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工作室-03 ブースターアンプ?(真空管バッファーアンプ?)


今回は、真空管によるバッファーアンプ?、ブースターアンプ?、みたいな物を制作したいと思います。

何か今回は失敗作のようですね。(制作する場合は、あまり期待しないでください。)

Sound&Recording Magazine(以下S&RM)と言う月刊誌の以前(かなり古い)の記事で、真空管によるブースターアンプなる記事があったのを思い出しました。
確か、+B 9V(電池006P)、ヒーター6V(単2X4で12
.6V端子に接続)、真空管12AU7で制作されていたと記憶しています。
この記事を見たとき、“こんなもので音が出るのかな?”と思った記憶があります。
特に、“プレート電源が9Vでは?。(せめてファンタム電源の48Vが使っているのなら!。)”

でも、記事になるのですから、まともに動作していたのでしょうね。
“百聞は一見に如かず”ではありませんが、早速試してみることにします。

S&RMに載っていた回路自体は簡単で、通常のボリュームコントロールでは無く、カソード抵抗でゲインコントロールしていたと記憶しています。
真空管は、12AU7だと記憶しています。
何故こんなに記憶していたというのは、その回路の電圧が余りにも常識外(私にとっては。)でした。
通常は、真空管による電圧増幅回路の+B電源には、100V位の電圧をかけます。
出力段においては、真空管によっても違いますが400V以上の電圧をかけています。(真空管によっては1000V越えの場合もあります。)
また、ヒーター電圧が規格の1/2の電圧というのも興味があります。
通常の真空管アンプでは、規格を超えない範囲で、出来るだけ規格に近い電圧をかけます。

通常の真空管アンプ作成における真空管プレート特性図で、ロードラインを引いて動作点を決める。などという事はしません。
なにせ、電源が18Vなのですから。通常の真空管アンプ作成の手段は通用しないと思います。

回路自体は簡単で、自己バイアスの場合は、グリッドに入力し、同じグリッドにグリッド抵抗がぶら下がり
(今回はグリッド抵抗の代わりにボリュームを入れて音量コントロールができるようにしてあります。)、プレートにプレート抵抗があり、その抵抗の反対側に+B電圧を掛け、プレートとプレート抵抗の間から出力を取り出し、カソードにカソード抵抗がぶら下がっているだけです。
なお、出力には、コンデンサー挟んで出力します。そうでないとDC分が一緒に乗ってしまいます。

早速部品の選別に入り作成にかかります。
真空管:5670(WA596A相当。高信頼管に2C51が有ります。)
この真空管は、手持ちに多数(20本程)あります。是れが使えれば!むふふ・・。

この試みは失敗しました。
5670はヒーター電圧が6
.3Vなので、6.3V以上かけることは出来ません。
6.3Vでヒーター電流は、0.35A程消費します。
バッテリーが数時間しか持たないようです。この消費電力問題で5670は諦めました。
一応回路を組んで、音出しをしてみましたが、調整中にヒーター用電源につないであるLEDが光らなくなってしまいます。
調べた結果電圧降下によるものです。何回かに分けて調整を行ったので、正確な時間は解りませんが、数時間でバッテリーが無くなってしまうようです。
これでは、年中バッテリー交換に追われてしまいます。AC電源による電源を制作すれば簡単なことですし、もっと多くの+B電圧をかけることができ、最良のアンプを作成できますが、今回は、バッテリーによる低電圧で真空管を動作させるということに目標を置いていますので、5670は諦める事にしましょう。
幾つかのヒーター6.3Vの真空管データを調べましたが、6.3Vの場合は0.3A以上消費するようです。

次の候補としては、ヒーター電圧が12
.6Vの物から選択します。
12.6Vの場合は、ヒーターの消費電流は、半分の0.15A程度で済むようです。
なるべく増幅率μが高い真空管が良いと思います。
一般的な電圧増幅真空管として、12AT7/ECC81(高μ)、12AU7/ECC82(中μ)、12AX7/ECC83(高μ)等があります。
其の他にも、12AD7、12BH7、12AY7、12B4-A、12DW7等がありますが、ヒーター消費電力の問題や手持ちに無い等により今回の対象外となります。

