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デジタルアンプLepy(旧Lepai) LP-2024A+の改造~ヘッドホン端子の取り付け・つづき~ [オーディオ]

2016年12月31日の日記 
 
LP-2024A+ head phone1.jpg
 
とうとう,今年も今日で最後です。一年,ご愛読ありがとうございました。今年,最後の投稿です。
 
今日は前回の続きで,Lepy(旧Lepai)のデジタルアンプLP-2024A+のヘッドホン端子追加についてです。前回はいつもお世話になっている方からの依頼でした。今回は自分のを改造します。
 
まず,前回で課題になったのは,少し改造が大変だと言うことです。回路自体は簡単なんですけど,アンプの出力とスピーカ端子の間にスイッチを挿入しなければならないので,一度,スピーカ端子を外す,と言う大工事が必要でした。
 
回路は簡単なんだけれど,実際にやるのは大変,ということが結構ありますね。
 
今回,もっと簡単にできないかと考えました。
 
また,前回はスピーカ⇔ヘッドホンの切り替えをできるように考えていたため,スイッチは双極双投(DPDT)のスイッチが必要で,その配線が結構面倒でした。
 
でも,よく考えてみると,スピーカとヘッドホンの切り替えが必ずしも必要ではなく,あくまでもスピーカをOFFにできればよいのでは,と思いました。ヘッドホンがつなぎっぱなしで,ヘッドホンから音が出ている状態でも音量が小さければ問題ないし,普通はちゃんとヘッドホンを抜いておけばよいだけの話です。つまり,ヘッドホンを使っているときはスピーカをOFFにすればよいのです。
 
と言う次第で,今回はヘッドホンを使えるようにすると同時に,スピーカをOFFにする回路を追加することにします。
 
スピーカをOFFにする回路,というのはもちろん,ミューティング回路なんですが,もとからLepyのアンプにはミューティング回路がついていて,リレーでスピーカをON/OFFしています。
 
と言うことはこのリレーを別途,制御できればスピーカをOFFにすることができますね! 
 
これを使わない手はありません。 
 
ということから,改めてLP-2020の回路を検討します。LP-2020の回路については,以前も紹介したHamlinさんが発表しておられるので参考にさせていただきました。LP-2024A+も本体のTA2024周辺の回路をのぞけば,ほぼ同じと考えられます。
 
アンプの電源投入時にスピーカからボコッと言う不快な音がするので,その音をシャットダウンするため,アンプにはミューティング回路が入っています。真空管のアンプだともとからスロースタートなので問題になることはないのですが,半導体のアンプは立ち上がりが早いため,この問題が出ます。特にACアンプだと至る所にカップリングコンデンサやデカップリングコンデンサが入っているので過渡特性が悪く,ポップノイズが出ます。デジタル時代になってから,逆にアナログ部分はACアンプになっていることが多く,困ったものです。
 
特にデジタルアンプの時代になるとPWM信号プロセッサの立ち上がり時にノイズが出ることもあり,ミューティングが必要です。LP-2020も初期の頃,このノイズが問題となり,後期のものはかなり改善されています。LP-2024A+はLP-2020の後継機なので,改良点が継承されています。
 
アンプのミューティング回路は次のようなものです。
 
ミューティング回路1.jpg アンプのミューティング回路 
 
CとRの時定数回路が入っていて,この場合,コンデンサの端子電圧は最初は当然0Vですけど,徐々に充電されて電圧が立ち上がっていきます。よく言われるんですが,C×Rが物理的に時間(sec.)の次元となり,おおよそ t=C(F)×R(Ω) のとき,電源電圧の6割くらいの電圧になります。このC×Rの値を時定数と言います。
 
▲の回路ではコンデンサの端子電圧が大体,0.6VになるとTrがONし,リレーを動作させるようになっています。
 
Lepyのアンプのミューティング回路はこの通りとなっています。ついでに,ヘッドホン周辺の回路も一緒に示します。─ 部分が今回の追加部分です。 
 
LP-2024A+スピーカーoff&ミューティング回路.jpg 今回の回路
 
やはり,普通のミューティング回路同様,CとRの時定数でTrをONさせることによってリレーを動作させています。なお,リレーの駆動Tr Q4, Q5はダーリントン接続となっています。
 
ほかに,LepyのアンプはQ1とQ3が付加されています。
 
まず, Q1は過電圧保護で,入力のDC電圧が何Vかわかりませんが,限界を超えるとQ1がONしてアンプ全体をミューティングさせるようになっています。 

Tripathの規格表を見ると,TA2024の#12ピンはミューティングとなっていて,このピンが high の場合はアンプが動作せず,low になるとアンプがONするようになっています。 
 
また,リレーの後ろにQ3がついていますが,これのコレクタ電位は通常は high で,アンプの電源が入ると,ミューティング回路と同じ電圧でQ3がONし,#12ピンを low にするようになっています。
 
なんか,スピーカのミューティング回路と二重になっていてムダな気もするのですが,こうしないとポップ音がひどいのでしょう。初期のLP-2020アンプなんかはこの対策がしていないのではないかと思います。
 
さて,今回,ちょっとこのせいで困った問題が出てしまいます。
 
普通だったら▲の回路でC15をショートしておけば(=Q5のベースを接地する),ミューティング回路が動作せず,リレーが動かないのでスピーカはOFFにできます。
 
ところが,このやりかただと,スピーカはOFFにできるんですが,Q3もONしないのでいつまで経ってもアンプがミューティング状態となってしまい,ヘッドホンから音が出ません。
 
