JP2020096258A - インピーダンス増減回路 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送信号に生じている不要なインピーダンス成分を実質的に打ち消して、共振回路の形成による周波数特性への影響を改善する。【解決手段】第１オペアンプ１１及び第２オペアンプ１３を備え、前記第１オペアンプの出力は可変抵抗器１２を介して前記第２オペアンプの非反転入力端子に接続され、前記第２オペアンプの反転入力端子には増幅率調整用の抵抗器１４、１５が接続され、前記第１オペアンプの入力と前記第２オペアンプの出力との間にはインピーダンス素子１６が接続されて、前記可変抵抗器により前記インピーダンス素子のインピーダンスを増減できるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、アナログレコードプレイヤーの出力を通常のラインレベルの信号として出力するためのプリアンプなどに用いられる、インピーダンス増減回路に関するものである。

アナログレコードプレイヤーにMMカートリッジを使用した場合には、カートリッジからイコライザーアンプの入力容量までの負荷容量が周波数特性に大きく影響するため、従来は容量を付加するなどして、レスポンスのピークが現れる高域特性をシフトさせて影響を調整していた。容量を付加するためには、例えば、特定の容量を持つコンデンサをいくつか備えて、スイッチにより選択的に切り換えられるように構成したものや容量を電子的に変えられるようにしたコンデンサが知られている。なお、MCカートリッジを用いた場合は、MMカートリッジと比べてコイルの巻き数が少ないのでインダクタンスの影響が少なく高域が延びるため、負荷容量の影響もほとんど受けないと考えられる。

図４は、MMカートリッジを使用した従来のレコードプレイヤーとプリアンプを接続した構成を示す説明図である。MMカートリッジを備えたレコードプレイヤー１はケーブル２を介してプリアンプ３に接続されている。プリアンプ３には、レコードプレイヤー１からの信号が入力されてRIAA補正するためのイコライザーアンプ５及び負荷容量を調節するための容量調整回路４が設けられている。容量調整回路４は、複数のコンデンサで構成されており、イコライザーアンプ５の前段で、ケーブル２を介して入力されたレコードプレイヤー１からの信号にいずれかのコンデンサと接続できるように切り換えが可能となっている。これにより負荷容量を調整することができて、周波数特性上の高域での周波数のピーク位置を変えられる。図５は、周波数特性上でのピーク位置の変化を説明する図である。ピークは、レコードプレイヤー１に装着したカートリッジのコイルやコンデンサなどによって形成された共振回路によるものであり、コイルとコンデンサのインピーダンスによって決まる共振周波数の位置で生じている。この切り換えにより加える容量が大きいほど、ピークとなる周波数は低い方に移動する。なお、コンデンサ６は、ケーブル２に生ずる浮遊容量に起因している。

上記のような従来の調整方法では、容量調整回路４のコンデンサを切り換えながら、プリアンプ３を経由して図示しないパワーアンプから出力された音をユーザーが聞き、最適な音となるように調節を行っていた。したがって、容量調整回路４のコンデンサを切り換えることで共振周波数が変わるだけで、共振そのものを無くしてピークの無いフラットな周波数特性を得るようにすることはできなかった。また、ユーザーの試聴によること、及び予め設けられている限られた数のコンデンサから選択する調整であるため、精確な調整は難しいものであった。

また、容量調整回路４に、非特許文献１のような電子的に容量を変えることができる回路を用いることもできる。図６は、非特許文献１に掲載されている容量増減回路を示す回路図である。この文献によると、回路は２段のオペアンプで構成されており、１段目のオペアンプで構成されるバッファアンプ７の出力には可変抵抗器８が接続されている。可変抵抗器８により、分圧された電圧はオペアンプ９の反転入力端子に入力される構成であり、オペアンプ９は反転増幅回路を構成している。オペアンプ９の出力とバッファアンプ７の入力間に接続されているコンデンサ１０の容量をC2、可変抵抗器８により分割された抵抗分をRa、Rbとすると、以下の数式（１）によって、この回路全体の等価入力容量Cを計算できることが記載されている。ここで、Raはバッファアンプ７の出力側の抵抗値、Rbはオペアンプ９の出力側の抵抗値である。

これにより、容量の倍率を可変抵抗器８により連続的に可変でき、大容量のコンデンサを作ることができる。また、特許文献１にも同様の計算式により容量を可変にできるコンデンサが開示されている。しかしながら、上記のいずれの従来技術を使用しても、伝送系で生じる共振回路による影響を低減できるものではなかった。すなわち、上記のようにコンデンサの容量を増やすことでピークとなる共振周波数が変わるだけで、フラットな周波数特性を得ることは困難であった。