12AT7/ECC81、12AU7/ECC82、12AX7/ECC83の内、現在12AU7は手持ちにないので、12AT7か12AX7のどちらかとなりますが、12AX7で作成することにします。

12AX7は双三極管で、3極管が2組入っています。
S&RMの制作例では、片方のみしか使っていなかったと記憶しています。
今回は、両方共使うことにします。
3極管2組の組み合わせは、2段増幅、1段増幅+カソードフォワロー、SRPP、パラレル接続等が考えられますが、SRPPは上下に重ねたシリーズ接続みたいなものなので、其々のユニットのプレート電圧が1/2となってしまうため、もともと超低い+B(18V)であるということを考えると、今回の対象外となります。(電源が18Vなので、SRPPでも1本辺り9Vかけられるので動作するのではと思います。)
ユニット1つでも動作可能なようなので、今回は、2段増幅とはせずに、パラレル接続としました。
パラレル接続なら、部品点数が少なくなるの(1ユニット分でよい)で制作が楽になりますね。(2ユニットパラレルなので、プレート抵やカソード抵抗は、1ユニットの場合の半分の値となります。)

まずは、回路図から。



ヒーターは、4、9、5とありますが、12
.6Vの場合は、4、5番Pinに接続し9番Pinはあけておきます。6.3Vの場合は、電源の片方を9番Pin、残りを4、5番Pinに接続します。ヒーターの4-9間、5-9間には、6.3V以上かけないでください。今回は9Vを使用するので、12.6V用の4-5Pin間にDC9Vを接続します。(9pinは空けておきます。DC9Vを掛けますので、4-5ピン間に接続します。4-9ピン間、又は5-9ピン間にDC9Vは接続しないでください。)
極性は何方でも良いです。ただし、LEDの接続を間違えないでください。LEDの+側(抵抗側)をDC9Vの+側に接続します。
(ヒーターは、AC、DC何方でも良いのですが、DCの方がヒーターハムに対して有利です。今回は電池なので、自然DC点火となります。)

出力側コンデンサーの0
.048μF(0.047μFの間違い)は、DC分カット用のものですが、コンデンサーと次の抵抗でローカットフィルターを形成するので、低域が余り出ない場合は、値を変更してください。
フィルターのカットオフ周波数の計算は次の式で計算できます。
     fc = 1/(2πCR)

Volumeの500KΩと10KΩは、両方共A型を使用して下さい。
Volumeには、A、B、AC、MN型等があります。

LEDは、何の様な色でも良いですが、ヒーター部と+B(18V)部は色別とした方が良いでしょう。
なおLEDに抵抗がシリーズで入っていますが、これが無いとLEDが一発で駄目になります。
回路図の抵抗では、明るさが足りないと思う場合は、抵抗値を少なくしてください。
LEDの足の長い方が+となります。(極性を逆に接続すると点灯しません。)
コンデンサーも極性がある場合は、足の長いほうが+側となります。
通常は、1μF以上で極性がありますが、その場合は、足の長さの違いとともに、コンデンサーのボディに“-”の表示があります。

LEDはブラケット付きを購入した方が良いです。ケース(シャーシ)に穴を開けて取り付ける事が出来、取り付けが簡単です。
ブラケット付LEDが無い場合は、LEDブラケット(ケース)を単品で購入できますが、その場合はサイズに留意して下さい。

SW(スイッチ)は、其々1と2があり、其々にabの枝番がありますが、SW1aとSW1bは連動させますので、2回路のものを選びます。
同様にSW2aとSW2bも連動させるため、2回路のものを選びますが、ON/OFFでは無く、ON/ONのものを選びます。
通常のエフェクターのように足でパイパスコントロールしたい場合は、フットスイッチを使用したほうが良いでしょう。
フットスイッチの場合も2回路のもので、ON/ONのものを選びます。この場合のフットスイッチは、押す度に1と2が切り替わるオルタネートタイプとなっていると思いますが、オルタネートタイプでなくても良いでしょう。

