JP4449773B2

JP4449773B2 - 空間伝送帰還半導体オーディオアンプ

Info

Publication number: JP4449773B2
Application number: JP2005035466A
Authority: JP
Inventors: 茂晴中木
Original assignee: 中木 ▲茂▼晴
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2005287005A

Description

本発明はスピーカから出る音波振動を利用して、帰還素子である発光ダイオードを振動させ、光信号に帰還をかける空間伝送帰還半導体オーディオアンプ。

最近の半導体オーディオアンプでは部品素子の品質が向上し、又回路技術の発達で、これ以上の性能を上げられないほどに成っていて、歪率のデータ上では真空管式オーディオアンプに比べ低く、測定限界の低歪アンプも出現している、又アンプの中の各部品に振動が伝わると悪影響を与えるという事で、アンプケースは内部に振動が伝わりにくい強硬な構造と成っていて、透明で立ち上がりが早い良い再生音となっている、しかし一般的に真空管オーディオアンプに比べ再生音が硬く、温度感の低い冷たい音と成る、又各楽器のボーデイ感や実在感が薄く聞こえ、定在波ノイズや電源からのノイズ、又外部からの飛び込みノイズの影響でＳ／Ｎが悪くなり、ステレオの定位や奥行き・立体感の見通しが悪くなる。

データでの歪率は真空管オーディオアンプより半導体オーディオアンプが低く、試聴感での歪も低く感じるはず、しかし一般的に真空管オーディオアンプの方が聴感歪は低く感じ、柔らかく暖かい音と感じる、又揺らぎ音・余韻音が良く出て陰影も豊かで、特に３００Ｂ使用の真空管オーディオアンプでは定位や奥行き・立体感の見通しが良く、オーディオ界では一般的に知られている、しかし立ち上がりの早い音には、一般的に半導体アンプに比べ追従性は悪く聞こえ欠点となっている。
特願２００３−０７１８５

真空管オーディオアンプは真空管の構造上グリッドが振動しやすく、スピーカから出た音波振動は真空管のガラス筒を振動させ、二次的にグリッドへ振動が伝わることで、この振動信号により帰還動作して、オーディオ信号が揺すられ、試聴感覚での歪が低く感じ、柔らかく暖かい音が出て、揺らぎ音・余韻音が良く出るものと考え、オーディオシステムを図１の通り、（２）測定アンプはスピーカのライン上に配置し、１ｍ高さの強硬な台の上に置いた状態で、図２の通り（３ａ）左アンプ（３ｂ）右アンプに（４）低周波発信機Ａを接続し、（１ａ）左スピーカ（１ｂ）右スピーカから５Ｗ出力の発信音を出す、図３の通り（２）測定アンプに（６）低周波発信機Ｂを接続した方法での実験測定では、（２）測定アンプである真空管式アンプの電気的負帰還を外し、（２）測定アンプに正弦波を入力し、図２の（４）低周波発信機Ａの周波数をスピーカからの音波振動で(２)測定アンプが共鳴する周波数にして、出力を５Ｗにすると、図３の（６）低周波発信機Ｂで入力された（２）測定アンプ出力の（５）シンクロスコ−プの波形は、全帯域の周波数で揺らされる、図４のスピーカ入力５Ｗ時のシンクロスコープ波形で（７）揺らされた波形Ａ、（８）揺らされた波形Ｂ、（９）揺らされた波形Ｃの通り、上下に揺すられている事を確認できる。

４項の実験測定方法の(２)測定アンプの入力をアース間と短絡させ無信号で、図２の（４）低周波発信機Ａの周波数をスピーカからの音波振動で(２)測定アンプが共鳴する周波数にして、出力を５Ｗにすると、（５）シンクロスコ−プで（２）測定アンプから（４）低周波発信機Ａの周波数と同じ周波数の数ミリボルトの波形が出力されていることを確認できる、従って帰還している事になり、これが真空管式アンプの良い面を引き出している、半導体オーディオアンプでも真空管のガラス筒とグリッド同様の効果が出る素材を見つけ、回路と構造体を作る点である。

