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特注 ２１１シングルアンプ |
概要：
このアンプは、私が設計を行い中国のガレージメーカーであるBEZ社に特注で作らせたものです。設計についての説明はすでにブログで発表しておりますが、「永久保存版」とするために、ここに編集し直して再掲します。
ＢＥＺ社について：
以下のブログを参照ください
はるばるきたぜ、中国の真空管アンプメーカー 2010.8.23
回路説明 １：
今回の特注は、急に思い立ったちました。最初は、中国のハイレベルな設計者と会って話してみたいという単純な動機でした。アメリカ人としての最高の設計者である、Pete Millettさんとは、何回もお会いして情報交換してますし、日本の上級者とはＷｅｂや掲示板、Skypeでおつきあいしています。ＢＥＺについては、訪問が決まってから、「せっかく行くのだから・・・」と、特注することを思いつきました。
今回の特注アンプの最大の特徴は、２１１で４０Ｗの出力を得ることです。２１１アンプは２８年前に自作していて(以下の2008.1.20のブログ参照)、音は大変気に入っているのですが、なにしろ１０Ｗ位しか出力が取れません。
当時は、回路理論がよくわかってなく、電源電圧が９５０Ｖであるにもかかわらず１０Ｗ位しか出ません。その頃の雑誌記事では、２１１で１０Ｗくらい、８４５で１５Ｗくらいの記事が多く、２１１は８４５よりもパワーが出ないものと思っていました。使用しているタムラの出力トランスＦ２００５の定格最大出力は８Ｗと書いてあり、『２１１、その他用』として販売されていました（Ｆ２００５は今でも売っています）。
ところがグリッドをプラスまで強力にドライブしてやると２１１の方が８４５よりもパワーが出ることがわかったのは、「島原 音の博物館」館長の渡部さんが作った２１１の４０Ｗアンプのブログを読み、実際に博物館を訪問して音を聞かせていただいたからです。早速、私もシミュレーションしてみたら、確かに４０Ｗ以上得られることがわかりました。
２１１で４０Ｗを出すためには、グリッドをプラス領域まで強力に駆動してやる必要があります。以下の一覧表は、各ドライバ球について、入力に１０Ｖ入れたとき、カソードに何ボルト出てくるかシミュレーションで求めたものです。
最高の成績を収めたのは１２ＧＮ７で、一時は採用を決めたのですが、プレートが小さいのとバイアスが浅いので敬遠し、６ＢＱ５を選択しました。
上記、一覧表作成のためのシミュレーション回路図を以下に示します。終段は典型的なプラスバイアス管である８０５を使い、１０００Ｖのプレート電圧のとき、ドライバの球を変えても８０５のプレート電流が１００ｍＡと一定となるよう、サーボを付加してあります。
回路説明 ２：
本機の電圧増幅段に求められるゲインは、無帰還アンプですから大して必要ありません。入力信号電圧を２１１のグリッドをフルスイングするのに必要な約７０Vｒｍｓまで増幅するだけです。つまり約５０〜１００倍のゲインがあればＯＫです。三極管一段でこのゲインを得ることは可能ですが、２００Ｖｐｐもの振幅を得ることは難しく、五極管１段増幅か三極管を２段使って増幅することになります。どちらを選択するか一長一短がありますが、今回は三極管２段増幅としました。
２段目は２００Ｖｐｐもの振幅を取るため電源電圧を高くする必要があります。今回は電圧増腹部のＢ電源として４００Ｖを用意しました。終段の１０００Ｖから抵抗でドロップさせることもできますが、ドロッパー抵抗がかなり発熱するのと、大きな信号電流で１０００Ｖラインが揺すられ、それが４００Ｖ側にも影響するのを嫌い、４００Ｖ専用のトランス巻線を追加してもらいました。この辺が特注の強みで、好きなように電源トランスを巻いてもらうことができます。