+Bの電源18Vは、バッテリーの006P(9V)を2個シリーズ(直列)に繋ぎます。

ケースについて。
小型のものがよいでしょう。バッテリーを3つ載せているので、市販エフェクター並みに小型のものでは難しいかと思います。部品配置を考えてケースサイズを選択して下さい。市販ケースの入手先を後記しておきますが、市販のケースに捕らわれる事なく、身近なものを利用してもよいでしょう。例えば小さなタッパー等でも良いでしょう。ただし、フットスイッチを使用する場合は、足で踏む事を考えると、ある程度の強度が必要です。木工が得意な方は木で作成しても良いでしょう。部品の取り付け方法によっては、小型のゴム足を取り付けておいた方が良いですね。

今回使用したケースは、ホームセンターで工具箱として売られていたもので、スチール製のものです。
サイズは145×95×40(mm)の一番小さなサイズを使用しました。
スチール製の場合は、加工が結構大変です。プラスチック製の方が加工が楽です。
奥澤(後記)の通販を利用すると好みのものが見つかるでしょう。

真空管配置
真空管の配置は、通常は縦型配置ですが、横向きに配置する事も可能です。
今回はケースが小さいため内部に横置き配置はできませんでした。
ケース上部に真空管を配置したため、真空管保護のため、ホームセンターでU字金具を購入して取り付けてあります。

真空管の電源のON/OFFについて。
真空管の電源は、+B(プレート電圧側)部とヒーター部が有りますが、両方同時にONにするか、ヒーター側を先にONするようにします。アンプを使用中に、バイパスSW等で、+BがONの状態でヒーター電圧がOFFになるような配線はしないでください。


簡易実体図
回路図だけでは、上手く作れそうもないと思う方のために、簡易実体配線図を載せておきます。

今回は、ラグ端子等は使用せずに、プリント基板をカットして使用しています。
部品(抵抗やコンデンサー)配置位置にあわせて、ヘッダーピンを立てて、其処に部品をハンダ付けしています。




簡易実体配線図(E部は卵型ラグを使用します。今回はメッキ線を利用しています。)

誤記)上図の上側基盤の左側コンデンサーが“0.048u”となっていますが、“0.047”(473)の間違いです。
実際には、0.5μFから0.1μFが良いでしょう。


“0.048u”の“u”は“μ”(F省略)のつもりです。図を書くにあたって、UbuntuでWineを利用してCADソフトを走らせていますが、Wineを利用した場合は、何故か日本語入力ができなくなります。(Wineって不完全ですからね。)その為に“μ”の代わりに“u”を使用しました。


今回使用したケースでは、上図の水平破線から上がケースの蓋側部、破線下側がケースの下側部です。
縦破線の左右外側が下側ケースの外側となります。

配線はなるべく短くして下さい。

各部品の取り付け位置は、各自好みのデザインで作ってください。
その位置に合わせて配線しますので、部品配置、各部品の配線の長さに注意して下さい。
チューブラの部品点数が少ないので固定部品の足を利用するとチューブラ部品も固定できると思います。
ただし、真空管の9番ピンは空いているからといって使用しないでください。ショートする場合もあります。
どうしても上手く固定できない場合は、ラグ端子を使用しましょう。
(ラグ端子のラグ端子取り付け部の端子は、アース(E)以外は使用しないで下さい。)

今回使用した各抵抗やコンデンサー(今回使用したのは、全て1μF未満)には極性がありません。どの方向で取り付けても大丈夫です(入手したコンデンサーに極性がある場合は、プレート側が+です。)。

極性があるのは、バッテリーとLED及入出力端子です。向きに注意して下さい。
入力は、TS(Phone)ジャック(モノラル)に接続します。
外側の方をアース(−)側にします。


フットスイッチ配線図



回路図のように入力と出力の間に入れて下さい。

上図の例は、“フジソク 8Y3011”の場合です。

手持ち品にクリフのSWもあるのですが、SW本体の高さの都合で、フジソクのSWを使用しました。(クリフの方がボタン部が大きくて使い良いのですが、今回はスペースがないので諦めました。)

