E88CCを使った真空管フォノイコライザーアンプの自作

真空管E88CCを使った、無帰還形フォノイコライザーアンプを自作しました。目指すは、ヌケの良い音、アタックを感じる音、ツヤのある音で、高圧で動作させる真空管でなければ出せない音です。

自作するに当たり、主に、以下の本やWEBサイトを参考にさせていただきました。
・単行本「MJオーディオアンプ製作選　真空管式フォノEQ＆プリアンプ」：故・安井章さんの作例、長真弓さんの作例
・かずさんのWEBサイト：真空管プリアンプ～最終版　（http://fugaku.fc2web.com/sub437.html）
・中林歩さんのWEBサイト：電脳時代の真空管アンプ設計　（http://ayumi.cava.jp/audio/pctube/pctube.html）

・使用した真空管"E88CC"の紹介
アメリカの登録名が6922で、12AX7、12AU7等と同じく、3極管を2回路備えたサブミニチュア管。高信頼、低ノイズのHI-FI用だ。
12AX7と比べ低電圧で動作させる、その代わり電流を流すタイプ。最も違うのがヒーター回路で、2個のヒータ部が直列接続ではなく、並列に接続されている。なお、自作にはスロバキアのJJ ElectronicのE88CCを採用した。

・自作フォノイコライザーアンプの外観及び構造
前面

背面


簡素な外観だが、レコードを再生するフォノイコライザーアンプとしての機能だけを持たせてある。
電源スイッチが下の方に実装されているが、電源ノイズから逃れるためだ。

RIAAイコライザー特性は、電源ノイズの50Hz付近では1KHz付近より20ｄBゲインが高い。これは、5ｍV入力のアンプに、0.5ｍVの電源ノイズが入り込むと、同じ出力電圧となって現れる。

更に目標として、少なくとも40dBのS/N値が必要だから、入力換算では、電源ノイズは信号レベル5ｍVより60dB低くなることが必要で、結局、回路に電源ノイズが入ってはダメとの結論になる。

そのために、内部に上下を2分するシャーシ（アルミ板）を備え、その上下位置が可変できるケース（摂津金属工業　SF-3B）を選んだ。
2分したケースの、下側部分高さ26mm内に電源スイッチを含む電源回路を実装し、上側部分高さ80mm内に真空管アンプ回路を実装した。
下側部分


上側部分


回路間の電源接続、信号の接続には、JST(日本圧着端子製造)のXHコネクタを用いた。
(圧着ペンチを使用して、コネクタの端子に撚り線を圧着する方法)

電源トランスはシールド付きを選んだので、大型のトランスとなった。しかし、供給電流に余裕が生まれ、低域は力強く切れのある音となっており、選んで正解だった。


フォノイコライザーアンプ回路の紹介

電源回路の紹介
電源回路の改良（リップルノイズ削減）


特性
周波数特性　　見づらいが、低周波領域で上にある曲線が周波数特性のカーブです


10HZで＋20dB、20KHzで-20dB近傍なので、RIAAイコライザーカーブがそのまま出力されている。

実際の周波数特性を見るために、オシロスコープからCSVデータが出力されるので、エクセルでRIAAイコライザーカーブとの差分を取り、グラフ化した。


中低域が0.5dBUPしているが、素直な特性だ。
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歪み特性　(1KHz)
オシロスコープのFFT機能を利用している。-60dB付近からオシロスコープ自体の歪が現れるので、-60dB近傍以下の値は信用できない。(縦のひとマスが10dB）
標準入力値5mV入力　(15mVpp入力-- 2.4Vpp出力)


標準入力の10倍の入力値50ｍV入力　(150mVpp入力-- 23.8Vpp出力)

10倍入力で、1KHｚの基本波の隣に2次歪が出現する。歪み率： 56dB

無帰還型の真空管アンプは、徐々に歪が増えると聞いていたが、10倍の入力でもほとんど歪んでいない。これだけ無歪みなら十分だ。
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ノイズ特性
アンプの出力をそのままオシロスコープのハイインピーダンス入力に接続している。

やはり電源ノイズが出力される。(1波長が50Hz)
オシロスコープの表示では、9mVppとなっているが、電源ドリフト(電源電圧の超低周域の揺らぎ）を拾っている為だ。
ノイズ出力5ｍVppとすると、標準出力2.4Vppなので　S/N比＝2.4Vpp/5ｍVpp＝480＝53.6dB　で、一応、S/N比の目標は満たしている。通常聴くレベルなら、スピーカに耳を近づけても聞こえない。

