ヘッドアンプの基板を起こしました

何度目の試みかわからないほどヘッドホンアンプ作りにチャレンジしてますが、やっと納得できる物ができました。

HPA-01と命名しました
img_0243

この前のバランスアンプをベースにしていますが、簡素化のために出力トランスは外しました。また、バランスヘッドホンはあまり普及してないので通常のヘッドホンで使えるアンバランス出力にしました。
※バランス仕様は作る予定です
※DACではないです。アナログ入力だけです。

市販のオペアンプの大半が動作する事を目標に作りましたので、まだあまりテストできていませんが個人的に苦手なOPA637や定番のTHS4631、高速で不安定なOPA657も動きます。
(写真のv5iはDCオフセットが出るのでだめですが…)
ICソケット周辺は意図的にスペースを作っているので、メタルキャンデュアルなども問題なく使えます。
ただ、出力カップリングコンデンサをつけてないので、DCオフセットが出るのは使用できないです。(正確にはヘッドホンが痛む可能性があるのでお勧めしません。実際のところ多少のオフセットは許容されるのですが)
出力トランスは復活する必要がありそうです…

安定動作を目標としているので、発振しやすい非反転回路ではなくトランスを使った差動増幅回路を採用しています。また、電流を消費することでも不安定化するので、電流増幅部をディスクリートで作りこむことでオペアンプに信号増幅だけをさせています。
信号増幅回路の周辺は超低ESRコンデンサとフィルムコンデンサを使用し、セラミックコンデンサを排除しました。
電源部分は使い勝手を考えてACアダプタを採用しました。当然単電源になるのでオペアンプによるレールスプリッタを採用しています。こちらも電流増幅回路を組み込んで安定化させています。
電源用コンデンサは音響用ハイグレード品を使っています。

周波数特性を測ってみました
※測りなおしました
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※OPA627を使っています

変なピークもなく標準的な特性だと思います。
前回のせてた周波数特性が怪しかったので計りなおしました。
オシロスコープつないだままだと変になるようです(そりゃそうだ)


使ってみた感想
よくあるオペアンプに直接ヘッドホンをぶら下げる形式ではないので、ヘッドホンの性能を最大限に発揮できているように思います。
iPhone6Plusとつないでみましたが意外に音が良いので驚きです。
そのまま直結すると痩せて平坦なイメージがあるので…

初期添付のオペアンプは悩み中です。癖のない普通なのが良いので、OPA827やADA4627を検討していますが、いっそのことTHS4631でもいいかなと思っています。

基板だけ販売を考えていましたが、ケースがなかったら不便すぎるので図面書いてます…
後で作った基板のほうがいいのでやめました

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SounDroid VANTAMの検証

SounDroid VANTAMを購入しましたので、使用できるオペアンプを検証しました。
※まだ書きかけです

バランス出力も付いてるので、頑張って2.5mm4極→XLR4Pinメスケーブルも作ってHD800で聞いたりしてました。
このケーブルって売ってそうでなかったりします…
(Amazonで探しただけですけど)
2.5mm4極は半田付け難しいです。

検証構成
光SPDIFで入力
ヘッドホン出力にオシロスコープとダミーロードを接続
使用したヘッドホンはAKG K812

オペアンプの電圧は±5Vでした。
2回路品が必要
デフォルトはLME49860

筐体が狭いので小型基板を採用している物以外は一切使用できません。

※下記検証結果は動作を保証するものでは有りません

まずは使えないオペアンプ
OPA637
ADA4637
LT1128

これらのオペアンプは発振しましたので使用できませんでした。

使えたオペアンプ
THS4631
THS4601
THS4012
THS4032
THS4062
OPA827
OPA627
OPA2211
OPA1602
ISL55002
LT1028
OPA656※注意が必要

幅広く使えたので驚きました。
THS4601あたりはだめだと思ってました。
ISL55002は動く機器がなかったので今回初登場です。(本当は販売する予定でしたが…)

なんと驚きのOPA656が登場です。
OPA656は動作電圧が±5Vで、使える機器はかなり限られます。
そういうこともあり、検証用としては保有していましたが販売する予定はありませんでした。
今回機器の電圧が±5Vでしたので試してみたところ、動作しました。
ただし、結構熱くなるので長時間使用した場合の影響はわかりません。
テスト時間は20分以内です。