と言う次第で,この方法は使えません。
 
次の手で,Q4が動作してもリレーが動作しないようにします。Q4のコレクタとリレーのコイルの間にパターンを切ってスイッチを挿入します。場所は▼の写真の 部分です。
 
実は実装上はこの方法の方が簡単でした。それに安全です。うっかり,Q5のベースを接地するべく,スイッチを配線しようとしてはんだがブリッジしてしまってQ4やQ5を壊しちゃうこともあり得ますので。小さな表面実装のTrなので,配線をはんだづけするだけでも大変です。
 
SP OFFスイッチ挿入部.jpg ルーターでパターンを切ります。
 
一度,ルーターを持ち出してパターンを切らないといけませんし,切った端の部分の塗装をはがしておかないと配線をはんだづけできないんですが,こちらの方が楽だと思います。
 
また,スイッチは単極単投(SPST)のものがつかえるので配線も簡単です。
 
SP OFFスイッチテスト中.jpg ただいまテスト中。
 
使用したスイッチは6Pのどこ製だかわからないものですが,Lepyのアンプで使われているのとほぼ同じものだと思います。いつもお世話になっているサトー電気さんで見つけました。単極単投でよいので2Pのスイッチでいいのですけど,普通は3Pか6Pのものだと思います。
 
ただ,残念ながら,適当なキャップがありません。一般に売られているものはΦ8mmくらいのものです。LepyのアンプのはΦ7mmなので大きいのです。また,色もシルバーというのはありません。グレーでもいいかとは思ったのですが.....。
 
このスイッチを押すとリレーの接点が外れ,スピーカがOFFとなります。 
 
結局,Ali Expressで割に似たのを見つけたので注文しました。届くのに2週間くらいかかると思いますが届いたら取り付けてみます。
 
さて,実際の工事の様子です。
 
SP OFFスイッチ部.jpg パネルに穴を開けました。
 
ちなみに,ご覧の通り音量調節のボリウムの照明はオリジナルは品の悪そうな? 青色LEDを使っていますが,iruchanはいつも電球色LEDに換装しています。こっちの方がずっと品がいいと思います。 
 
Lepy LP-2024A+フロントパネル加工図.jpg パネル加工図です。
 
ヘッドホン端子はそれほどじゃないですけど,SP OFFスイッチは基板にはりつけるので,慎重に検討しないとうまく基板に載せてパネルから顔を出すようにできないので一度, "花子" で図面を描いて検討しました。が今回の穴開け位置です。 
 
 
ヘッドホン基板.jpg ヘッドホン基板
 
前回は万能基板を使いましたが,今回は基板はきちんとエッチングで作りました。ヘッドホンジャックはICピッチじゃないので万能基板を使っても結局,穴開けをやり直さないといけませんでしたので。
 
回路は▲の図の通りです。今回,ストッピングコンデンサはELNAのシルミック220μF 25Vを使いました。あまりに大きいのに驚き。同じ容量,耐圧のものの倍はあります。でも,音は非常にいい感じです。もう1枚作りました。こちらはニチコンMUSEにしました。
 
 
Lepyアンプヘッドホンジャック基板1.jpg プリント基板 
 
 
プリント基板用ヘッドホンジャックは配線が面倒なのでプリント基板図を示します。これを50mm×15.3mmで感光基板に焼き付けると基板を作ることができます。 
 
本当言うとiruchanはお気に入りのサンヨーのOSコンを使いたいのですが,OSコンは導電性高分子アルミ固体電解コンデンサで,内部に電解液が使われておらず,直接,電子で電荷をチャージする仕組みになっています。電荷を運ぶ素子が普通の電解コンデンサだとイオンですけど,OSコンは電子のため,非常に軽く,そのため高周波特性がよいので音もよいのですが,残念ながら普通の電解コンデンサと違って電解液を使わないので故障時にショートモードで故障するくせがあります。そのため,故障すると直流が漏れてヘッドホンが壊れる可能性があるため,使用は避けました。この故障モードはタンタルコンデンサも同じで,iruchanはタンタルは使わないことにしています。
 
ヘッドホン&スピーカOFF回路配線.jpg 
    
   ヘッドホン基板とスピーカOFFスイッチの取り付け 
 
ヘッドホンの配線はスピーカ端子に行います。前回はスピーカ端子を外さないと配線できませんでしたが,今回は基板の裏にはんだづけするだけなので楽です。
 
ヘッドホン配線はんだづけ1.jpg 2芯シールド線を使いました。
 
前回,ヘッドホンのGNDは電源のフィルタコンデンサを使いましたが,今回はSP端子近くのGNDプレーンに直接ハンダづけしました。ただ,このあたりにある,はんだ部分はとても小さいので,スピーカOFF回路同様,ルーターで塗装をはがしてそこにはんだづけしました。
 
これだと簡単です。
 
ようやくこれでヘッドホンが使えるようになりました。いい音で聴くことができますね。
 
では,今年も皆様,どうもご愛読ありがとうございました。また来年もどうぞよろしくお願いします。よいお年を。 
 
 
 
2017年1月15日追記
 
年末にAli Expressに注文していた,プッシュSWのキャップが届きました。どうしても日本で入手できるプッシュSWはキャップがなかったり,あっても色がシルバーなんてのはなくて,結局,中国から取り寄せました。このキャップは "つば" 部分がΦ9mmで,円筒形の部分がΦ5mmでした。もう少し円筒部分は太くて長い方がいいんですけどね。
 
push switch.jpg 20個で$8.16でした。
 
さっそく,使用しているプッシュSWに取り付けます。残念ながら,このキャップにセットになっているプッシュSWは入手できなかったので,今使っているやつにははまりません。
 