ちなみに、市販されているアンプのS/N値は、IHF-Aカーブのフィルタを用いて測定されている。バンドパスフィルターで、50Hzのレベルは、1KHzのレベルから30dBも落ちていている。市販品のS/N値は電源ノイズの影響を消去しているので、このアンプのS/N値とは、比較ができない。


電源ノイズを含め改善すべき点はあったのだが、エージングして音を聴いているうちに、「このままでいいや」となってしまった。
まずはこのままで楽しんでいこうと思う。そのうち不満も出てくるだろうから、そのときに修正するつもりだ

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真空管アンプ関連
・交流ロードラインの引き方
・QUAD#22 真空管プリアンプのイコライザーアンプ部の仕組み
・真空管のブランドと生産国、購入先
・真空管プリアンプの自作にチャレンジです。

安価で、高出力、高音質のパワーアンプを選択する。

アメリカのクラウン社のPA用ステレオパワーアンプ：CROWN XLS1002を購入した。
現状のパワーアンプは、SMSLのSA-98Eを利用している。SA-98Eの出力は100Wで不満はないのだが、出力が200W以上のもっと余裕のあるパワーアンプの音が聞きたくなった。

パワーアンプの選択と購入
200W以上のパワーアンプを探すと、高級機ばかりだ。製品原価に利益3割増しの価格の製品は、なかなか見つからない。そんな中、リーズナブルな価格のPAアンプの記事を見つけた。

早速、サウンドハウスのWEBサイトに行ってみた。
サウンドハウスのPAアンプサイト：https://www.soundhouse.co.jp/category/middle/1207
検索件数が209件と、すごい数のパワーアンプがある。屋外コンサート用だろうか、2KW（8オーム）を超える製品もある。

この中から選ぶのだが、条件は以下とした。
１．出力：200W以上
２．小音量領域で高音質

高音質の条件を満たす製品の選択に、最も参考にしたのは、USA Amazonの評価だ。アメリカの人は、PAアンプをオーディオ用に利用するようで、USA Amazonのパワーアンプの区分の中に、PAアンプが掲載されている。

調べると、USA Amazonでは、CROWNのPAアンプの評価が高いようだ。
USA Amazon Crown XLS1002： https://www.amazon.com/dp/B011TI97VE/

Crown XLS1002は、215W（８オーム）の出力だ。
小音量領域で高音質を確保するために、大出力の製品を避け、まずはこの215W出力の製品に決めた。
なお、入力端子にRCA端子、出力端子にスピーカー用端子（バインディングポスト）が実装されているのも、この製品を選んだ理由だ。

サウンドハウスで購入した。：https://www.soundhouse.co.jp/products/detail/item/212339/

購入したCrown XLS1002の製品と音質のレビュー
１９インチラックに実装する形状となっていて、幅が48.3cmと大きい。


PAアンプのオーディオ入力は、バランス型のXLRコネクタが標準だが、この製品はRCA端子も実装されている。
また、出力端子もスピコン(speakON)が標準だが、普通のスピーカー用端子も実装されている。

スピーカー用端子でバナナプラグを使う方法(YouTube)：https://www.youtube.com/watch?v=YBkjGKk9_xc

・音質レビュー
SMSLのSA-98EからCROWNのXLS1002に変えて、最初に感じたのは歪が減ったことだ。
逆に、SMSLのSA-98Eの音は歪を含んでいた事が、初めて判った。

歪が減った効果なのか、音が柔らかくなって、聞きやすくなった。従い、出力パワーが2倍になったと感じることが出来なかった。

音量は2個のボリュームでL、Rを別個に調整し、クリック式となっている。（音量調整はデジタル処理かな？）
必要な音量は、最小値から2番目のクリック点で十分だ。

・振動防止
製品の上蓋を開けると、1枚の大きなプリント基板上にすべての部品が実装されている。


外部からの振動が、音に与える影響が大きいと思う。
振動伝達を抑止するために、過去のブログ記事"ヘッドシェルのワッシャーに制振ゴム：ハネナイト"で紹介した、ハネナイトゴムを利用したインシュレーターを、製品の底部に3個貼り付けた。

ヨドバシで購入：https://www.yodobashi.com/product/000000721755001531/


・おまけ
PAアンプのCROWN、アンプのMARK LEVINSON、スピーカのJBL、マイクロフォンのAKGは、アメリカのHARMANの子会社だ。
そのHARMANが、韓国のサムソンに買収されたとの記憶があるので、調べてみた。

Board of Directorsを見ると、総裁（President）はサムソンの人だ。
MILESTONEを見ると、2017/3/10にサムソンがHARMANを獲得した事が分かった。