●OPA656の感想
動く機器がないので伝説?になっているオペアンプで、どのように良いのかわかりませんでしたが、OPA659で作ったアンプと似た傾向がありました。
上手く説明できませんが、空気感がありました。
明瞭感とかクリアとかに近いような気もしますが、空気感といったほうがしっくりくるかもしれません。

OPA656の注意点
動作電圧が±5Vです。(電圧差は10Vまで許容されます)
USBが規格上5Vなので5Vで動作しているはずだという書き込みを見かけますが、内部電圧はDC/DCコンバータで昇圧できるので関係ありません。
高速オペアンプで発振しやすいため、機器によっては動作しない可能性があります。

OPA656の両面実装品は13000円で受注いたします。
納期は2週間となります。

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【お知らせ】入荷について

THS4631が入荷しました。
現在は購入いただける状態です。

メタルキャンパッケージのOPA627BMとOPA637BMの販売開始しました。
(再生チップを使用しています)
申し訳ありませんが、OPA627BMについては10/10時点で売り切れました


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OPA659でバランスアンプ

アンバランス->バランス変換アンプを作ってみました。
が・・・ぜんぜんまともに動かず・・・
やっと動いたのが3台目の超高速アンプ採用モデルでした。
失敗作はClassAAを使ってみたり、大電流駆動をしてみたり色々やっていたのですがオペアンプ2個使うと位相補償が難しかったり色々難しいですね。回路規模も非常に大きくなるし。

初心に戻って非反転+バッファにすべきだと思ったのですが、バランスアンプだとHotとColdが必要になるので非反転と反転を組み合わせる必要があります。
以前に作ったアンプの経験からわかった事は非反転と反転は、それぞれ位相補償の効き方が違うしそもそも効かない事も多いのでめんどくさくなります。反転バッファの後ろに非反転をつなげれば良さそうですが、それはそれで複雑になるので悩みました。
他の問題として入力ケーブルの容量も気になります。
そういえばトランスならHotとColdが出ていると思い出し、入力はライントランスを使うことにしました。ちょうど手元にタムラ製作所の600:600のライントランスがありましたので。
これで差動アンプとして構成すればHotとColdを入れ替えるだけでまったく同じ回路を片チャンネルにつき2個作ればいいですし、単純に4個同じ回路を作ればステレオになります。
でも、オペアンプは何にしよう?

THS4631がとても音が良いという評判は聞いているのですが、恥ずかしながら自作アンプで高速アンプを動作させたことがありませんでした。
超高速オペアンプファミリーのOPA656のデータシートを見ているとOPA659というオペアンプがありました。
スペックは以下のとおり
OPA659
帯域:650MHz
スルーレート:2550V/us

参考THS4631
帯域:210MHz
スルーレート:1000V/us

THS4631と比較して帯域とスルーレートを軽く上回っています。
ただし、いくつか問題があってSOT-23パッケージであることと動作電圧の最大が±6Vであることです。
OPA656も音が良いという噂ですので、これもそれなりに良いのではと期待して作ってみました。

作ってみた
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ぐっちゃぐちゃです。
出力側にもトランスを入れています。
サンスイのトランスなので周波数特性は良くないと思います。
そのうちヘッドフォン用のトランスを調達したいと思います。

肝心のオペアンプは1段目の基板裏に付けています。DIPサイズの変換基板がなかったので…

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電源は9VのACアダプターからレールスプリッター回路を通して供給しています。
最初は両電源で設計していたのですが、CVCC電源のノイズなのかわかりませんがACアダプターの方が音が良い感じです。
大電力目的ではなければレールスプリッターでも問題なさそうです。

肝心の音ですが…
クリアで忠実という感じなんでしょうか?
変にこもった感じとか音がやせたり、キンキンしないので良さそう。(HD800などで試聴)
とりあえずOPA134よりは好きです。傾向としてはTHS4631の系統に近いと思います。
差し替えできないので違いは?ですけど。
あと、DACを変えるとその違いがダイレクトに出てきます。
VANTAMにつないで聞くとイヤホンでも耐えられるノイズレベルなので、基本性能は高いと思います。
※iPhone6 Plusにつなぐと無音なので問題ないでしょう
※というかiPhone6 Plusって音良いんだって驚きました。カスタムIEM作りたくなるレベル
低音がカットされると心配していましたがそうでもないようなので、サンスイのトランスでも問題ないのかなと思うのですが、2次インピーダンスが8Ωのなのでよくありません。
そのうちトランスの特注をしたいです。1k:100ぐらいが適当かな

