しろくま製作所

ヘッドアンプの基板を起こしました

投稿日: 2016年10月16日作成者: しろくま

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

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

※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

投稿日: 2016年10月11日作成者: しろくま

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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OPA659でバランスアンプ

投稿日: 2016年10月9日作成者: しろくま

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

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…

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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ArduinoでMUSES72320を制御する試作1号

投稿日: 2016年7月23日作成者: しろくま

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

int vol_data = 2;//D2 -&gt; DATA
int vol_clock = 3;//D3 -&gt; Clock
int vol_latch = 4;//D4 -&gt; Latch
int pulse_wait = 80;//Pulse wait time

void volWrite(int volnum, int ch_flag){

  int voldata[16];
  int i = 0;

  for (i=0;i&lt;8;i++){
    voldata[i] = bitRead(volnum,7-i);
  }
  
  voldata[8] = 0;
  voldata[9] = 0;
  voldata[10] = ch_flag; //1 is Right.0 is Left
  voldata[11] = 0;
  voldata[12] = 0;
  voldata[13] = 0;
  voldata[14] = 0;
  voldata[15] = 0;
 
  digitalWrite(vol_latch,HIGH);
  digitalWrite(vol_clock,HIGH);
  delayMicroseconds(pulse_wait * 2);
  digitalWrite(vol_latch,LOW);
  delayMicroseconds(pulse_wait);
  
  for(i=0;i&lt;16;i++){
    digitalWrite(vol_data,voldata[i]); //Volume set
    delayMicroseconds(pulse_wait);
    digitalWrite(vol_clock,LOW); //Volume Cap
    delayMicroseconds(pulse_wait);
    digitalWrite(vol_data,LOW);
    delayMicroseconds(pulse_wait);
    digitalWrite(vol_clock,HIGH);
    delayMicroseconds(pulse_wait);
  }
  delayMicroseconds(pulse_wait * 2);
  digitalWrite(vol_latch,HIGH);
  delayMicroseconds(pulse_wait);
}

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  delay(1000);
  pinMode(vol_data, OUTPUT);
  pinMode(vol_clock, OUTPUT);
  pinMode(vol_latch, OUTPUT);
  delay(1000);
  digitalWrite(vol_latch,HIGH);
  digitalWrite(vol_clock,HIGH);
  digitalWrite(vol_data,LOW);
  delay(100);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  int volnum = 0;

  volnum = analogRead(0) / 5;
  if ( volnum == 0){
    volnum = 1;
  }
  volWrite(volnum,0);//Left channel
  volWrite(volnum,1);//Right channel  
}

int vol_data = 2;//D2 -> DATA

int vol_clock = 3;//D3 -> Clock

int vol_latch = 4;//D4 -> Latch

int pulse_wait = 80;//Pulse wait time

void volWrite(int volnum, int ch_flag){

int voldata[16];

int i = 0;

for (i=0;i<8;i++){

voldata[i] = bitRead(volnum,7-i);

}

voldata[8] = 0;

voldata[9] = 0;

voldata[10] = ch_flag; //1 is Right.0 is Left

voldata[11] = 0;

voldata[12] = 0;

voldata[13] = 0;

voldata[14] = 0;

voldata[15] = 0;

digitalWrite(vol_latch,HIGH);

digitalWrite(vol_clock,HIGH);

delayMicroseconds(pulse_wait * 2);

digitalWrite(vol_latch,LOW);