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デジタルアンプLepai LP-2020の改造~その1~ [オーディオ]

2015年4月14日の日記

Lepai LP-2020A-1.jpg Lepai LP-2020A+アンプ

先日の土,日にバックロードホーンスピーカを組み立てました。 今日はアンプの整備です。

値段が3,000円ほどと格安なのにもかかわらず, 中国製のLP-2020と言うアンプがネットや雑誌で評判ですね。実は私も一昨年末に同僚がクリスマスソングを鳴らしていて音がよいのにびっくりした記憶があり,いずれ買ってみようと思っていました。正直なところ,「これじゃアナログアンプはおしまいだ。」と思ったくらいで,自作マニアを辞めようと思ったくらいでした。

でも,まあ,私がアンプを自作するのは音のためばかりじゃなく,工作するのが好きだからで,気を取り直してアンプを作ったりしていましたが,引っ越した際に小型のシステムが必要となり,買うことに決めました。

中国のLepai社が出しているアンプのシリーズで,今年からブランドが変わり,Lepyとなりました。一時はアマゾンでLepaiのにせ物という話がありましたが,箱にも書いてあるように,米国ではLepyとブランドを変更したようです。おそらく,彼の地ですでに商標登録されていたとか,アメリカ人はYou Tubeを見ても ”リーパイ” と発音せずに ”ルパイ” と発音するので,いっそのことブランド名ごと替えてしまえ,と言うことになったのかもしれません。

lepy.jpg Lepyは米国でのブランドのようです

中身は米Tripath社製のデジタルパワーアンプIC TA2020を使っています。初期のデジタルパワーアンプ用のICですが,Tripath社は2007年2月に連邦破産法11条の申請をして倒産してしまっています。と言う次第で,もうこのICは製造されていません。Lepaiのアンプのは中古品で,抜き球ならぬ抜き石だ,と言う話もあります。

ところで,今回,Lepaiのアンプを買おうとしたら何種類かのアンプがでていますが,メインはLP-2020というのとLP-V3の2機種のようです。ほかに,LP-808というLP-2020同様,出力20Wのアンプや大出力版のLP-168HA,最近ではTA2020が品薄になったのか,TA2024を使ったLP-2024と言うアンプもでています。ただ,▼にあるようにLP-168HAはSTマイクロエレクトロニクスのTDA7266を使っていますが,規格表を見ると出力7W×2(8Ω)のアナログBTLアンプで,40Wというのは誇大広告ですね~。

最初,どちらもデジタルアンプだし,LP-V3はBOSE製ICを使用と書いてあるので,新しい方でこっちがいいや,と思ってアマゾンに注文してしまいました。ネットでもどっちもデジタルアンプ,なんて書いているブログがあり,うっかり信用してしまいました。

結論から言いますと,LP-V3は従来通りのアナログアンプで,デジタルアンプじゃありません。もちろん,音も違うはずで,LP-2020とは同じ音はしないと思います。

  IC  出力   形式

LP-2020 TA2020 20W×2 デジタル

LP-V3 TA8245BHTDA8566 25W×2 アナログ

LP-168HA TDA7266 40W×2+8W(2.1ch)  アナログ

ネットで使用されているICを見て気づきました。LP-V3は東芝のTA8245BHが使われています。 ものによってはPhilipsのTDA8566を使っているようです。東芝のTAで始まるICはアナログICの型番です。

TA8245BHはカーステ用に開発されたパワーアンプICで,Vccが12Vと低い電圧でも大きな出力が得られるよう, 出力回路はBTL回路となっていて,PhilipsのTDA8566も同様です。

ただ,東芝のBTL ICはあまりいい印象がしません。かつて,このようなBTLアンプのICでTA7240という定番のようなICがあり,一度,アンプを作ったことがあります。 "ラジオの製作" などの雑誌にもよく登場していました。外付け部品が少ないので作りやすく,出力も大きいので,製作記事にうってつけだったのでしょう。

ところが,私も作ってみましたが,ゲイン過剰なのが災いし,使いにくいことこの上もありません。規格表を見てみるとゲインが52dBもあり,普通にCDプレーヤなんかをつなぐとボリウムを絞っていてもかなりの音量で鳴ります。おまけに,一応,ゲインを可変できるよう,外付け抵抗で調整できるのですが,最低でもゲインは40dB以上にしなさい,と規格表に書いてあります。40dBでもゲインは過剰です。100倍という訳ですからね。