軸をルーターでΦ3mmに削って差し込みました。
 
push switch1.jpg 上面にプラ板を貼りました。
 
普通は端子部を下にしてはんだづけするんですけど,さすがに今のプリント基板に穴を開けて差し込もうとは思いません。危険ですよね~。
 
と言う次第で,普通はあり得ないんですけど,上面を下にして,プリント基板にエポキシ接着剤で貼りつけちゃいました。もちろんこの場合でも絶縁しておかないと危ないので,t1.0mmのプラ板を貼りつけてから接着しました。
 
LP-2024A+ head phone2.jpg こんな感じです。
 
出っ張った部分はΦ5mmなので,もとのフロントパネルに開けた穴が少し大きすぎますけど,まあ,違和感ないと思います。ついでに,インレタで表示を追加しました。
 
これで,無事に正面でスピーカのon/offができるようになりました。非常に便利です。これでLepyのデジタルアンプもヘッドホンで聴くことができるようになりました。
 

 
 

デジタルアンプLepy(旧Lepai) LP-2024A+の改造~ヘッドホン端子の取り付け~ [オーディオ]

2016年12月24日の日記

ヘッドホン端子.jpg ヘッドホンで聴けるようになりました。

どうも今年も押し詰まってきました。昨年の今日は北の果ての雪の遠軽駅で鉄をしておりました......(^^;)。

さて,今日はしばらくぶりで中国製のデジタルアンプLepy(旧Lepai)のLP-2024A+の改造です。前回からほぼ1年ぶりです。

実は,以前からヘッドホンをつなぎたいと思っておりまして,一度,検討したのですが最終的に重大なあることに気がついてあきらめていました。そのあることとはまた後ほど申し上げるとして,今回はいつもお世話になっている方からの依頼で,真剣に検討することにしました。

というのは,このアンプが音がよいと勧めたら,ぜひ,ほしいとのことでさっそくAmazonに注文されたのですが,ヘッドホンで聴くことが多いので改造してほしい,ということでした。確かに,今だとヘッドホンも音がいいのがたくさん出ていますし,スマホも普及したので音楽を聴くのにスピーカよりもヘッドホン,と言う人も多いと思います。 Lepyのデジタルアンプはとても音もよいので,これでヘッドホンで聴ければよい音で音楽が聴けるな,と思います。

ただ,これは非常に面倒な問題なのです。

デジタルアンプは多くの場合,出力upのため,出力段が通常のシングルエンドではなく,BTL接続になっているものが多いのです。

で,これがどういう問題なのか,と言うと,ヘッドホンを接続することができないのです。

理由はスピーカのコールド端子(黒)が普通はグランド(GND)なのですが,BTLのアンプの場合,GNDじゃないのです。そのため,普通のヘッドホンは端子が3つしかなく,GNDが左右共通になっているのですが,こういうヘッドホンをつなぐと▼の図のように,左右のアンプの出力のコールド側をショートしてしまうためなのです。普通のシングルエンドのアンプだとコールドはGNDなので,ショートしてもなんの問題もないのですけど。

       BTLアンプヘッドホン接続誤り.jpg  こんな配線はできません。 

ここで,BTL接続について説明しておきましょう。

BTLとはBridged Transformer Lessの略で,その名からもわかるとおり,アンプの出力段にはその昔,出力トランスが必要だったのですが,これを不要とするための回路の一種です。真空管アンプはもちろん,半導体のアンプでもゲルマニウム時代なんかは出力トランスが必要でした。

BTLアンプは初段に位相反転段が入っていて,入力と逆位相の信号を作り,それぞれ正相と逆相の2組のアンプを使って信号を増幅します。 これをそのまま,スピーカの端子につなぐと出力トランスが不要となり,また,普通のシングルエンドのアンプの4倍の出力が得られるというものです。

回路自身はそもそも出力トランスがあった頃に検討されたくらいですから,かなり古いものです。もちろん,デジタルアンプなんて影も形もない頃から使われていました。特に電源電圧が低い,ラジオやカーステレオの出力段によく利用されていました。

普通はアンプが2組も必要になるので,HiFiオーディオの世界で使われることはほとんどありません。コストも倍かかる,と言うわけですからね。

1980年代にラジオ技術誌に山梨大学? の先生がずっとBTLアンプの記事を連載しておられて,iruchanもいつかは作りたいと思っていましたけど,さすがにディスクリートでBTLアンプというとアンプを4台作ることになるので面倒であきらめました。 

ただ,回路がIC化されてしまうと部品点数が2倍になるわけじゃなし,コストもそれほど変わらないのでアナログ時代のパワーアンプICなどによく利用されていましたし,デジタルアンプもBTLのものが多いです。Lepyのアンプで使われている米Tripath社のTA2020TA2024も出力はBTLとなっています。

BTLアンプ.jpg BTLアンプ回路(片ch.のみ)

このため,もし,ヘッドホンをつなぐ場合は左右のコールドが別々になっている,4端子のものでないと使えません。でも,自分で改造でもしない限り,こんなヘッドホンはありませんから,BTLのアンプにはヘッドホンはつなげないのです。 

ただ,一応,方法としては2つあると思います。

1つはよくネットにも出ている方法で,トランスを使ってバランス→アンバランスの変換をするものです。▼のような接続をすると,BTLのアンプでもヘッドホンが使えます。

       ヘッドホン接続(トランス式)1.jpg トランス方式

しかし,この方法だとせっかく出力トランスがいらなくなったのに,またトランスがいるのか,と思っちゃいますね。

iruchanは真空管アンプマニアなのでよくわかりますが,出力トランスはそれなりにお金をかけていいものを使わないと音が悪いのです。

大きくて思いし,何よりアンプの音や性能が出力トランスで決まってしまうので,できれば出力トランスなんてない方がいい,といつもiruchanは思っています。だから,いつも半導体のアンプはうらやましく思っています。と言って,真空管のOTLアンプはまだ作ったことがないのですけれど.....。