A、B、C其々に0、1、2が有りますが、0が1又は2と継ります。
AO - A1 B0 - B1 C0 - C1 が導通している場合に、スイッチを押すと、A0 - A2 B0 - B2 C0 - C2が導通するようになります。さらにスイッチを押すと、前の状態に戻ります。

参考)
フットスイッチの端子の1と2切り替えの状況のは、SWの各端子をテスターで導通テストを行い、導通している物同士を印をし、SWを押し、また導通テストを行い確認しましょう。前の導通テストとSWを押した時の共通の端子に、入力/出力を繋ぎ、共通端子と平行な列の端子を結ぶように結線します。
反対側の端子に、アンプの入力・出力側に結線してください。

バイパスSWとLEDの連動。
バイパスされているか、いないかの状態が確認できるように、フットスイッチのB0 - B1を利用して、+B電源部(ヒーター部でも良い。)のLEDを接続すると良いでしょう。(私の場合は、ヒーター部に接続しました。)
この場合、電源がONの状態は、ヒーター部のLEDで確認し、バイパスされているか、いないかは、+18V部のLEDで確認することになります。(ヒーター部に設けた場合は逆となります。)


回路図のEの接続部分取り付け。

今回は、真空管をケース上部に配置し、真空管保護のためU字型金具を取り付けたために、U字金具の足がケース内部にあるため、其処にアース点を設けました。

ケースに直接アース点を儲ける場合は下図の様にします。



Eの部分の接続。
使用するケースが金属のもので色が塗って有る場合は、ワッシャー取り付け部の塗装をはがして金属部を剥き出しにしてから取り付けてください。必要な分取り付け後ナットを締めます。取り付けは3mmのビスとナットで行いますので、上図の様な3
.5mm以上の穴の空いた圧着端子を選んでください。

ラグ端子を使用した場合は、ラグ端子の取り付け部の端子をアース部として利用し、その端子に、各接続線をハンダ付けしても良いでしょう。

注意)金属ケースのの場合のアースについて。
塗装してある金属ケースの場合は、ケースのアース設置箇所の塗装は剥離して金属部が出るようにしてから取り付けてください。今回の私のケースの場合は、蓋部と下側ケースに分かれているので、下側ケース部は入力端子取り付け部、蓋側はU字金具取り付け部の1箇所の塗装を剥離しています。
全ての金属部分がアースで繋がるようにして下さい。

抵抗の測定
部品取り付けにあたっては、抵抗値がカラー表示のため間違いやすいので、テスターで測定確認してから使用しましょう。テスターが無い場合は、安いものでも良いですから1つ購入しておきましょう。電圧測定以外にも、抵抗値の測定や導通テスト(ブザーが鳴るタイプ)が出来る物が良いでしょう。中には、コンデンサーの測定が出来る物もあります。
あまり小型のものでない方がメーターが見やすいです。テスターはホームセンター等でも購入できます。

抵抗値の実測値
抵抗には誤差があります。10%級、5%級、3%級等と誤差のランクも有りますが、10%級の抵抗で問題がありません。当然、抵抗の実測値も表示値とは違いますが問題ありません。


完成

 

上図左は、電源が入った状態です。
撮影時にフラッシュを使用したため、LEDの点灯が良く解りませんが(特に緑のLED)、共に点灯した状態です。
ケースは、加工時の穴サイズがマジックで記入したままですが、シンナーで拭き取ると綺麗になります。後で名前やメモリを入れる予定です。
左側ボリュームは、常に最大ボリュームとして使用する事が殆どなので、省略しても良いでしょう。
入力ボリュームとプレート電圧コントロールボリュームの省略バージョンは後記します。

上図右の画面右下に見えるのが出力端子です。入力端子は図では見えませんが、反対側(図右上)にあります。




内部の配線状況。

上記の制作例では、プレート電圧や入力音量をボリュームコントロール出来る様にしてありますが、使用した感じでは、プレート電圧及び入力ボリュームは必要ないと思います。
この2点を省略しても良いでしょう。(制作も楽になります。)

入力ボリュームとプレート電圧ボリュームを省略した場合の回路図と簡易実体図。(こちらがお薦め。)