普通,パワーアンプのゲインは20dB(10倍)もあれば十分です。TA7240は高ゲインなのが災いの元で,ノイズを拾いやすく,私が作ったアンプもビ~という音がして,おまけにアナログアンプなので発熱もすごく,ケースが熱くなってくるのですぐに使うのをやめてしまいました。

と言う次第で,どうにも東芝のパワーICは使う気がしません。TA8245BHもゲイン過剰なのは同様で,50dB以上もあります。おまけに,TA7240のようにゲインを可変にはできないようです。

そういうわけで,アマゾンの注文は速攻でキャンセルし,LP-2020を注文しました....(^^;)。

まあ,今どきアナログアンプなんて絶滅危惧種だし,LP-V3も貴重なアナログアンプと考えれば,買っておいて損はないと思いますし,私もいずれ買っておこうとは思っています。 

さて,まずはデジタルアンプについて調べてみました。 

デジタルアンプの原理.jpg デジタルアンプの原理

デジタルアンプは,入力されたオーディオ信号を高周波のパルスの粗密に変換します。パルス幅変調方式といい,英語ではPulse Width Modulationの略で,PWM変換と言います。

実は,私がいつも自作している鉄道模型用のPWMコントローラも全く同じもので,扱っている信号が直流信号か,オーディオ信号かの違いくらいしかありません。  

PWM波生成には自作のPWMコントローラと同じで,三角波と基準となるオーディオ信号の電圧差をコンパレータで比較して作ることが多いようです。  

使用している高周波は1MHzくらいのものが多いようで,この高周波を搬送波とかキャリアと言います。ちなみに私の鉄道模型のコントローラでは20kHzで設計しています。

1kHz'.jpg 1kHz

とてもきれいな1kHzの出力波形です(出力1W)。が,よく見てみると少し輝線が太くなっているのがわかります。 

100kHz(0.01uF).jpg 100kHz

太く見えるのは搬送波(キャリア)が残っているせいで,100kHzにするとよくわかります。搬送波周波数は画面から判断すると1MHzくらいのようです。これがデジタルアンプの出力波形です。 

PWM波は単なるonかoffかの信号なのでアンプ内部の半導体はスイッチしているだけで,出力段もMOS-FETを用いたスイッチング回路になっています。回路としてはオーディオアンプと同じSEPP回路となっています。 

ただ,このままだとスピーカを鳴らすことができないので,アンプとスピーカの間にローパスフィルタ(LPF)を入れ,搬送波をカットします。大体,このLPFのカットオフ周波数は50~100kHz前後に選ぶことが多いようです。残念ながらスピーカのインピーダンス特性がばらばらで,本来は使用するスピーカにあわせてLPFを設計しないといけませんが,そんなこと無理なのである程度のところで妥協するしかありません。 

LepaiのLP-2020の出力回路は▼のようになっています。 

LP2020出力回路.jpg Lepai LP-2020出力回路

アンプは片ch.に2組用意してあり,片方は逆相でドライブされています。アナログアンプのBTL回路と同じです。低いVccでも高出力が得られます。デジタルアンプではフルブリッジアンプと呼ばれるようですが,BTL回路と同じものです。位相反転用のOPアンプを内蔵しています。 

出力のMOS-FETはNチャンネルのみ使っていて,真空管のOTLとか,半導体の準コンプリメンタリみたいな回路になっています。この場合,打ち消し回路(ブートストラップ回路)が必要で,実際,内部の回路には使用されています。これって,なんか50年前の回路じゃない,という感じです......。 

L0,C0,CD0の回路がLPFです。CZ,RZはスピーカのインピーダンスが高周波になるとインダクタンス分により上昇してくるのでそれを抑えるためのもので,アナログアンプにも必ずついています。 

さて,アマゾンから届いたアンプはLepyのブランドの箱になっていました。ところが中の本体にはLepaiと書いてありますし,中の基板にはLepyと書いてありました......(爆)。

Lepai LP-2020A.jpg 箱

気を取り直して,まずは一度,通電して動作を確認します。アマゾンのカスタマーレビューにはさんざんなことが書いてあり,買ってみたものの音が出ないとか,RCAピンプラグの入力が左右反対に接続されているだとか,数日で音が出なくなったとか,書いてありますので一度チェックしてから改造します。