それに,出力トランスを使うと言っても1次側インダクタンスが十分大きくないと低音がカットされてしまうのですが,そのインダクタンスを増やすには巻数を増やさないといけないので,いい出力トランス,というのはサイズが大きくなってしまうのです。かと思うと,今度は逆に高音域は巻線がキャパシタンス分を持つのでカットされてしまので,巻数の多いトランスは不利で,結局,HiFi用の広帯域な出力トランスというのは非常に設計が難しいのです。 

そんなわけで,Lepyのアンプに出力トランスを接続する,というのはなんとか避けたいと思いました。Lepyのアンプは非常にコンパクトにできているのに,いいトランスは大きくて,トランスを外付けにしなくちゃいけないので意味なくなっちゃいます。と言って,この小さなケースに収まるような出力トランスはありません。あっても上記の理由でロクなものじゃないでしょう。LP-2024A+の方は割にケース内にスペースがあるのでなんとかなりそうなんですけどね。LP-2020A+のほうはTA2020の放熱器が邪魔をして絶対に入らないと思います。

と言う次第で,別の方法を考えます。

要は,BTLアンプというのは▲のように正相と逆相のアンプがあるので,正相側だけ出力を利用すればよいのです。こうすればコールド側をGNDに落とせるので,GNDが左右共通となっているヘッドホンでも接続できます。

と言うことで回路は次の通りです。

       ヘッドホン接続(コンデンサ式).jpg 今回の回路

抵抗は普通のスピーカを鳴らすためのアンプにヘッドホンをつなぐための減衰抵抗で,ヘッドホンの保護抵抗です。昔,まだ専用のヘッドホンアンプなんてなかった頃,よくこういう方法が使われました。真空管アンプでも,この前,修理した,三栄無線の6BX7シングルのSA-523もこのようになっています。

また,コンデンサは直流分をカットするためのストッピングコンデンサです。アナログのHiFi用アンプなどだと正負両電源を使用していて,SP端子は直流電位は0Vなので不要なのですが,本機では出力に直流が出てヘッドホンを壊してしまうため,直流をカットしておくためのものです。

今回改造したLepyのアンプは出力端子に5~6Vの直流が出ていますので,必ずコンデンサを入れてください。 

これならヘッドホンが接続できます。 

ところが,ここで前回,重大なことに気がついて,あきらめちゃいました。

なんと,ヘッドホンを挿すと自動的にスピーカがoffにすることができないのです!! 当たり前なんですけどね......。

ラジオやTV,アンプなど,普通のセットではヘッドホンを挿すと自動的にスピーカがoffとなるようになっています。これは,▼のような回路となっています。

      シングルエンドアンプ+ヘッドホン2.jpg 普通のパワーアンプへのヘッドホン接続 

BTLのアンプはスピーカのコールドが左右別々なので,こういうことができないのです。

ヘッドホンで聴いてんのにスピーカも鳴っているんやったらあかんやんか.....ということで前回はヘッドホン取り付けはあきらめちゃいました。

今回もどうしようかと,悩んだのですが......。

いい解決法を思いつきました。

なんのことはない,スピーカとヘッドホンの切替SWをつければええだけやんか,と思いつきました。▲の回路についているスイッチがそれです。なんだ,こんな簡単にできちゃうんですね。 

さて,次に減衰抵抗をいくつにするか,というのはちょっと難しい問題で,真空管のアンプなどに取り付ける場合は数百Ωといったところで,最初,iruchanは100Ωを入れてみました。

ところが......。

ものすごいホワイトノイズで,とても音楽なんて聴けたものじゃありません。

オシロで見てみますと実効値で24mVもあります。普通,アンプの残留雑音は1mV以下にしないとノイズが気になりますから,これじゃダメです。

LP-2024A+ホワイトノイズ.jpg げっ~~!!

原因が最初,思い浮かびませんでした。ハムなら電源に起因するので,電源のリップルやアースラインの引き回し,2点接地なんかが原因ですが,ホワイトノイズというのは原因は半導体や抵抗など,電流が流れる素子が必ず持っている熱擾乱雑音が原因で,ボルツマン定数を使った式で表されます。広帯域のノイズで,フィルタで落とせるものじゃありませんし,対策は面倒です。

ちょっと困ったな~と思ったのですが,以前,AMステレオのラジオのヘッドホンアンプで同じ経験をしたことを思い出し,原因はヘッドホンのインピーダンスが低すぎて感度がよすぎるため,と気がつきました。

と言う次第で,インピーダンスを上げればよいので減衰抵抗を100Ωから1kΩに増量したらホワイトノイズが消え,とても静かになりました。やた~~!!!!!