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パワーアンプ関連
・パワーアンプをアメリカ・CROWN社の XTi1002にレベルアップしました。

ディスク･スタビライザーの効果を確かめる。

レコードプレーヤーのレコード盤の上に乗せて、レコード盤の共振を抑えるディスク･スタビライザーを購入した。

過去にレコードターンテーブルのマット(シート)を、「室内用すべり止め安定シート　アンティー」を用いて自作して、レコード盤の共振が減ったのを確認している。ディスク･スタビライザーで、更にどのような効果が生じるかを確かめた。

・ディスク･スタビライザーの購入
Amazonで販売されている中国製品は玉石混淆なので、レビューを読んで以下のディスク･スタビライザーを選択、購入した。
アマゾンサイト：https://www.amazon.co.jp/gp/product/B07FQMT6KN/


価格は1,899円と安く、どのような製品か送られてくるか不安だったが、現物は工作精度が高く、外観もきれいだ。この製品は当たりだ。
アルミニウム製で重量は120ｇ。オーディオテクニカ製の600ｇの製品もあるが、レコード盤の共振を抑えるなら、120ｇで十分だ。
レコードプレーヤーはレコード盤を載せて、高精度に回転するように設計されているので、レコード盤の重量を大きく超えるようなモノを乗せると過負荷となってプレーヤーの寿命を縮める。

・レコードを試聴して、ディスク･スタビライザーの効果を調べる。
試聴に用いたレコード
１． 中本マリ － LADY IN LOVE　　VIJ-28012


２． DIANA KRALL － LIVE IN PARIS　　VERVE-３602547376954


３． Oscar Peterson and Count Basie － Satch and Josh　　PABLO-2310722


４． Keith Jarretカルテット － BELONGING　　ECM-1050ST


ディスク･スタビライザーの効果
1.と2.は、100Hz以下のベース音のレベルが高いので選んだのだが、ディスク･スタビライザーを乗せるとベース音の出力レベルが低くなった。特に1.で顕著だ。2.は180ｇ重量盤だからか、それほど低くなってはいない。
レコード盤の低域での共振状態を抑えることができたようだ。

3.と4.では、ピアノの打楽器的な音で、変化を確かめた。
全体的にスッキリとした音になった。音の純度が上がったようだ。

・まとめ
ディスク･スタビライザーを用いると、レコード盤の共振を抑え、音質を向上させる効果があることがわかった。

レコードプレーヤーから共振を発生させる構成部品を探し出し、共振を抑え込んでいくのがレコード再生高音質化の道だと思う。

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レコードプレーヤー関連
・ヘッドシェルのワッシャーに、衝撃・振動吸収性に優れた制振ゴム：ハネナイトを使ってみる。
・インサイドフォースの発生原理とインサイドフォースキャンセラーの仕組みと使い方
・レコードにこびりついたカビ・ゴミを取り除く。(レコードの水洗い)
・レコードターンテーブルのマット(シート)の自作
・静電気除去(除電)ブラシで、レコード盤面のホコリ(ゴミ)取り
　

パソコンで、ハイレゾ音源ファイルと同様に、CDの音楽ファイルを高音質で再生する。

ハイレゾ音源ファイルの再生と同じように、パソコンでCDの音楽ファイルを、音楽再生フリーソフト"MusicBee"で再生する。その際に、ASIO/WASAPを利用して、 DACにUSB転送すると高音質再生が可能となった。以下に報告します。

経緯
ハイレゾ音源のファイル再生と同じように、パソコンでCD内の音楽ファイルを高音質で再生できるのではと、思いついた。
1. SMSLのDACは、USB入力のジッター除去に優れており、パソコンやUSB伝送で発生したジッターを除去できる。
2. ハイレゾ音源ファイルと、CDの音楽ファイルを、同じパソコンで同じ精度で再生可能となる。

ハイレゾとCDが、パソコンで同じファイル再生となる上記2.のメリットは大きい。

WASAPI/ASIOを利用可能な、フリーのCD音楽再生プレイヤーソフトを探す。
CDの音楽データを、Windowsのオーディオ処理を経由せずに、USB接続されたSMSLのSU-8 DACに転送するには、WASAPI/ASIOを利用可能な音楽プレイヤーソフトが必要だ。

WEBで探すと、3点の音楽プレイヤー･フリーソフトが見つかった。
1. MusicBee：WEBサイトhttps://getmusicbee.com/
2. AIMP：WEBサイトhttps://www.aimp.ru/
3. foobar2000：WEBサイトhttp://www.foobar2000.org/

