換装後の発振のチェックについて触れている記事が少ないのはいかがなものかと思います。
気になることがありますので（後述）１時間ほど通電してからの試聴です。
音質の変化ですが、同じ曲を聴くと抽象的な言い方ですがピアノの音が活きが良く、テラーク盤のカルミナ・ブラーナではアタックが容赦なく打ち込まれながらすっきりとした響きです。
ノイズは元々μPC811C の時からが少なかったので差は分かりませんでした。（蛍光灯や他の電気器具を切っての試聴）
高音と低音の伸びも違いは感じられません。
あっと魂消るような驚天動地の大変化にはなりませんが、この弾むような音の活きの良さは魅力です。
これからはLMC6001AIN に換装したままの状態で作業を進めます。
それにしてもフロントパネルと砲金ツマミを付け、天板をかぶせた状態で電源スイッチを入れるとスイッチ内蔵の青色LED がほんのりアクセントになって悪くない印象です。
デザイン的な反省としてはスイッチの孔を長方形ではなく上下を丸めればスマートな印象になったと思います。
また中央ロゴもう少し下に位置させた方がパネルが引き締まって見えたと思います。
気なることです。
まだ5月8日の段階で予定した整流後電圧21.0V を18.0V まで降圧させるための直列抵抗20Ω がないので、＋電源ラインを外部に引き出してに40Ω レオスタットをはさみ、アンプ基板に掛かる電圧を電源投入直後に18.0V になるように調整しておきます。
ところがCD １枚分ほどを１時間程度も鳴らし続けると、アンプ基板電圧端子がこのように17V 代に下ってしまいます。
アンプ基板上の電圧端子に直結している+15.0V用三端子レギュレーターはTA7815S は最小入出力間電圧差が2.0V ですので、この17.13V は動作限界ぎりぎりに近付いています。
素人考えですが、レオスタットの抵抗線が通電によって発熱して抵抗値が上昇し、その結果電圧が下ってしまったのではないでしょうか。
こうなると内蔵予定の降圧用の固定抵抗器をどうするか悩んでしまいます。
一応TA7815S は入力電圧が+35V となっていますので、ケミコン出力の21.0V を降圧抵抗抜きで直結しても問題はないとは思いますが（筐体内での発熱問題は別）、まだ二の足を踏んでしまいます。
（同一パッケージで同一最大入力電圧の新日本無線製の15V用レギュレーターNJM7815FA に交換すれば、許容損失が2W の東芝TA7815S に比べて16W もありますのでケミコン出力21V を直結しても問題なさそうですが、品質過剰すぎてそこまでやる必要があるのかと不安です）
5月9日追記：
夕食後に上記の状況のまま３時間ほど電源を切ることなく、さまざまなCD を聴き続けました。
ちょうど手書きで文書を転記・清書する作業がありましたので、ながら聴きです。
繋ぎっ放しだったテスターを時々見て、アンプ基板上電圧端子の入力が18.0V になるようレオスタットの抵抗値を少しずつ下げていったところ、最後の１時間ほどは安定しました。
電源を切ってから取り外したレオスタットの抵抗値は13.5Ωでした。
なお、音質の特徴も見えてきました。
使用したヘッドフォンはこのアンプでメインに使う予定のAKG 製K701 （62Ω）です。
いわゆるS/N 比ではない静粛性があります。鳴っている音が自然な形で前後に分離し、特に鳥のざわめきや樹の葉擦れといった自然音の場合に遠くの音が行方不明ではない形で広がって聞こえるのが快いです。
分解能というべきかもしれませんが、特に高域が突出しているという形ではありません。文学的（笑）形容をすれば自然さの迫力とでも言うべきでしょうか。
どこかが突出していたり刺激的な音であれば、いくらながら聴きであっても３時間の長丁場をヘッドフォンで聴き続けることは出来なかったはずです。
ただ、現状の電源の接続リードがワニ口クリップ付きのリードでくわえているだけで正規の導線のハンダ付けではないので、このアンプの万全な状態とは言いにくいので、まだ早急な判断はできません。
2010年5月13日：
前回の試験運転で、３時間連続稼働でアンプ基板上電圧端子の入力が18.0V になる為に必要な直列挿入抵抗が13.5Ωだったので、思い切って11Ωのセメント抵抗を直列に入れることに決定しました。
底板からスペーサーを立ち上げ、抵抗の端と＋電源リードの咲きには圧着端子を付けてネジで共締めしました。
こうしておけば、いつでも電池ドライブにも切り替えることが出来ます。
電源投入時の基板上電圧端子は19.3V でした。
そのままマーラー交響曲第４番（バーンスタイン指揮、ニューヨークフィル 1960年録音の2007年リマスタリング）のSACD を55 分間連続で聞き通しました。
フルオーケストラと第４楽章ではソプラノのソロまで入る多彩な音色でダイナミックレンジも大きいです。
何より聴いていて楽しい曲であることが何よりです。
（歌詞はキリスト教的独善に溢れてはおりますが、それを言うのは野暮というものです）
聴き終わった時点での電圧は18.8V でした。
組立マニュアルに指示された18V から19V の間との入力電圧はクリアしました。
11Ωのセメント抵抗、アンプ基板上三端子レギュレータ、オペアンプ、出力トランジスタに指の腹で触っても熱い程ではなく、ほんのり暖かい程度で、異常動作をしている様子はありません。
これでまずは完成！ ということにいたします。
せっかくですので大判写真で紹介します。
デュポンコーリアンの天板を乗せて仕上がりを見ますと、堂々とした外見です。
ただ、サイズからは思い掛けないほどの重量があるのが難点でしょうか。
これから本格装置の方に組み入れてマランツ＃７の管球プリアンプの出力に繋ぎ聴き込んでゆきます。
同人サークル「瀬」
檸檬児
'2010-5-13