ついでに,1kΩにしてしまうと低域のカットオフ周波数も低くなるので,好都合です。

低域のカットオフ周波数は1/2πCRで表されます。ちょっと計算が面倒なのでiruchanはいつも下式を使っています。

      カットオフ周波数.jpg

もし,本機に採用するのでしたら47μF~100μFくらいでOKです。iruchanは最初,100Ωで考えていたので,1,000μFを使っています。これじゃ,カットオフ1.59Hzなんでオーバースペックですが,面倒なのでそのままにしています。

ここまで来たらようやく基板を作って実装していきます。ヘッドホン端子はプリント基板用を使います。それにCとRをつなぎますが面倒なので万能基板で済ませました。

ヘッドホン基板.jpg ヘッドホン基板です。 

パネルにΦ6mmの穴を開けて固定します。場所は電源スイッチの横にしました。ボリウムの左側でもよいと思います。

スイッチは6Pのものが必要です。こちらも穴径はφ6mmですので,後ろのパネルに穴開けしました。普段使うスイッチじゃなし,フロントパネルにつけなくてもよいと思います。 

なお,中の配線は結構厄介で,一度,Lepyのスピーカ端子を外してはんだづけしました。L+とR+の端子を外してその間にスイッチの接点が入るようにします。外した端子の跡にφ1mmのスズメッキ銅線をはんだづけして配線をつなぎます。

sp端子.jpg SP端子の改造 

ヘッドホン配線.jpg ヘッドホン配線

スイッチは後面のパネルに取り付けるので,10cmほどコードは余長を持たせておかないと基板が外せなくなってしまいますので,ご注意ください。 

LP-2024A+ヘッドホン基板.jpg ヘッドホン基板の取付 

スペース的にはギリギリですが,何とかなりました。コンデンサは100μFくらいでも十分です。また,もとから直流がかかっているところなので,無極性(バイポーラ)のものでなく,普通の有極性のものでOKです。もちろん,アンプ側が+です。また,基板上には進工業の75Ωが載っていますが,これは実験中のものです。本番? は1kΩにしました。 

この基板から出ている黒い電線がGNDで,基板の裏にある,→ のところにはんだづけしました。 ▲の写真に写っている金色のニチコンの電解コンデンサのマイナス端子です。

GND位置.jpg GND位置

rear panel.jpg パネルにはインレタで表示を追加しました。 

AUDIO INPUTの囲みの中にあるなんて変ですけどね........(^^;)。 

Lepy LP-2024A+.jpg 正面。ヘッドホン端子つき。

照明のLEDは本来は青色ですが,まぶしすぎるし,色もちょっとあまりにも品がない感じなので,いつもの通り,電球色LEDに交換してあります。 

Lepy LP-2024A+1.jpg 背面。スイッチがついてます。

あとはいつもどおりの改造です。

何より最初にやらないといけないのは入力のカップリングコンデンサ。これの容量が小さすぎ,低域が200Hzくらいから下がり始めます。

今回,無極性電解の3.3μFが使われていました。ここはいつもお気に入りのサンヨーのOSコンをつけました。39μF16Vのものをつけました。これ以上の大容量のものはサイズが大きく,基板に取り付けられませんので,これが限界だと思います。

コンデンサ.jpg 交換したコンデンサ 

あと,TA2024の入力にも同じ電解が使われていましたので,ここにはニッセイの積層フィルム3.3μFをつけました。ここはそんな大容量のものは不要ですし,いくらOSコンが音がよいと言っても電解コンデンサの仲間ですから,小さな容量でよいならやはりフィルムコンにした方がよいと思います。

内部基板(コンデンサ取替後).jpg コンデンサの交換

電源のフィルタコンデンサもニチコンのFGに交換しました。ここは一番重要なところですからね。

電源フィルタコンデンサ跡.jpg おや?

ところでもとのコンデンサを取り外してびっくり。端子用の穴が3つも開いています。私のはこんなことありませんでした。

おそらく,前も書きましたけど,Lepai社は部品メーカと直接取引して購入しているわけじゃなくて,スポット市場に大量に安い部品が出たらそれを買い付けているんでしょう。OPアンプが機種によって違うとか,コンデンサも微妙に違っているのもそのためだと思います。ただ,これが悪いかというと,むしろ中国製の質の低い部品を使うよりもスポット市場だと日米欧の高級部品が流れてきたりすることも多いので,そういう部品を買い付けて使ってくれた方がよいと思います。

ここも,2,000μFくらいの大容量電解コンデンサはピン間隔が10mmのものと12.5mmのものがあるので,どちらか合う方にとりつける,なんてことやっているんだろうと思いました。  

お次はこれ。

OPアンプはiruchanのはテキサスのNE5532が使われていましたが,今回のはロームのBA4560が使われていました。 ロームのDIPのICは脚が少し変わったデザインになっているので,これは間違いなくローム製でしょう。ただ,BA4560なんて知らないOPアンプだったので規格表を見てみますと,一応,ローノイズ各種オーディオ用と書いてありましたが,確かにノイズこそ8nV/√Hzと低いのですが,GB積が10MHz,スルーレートが4V/μsと,あまりパッとしない数字が並んでいます。これならNE5532の方がよい感じです。NE5532は音がよいOPアンプとして有名ですよね。

BA4560.jpg ROHMのBA4560

それに,規格表にある内部の等価回路を見てがっかり。初期のOPアンプでも米国製のものはこういう単純な回路構成は少なく,むしろ今も使われているμPC812など日本独自のOPアンプに多い回路です。

アナデバが出しているOPアンプの歴史の本がありますが,OPアンプの設計ができるのは世界でも数えるほどなんて書いてあってホンマか? と思いましたけど,確かに米国製のOPアンプの内部の等価回路はきわめて複雑でびっくりするんですが,案外,本当なのかもしれません。純国産のOPアンプの内部等価回路はシンプルと言えば聞こえはいいですけど,なんかとても貧弱な印象を受けます。iruchanはもちろん,戦後の生まれなんですけど,電子部品,特に半導体に対しては米国製を絶対的に信奉してしまいます。やはり半導体は米国製が一番だと思います。GIたちに "Give me operational amplifier!" なんてねだっていた世代じゃないですけど.....。