最近のオーディオ機器の出力インピーダンスは非常に低く約５０〜１００Ωで、入力インピーダンスは１０ＫΩ以上と高く、高周波関係で常識の信号ケーブル接続時に起きる、ミスマッチングによる定在波ノイズや電源からのノイズ、又外部からの飛び込みノイズの影響でＳ／Ｎが悪くなり、試聴感でステレオの定位や奥行き・立体見通しが悪くベールがかかった様に聞こえる、マッチング誤差を少なくして、各ノイズの混入を防ぐため出力インピーダンスに近い６００Ω〜１ＫΩの抵抗をアンプの入力側に並列接続すると、半導体アンプでは各ノイズと共に高域の情報信号も減衰するため、再生音の見通しが良く成るが硬くやせた悪い音となり使用できなかった、従ってスピーカから出た音波振動を真空管式と同様にアンプに帰還させ減衰した高域の情報信号を回復させる点である。

図５の（１０）脚付小型共鳴体の中に、図６の通り（１４）発光ダイオードを揺れやすい状態で（１６）基板に取り付け、（１５）フォトダイオードとの組み合わせを帰還素子として直接オーディオ信号を通し、スピーカからの音波振動で発光ダイオードの光が揺れ、（１５）フォトダイオードの出力オーディオ信号も揺すられ帰還する、又オーディオ信号帯域の帰還エネルギーバランスを取るため、最良の帰還効果を得ることを目的として（１１）大型共鳴体の上に、（１３）下部共鳴調節体を挟んで、（１０）脚付小型共鳴体を上に載せ、更に（１２）上部共鳴調節体を載せそれぞれの素材・容積・重量を調節することを最も主要な特徴とする。

本発明の空間伝送帰還半導体オーディオアンプをオーディオシステムの中に投入する事により、各ノイズ抑制抵抗内蔵のピンプラグ・ジャックアダプタをパワーアンプの入力とオーディオ信号ケーブル間に挿入可能となり、両方の効果により真空管アンプと半導体アンプのそれぞれの良さを引き出し、Ｓ／Ｎが良く目の前で演奏している様な錯覚するくらい見通しは良く、立ち上がりが早いのに音は硬くならず、暖かくて柔らかく、温度感と密度感の高い音となり、余韻音・残響音・陰影が豊かで、例えば弦楽器の弦の揺らぎ音、ピアノの余韻は非常に美しい表現をする、又室内の音響特性によるピークを押さえ、ディップは補ってくれいる再生音となる、一言で言えばＣＤが、ＳＡＣＤや２チャンネル１９２ＫＨｚのＤＶＤオーディオ以上の再生音となり、ＳＡＣＤや２チャンネル１９２ＫＨｚのＤＶＤオーディオは５．１チャンネル再生の空気感に近い再生音となる、特に現状の音楽ソフトは大半がＣＤで、オーディオの革命的な発明と言える。

スピーカから発せられ空間に拡散した、オーディオの音波振動を捕らえ、半導体オーディオアンプに帰還させ、部屋も含めたオーディオシステム全体の音質改善する目的で、既にある電子部品と構成部材で、回路や構成を工夫して、試聴を繰り返し実現した。

薄い１．０ｍｍ厚さのアルミと鉄を組み合わせたケースで作られた、図５の通り（１０）脚付小型共鳴体の高さ７０ｍｍ横幅１５０ｍｍ奥行き１３５ｍｍの中に、図７の（１４ａ）発光ダイオードＡと（１５ａ）フォトダイオードＡを組み合わせて、（１４ｂ）発光ダイオードＢと（１５ｂ）フォトダイオードＢを組み合わせ帰還素子として、コンプリメンタリ・プッシュ・プル方式でディスクリートの半導体アンプ回路に組み込む、図６の（１７）発光ダイオード端子と、（１８）フォトダイオード端子は切らず揺れやすい状態で（１６）基板に直付けする、このアンプを側面・底面は強硬で上面が共鳴振動し易い金属ケースで作られた、図５の（１１）大型共鳴体の高さ８０ｍｍ横幅４３０ｍｍ奥行き３００ｍｍの上に、厚さ２ｍｍのゴムシートと厚さ０．８ｍｍのパンチングメタルと１７２０ｇのＢ５サイズの製本構造を組み合わせた（１３）下部共鳴調節体を挟んで設置し、更に（１０）脚付小型共鳴体の上に１０００ｇのＢ５サイズで製本構造の（１２）上部共鳴調節体を置き、又部屋の特性やシステムの総合特性の違いにより、これ等をスピーカのライン上に設置して、再生音を聞きながらアンプの設置位置をスピーカのライン上から前後に動かし最良の状態にする事で実現する。

