自作 乾電池式 MM専用フォノイコライザーアンプ SPPE-4(MM) ★視聴可★

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【概要説明】

自作のMMカートリッジ専用フォノイコライザーアンプです。

本機は自分で使うために設計したものですが、MMカートリッジの自然な再生音を楽しめるアンプになりましたので、レコードが好きという方にお勧めしたくて出品することにしました。

本機で再生した音をYoutubeにアップしましたので、下記のURLから視聴ができます。

https://www.youtube.com/channel/UCZfgmkyzBoO2vP0uiD82Z1w/videos

音源はmp3に圧縮されていて15KHz以上はカットされていていますので、音質は劣化していますが、それでも音として聞くことができます。是非お試しください。

レコードの音はディジタル音源と比べると、特別に音が優れているとは思えませんが、不思議と何年も前に聞いたものでも改めて聞くと、当時の記憶とともに鮮明に蘇ります。
これは、人間の脳にとって、レコードの音は心地よく感じられ、また聞きたいという願望を自身の記憶の中核に刻んでいるからではないかと思われます。
ディジタル音源に慣れた今日ですが、長い間レコードから離れていた方や、若い世代の方にもレコードを楽しんでもらえれば嬉しいです。

本機は次の4点にこだわって設計をしました。最初の3点は、先に設計したMCカートリッジ用アンプで実績ができたもので、4点目がMMカートリッジの再生のためにこだわった点になります。

①低雑音

私はレコードを聞く時間帯が深夜になることが多ため、平日はヘッドフォンで聞いていますが、通常の音量位置では、アンプから出る雑音は無音になることを目指しました。

②乾電池駆動

乾電池4個で駆動できる電源構成にして、AC電源コードのわずらわしさと、AC電源から混入するハム雑音を遮断すること。
電池を電源にすると、新品の電池を入れた直後はいいのですが、しばらく使っていると電池の交換時期が気になってきます。
音を聞きながら少し音が歪んできたから電池の交換時期かな？とか、交換して3週間目だからまだ大丈夫かなとか、常に電池交換の時期を気にしなければなりません。
しかし、これではゆっくりレコードを聞くことができませんので、本機では電池電圧を監視する回路を組み込みました。
電池の残量がアンプの動作限界に近づくと、本体の電源LEDが点滅を始めます。点滅が始まったら電池の交換時期ということになります。
実際に使ってみると、この機能はとても便利です。点滅が始まるまでは電池のことは考えなくて良いので、電池式であることの不便さは全く感じません。

③RIAA偏差の少ない自然な周波数帯域感

NF型のイコライザーは、電圧利得が1倍未満に下がらないので、高域方向の電圧レベルが1KHzを過ぎたあたりから、RIAA偏差のプラス方向にずれていきます。
その結果、音源によっては高域の音にきつさがあり、相対的に低域の量感がもの足りなくなる傾向があります。この傾向の音はヘッドフォンで長時間聞いていると疲れます。
本機もNF型の回路ですが、上記の様な特性にならない回路構成にして、自然な帯域感をめざしました。

④LC共振の音から脱却する

電気的な説明は後の項で書きますが、MMカートリッジの数KHz以上の高域は、LC共振という電気的な現象を利用して周波数帯域を伸ばしています。
MCカートリッジは高域が伸びるけどMMは伸びないという音質の傾向は、このLC共振に大きな要因があります。
LC共振が起こっている状態では、信号の電圧レベルに鋭角なピークができ、共振周波数より高い周波数では位相が180度遅れるという状態が起こります。その結果、共振周波数を超えた帯域では、本来は信号の山だったところが谷になり、谷だったところが山になるという、時間的にずれた形で音が出てきます。音楽信号の様にいろいろな周波数の音が重なり合って音色が形成されている中で、高い周波数だけ遅れて出てくるというのは、明らかに元の信号が再現できてないと考えられます。
MCカートリッジの様に高域が綺麗に伸びていく音に比べると、MMカートリッジの音はどこか平面的で窮屈な感じがあるのは、このLC共振に音が束縛されているためと考えられます。
何とかしてLC共振から逃れることができれば、MMカートリッジはもっと魅力的な音を出してくれるに違いないと考えていました。そこで、フォノイコライザーの入り口で、LC共振を回避する回路を組み込んで、シミュレーションと試作機でのヒアリングを繰り返して完成したのが本機です。

本機の音は、今まで聞き馴染んでいたMMカートリッジの音とは明らかに違います。
今までは、平面に張り付いた様にどこで鳴っているのかわからなかった音が、奥行きを感じられる音に変わりました。すぐそばで鳴っているもと、奥の方で鳴っているものが聞き分けられるので、音場感が手に取るようにわかります。今まで片目で見ていた景色が、両目を開いて眼前に広がった様な感覚です。
そして、音色自体も印象が変わりました。どことなく電子機器の再生音的な感じだったものが、人が演奏している楽器の音として感じられる様になりました。
たぶん、これが本来のMMカートリッジの姿なのだろうという感じがしています。アナログ音源の奥深い可能性を感じられて、レコードを聞く楽しみがまた一つ増した感じです。