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OPA627AU両面実装品の模造品について

現在「OPA627AU デュアル 8Pin DIP変換基板実装済み」商品の模造品がAmazon.co.jpで販売されています。
販売者はANBEというストアで、当店とは無関係です。

当店から出荷してないのに同じ仕様を表記しているため、模造品と判断しています。
もし、ANBE経由で購入されても一切のサポートはできませんのであらかじめご了承ください。

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ArduinoでMUSES72320を制御する 試作1号

ArduinoでJRCのハイエンド電子ボリュームで有名なMUSES72320の制御をしたので備忘録として残します。
使用したのはArduino Nanoです。Unoとほとんど同じ機能ですが、非常に小さいのが特徴です。何をしたかったかというと自作アンプに組み込みたいという事です。
海外の記事や他のJRCの電子ボリューム制御の記事を見る限りSPI通信で制御するのが一般的なようですが、IO直叩きで制御しました。
A0につないだ5kの可変ボリュームから実際の減衰量を制御しています。

※注意
減衰量のマッピングを無視しています。変な減衰の仕方をしますが試作コードなんで許してください。そのうち修正します。

ピンアサイン
D2 → DATA
D3 → Clock
D4 → Latch
A0 → 5k可変ボリューム ショート防止に1k追加


MUSES72320は高性能ですが非常に高いという難点があります。
秋月電子様で1個2500円です。
80万とかのアンプに使われるチップだから仕方ないですけど。
あとオペアンプも別途必要なので回路的にもめんどくさい仕様となっていますが、好きなオペアンプを使えるのでLME49990とか組み合わせるとかなり低ノイズで良いのができるのではと思います。

上手く制御できなくておもいっきりはまりましたが、オシロスコープのプローブがおかしかったという罠でした。
Tektronixのプローブも劣化するということと、安物プローブはすぐ壊れるということを痛感しました。

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ディスクリートオペアンプの検証

Sparkos LabsとSonic Imagery LabsとBurson Audioのディスクリートオペアンプが届いたので簡単なレビューをします。
※追記あり

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左から
Burson Audio v5i Dual (シングルのICオペアンプを2個組み込んだハイブリッド型です)
寸法:横12.7mm 奥行き12.7mm 高さ12.7mm

Burson Audio v5 Dual
寸法:横12.4mm 奥行き14.3mm 高さ36.7mm

Sparkos Labs S3602
寸法:横14.6mm 奥行き15.9mm 高さ19.2mm

Sonic Imagery Labs Model 994Enh-Ticha Dual
寸法:横25.6mm 奥行き25.6mm 高さ22mm

となっております。(全部2回路品)
v5i以外非常に大きいので組み込める機器はとても限られると思います。
ICソケットの周りにコンデンサーが無いことも重要なポイントで、994は横幅も取るので回りに何も無いことが実装上のポイントです。

というわけで好きな物が使えるヘッドホンアンプを作りました。

IMG_0121

無駄にArduinoとか電子ボリュームICがのってますが、ゲインが小さいので使いません。
このアンプの特徴はバランス駆動となっていまして、反転増幅回路で逆位相の信号を作っています。Digifi No.22付録と同じ回路構成ですが、後段にダイヤモンドバッファを組み込んでオペアンプへの負荷を分離しています。
そのため、Unitiy Gain Stableなオペアンプなら何でも使えて、負荷による音質への影響がないようになっています。
しかし、ゲインを落としているため不安定なオペアンプは動作しません。
本当は出力用にBUF634を使いたかったのですが、思ったよりも高価だったのでディスクリート構成になっており、出力インピーダンスを稼ぎたかったので出力トランジスタは2パラという豪華仕様ですが、パワートランジスタを買いに行くのが面倒だっただけです。

とりあえずOPA627で視聴(ヘッドホンはHD800で純正バランスケーブルを使用)
やっぱりバランス駆動は一味違う鳴り方をします。
ケーブルの準備とかバランスアンプの準備とか面倒ですが、使用できる環境ならバランス駆動が良いですね。