BA4560はOPアンプなので,初段は差動アンプなのは当然ですけど,2段目はレベルシフトを兼ねたエミッタフォロア,3段目が実質的な2段目増幅段ですが,定電流負荷のエミッタ接地シングルアンプとなっています。そのあと,SEPPのバッファアンプがつながっています。

シングルアンプはやはり多量の偶数次のひずみを発生するし,OPアンプは2段目がゲインの大半を稼ぎますから,ここは低ノイズの差動アンプにしておかないとアンプのひずみが増えてしまいます。差動アンプは左右ペアになったTrがプッシュプル動作をするので,偶数時のひずみは打ち消してくれるので低ひずみです。実際,LME49720などの規格表に載っているひずみ率のグラフと比較してもBA4560はかなり悪いです。

アンプがACアンプの頃は初段差動,2段目シングルという回路構成が多くて, DCアンプになってから2段目も差動アンプとなりますが,やはり低ひずみのアンプというのは2段差動アンプだと思います。

米国製のOPアンプは最初期のLH0032などから2段差動アンプというのが定石で,3段差動アンプというのもの多いのです。

と言う次第で,依頼者の方の承諾を得て, BA4650は即撤去と決まりました。後継はナショセミのLME49720HAですね。数少ない現行のメタルキャンOPアンプです。音のよいOPアンプというのはたくさんあるのですが,メタルキャンはなかなかありませんので貴重だと思います。メタルキャンの半導体はやはり高音が美しく,澄んだ音が魅力でとてもいい音がします。

改造に当たってはまず,もとのBA4560を撤去しないといけませんが,残念ながらはんだごてで裏から熱して外す,というのは無理で,ニッパーで脚を切って撤去した方が早いです。その後,残った脚をピンセットとはんだごてで外します。

そのあと,うまく穴が開いてくれればいいのですがたいていは穴がふさがったままなので,ドリルで穴を開け直します。このとき,間違ってもΦ0.8mmより大きいドリルは使わないでください。両面スルーホール基板のため,上下面をつなぐように金属製のスリーブが入っています。Φ1mmなどのドリルだとこのスリーブまで削ってしまうのでご注意ください。

DIP穴開け.jpg はんだだけ除去します。

  必ずΦ0.8mmのドリルを使ってください。 

その後,DIP8ピンのソケットを挿して,LME49720HAを挿したらOKです。

LME49720HA.jpg LME49720HAを挿しました(^^)。 

さて,いよいよ音を聴いてみます。

まずはスピーカから。いつものLP-2024A+の音がします。高音まで澄み切った,分離度が高く,ノイズが全くしない,よい音に感心します。

次は背面のスイッチを切り替えてPhonesにします。スピーカから音が切れてヘッドホンに切り替わります。

Lepy LP-2024A+ Sennheiser MX80.jpg SennheiserのMX80と。

ノイズもなく,とてもよい音で聴くことができました。下にあるのはトロイダルトランスを使った自作の専用電源です。

使っているヘッドホンはSennheiserです。最近,MX80を買いました。驚くほど音がよいのにびっくり。結構,ヘッドホンってものによって音が変わりますよね。最近,娘に国産某社のを買ってあげたのですが,本人は満足しているものの,オヤジはとても満足できない音質。 全然,低音が出ないし,音もひずみっぽい。

その点,やはりSennheiserはいいです。こんなコンパクトなボディなのに重低音が出ます。

とはいえ,一方,世間のおばはんたち同様,今,うちの嫁はんが熱を上げている某スケート選手が使っているヘッドホンは30万円もするそうです(驚)。

オヤジなんてたった3,000円のヘッドホンですけど.......。2桁も値段が違うやないか!!!! 

 

2016年12月31日追記 

スピーカの切替SWをフロントパネルに移行させました。こちらをご参考にしてください。 


KATO EF70 1000番台入線 [模型]

2016年12月10日の日記

EF70 1007.jpg 整備後の姿です。 

今日は久しぶりに模型ネタです........(^^;)。

KATOのEF70 1000番台をようやく入手しました。本当は10月に発売になっているんですけど,うっかり予約を忘れてしまい,Joshin webを見てみたら在庫切れになっていて,ちょっとあわてました。

まあ,KATOの製品だし,十分な数量を作ってあるはずですから,すぐに市場から消えてしまうとは考えにくいので,地元のJoshinの実体店? で取り寄せをお願いしてゲットできました。webの方は何のことはない,一時的に品切れだけだっただけで,今も在庫はあるようです。

EF70は地元の機関車だし,昔からなじみのある機関車なので何台も持っています。KATOも最初の電機ですしね。

実物は北陸本線福井電化を控え,1961年から製造されました。

ここでいつも話題になるのはED74ですね。

北陸本線は敦賀がネックで,この街の出入りに急勾配のトンネルができてしまいます。有名な米原方の鳩原(はつはら)ループも複線化する際に新設する上り線を急勾配緩和のために1957年から建設がはじまって63年に完成したものですし,北陸トンネルも従来の杉津回りの旧本線の最急勾配25‰を緩和する目的で建設され,延長13kmと1962年の完成当時,日本最長でした。

しかし,緩和されたと言っても最急勾配11.5‰で,下り列車に対して延々11.4kmも勾配が続く片勾配のトンネルのため,従来のD形機では出力が不足するため,F形機としてEF70が計画されました。

iruchanは電気のエンジニアなのでわかりますが,モータの出力というのはもちろん,最高速度で決められるのですが,もう一つ,温度上昇でも決まります。 だから,ED74は国鉄の電機標準型のMT52形主電動機を使っていますが,D形機だとモータの温度上昇が375kwのMT52を上回ってしまうためF形機にした,と言うわけです。