図５の（１２）上部共鳴調節体・（１０）脚付小型共鳴体・（１３）下部共鳴調節体・（１１）大型共鳴体の容積・板の厚み・重さや、図６の（１７）発光ダイオード端子・（１８）フォトダイオード端子の長さ等を変えることで、再生音の質を変えることができる、例えば試聴感から（１２）上部共鳴調節体を重くすると、高域のエネルギーが強くなる、軽くすると高音エネルギーが下がり余韻も多くなり、音楽性が豊かになり、又低音エネルギーが上がり、過度特性も良くなり、全体的に見通しの良い再生音となる、（１３）下部共鳴調節体を軽くすると、中域エネルギーが上がり、余韻も少なくなり、音楽性が下がり、浮き上がる様な見通しは減少する、従ってそれぞれの製作者が思う特徴のある音作りを可能とする。

図７の通り電源が±１５Ｖのコンプリメンタリ・プッシュ・プルアンプ回路の（１９ａ）・（１９ｂ）電流増幅トランジスタＡ・Ｂの回路に、すべて特性の揃った（１４ａ）・（１４ｂ）発光ダイオードＡ・Ｂを設け、（１５ａ）・（１５ｂ）フォトダイオードＡ・Ｂを組み合わせ、（２０）負荷抵抗を３ＫΩとし、（２１）負帰還抵抗は５ＫΩ、（２２）負帰還分割抵抗を１ＫΩにすることにより、矩形波・正弦波の波形修正・位相補正され、ＤＣ〜３００ＫＨｚまでフラットで、増幅度１２．８ｄＢの理想的な空間伝送帰還半導体オーディオアンプができる。

現状の発光ダイオード及びフォトダイオードの遮断周波数は１５ＭＨｚと低く、矩形波の立ち上がり遅れを少なくする為、（２０）負荷抵抗の値を小さくすれば改善されるが出力も低くなり、（２０）負荷抵抗の値は無帰還の状態にして、２０ＫＨｚで図８の矩形波シンクロ波形になる値３ＫΩとして、負帰還にて波形補正して図１０の矩形波シンクロ波形にする、負帰還はかけ過ぎると図９の矩形波シンクロ波形になる為、（２１）負帰還抵抗は２０ＫＨｚで図１０の矩形波シンクロ波形に成る値５ＫΩとする、（２０）負荷抵抗又（２１）負帰還抵抗の値は電源電圧や素子の増幅度で矩形波の特性が変わるので、シンクロで波形を見ながら図１０の矩形波シンクロ波形になる値とする。

オーディオシステムを図１の通り、（２）測定アンプはスピーカのライン上に配置し、１ｍ高さの強硬な台の上に置いた状態で、図２の通り（３ａ）左アンプ（３ｂ）右アンプに（４）低周波発信機Ａを接続し、（１ａ）左スピーカ（１ｂ）右スピーカから５Ｗ出力の発信音を出す、図３の通り（２）測定アンプに（６）低周波発信機Ｂを接続した方法での実験測定では、（２）測定アンプである空間伝送帰還半導体オーディオアンプの電気的負帰還を外し、（２）測定アンプに正弦波を入力し、図２の（４）低周波発信機Ａの周波数をスピーカからの音波振動でアンプが共鳴する周波数にして、出力を５Ｗにすると、図３の（６）低周波発信機Ｂで入力された（２）測定アンプ出力の（５）シンクロスコ−プの波形は全帯域の周波数で、図４の通りスピーカ入力５Ｗ時の波形が、真空管アンプと同じく（７）揺らされた波形Ａ・（８）揺らされた波形Ｂ・（９）揺らされた波形Ｃの通り、上下に揺すられている事を確認した、又(２)測定アンプの入力をアース間と短絡させ無信号で、図２の（４）低周波発信機Ａの周波数をスピーカからの音波振動で(２)測定アンプが共鳴する周波数にして、出力を５Ｗにすると、（５）シンクロスコ−プで（２）測定アンプから（４）低周波発信機Ａの周波数と同じ周波数の数ミリボルトの波形が出力されていることを確認できる、今回実例の空間伝送帰還半導体オーディオアンプの共鳴周波数は６８０・６２０・５００・４４０・３２０・２８０Ｈｚと成る、又幾つかの寸法の違う試作実験では、試聴感から共鳴周波数の数が多い程、オーディオ帯域のエネルギーバランスは良くなる。