この中で、3.のfoobar2000は利用したことがあるが、周波数特性を加工しているので、候補から消えた。
1.か2.のどちらかとなるが、サイトを巡って、評価が高い1.のMusicBeeを選択した。
(1.のMusicBeeが使いづらいなら、2.のAIMPを試してみるつもりだ。)

MusicBeeのインストールと設定


MusicBeeのサイトから、今回は"Windows Store Edition"を初めてインストールしてみた。
Microsoftサインインの登録から始まったのだが、登録の後の進行が遅い。ウインドウ画面が青一面で変化なく、夕食の後にWindow画面を見ると、やっとダウンロードできるようになっていた。
ソフトのインストール場所も、アクセス不可な場所となっている。"C:\Program Files\WindowsApps"の内部だ。

・ASIOの設定

USB接続されたDACを起動し、
MusicBeeウインドウの左上にある"3本線ロゴ"をクリックし、"設定"をクリック。
設定ウインドウの左列から、"プレーヤー"をクリック。
プレーヤー/出力を"ASIO"、サウンドデバイスをSMSLのSU-8 DACを示す"USB DAC ASIO" を選択する。

最初の再生時に、パソコンのCDプレイヤーの回転が間に合わない場合を考え、"ハードウェアの同期のために起動時に無音を再生する"の項目もチェックを入れた。

再生開始時、再生中に音が途切れる場合には、
"バッファーサイズを増やす"の項目にチェックを入れ、秒数を増やす。
"またはファイル全体をメモリーに読み込む"の項目に、チェックを入れる。
それでも音が途切れる場合は、Blu-rayが再生できる上位のCDプレイヤーに変更する。

CDを再生し、音を聴く
パソコンのCDプレイヤーにCDをセットし、MusicBeeでCDプレイヤーのフォルダを開くと、曲目が一覧で表示される。
再生すると、1音1音がきっちりと聞こえる。今までのまとわりついていた余韻のようなものが消えている。
歪はまったく無い。SU-8 DACのジッター除去が強力に働いている。

ASIO/WASAPIを利用する効果は、Windows Media Playerで同じCDを再生すると違いがよく判る。Windows Media Playerでは、再生音の輪郭がぼやけている。

MusicBeeは、ハイレゾ音源ファイルも再生可能だ。現在ハイレゾ音源はTuneBrowserで再生しているが、それと同じ音だ。（厳密に言えば、TuneBrowserの方が100Hz以下の低域が締まっていて、明るい音だ。）

パソコンで、ハイレゾ音源ファイルと同様に、高音質でCDの音楽ファイルを再生できた。

音楽プレイヤーを終了しても、ASIO/WASAPの設定が解除されない場合
DAC端末でハイレゾ音楽を再生した後に、YouTube等の動画サイトで、音声が聞こえない、動画が止まり再生されない場合の対処法

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DAC関連
・ パソコンで、ハイレゾ音源ファイルと同様に、CDの音楽ファイルを高音質で再生する。
・ ROHMのMUS-IC:BD34301EKVを搭載した、SMSL社のD300を購入しました。
・ ES9038PROを使用したDAC端末 SMSL SU-9を、購入しました。
・ ESSテクノロジーのES9038Q2Mを実装した、SMSLのSU-8 DACを購入しました。

スーパーツィーターを、バックロードホーンスピーカーに追加しました。

バックロードホーンスピーカーシステムに、安価なスーパーツィーターを追加し、ハイパス用の最適なコンデンサーの値の選択、スーパーツィーターの相対位置による位相合わせの方法等を検討しましたので、報告します。

経緯
以前から、スーパーツィーターを追加して、どのような音になるかを試したいと思っていた。ただ、高域の聴力は並以下だと認識しているので、高価なものは止めて、安価なスーパーツィーターシステムなら良しとした。

スーパーツィーターを選ぶ
故・長岡鉄男さんは、20ｃｍフルレンジスピーカー使用のバックロードホーンスピーカーに、Fostexの スーパーツィーターT90A と0.47μFのコンデンサー直結を推薦しているが、今回は、T90Aを採用せず、安価な代用品のスーパーツィーターを探した。

・音圧レベル
バックロードホーンスピーカーの出力音圧レベルは96dB/Wに対し、スーパーツィーター T90Aの出力音圧レベルは106dB/Wだ。
スーパーツィーターにハイパスフィルターとしてコンデンサーを直結すると、スーパーツィーターの音圧レベルが落ちるので、バックロードホーンスピーカーの出力音圧レベルより高い音圧レベルのスーパーツィーターが必要となる。