私のものは何の問題もなく,動作しました。また,ピンプラグの入力も正常で,ちゃんと左右のチャンネルは正常でした。それに,電源on/off時にスピーカからボッと音がするポップノイズの問題もほとんどなく,まったく気にならないレベルです。LP-2020はそれなりに製造が長年月経っていますし,内部の回路も基板も改良がなされているようです。

まずは周波数特性を測ってみます。8Ωの純抵抗をつないでオシロで観察してみました。結果については改良後のデータと一緒に次回ご報告します。

さて,一応アンプとしては動作することがわかったので早速内部の基板を調べてみます。

と,パネルに使用されているねじがトルクス(ヘックスローブ)ねじで,簡単には開きません。仕方ないので秋葉に行ったときに購入した特殊ねじ回しで開けてみます。

trad 43 pieces特殊ねじ回し.jpg 特殊ねじ回し

秋葉で2,000円ほどで売られています。もっと安いものもあるのですが,ビットの材質が悪く,ねじをなめてしまう代わりにビットがなめられてしまう,という粗悪品も多いようですので気をつけて下さい。これはビットが硬く,そのようなことはありませんでした。また,小さなアルミケースにきちんと収まり,なかなか使いやすいです。

torx T4.jpg ねじはTORXで,T-6が適合します。

original基板.jpg 

     オリジナルの基板の状態。基板はLepyです。

基板はスルーホール両面基板を使用し,内部の部品も意外に高級そうな部品が使われています。電解コンデンサは中国製ですが,それなりにシールのデザインが高級そうなデザインになっていて,金色の文字で書かれていたりしますし,出力のLPFに使用されていたりするコンデンサはちゃんとフィルムコンデンサになっています。

LP-V3は片面の基板で,抵抗も普通のアキシャルリードタイプで,正直言って,これなら俺でも作れる,というような感じだったのに,LP-2020はチップ部品を多用し,かなり内部の構造も違うようです。もっとも,LP-2020もネットで画像検索すると初期のものは片面基板で,リードタイプの抵抗を使っているようです。製造時期や製造所により,かなりバージョンがあるようです。

後期のものは基板も変わりましたし,ポップ音対策で出力にリレーが投入され,ミューティング回路が追加されています。部品も高級なものに取り替えられているようです。

tripath TA2020.jpg ご本尊

ご本尊のTripath製TA2020です。 何かちょっと薄汚れているのが気になりますね。やっぱ抜き石かもしれません。

放熱器が小さいのにびっくり。これで合計40Wの出力を出せるのですが,アナログアンプで40Wのアンプだと巨大な放熱器が必要です。  

TA2020-020.jpg 後日,部品屋さんで買った新品のTA2020。 

さて,いくつか気になるところがありますので,部品を交換していきます。

何より出力のLPFを構成しているLとCを交換したいと思います。先に述べたとおり,この部分にはフィルムコンが使われていますが,定数がTripathの規格表にある数値とは違います。Lepaiは4Ω出力用で,普通にオーディオのアンプとして使うには8Ω用にしないといけません。私なんていまだに16Ωなんてスピーカ使っていたりします.....(^^;)。

また,カップリングコンデンサは2.2μFの電解コンです。まあ,コストを考えると電解も仕方ないのですが,やはりカップリングはフィルムコンにしたいですね。

さて,規格表には8Ω時はC0は0.22μF,CD0は0.01μFとするよう,指定があります。Lepaiの定数は4Ω用で,それぞれ0.47μFと0.1μFになっています。また,CD0は0.1μFと記載した資料もあるようで,ちょっと混乱してしまいます。すでにTripathは倒産してしまっているので問い合わせようもありません。

これでどう違いが出るのでしょうか。

早速,spiceでシミュレーションしてみました。やはり違うのです。

TA2020 LPF simulation circuit.jpgspiceのシミュレーション回路

規格表にある,C0はC1,C2で,CD0はC4です。 ▲の図はLepaiのオリジナルの定数のまま,負荷に8Ωのスピーカを接続した状態です。 

LT spice simulation result.jpg シミュレーション結果

ご覧の通り,4Ω時は何の問題もなく,なめらかに下降していきます。ところが,このままの定数だと8Ωの時は20kHzで,1.2dB位のピークを生じます。規格表にあるとおり定数を変更すると最大でも0.6dBに収まります。まあ,アナログアンプだったらこれでもちょっと大きい気はするのですが,Tripathの規格表にしたがう方がよいようです。あとで実際に実測して比較してみることにします。