実を言うとモータや変圧器など,電気機械は温度上昇を考えないと定格以上に大きな出力が出るもので,その点,エンジンとは異なります。モータの最大出力というのは温度上昇で決められ,1時間定格とか15分定格というのはこれらの時間の間に温度上昇が限度内に収まる,と言う意味です。

といって,北陸トンネルで問題になったのは11.5‰の勾配途中で1,000tの貨物を牽引し,2回引き出しをする,という条件だったようで,これは過酷な条件じゃない? という気もするのですが.....。 

ただ,今庄から先は北陸線はすでに勾配緩和されていた倶利伽羅峠を含めてほぼ糸魚川まで平坦であるため,福井以遠はED74で牽引することが考えられていました。蒸機時代も今庄まではD51なのに,そこから先はC57でしたよね。

もっとも,北陸線は重要な線区で,貨物列車も将来,1,100t牽引することが考えられていましたし,途中で機関車の付け替えをするよりも大出力の機関車で通し運転をした方がよいと考えられ,ED74の量産は6両で打ち切られました。 余剰となったED74は1968年には九州に異動となりますが,九州は客車はSG仕様のため,SGを搭載していないED74は20系客車&貨物専用となりましたが,6両じゃ面倒がられ,九州で活躍したのは5,6年という感じのようです。

う~ん,それにしても国鉄時代ってDD54とか1両しかないDE50とかそうですけど,こういうムダな投資をよくやっていますね~。

EF70 1000番台はご存じ,ヨンサントオの改正で特急 "日本海" が登場するため,20系固定客車用にもと空気だめ管の引通しや電磁弁用の引通し線を増設したものです。と言う次第で,新造ではなく,22号機から28号機の7両を改造したものです。

ブレーキは鉄道は列車分離時に,双方の車両に自動的にブレーキがかかるよう,自動ブレーキを長年使用していました。米国のウェスティングハウスが発明したものですね。それまで,列車分離して残った車両が暴走して事故となることが多かったのですが,これで解決できました。引通しもブレーキ管(BP)のみで済むので簡単でした。

ところが,自動ブレーキはブレーキ指令はブレーキ管の排気によって行いますが,どれだけ速くても音速より速くはできないため,200mくらいの列車だと最後尾の車両にブレーキがかかるまで1秒弱かかることになります。おまけに,客車や気動車などで,床下からシューと音がしたと思うとしばらくしてゴーッとブレーキがかかる音がしますけど,自動ブレーキはこのように,もともとブレーキ指令が来てもブレーキ弁(三動弁)が応答するのに1秒くらい時間がかかりますから,応答性が低いのです。それで各車両に排気用の電磁弁を設け,電気でブレーキを指令するようにし,さらに,ブレーキ距離を短縮するため増圧ブレーキを採用して,もと空気だめ管(MR)を追加したのが20系のCLE自動ブレーキです。 あと,応荷重装置なんかもついています。結局,ブレーキの指令線とMR管が追加になっちゃったわけですね。

まあ,自動ブレーキは応答速度が低いし,ブレーキの強弱はハンドル角度ではなく,ブレーキ弁を開けている時間に比例するため,操作性も悪いので電車ではより操作性のよい電磁直通ブレーキが採用されましたが,列車分離時にはノーブレーキとなってしまうため,自動ブレーキをバックアップとして持っています。

いまじゃ全電気指令ブレーキが主流になりましたので,列車分離時も電気で検知して非常ブレーキをかける仕組みになっていますけどね。 

こういった改造をした機関車がEF70の1000番台です。EF58もP型改造といって,CLEブレーキに対応していますね。EF65も500番台がそうです。 

その後,1974年には湖西線が開業し, "日本海" も湖西線まわりになるとEF81の方が効率がよく,1000番台も通常の仕業に就くようになります。1000番台だけではなく,田村~糸魚川間に運用が限られるEF70自体,余剰となって敦賀や田村に留置されていたのを思い出します。

そもそも,北陸線自体,なんで入口も出口も直流電化なのに交流電化したのか......新幹線開業の人身御供? のためだったようですが,ムダな投資だった気がします。いまじゃ,敦賀まで直流電化しているくらいですからね。もっとも,直流化の費用は車両代も含めて地元が全額負担したので,日本で一番古い交流電化設備を地元負担で交換できた1,000億円も経常利益があるのにビンボーを装っているどっかのJRさんはウハウハだったと思いますけど......。

また,とうとう,例の整備新幹線のおきまりで北陸本線も第3セクター化されていますが,交流区間しか運用がないのに3セク各社に521系が入っているのもムダな気がします。まあ,インバータ式になったので,交直流電車と言ってもそんなにムダじゃないのかもしれませんが。

残念ながらiruchanは地元だけれど,大阪に行くときなんか,途中の米原にいたEF58やEH10の方が興味があって,そっちばかり見ていました。北陸線を走る機関車はあまり興味がなく,EF70はよく覚えていますが,1000番台はあまりよく覚えていません。 ちょっと残念に思っています。

模型の方はすでにマイクロエースが発売していて,iruchanも持っています。でも,今回はKATOだし,純粋に日本製なのでとても楽しみにしていました。

さて,ようやくEF70を引き取ってきたのでさっそく,改造します。

いつもの通り,まずはスナバ回路の設置です。

スナバ回路はインダクタンス分を含む回路で電流を遮断するときなど,逆起電力を抑えるためのもので,iruchanがNゲージに応用することを思いついたものです。これを使うと,停車中にも前照灯が点灯する,いわゆる常点灯に対応します。ただ,残念ながらコントローラはPWM(パルス)式のものが必要なんですけど。 詳しくはこのブログをご参考にしてください。