Burson Audio v5i Dual に差し替え
発振してだめでした

Burson Audio v5 Dual に差し替え
発振してだめでした

Burson Audioのは発振しやすいと読んだ事があるのですが、やはり不安定なようです。
他の機器で試したいと思います。

Sparkos Labs S3602に差し替え
消費電力が高いです。
解像度が高くパリッとした感じ?かなぁ

Sonic Imagery Labs Model 994Enh-Ticha Dualに差し替え
でかいわりに消費電力はそうでもないです。
OPA627と同じぐらい。
S3602より丸い鳴り方ですが、HD800との相性が良いみたいで良い音でした。


Burson AudioについてはDr.DAC3でテストしました。
IV変換、差動合成(LPF)の両方で使用できましたが、v5については消費電流が大きいようでDC/DCコンバーターが鳴きます。
IV変換にはv5を使用しない方がいいかもしれません。
当然ですがv5をつけると蓋がしまりません。
v5iについてはDIP変換基板より少し大きい程度なので普通に蓋が閉まります。
音のほうですが、メーカーが書いてるとおり良い音でした。
解像度が1ランク上がる感じで繊細な音まで表現されているように感じます。
音質は少し劣りますが、サイズ的にはv5iが現実的な選択肢かもしれません。
(v5iはディスクリートではないですが)

まとめ
v5iは別としてOPA627を超える音だと思います。
どのオペアンプも良かったですが今回はModel994が1位でした。

各品種それぞれ1個だけ在庫がありますのでご興味がある方はお問い合わせください。
S3602は品切れです

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FOSTEX HP-A3の検証

FOSTEX HP-A3を検証用に購入しました。
なぜかと言うと当店のOPA627をご購入されるお客様の保有率が高いためです。
さっそくどのオペアンプが使用できるか検証したいと思います。

オペアンプの電圧
±約5.2V
初期オペアンプ:OPA2134
かなり電圧低いですが、この電圧だとOPA656がぎりぎり動きそうです。

検証構成
USB電源アダプターで本体へ給電
データは光SPDIFで入力
ヘッドホン出力にオシロスコープとダミーロードを接続
使用したヘッドホンはSennheiser HD800

こんな風景です
IMG_0113

無意味にメタルクラッド抵抗でダミーロード作りました。
こんなごついの使わなくても2W程度の酸化金属皮膜抵抗で十分かと思います。
ヘッドホン壊れたら立ち直れそうに無いので、今回からきちんとダミーロードを使います。

このDACは旭化成のAK4390を使用しています。データシートきちんと読んでないけど電圧出力のDACで、交換できるのはLPF部のオペアンプだったと思います。

あまり意味が無いですが、初期状態の波形です。
Screenshot_2016-07-09_1_180756

Screenshot_2016-07-09_0_180741

Screenshot_2016-07-09_2_180810

なんかすごいノイズのってるんですけど…
どうもヘッドホンアンプチップのノイズのようで、LINE出力の場合はノイズはありませんでした。
ちょっと良くないですね。

初期状態の音は広がりが足りない感じです。
狭いなーって思いました。

※下記検証結果は動作を保証するものでは有りません

検証結果
チップ名:THS4631
使用可能か:可能
感想:明瞭感があり解像度が高い
備考:

チップ名:THS4601
使用可能か:不可
感想:
備考:発振する

チップ名:THS4012
使用可能か:不可
感想:
備考:波形は正常だが出力にDCオフセットが出る

チップ名:THS4032
使用可能か:不可
感想:
備考:波形は正常だが出力にDCオフセットが出る

チップ名:THS4062
使用可能か:不可
感想:
備考:波形は正常だが出力にDCオフセットが出る

チップ名:LME49990
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:LME49722
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:OPA2211
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:OPA1602
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:OPA1612
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:OPA1662
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:OPA627
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:OPA637
使用可能か:不可
感想:
備考:発振する

チップ名:AD8620
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:ADA4898
使用可能か:不可
感想:
備考:発振する

チップ名:AD843
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:AD797
使用可能か:不可
感想:
備考:発振する

チップ名:AD744
使用可能か:可能
感想:
備考:発振する

チップ名:LT1028
使用可能か:可能
感想:
備考:

チップ名:LT1128
使用可能か:不可
感想:
備考:発振する


順位
1位:THS4631
2位:OPA627、LME49990
3位:OPA2211、AD8620、LT1028

まとめ
THS4631が意外にも使用できましたが他の高速オペアンプはだめでした。
THS4012とかは使用できるのですが、出力に20~30mVの直流が出るのでボイスコイルが損傷する可能性があるため不可としています。
途中で聞き比べに疲れてしまったのと、感想文書くのが苦手で感想が適当です。