特開昭５３−９５５５４号公報

稲葉保著 「精選アナログ実用回路集」４１３頁CQ出版１９８９年

解決しようとする問題点は、伝送信号に生じる不要な共振による周波数特性への悪影響を改善できない点である。

本発明は、共振回路を構成しているインピーダンス素子である、コンデンサ、コイル又は抵抗の影響を実質的に打ち消すことができるインピーダンス増減回路を提供するものである。そして、プリアンプなどに使用した場合に、共振による周波数特性への影響が無くなるようにし、フラットな周波数特性を得ることができるようにすることを主要な特徴とする。

本発明をプリアンプに使用した場合は、ユーザーが周波数特性をモニターしながら負荷に対して実質的に逆極性のインピーダンスを加えるようにできるため、効果的に共振回路の発生を妨ぐことができて、フラットな周波数特性を得ることができるという利点がある。また、その他の送受信装置にも本発明のインピーダンス増減回路を適用することにより、障害となる共振回路の発生を防止できる利点がある。

本発明の１実施形態に係るインピーダンス増減回路を示す回路図である。 本発明の１実施形態に係るレコードプレイヤーとプリアンプを接続した構成図である。 本発明の１実施形態に係るレコードプレイヤーとプリアンプを接続した等価回路図である。 従来のレコードプレイヤーとプリアンプを接続した構成図である。 従来のレコードプレイヤーとプリアンプを接続した場合の周波数特性を説明する図である。 従来の容量増減回路を示す回路図である。

実質的に不要なインピーダンスを打ち消して、共振回路が形成されることによる周波数特性への影響を防ぎ、理想的な周波数特性が実現できるようにした。

図１は、本発明の１実施形態に係るインピーダンス増減回路を示す回路図であって、１１はオペアンプにより構成されているバッファアンプであり、図６の従来のバッファアンプ７と同様の機能を有している。バッファアンプ１１の出力は可変抵抗器１２の一方の端子に接続されており、他方の端子は接地されている。また、可変抵抗器１２の可動接点部分はオペアンプ１３の非反転入力端子と接続されている。オペアンプ１３の反転入力端子は、増幅率調整用のフィードバック抵抗１４及び抵抗１５を介して出力端子と接続されている。バッファアンプ１１の入力端子とオペアンプ１３の出力端子の間には、コンデンサ１６が接続されている。

ここで、抵抗１４と抵抗１５を同じ抵抗値としてオペアンプ１３の増幅率を２とし、バッファアンプ１１の増幅率を１とすると、可変抵抗器１２の可動接点を動かすことで、オペアンプ１３の非反転入力端子に加わる電圧Vが変化し、オペアンプ１３の出力に接続されたコンデンサ１６の端子に加わる電圧は、０から２Vまで変化する。また、コンデンサ１６の他方の端子には入力電圧Vが常に加わっている。この結果、インピーダンス増減回路の等価入力容量はコンデンサ１６の容量をC１とすると、−C１からC１の間で変化することになる。

具体的には、可変抵抗器１２の可動接点を動かして、バッファアンプ１１の出力とオペアンプ１３の非反転入力との間で抵抗値を０にしたときは、等価入力容量が−C1となり、１／２の抵抗値で等価入力容量は０、抵抗値が最大のとき（非反転入力が接地されたとき）C１となる。オペアンプ１３の出力とバッファアンプ１１の入力の間に接続されているコンデンサ１６の容量をC１、可変抵抗器１２の可動接点により分割された抵抗分をr1、r2、オペアンプ１３と抵抗１４及び抵抗１５で構成される回路の増幅率をGとすると、以下の数式（2）によって、この回路全体の等価入力容量Cを計算できる。ここで、r1はバッファアンプ１１の出力と可動接点間の抵抗値、r2は可動接点と接地間の抵抗値である。

一般に、オペアンプ１３で構成される回路の増幅率をNとすると、等価入力容量をC1からC1（１−N）まで変えることができる。また、コンデンサ１６の代わりにコイルや抵抗のインピーダンス素子を用いることもできる。この場合、インピーダンス素子のインピーダンスをZとすると、上記の数式２を用いて、同様に、インピーダンスをZからZ（１−N）まで変えることができる。

図２は、本発明の１実施形態に係るレコードプレイヤーとプリアンプを接続した構成図であり、図中の１、２、５、６は図４と同様である。１７は、図１で説明した本発明に係るインピーダンス増減回路であり、プリアンプ１９に内蔵されて、イコライザーアンプ５の前段に接続されている。また、プリアンプ１９には、表示装置１８がイコライザーアンプ５に接続されて内蔵されている。表示装置１８は、イコライザーアンプ５から出力された信号の周波数特性などが測定されて、測定結果が表示されるように構成されている。