部品入手先
フットスイッチ せんごくネット通販 http://www.sengoku.co.jp/index.php
          カテゴリー スイッチ → フットスイッチ
          フットスイッチ
フジソク 9P ムスタングプッシュスイッチ 8Y3011-Z
          上記フットスイッチは、3回路のものです。
          フットスイッチ類は、千石電商が一番種類が有る様です。

真空管関連   オーディオウインズ http://www.audiowinds.co.jp/
          真空管が充実しています。
          抵抗、コンデンサー等の購入もできます。

ケース     奥澤  http://www.case-okuzawa.co.jp
          ケースが充実しています。好みのものを探しましょう。
          タカチの小型ケースが良いかと思います。
        ホームセンター 工具箱等

その他の部品  秋月電子通商 http://akizukidenshi.com/
        せんごくネット通販
        若松通商 http://www.wakamatsu-net.com/biz/

真空管を購入する際に、真空管ソケットも一緒に購入しましょう。
今回の制作例では、12AX7/Ecc83を使うので、MT9ピン用ソケットを購入してください。
MT管には7ピンのものも有るので注意してください。


今回のブースター(?)アンプを使用した感じは?。
●前回改造したアコギ(ピエゾピックアッププリアンプ内蔵)を接続し、今回のブースターアンプの出力は、ミキサーに接続して音出しをしました。
Volumeを最大にし、アコギを弾いてみます。
最初は単音で普通に弾いて見ます。
前回の内蔵アンプだけの方が音が大きいみたい。
これじゃブースターアンプとはいえないなぁ〜。
でも、Gain(10KΩVR)を調整しながら弾いて見ると?。
小さく弾いた場合は、ノーマルの音と変わらないが、大きく弾くと音が歪みます。
特に、コードで強く弾くとひずみます。とは言っても、ディストーション・エフェクター程ではない。入力オーバーで少し歪んだ感じ程度です。
バイパスON/OFFで聴き比べてみます。
バイパスをオンにする(元の音)と、音が若干小さくなり、音が固く、音像の広がりが狭く感じられます。
バイパスをオフ(今回のアンプを通す)にすると、音量が少し大きくなります。そしてなにより、音質が滑らかになり、音像の幅も若干広がります。
是れが真空管を通した音ですね。これって思ったより良いかも?。

●エレキギターを接続して音出しを行ってみます。
こちらの場合は、強く弾いても殆んど歪みません。クリーンな音です。ミキサーの入力レベルを調整すれば歪むようにはなるでしょうが、上記のアコギの場合と比べるためにミキサー入力レベルは同一としています。
音の感じは、クリーンなものですが、とてもいい感じですね。EG(エレキギター)を繋いだ場合はアコギの場合とは異なり、真空管を通した方が高音が出るようです。バイパスすると、高音が低くなりハイカットフィルターを通したような感じで、音量も低くなります。(バイパスした方が私好みな感じです。)

次回は是等を踏まえて、TC(トーンコントロール)付きプリアンプでも制作しましょうかね。

今回のブースーターは、単なる真空管バッファーアンプとして使っても良いでしょう。
なお、“入力ボリュームとプレート電圧ボリュームを省略した場合”の方が、お勧めです。
入力ボリュームは無くても良いでしょう。殆んど全開で使用しています。また、プレート電圧調整ボリュームも大きな変化は余り有りませんので省略しても良いでしょう。

真空管、コンデンサー、抵抗、配線等の部品の種類やメーカーを変えると音質が変わります。各部品を替えて好みの音を探すとよいでしょう。

制作する場合は、くれぐれも期待しないで制作してください。

使用上の注意点
現在の侭での使用時は、電源ON時のポップノイズが大きいので、このアンプを先にSW-ONしてから、ギターアンプ側の電源をONにして下さい。
先にギターアンプ側電源をONにしてある場合は、ギターアンプ側(ギターアンプやミキサー等)のボリュームを最小にして、今回のアンプ電源をONにして下さい。
そうでないと、ポップノイズのためスピーカーを破損する場合があります。
バイパススイッチのON/OFF時のポップノイズも大きい時があります。


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