Ｂ電圧が高いので、２段目の真空管は耐圧の高いものが必要で、６ＳＮ７を起用しました。規格表ではそれほど高い耐電圧が書かれていないですが、内部構造的に電極やリード線の間隔が大きく配置されており、高い電圧に耐えると考えました。また、６ＳＮ７は『音が良い真空管』として評判ですので好都合です。
６ＳＮ７が１０倍近くのゲインを持っているので、初段は５〜１０倍のゲインでよく、ローμの球ならなんでも良いのですが、どうせやるなら、低内部抵抗の球を使ってみようと、６Ｎ６を起用しました。ミュレーション用に真空管モデルも作っておきました。
私の原設計では無帰還アンプとなっていましたが、ＢＥＺの黄さんの最終チューンナップでごくわずかの負帰還をかけてくれました。
回路説明 ３：
２１１のＥｐ−Ｉｐ特性に１０ＫΩのロードラインを書き込んだものが上の図です（クリックすると大きくなります）。
バイアス点は、１ＫＶ，１００ｍＡとしてあります。入力信号を正弦波とするとこの図に現れない右側は２ＫＶ強まで書かないといけませんが見にくくなるので、入力信号のプラス側の半サイクルだけ書いています。マイナス側半サイクルもロードラインを右下に向かって対称的に動きます。
Ａ１級では、グリッド電流を流さないので、ロードラインとＥｇ＝０Ｖの曲線の交点(Ｂ点)までしかドライブできません。そのときの出力は、三角形（Ａ−Ｂ−Ｃ）の面積となりますので、グラフから読み取って面積を計算すれば、約１０Ｗとなります。本機では、グリッドをプラス領域のＢ’点まで強力にドライブして、三角形（Ａ−Ｂ’−Ｃ’）の面積となります。グラフから以下の数値を読み取ります。(注：パワーの求め方については、ここを参照)
（Ａ−Ｃ’）の長さ＝１０００Ｖ−７０Ｖ ＝ ９３０Ｖ
（Ｂ’−Ｃ’）の長さ＝１９０ｍＡ−１００ｍＡ＝９０ｍＡ
従って三角形（Ａ−Ｂ’−Ｃ’）の面積＝（９３０Ｖ ｘ ９０ｍＡ）÷２＝４１．８５Ｗ の出力となります。
この出力は、無信号時プレート入力電力である１００Ｗ（１ＫＶ ｘ １００ｍＡ）に対して、４１．８５％のプレート効率が得られることを物語っています。また理想的な場合として、ロードラインが縦軸と交わるところまで仮に駆動できたとすると、三角形の面積は５０Ｗとなり、教科書に「Ａ級増幅の理論的最大プレート効率は５０％」と書いてあるのと一致します。
私が２８年前に作った２１１シングルアンプは、上記、Ａ１級くらいの範囲でしか駆動できていないので約１０Ｗの出力となっているわけです。２１１ではなくて、８４５ですと内部抵抗が低いためＥｐ−Ｉｐ曲線が立っていますので、ロードラインとＥｇ＝０Ｖの交点の電圧が低い（つまり、Ａ−Ｂの長さが長い）ので２１１よりもパワーが出るわけです。３００Ｂや２Ａ３が、プレート損失の割にはパワーが出るのは、同様に内部抵抗がきわめて低いからです。
＊出力トランスについて
上記説明ではわかりやすくするためにロードラインを１０ＫΩとしましたが、実機では７ＫΩを使います。シミュレーションでは１０ＫΩくらいの方がパワーも歪みも良いのですが、黄さんのすすめにより、トランスとしての特性が素直なＢＥＺ製の７ＫΩを採用することにしました。１０ＫΩと比べてもそれほどのパワーと歪みの劣化はありません。この点、負荷インピーダンスの変動に敏感な五極管よりは楽です。
採用する７ＫΩの出力トランスの概要は以下です（黄さんから詳細を聞いたのですが、ノウハウに属するので以下の内容にとどめてほしいと言われました）。
最大出力： ７５Ｗ
鉄心材料： 新日鉄 Ｈ１０ ハイライト材 ０．３５ｍｍ厚 ＥＩコア
巻線構造： 五層サンドイッチ巻き
直流抵抗： 未公表
インダクタンス： 未公表
漏洩インダクタンス： 未公表
周波数特性： １０Ｈｚ〜５０ＫＨｚ（−２ｄＢ）
サイズ： 98×116×116mm
重量： ５．７Ｋｇ
まとめ：
所定の４０Wを得ることができ、音質もすばらしいと思います。ＢＥＺ社では、このアンプをＴ１０Ａ−６と名付けて売り出しています、そのWeb宣伝には、私の名前も、原回路設計者として記載してくれています。試聴結果、最終回路などを以下にリンクしておきます。