部品については特別なものは使っておりません。昔だったら町の電子部品屋さんで売っていたような、定番部品で作っております。定番部品とは、広く世界のエンジニアに認められて、長きに渡り作り続けられている部品のことです。特別優秀な特性があるわけではないのに作り続けられている。その訳は、できることとできないことが明確にわかっているからです。性能の卓越した天才的な部品ばかりを集めても、良い音が出るものではありません。平凡な部品でも、できることが出し合える環境が整えば、人の心に染みる音が出せるものだと思います。部品も人と同じです。
本機では、回路と部品については非公開とさせて頂き、さまざまな先入観の無い状態で音を聞いてもらえれば幸いです。


【機材構成について】

写真の写りがあまり良くなくて申し訳ありませんが、銀色のケースがアンプ本体で、透明なプラスチックケースは専用の電池ケースです。
本体と電池ケースの間は、付属のφ3.5ステレオミニプラグケーブルでつなぎます。
このケーブルは本来は信号用のケーブルですが、±3Vの電源ケーブルとして使用しています。
φ3.5ステレオジャックは、ヘッドフォンやイヤホンのジャックではありませんのでご注意ください。
ターンテーブルからのRCAケーブルは、本体裏面の「IN」と書かれたジャックにつないでください。
後続のプリアンプやヘッドフォンアンプは「OUT」側につないでください。
電源LEDは黄色です。電流の消費を節約するために、暗めの黄色で光ります。
電源スイッチは、上がONで下がOFFです。
お送りするものは、本体＋電池ケース＋φ3.5電池ケーブルです。電池は含まれません。


【MMカートリッジの電気特性について】

MMカートリッジはMCカートリッジに比べて、出力電圧が10倍大きいので、フォノイコライザーの負担は少ないと思われていますが、それは電圧軸だけの話で、周波数軸の再生に関してはMCよりはるかに大きな難題を抱えております。
私の使用しているMMカートリッジのデータシートの一部を記載します。
だいたいどのMMカートリッジもこれに似た特性だと思いますので、以下の説明はこのデータ例にして進めます。

コイルインピーダンス：3.0KΩ(1KHz)
コイル直流抵抗：650
Ω コイルインダクタンス：500mH
推奨負荷抵抗：47KΩ以上
推奨負荷容量：100～200pF

この中でMMカートリッジの最大の特徴はコイルのインダクタンスが500mHもあることです。
比較のために、手持ちのMCカートリッジを測定してみたら47uHでした。これはターンテーブルからのケーブルも含めたものですので、カートリッジ単体ではもっと小さいと思われますが、それにしてもMMカートリッジの1万分の１という小ささです。逆に見ればMMカートリッジのインダクタンスは大きすぎるということがわかります。

インダクタンスは交流信号の抵抗分となり、その大きさは周波数が高くなるのに比例して大きくなります。
周波数1KHzでは3.14KΩ、10KHzでは31.4KΩ、20KHzでは62.8kΩになります。
この交流抵抗分とコイルの直流抵抗650Ωがフォノイコラーザーアンプの入力端子に直列に入ります。

フォノイコライザーの入力抵抗を47KΩとした場合、上記のコイルの抵抗分と入力抵抗47kΩとで信号が分圧されますので、アンプの入力端子に届く信号は、周波数に比例して低下していくことになります。
数値を計算してみると下記の様になりました。20KHzでは信号は半分以上に低下してしまいます。

周波数 電圧低下割合
1KHz 7.42%
10KHz 40.5%
20KHz 57.4%

コイルの抵抗分が大きいので、20KHzまでを再生帯域にするには入力抵抗の47KΩは小さすぎると言えます。10倍の470KΩ以上は必要でしょう。
しかし、もうひとつ別の現象として考慮する必要があるのが、コイルのインダクタンス500mHとフォノイコライザーの入力静電容量によって、LC共振という面倒な現象が発生することです。
LC共振とは、インダクタンスと静電容量が直列になったときに、特定の周波数で抵抗が無限大になる現象で、その周波数では電圧が山の様にピーク状に跳ね上がります。
私が使用している再生環境で静電容量を実測してみたら、150pF前後でした。この150pFにはターンテーブルからのケーブルに含まれる静電容量とアンプの入力容量が含まれます。
500mHと150pFで共振する周波数は18.4kHzです。可聴帯域の上限ではありますが、周波数特性の特異点が存在していることになります。
上の説明で、入力抵抗の47kΩでは高域が減衰してしまうと書きましたが、実際にはこのLC共振が起こっていることで、18.4kHzでは信号は減衰せずにピークができています。
ピークの山の高さは入力抵抗の大きさによって変わってきます。抵抗が大きいとピークの高さが高くなり、抵抗が小さくなるとピークは低くなります。
47kΩというのは絶妙な大きさで、山が丁度平坦になって、周波数が20kHzまでフラットに伸びている状態になります。47kΩより小さくすると20kHzでは減衰した状態になります。
ここで忘れてはいけないことは、抵抗の調整で周波数特性をフラットに持ち上げたとしても、18,4kHzで共振が起こっている事実は無くならないということです。そのため、信号の位相は共振周波数前後で大きく回転して180度まで遅れます。冒頭の概要欄に書きました様に、位相が180度も遅れた状態では、生の音楽信号を再現することは難しいでしょう。