さて,ちょっと長くなりすぎましたので,実際の改造は次回報告します。 

 

2016年1月20日追記

最近はスピーカのインピーダンスが6Ωのものが多いです。その場合,LPFの定数をいくらにすべきか,と言う問題ができます。

Spiceでシミュレーションしてみました。

結論として,Tripath社の規格表にある,8Ω用の定数で全く問題ありません。

LP-2020 LPF(6Ω)spice.jpg シミュレーション回路です。

LP-2020 LPF(6Ω).jpg シミュレーションによるf特です。

ただ,このシミュレーションはあくまでも6Ωの純抵抗でやっているため,現実のスピーカとは異なります。実際のスピーカは高周波でインダクタンス分によりインピーダンスが上がってきますので,正確なシミュレーションとはいえませんのでご注意ください。

 


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ひろちゃん

 私も、最近、LP-2020A+を改造して、楽しんでおります。私は、そんなに電気に詳しくないもので。
 このブログ、LTspiceまで使って、周波数のシミュレーションまでして、なかなか、面白くて、参考にさせていただいています。
 LP-2020A+は、ノーマルのままでは、とても聴けたものではないと思いましたが。NFJの第九ロットも高価でしたが、転売にて購入しまして、ノーマルの改造によって、第九ロットの音質を追い抜いたので、第九ロットは、改造せずに、手放しました。(NFJ推奨のパーツがそれほど良いとは思えませんし。NFJTA2020キットのコンデンサを、LP-2020A+に組み付けたところ、音が良くなくて、驚いた次第です。)まあ、それと比較したコンデンサが、良かったせいもありますが。
 改造方法は、やたらに、コンデンサを交換していっただけですが。同じ容量のコンデンサでも、素材やメーカーや銘柄等により、音質が全然変わるのが不思議な世界ですねぇ?理論より、とりあえず、聴いてみないと、わからないというか。トライ&エラーで、無駄になるパーツの方が多いといいますか。その為、本体が2000円程なのに、交換するパーツ代がそれ以上、かかってしまっています。 
 改造後の改善された良い音を楽しむ時は、至福の気持ちになれるのでですが。どこかで、歯止めを利かせないとキリがないですねぇ?
 1個1000円以上のコンデンサまでは、手を出してないですけど。本体2000円のアンプに、いくらまで、パーツ代をかけるのか?ちょっと、自問自答している自分がいます。
 まあ、趣味というか、道楽というか、楽めているので、仕方ないですけど。ハンダが短絡したり、基盤配線が外れたり、改造も冷や汗ものですけど、まじで、神頼みしながら、なんとかやっています。
 運が悪けりゃ、アンプ&周辺機器がパーですから。気を付けないとですね。

by ひろちゃん (2016-02-23 20:55) 

iruchan

ひろちゃんさん,どうもコメントありがとうございます。

私はひろちゃんさんのように耳がよくないので,正直言ってコンデンサを取りかえたくらいでは音がよくなったとは思えませんでした。特に出力のLPFを改造するのが市販のキットなどでも主ですが,ここを改造しても音は変わらないと思います。

むしろ,最後の方で書いていますようにOPアンプを取りかえるのが効果大だと思います。

ただ,いずれにしましても両面スルーホール基板だし,チップ部品も多いし,例によって鉛フリーハンダを使っていて融点が高いため,改造はやりにくいです。無理をなさらずお試しください。
by iruchan (2016-02-23 22:24) 