まずはボディをばらします。乗務員扉近くでつまようじを使ってボディを広げるとうまくボディが外れます。

停車中に前照灯が点灯しない原因である,コンデンサをまずは撤去します。このコンデンサは低速時に反対側の前照灯が点灯しないように挿入されているものですが,これがあるため,停車中に点灯しなくなってしまいます。これを撤去し,その後,モータの端子間すなわちレールをまたぐようにスナバ回路を挿入します。

snubber circuit.jpg スナバ回路の設置状況

なお,いつも書いていますが,スナバ回路のCとRの値は,もちろんモータのインダクタンス分のほか,使用しているコントローラのスイッチング周波数によって変わりますので,毎回テストが必要です。今回,10Ω+0.47μFとしました。損失を考えると抵抗値はもっと大きくないとまずいのですが,今回は結構厄介で,なかなか反対側のLEDが消えませんでした。

昔は表面実装の部品も大きかったので途中にリード線はいらなかったのですが,最近のは小さいのでリード線でCとRをつなぎます。今回,ロジックICの配線なんかに使われるラッピングワイヤを使いました。絶縁被覆がありますし,使いやすいです。 

flux.jpg フラックスを塗ります。

表面実装(SMD)の抵抗とコンデンサをはんだづけするにはフラックスがあるときれいに行きます。普通,電子工作ではフラックスははんだの中に含まれているので使わないのですが,表面実装の部品の場合はフラックスを塗るのが常識だそうです。使っているフラックスは金属模型をはんだづけするときに使うものですが,うまくいきます。なお,フラックスを塗るとはんだがその部分までさーっと広がっちゃいますので,必要最小限の範囲にとどめてください。 

全点灯(スナバ回路なし).jpg スナバ回路なし

単に,左側の前照灯のすぐ後ろにあるコンデンサを撤去しただけでも常点灯になるのですが,この場合,▲のように反対側の前照灯も点灯しちゃいます。電車の場合は尾灯が点灯します。 

片側点灯(スナバ回路あり).jpg スナバ回路あり

スナバ回路をつけるとこのように,反対側のLEDは点灯しなくなります。スナバ回路を設置したら,必ずこのようにボディを外した状態でチェックしてください。

次はナックルカプラーを取り付けます。

実は,これ,非常にやりにくいんですけど,このようにボディを外してカプラーセットごと外しちゃうと楽です。スナバ回路を設置するのでボディを外すので,一緒にやっちゃいます。 

ナックルカプラー取付.jpg ナックルカプラー取付

KATOの電機に付属してくるナックルカプラーは毎回,首が長すぎて普通のナックルカプラーに取り替えていましたけど,今回は首が短いのでそのまま付属品を使いました。

ナックルカプラー取付1.jpg こんな感じです。

EF70 1007-1.jpg とてもいい感じです。

どうもデジカメのホワイトバランスが悪いのか,かなりオレンジ色になっちゃいましたが,実物はきれいな電球色です。もう少し明るいといいのですけどね.....。 といって,これを明るくするのは困難で,KATOの基板には電流制限用として560Ωの抵抗が載っていますが,これだとLEDの電流は20mAくらいになってほぼ最大定格だと思います。と言う次第で,この抵抗を小さくすることはできません。

EF70 1007-2.jpg サイドビュー

残念ながら,EF70の1000番台はiruchanの嫌いなH社しか製造していないため,製造銘板はH社のものがすでにプリントされています......orz。 

屋上機器.jpg 精密な屋上配管 

以前,KATOのEF81で屋上配管が金属線となり,なかなかディテールがアップしましたが,残念ながらパンタからの引出線だけプラのモールドだったため,金属線に交換していますが,今回はすべて金属線になっていて,非常に素晴らしいです。走行もKATOの動力は素晴らしく,低速からスムーズに起動します。さあ,次は "日本海" でも引っ張らせてみましょうか。 来年にはED70も発売されるようですし,楽しみです......(^^)。

 

おまけ

iruchanは先週まで,かやうなところに行つてをりました。

高岡大仏1.jpg ハンサムな高岡の大仏様

仕事で久しぶりに高岡へ行っておりました。

高岡は何度も来ていて,前回は5年前ですが,まだ大仏様を拝んだことがなく,仕事に行く前に拝んできました。日本で一番男前との評判の高い仏様です。1933年建立だそうですが,よく戦時中に供出されなかったな,と思います。朝日を浴びて神々しいお姿に感動しました。雪が降ったお姿も素晴らしいようなので,また雪が降ったらお参りしたいと思います。

瑞龍寺.jpg 国宝の山門

帰りは新高岡の駅まで歩いて行きました。Googleでは旧高岡? の駅から(旧白滝じゃないってば)1.6kmと出るのでまあ,30分も歩けば着きますね。途中で瑞龍寺にお参りしてきました。立派なお寺に驚き。仏殿,法堂,山門が国宝に指定されています。 

533D.jpg 氷見線533D

キハ40も貴重です。あまり旧国鉄色のものはないのですが,旧国鉄色のが来ました。

2091レ.jpg 2091レ

残念ながら,城端線・二塚までの貨物は廃止になってしまい,高岡発の貨物列車は氷見線の2往復だけになってしまいました。 

3095レ('16.12.3)s.jpg 3095レ

さすがに16:00過ぎの通過なのでもう夕日も沈みかけている時間ですけどね.....。青色の506号機が来ました。