カートリッジのデータシートに記されている推奨負荷容量は、ケーブルの静電容量やアンプの入力容量を含めた全体の静電容量が100pFから200pFになることを推奨していますので、ケーブルとアンプの入力容量だけで150pF程度ある現状を考えると、これ以上のコンデンサは付けないというのが正解でしょう。

コンデンサを足してしまったら、共振周波数はもっと低い周波数の方に移動していきますので、現状よりもっと状況は悪くなります。

ここまで書いた内容は、MMカートリッジからフォノイコライザーの入り口までで起こっている現象で、フォノイコライザーの中の話ではありません。
フォノイコライザーの入り口に信号が届いた時点で、電圧も位相も歪んだ状態になっていますので、その後にどれだけ優秀なフォノイコライザーを通したとしても、歪んでしまったものが元に戻ることはありません。

できることならば、共振周波数を可聴帯域の外へ押し出したいものですが、カートリッジの500mHは固定なので、変えられるものは静電容量だけです。
静電容量を下げるにはターンテーブルからのケーブルを短くする必要がありますが、機材の設置環境を考えると、共振を回避できる状態に至るほどケーブルを短くするこはできません。

そこで本機では、音楽信号に同期した形で静電容量を強制的に充放電する方法で、静電容量を抑える回路を組み込みました。
この回路は測定器などで、プローブの静電容量を減衰させるために使用される回路ですが、カートリッジのインダクタンスとの間で起こる直列共振を止められるかが、本機の最大の設計ポイントでした。
扱う静電容量が小さくて実機での実測ができないため、シミュレーションで回路定数をさぐりながら、試作機に組み込んでレコードを再生して効き目を確認するという作業を繰り返した結果、ケーブルが1メートル程度（静電容量150pF程度）の再生環境では、共振が回避された自然な再生音を楽しむことができました。
使用する機材環境により、静電容量が150pFより大きい場合は、共振を止めるには至りませんが、共振周波数は可聴帯域よりずっと高い周波数になるので、効果は十分あります。また、逆に静電容量が150pFより小さい環境では、静電容量回避が過剰に働きアンプが不安定になりますので、そのような場合は、1メートルぐらいの延長ケーブルを付けて、ケーブルの容量を増やすことで丁度良い状態になります。

【電気特性】

入力インピーダンス： 100k
Ω 電圧利得： 34db(1KHz)
定格入力： 3mV(1KHz)
定格出力： 150mV
S/N比： 未測定
RIAA偏差： 未測定

【ケースサイズ】

本体：RCAジャックやターミナルを除いたケースサイスは、横幅100mm、奥行き100mm、高さ40mmmです。
電池ケース： 横幅94mm、奥行き64mm、高さ25mm
電源ケーブル： φ3.5mmステレオミニプラグケーブル 長さ50cm

【電池】

単三マンガン電池またはアルカリ電池を4本使用します。
本機は4個の電池を2個ずつに分けて、プラス側3Vとマイナス側3Vの構成で電池を使用しています。
アンプの動作上は、電圧がプラス側とマイナス側で同じ割合で減っていくことが望ましいので、使用する電池は同じ銘柄のものを4本揃えてください。

充電式のニッケル水素電池やNiCd電池も使用できますが、これらの電池は放電終了が近づくと急激に電圧が低下しますので、電池交換のLEDの点滅をする間もなく電池が切れる場合があります。
LEDの点滅機能を当てにしなければ使用できます。

電池の交換は、電源スイッチを切った状態で、電池ケースの上蓋を開けて交換してください。
電池交換の頻度は、アルカリ電池を使用した場合では、毎日LPを2枚ぐらい聞いても、電池は１ヶ月ぐらいは持つと思います。
けっこう長持ちする印象ですので、電池交換が苦になることはありません。むしろ早く電池が切れて次の電池を試してみたいと思うこともあります。
100円ショップの電池でも全く問題なく使えますので、いろいろな電池を試してみるのも楽しいです。


【お願い事項】

ケースの加工は全てを手作業でやっていますので、細かいすり傷がある場合があります。
また、電池ケースは購入時から、金型の環境で製造工程上でキズのようなものがあります。
市販品を利用した自作品であることをご理解いただき、音が出ない不具合以外はご了承願えれば幸いです。


【お
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+ + + この商品説明は オークションプレートメーカー２ で作成しました + + +
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