WEBで、106dB/Wより高い音圧レベルのスーパーツィーターを探すと、意外と無い。高価なスーパーツィーターも出てくるが、周波数特性や出力音圧レベルの記載が無い。

そんな中で、安価な製品をやっと見つけた。ブラジルのJBL SELENIUM社製のドライバーだ。出力音圧レベルが110dB/Wと高い。

・D220Ti Titanium Driver　

WEBページ：https://jblpro.com/en-US/products/d220-ti
PDF仕様書：https://adn.harmanpro.com/site_elements/executables/18834_1570135071/D220TI_SpecSheet_original.pdf
低域まで周波数特性が伸びているので、T90Aと比べ形状が大きい。
インピーダンスが16Ωと8Ωの製品がある。日本では8Ωが販売されているが、チェックが必要だ。

・HM11-25
正方形の短いホーンを装着した。
サウンドハウスWEBページ：https://www.soundhouse.co.jp/products/detail/item/199581/
スピーカーとホーンの両方合わせて1セット7,500円程だ。

・ツィータースタンドは、山越木工房の製品で、10月に開催された真空管オーディオフェアで購入した。

配線
スピーカーケーブルの途中に3端子の端子台を設け、＋側配線にハイパス用コンデンサーを接続した。


ハイパス用コンデンサーの値の選択
バックロードホーンスピーカーが有している帯域に重ならないように、ハイパス用コンデンサーの値を選択するのが一般的だ。

故・長岡鉄男さんが推薦したコンデンサー値：0.47μFでのカットオフ周波数を求めてみる。
Cをハイパス用コンデンサー、Zをスーパーツィーターのインピーダンスとすると、スーパーツィーターに掛かる電圧の伝達関数は　G(ω)=jωCZ / (1+jωCZ)

ωCZ =1 とすると、G =1 / √2となって、-3ｄBのカットオフ点となる。
カットオフ周波数は f =1 / (2πCZ）より、C=0.47μF、Z=8Ωとすると、f=42KHz（≒42,328）とかなり高いカットオフ周波数となる。
15KHz以上の高周波領域を付加するのを意図しているようだ。

今回使用する D220Ti Titanium Driverは、T90Aより出力音圧が4dB高いので、コンデンサー値は0.33μFでも良いと思う。

スーパーツィーターの位置による位相合わせ
スピーカーシステムとスーパーツィーターの相対位置を調整して、両方の出力波形の位相差をゼロにして、波形が重なり合うのが理想だ。しかし微妙だ。

考慮する条件
１．音速340m/ｓとすると、10KHｚの波長：3.4cm
２．上の伝達関数から、スーパーツィーターの位相は、f=4.2KHzから42KHzまでの間に、＋90度から＋45度に傾斜して変化する進み位相となっている。

2.の傾斜して変化する位相より、位相を合わせたとしても合うのは1周波数点のみで、他の周波数では位相は合っていない。
そして、10KHzで位相を合わせようとすると、スーパーツィーターの位相は65度ぐらい進んでいるので、スーパーツィーターの相対位置を下げ、位相を遅らせる。
1.の条件により、65度は　3.4ｃｍ x 65度 / 360度＝0.6cm となる。スピーカーシステムの振動板位置から、スーパーツィーターの振動板位置を0.6ｃｍ下げれば良い。
となるけど、0.6ｃｍとなると微妙だ。そもそも位相差180度の最悪点まで1.7ｃｍしか無い。

スーパーツィーターを追加した音を聴く
コンデンサーは推薦値の0.47μFを付けてみた。
スーパーツィーターの位置だが、ホーンを装着しているのでドライバーの振動板の位置がかなり後方になるので、位置の調整は出来ていない。

音を聴くと、今まで聞こえなかった楽器の音が聞こえる。金属楽器の音だ。
プラシーボ効果かもしれないが、まずは良しとしよう。

---追記---
コンデンサーの値は、0.22μFに落ち着きました。高音領域聞こえ過ぎると疲れます。

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バックロードホーン関連
・ スピーカーを2チャンネルにする、2Wayフィルタの設計と作り方
・ バックロードホーンスピーカーを、2Wayシステムにしました。
・ バックロードホーンのスピーカをFE208SS-HPに交換、高音域改善のためにツイーターを追加
・ バックロードホーンのスピーカーを、FE-208NSに交換しました。
・ スーパーツィーターを、バックロードホーンスピーカーに追加しました。
・ バックロードホーン(BH)スピーカーの製作