図３は、図２で示した構成全体の等価回路を示しており、２０はプレイヤー１に設けられているMMカートリッジの負荷であり、コイルと抵抗から構成されている。また、イコライザーアンプ５の負荷は抵抗とコンデンサから構成されている。いずれのコンデンサも並列に接続されており、全コンデンサ容量は各コンデンサ容量を加算したものとなる。インピーダンス増減回路１７の可変抵抗器１２を調節することで、従来技術ではできなかった実質的にマイナス（逆極性）のコンデンサ容量を加えることができるため、コンデンサの全体の容量をキャンセルすることができる。可変抵抗器１２の調節は、表示装置１８に表示される、イコライザーアンプ５から出力された周波数特性を、ユーザーが見ながらできる。これにより、共振回路が形成されないフラットな周波数特性に調整することが容易にできる。なお、コンデンサの代わりにコイル（インダクタンス）で構成したインピーダンス増減回路を使用して調整しても同様の効果が得られる。

また、レコードプレイヤー１でテストレコードを再生し、プリアンプ１９の左右の出力レベルを表示装置１８に表示してユーザーが音量バランスを調整したり、この表示を見ながらカートリッジの傾きを調整することもできる。スペクトルアナライザー機能を表示装置１８に搭載することで歪成分の測定も可能となる。

以上、レコードプレイヤーのMMカートリッジに対する適用例を述べてきたが、これ以外にも、ケーブルなどで接続されている一般的な送信機、受信機などに対しても適用可能であることは言うまでもない。また、実施例としてキャパシタンスの可変、キャンセル回路に関して述べてきたが、キャパシタンス以外にも、同様の回路を用いることによって、抵抗成分、インダクタンス成分などのインピーダンスの増減、キャンセルができることは明らかである。

本発明のインピーダンス増減回路は、オーディオ機器間での音声に係る信号を伝送するものにだけ適用できるものではなく、不要なインピーダンス成分を除去することが不可欠な機器にも適用ができる。

１ レコードプレイヤー
２ ケーブル
３ プリアンプ
４ 容量調整回路
５ イコライザーアンプ
６ コンデンサ
７ バッファアンプ
８ 可変抵抗器
９ オペアンプ
１０ コンデンサ
１１ バッファアンプ
１２ 可変抵抗器
１３ オペアンプ
１４ 抵抗器
１５ 抵抗器
１６ コンデンサ
１７ インピーダンス増減回路
１８ 表示装置
１９ プリアンプ
２０ カートリッジ

Claims (6)

1. 第１オペアンプ及び第２オペアンプを備え、前記第１オペアンプの出力は可変抵抗器を介して前記第２オペアンプの非反転入力端子に接続され、前記第２オペアンプの反転入力端子には増幅率調整用の抵抗器が接続され、前記第１オペアンプの入力と前記第２オペアンプの出力との間にはインピーダンス素子が接続されて、前記可変抵抗器により前記インピーダンス素子のインピーダンスを増減できるようにしたインピーダンス増減回路。
2. 前記第１オペアンプは増幅率１のバッファアンプを構成し、前記第２オペアンプで構成される回路の増幅率がNである場合に、前記インピーダンス素子のインピーダンスをZとすると、インピーダンスをZからZ（１−N）の範囲で増減できる請求項１に記載のインピーダンス増減回路。
3. 前記第１オペアンプは増幅率１のバッファアンプを構成し、前記第２オペアンプで構成される回路の増幅率がNである場合に、前記インピーダンス素子のインピーダンスをZ１とし、前記可変抵抗器の抵抗値によって定まる変数をkとすると、インピーダンスZが以下の数式（３）を満たす請求項１に記載のインピーダンス増減回路。
   
4. レコードプレイヤーからの出力信号をRIAA補正するためのイコライザーアンプを備えたプリアンプであって、前記レコードプレイヤーからの出力信号を請求項１から３のいずれか１つに記載のインピーダンス増減回路を介して前記イコライザーアンプに接続したプリアンプ。
5. 前記イコライザーアンプに接続されて、周波数特性や出力レベル特性を表示する表示装置を備えた請求項４に記載のプリアンプ。
6. ケーブルで接続された送信機と受信機の間であって、前記受信機側に設けられ、請求項１から３のいずれか１つに記載のインピーダンス増減回路を備えた伝送回路。