使えるオペアンプの補足ですが、メタルキャンを2個使っている物はスペースが足りないので使えません。
DIPシングルを2個使用している物は使えます。
OPA627AUの標準基板の物は使用できますがコンデンサと接触します。

ヘッドホンアンプですけど当然ながらイヤホンでもいい感じに鳴ります。


そのうちHP-A4も検証したいと思います。
たぶん8月半ばにできるのではと思います。


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Digifi No.22バランス駆動ヘッドホンアンプをいじってます

ステレオサウンド様から発売されているDigifi No.22付録のバランス駆動ヘッドホンアンプを手に入れましたのでさっそく遊んでます。
しかし、バランス駆動できるヘッドホンケーブルが無いのでアンバランスのみ触ってます。
バランスケーブルだけでDAC買える値段なので…

早速ですが仕様は下記のとおりです。
電源:マイクロUSB
アンバランス出力オペアンプ:OPA2134
バランス出力オペアンプL側:別途用意してください
バランス出力オペアンプR側:別途用意してください
オペアンプの場所が狭いのでシングルDIP2個変換基板は使えません。
オペアンプ動作電圧:約±6.5V
オペアンプの出力に直接ヘッドホンやイヤホンがつながる回路構成で、バッファとしてオペアンプが動きますので、音作りはDAC側でしっかりやっておかないと、音質アップできないと思います。

出力に直接オペアンプがつながるので、オペアンプの動作環境としては結構厳しいと言えます。
なので、ヘッドホンとイヤホン、高能率型、低能率型など機器によって最適なオペアンプが変わってきます。
基本的に高効率で電流消費が少ないイヤホンの方が高性能オペアンプが使えます。
逆に低能率なヘッドホンを使うと、選択できるオペアンプが少なくなりますというか、電流が取れる汎用オペアンプしか選択肢は無さそうです。
そうです、私のAUDEZ’E LCD2は一番条件が悪いです。

いきなり結論から書きますと、とりあえずOPA627またはADA4627が良いでしょう。
40~45mA流せるので問題はほぼ起きないでしょう。
ちなみにOPA2134は30mAぐらいしか流せないので低能率ヘッドホンだとスカスカに感じるかもしれません。

その他試してみたのですがヘッドホンとの相性が良くなくてなかなか良い組み合わせが見つかりませんでした。
LME49990とかOPA1612とか試しましたが、コレじゃない感があったので初心に戻り古典オペアンプ試してみることにしました。
とりあえずレイセオンのRC4558をさしてみたところいい感じで鳴りました。(メタルキャン品)
JRC4558T(メタルキャン品)とも比べてみましたが、レイセオンの方が力強く鳴る感じでJRCの方が明瞭感がありました。
しかし、この二つのオペアンプは普通には手に入らないので同等品のNJM4558とか改良品のNJM4580が良いでしょう。
OPA2604も良かったです。
負荷が重いヘッドホンを使っている人向けのチョイスでした。

高性能イヤホン持ってないのでイヤホン向けは書けないです…

以上、購入初日のレビューでした

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オペアンプ交換のTIPS

オペアンプ交換にあたり便利な道具とかを載せたいと思います。

あったら便利な物リスト

IC引き抜き工具


IC入れ


ルーペ



引き抜き工具は必須ですが、大抵はこの工具で抜くのも苦労するほど食い込んでるので、抜き差ししてゆるくなったソケット向けでしょう。
ICケースは保管に必須ですので持っておいた方が良いですが、タッパと静電気防止スポンジで自作もできます。
ルーペは刻印を確認するのにあった方がいいです。
SOPは小さいので一桁間違いで2回路品さしてしまったなんて笑えないミスを防げます。

ICが指紋で汚れてきたくなってしまったとき
フラックスクリーナーを塗ってから、エアダスターで吹き飛ばすときれいになりますが臭いので要注意です。
よく換気してください。


Goodのクリーナーはトルエンとキシレンが主成分なのでお勧めしません。(今は成分変わってるのかな?)
私はサンハヤトかホーザンのフラックスクリーナーを使用しています。
半田付け後の洗浄にアルコールを勧めている所が多いですが、白い残渣が付く事が多いのでお勧めしません。
(半田の種類による)

ちなみにハンダ付けのフラックスはFS-200が一番良かったです。
当店のオペアンプはFS-200で付けています。

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