ひろちゃん

 ご返事どうもです。オペアンプについて、書くのを忘れてました。
 最初に、そこそこのオペアンプに交換してみましたが、オペアンプだけでは、まだ、どうしようもない音でしたので。
 ただ、オペアンプ部の改造は、難関でした。最初はSOPで、まずこれをDIPの交換式にしたかったのですが、最初のハンダ除去部の基盤配線が脱落し易くて、やばかったのです。なるほど、某掲示板で、この作業は、結構やばいので、気を付けてくださいと助言いただいたのは、この事だったのかと、納得しました。なんとか、自分で、配線を作り、DIP交換式にできましたが。それに下手すると、元SOP部に付けたハンダの短絡で、アンプがドッカンの可能性があったのですが。大宰府のお守りに、通電前に、神頼みしましたところ、その後、ルーペで、短絡に気が付いたので、難を逃れました。神様ありがとうございます!まさに、こんな世界ですよね。アンプの改造は。「運が悪けりゃ、アンプや周辺機器ががドッカン!」
 コンデンサ交換は、入力カップリングからですね。結局、トーン回路が間に入っているので、2か所(4個)ということでしょうか?まだ、最終的に、まだ音質に納得はしていませんが、ここを替えると別世界でした。
 ところで、耳のことは、私は、けっこうの歳なので、関係ないと思いますよ。20代の時のように、15~20kHzは、もう聞こえないはずですから。
 音質の違いは、そこそこのスピーカーじゃないと、わかり難いのです。おそらく、20cm以上のウーハーで、できれば、3ウェイぐらいで、聴かないと違いがわかりにくいです。改造アンプの一発目テスト用の10cmフルレンジ(壊れても、いいように。)では、全く、違いがわからなくても、前者では、10秒ぐらい聴くと、すぐに違いが判るのです。別に、そんなに高いスピーカーではないですけどね。
 ローパスフィルター(LPF)のコンデンサの話ですが、N00キットのコンデンサに交換したところ、LP-2020A+にノーマルで使われているもの(パナのものかもしれないですが)より、音質が悪化したのには、閉口しました。今のところ、LPF側は、最初のもので、満足して聴いています。これに懲りて、N00さんで、購入したキットやコンデンサ等は、今週、全部、手放しました。音質が悪いパーツは、ゴミと同じで、意味がないですから。ついでに、第九ロットとも、改造前にサヨナラしました。ノーマルLPちゃんが、第九ロットを遥かに凌いだ音質で鳴ってしまったら、もう意味ないですから。第九は、定価より、高価な価額で入手した物だったものですから。さっさと、高価のうちに、手放さないとですね。改造したら、価格が付かなくなるもので。
 以前から、気に入って使っているSONYのSTR-DN2030アンプと比較して、そこそこのところまで、音質がいっていると思います。まあ、最近のAVアンプは、凄いのですよね。マイクで、全スピーカーの音を測定して、距離とか、部屋の特性を補正したり、周波数特性等を自動調整とか。HDMI,USBも接続でき、DACも当然内臓ですし。ネットで、最新化されて、ハイレゾ対応には、なるしですね。ここまでは、LP-2020A+では、真似ができませんから。まあ、遊びには良いですけど。DAC内臓の本格アンプは、有名メーカーで、実売2万円代から、売っているので、改造費と手間を考えると、LP-2020A+が本当にお得かどうかとも、思えてくるのですが。まあ、自己改造による満足感というところでしょうね。今日も、LPF用のコンデンサ等を4~8Ω用まで、2千円近くも購入してしまって、止められません。送料もあるので、どうしてもまとめ買いしてしまいました。まるで、アンプ改造が、合法の麻薬のようです。脳内麻薬が分泌されているのでしょうね?うまく行った時の快感がですね。ということで。。。
by ひろちゃん (2016-02-24 03:26) 

ひろちゃん2

追伸です。技術的な内容ですが、
CD0のコンデンサのことですが、ICの規格表だと、0.01μFなのに、LP-2020には、実際は、0.1μFですよね。私も、規格通りに、0.01μFに替えてみようとしていますが、これって、交換すると、音質が、どう変化する傾向になるのでしょうか?高音が出にくくなるということなのでしょうか?C1,C2と同傾向だと思うのですが。同じスピーカー(例6Ω)を使って、この容量が、大きくすると、高音域のdBが、高くなるということですよね?spiceの結果から、みてもですね。

by ひろちゃん2 (2016-02-24 03:51) 

iruchan

出力のLPFについては,実機の30kHz付近でのピークが1dBくらいになるので,Tripathの規格表通りの定数にしています。6Ωの場合についてはブログに書いたとおりで,ほとんど8Ωの場合と変化ありませんでした。

いずれにしても,人間の可聴帯域は20Hz~20kHzと言われており,実際には老化とともに高周波は聞こえなくなり,ほとんどの人は17kHzくらいまでだと思います。

と言う次第で,すでに人間の耳に聞こえる周波数以上の部分でf特がどれくらい変わるか,と言うことを議論しても仕方ないと思われます。

と言う次第で,実はあまり出力のLPFをいじっても仕方ない,というのが私の結論で,実際にいじってみても音の違いはわかりませんでした。


by iruchan (2016-02-24 08:00) 

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