アナログレコードは間接音や楽器のボーデイ音等の情報は多く含まれ、柔らかく暖かい音が出る、しかしＣＤソフトのサンプリング周波数は４４．１ＫＨｚで、２０ＫＨｚ以上の情報オーディオ信号は急激に減衰し硬いやせた再生音になる、しかし本発明の空間伝送帰還半導体オーディオアンプで、帰還振動による信号揺れにより減衰した情報オーディオ信号が回復し、柔らかく暖かい音が出て、揺らぎ音・余韻音・残響音が豊かで、厚みのある再生音を試聴で確認できる、又本発明の空間伝送帰還半導体オーディオアンプは、立ち上がりの早い音にも十分追従してコンサートホールやライブハウスの演奏に近い再生音を可能とする。

図１２の通り（２８）空間伝送帰還半導体オーディオアンプは(２７)プリアンプと（２９）パワーアンプの間に挿入し、（２６）ＣＤプレーヤーや一般の（２７）プリアンプの出力側と、各々の（３０）オーディオ信号ケーブル間で、混入した定在波ノイズや電源からのノイズ、又外部からの飛び込みノイズを図７の空間伝送帰還半導体オーディオアンプ回路の(２３)入力インピーダンス抵抗を６２０Ωにする事で減衰させ、空間伝送帰還半導体オーディオアンプの帰還効果により、間接音である高域情報オーディオ信号だけ回復して、Ｓ／Ｎが良くて非常に見通しの良い立ち上の早い暖かい音で、又揺らぎ音・余韻音・残響音が豊かで、厚みのある陰影豊かな良い再生音を可能とする。

本発明の空間伝送帰還半導体オーディオアンプで高域情報オーディオ信号だけ十分回復増大しているため可能と成った、パワーアンプと信号接続ケーブルの接続時に起こるインピーダンスのミスマッチングで起こる、定在波発生によるノイズや電源からのノイズ、又外部からの飛び込みノイズを抑制する、抵抗をパワーアンプの入力と信号ケーブル間に、簡単に挿入出来ること目的として、図11の通り（２４）ピンプラグ部と（２５）ピンジャック部の合体構造を作り、図１２の通り（３１）ノイズ抑制用１ＫΩの抵抗内蔵のピンプラグ・ジャックアダプタを（２９）パワーアンプの入力側と、（３０）オーディオ信号ケーブル間に挿入しノイズを減少させ、更にＳ／Ｎは良くて定位や広がり・奥行き・立体感が明確で非常に見通しの良い再生音を可能とする。

オーディオ業界には多くの種類のアンプがあり、出力インピーダンスと入力インピーダンスは多種多様で、定在波ノイズや電源からのノイズ、又外部からの飛び込みノイズを抑制する抵抗値をこれにあわせる必要性が生じ、プリアンプの出力接続の最低接続可能インピーダンスも多種多様で、図７の空間伝送帰還半導体オーディオアンプ回路の(２３)入力インピーダンス抵抗の値を２ＫΩ・１ＫΩ・６２０Ω・２４０Ωの切換スイッチ付で対尾可能とする。

帰還素子は低周波用として、発光ダイオードとフォトダイオードの組み合わせがあり、アナログアンプ用と成る、デジタル用としてレーザダイオードとフォトダイオード・フォトトランジスタ・フォトＩＣの組み合わせがあり、デジタルアンプ用となる、従って本発明の空間伝送帰還半導体オーディオアンプはアナログアンプとＰＷＭ（パルス幅変調）方式のデジタルアンプが製作可能と成る、真空管も帰還素子と成るが、使用されている真空管全体に帰還し悪影響となり、又発熱と構造の関係から総合調整は難しく、本発明と同じ効果を上げられない。

現在の音楽ソフトはＣＤ・ＳＡＣＤ・ＤＶＤオーディオで大半がＣＤソフトと成っている、又ＣＤは値段も安く、購入済みのソフトは大半ＣＤであり、本発明の空間伝送帰還半導体オーディオアンプと、各ノイズ抑制抵抗内蔵のピンプラグ・ジャックアダプタで、ＳＡＣＤ・ＤＶＤオーディオ以上の品質の再生が出来ると成れば大量の普及と成る、又オーディオは現在次第にオーディオ人口が減り衰退しつつある、しかし全体のオーディオシステムが安くても、本発明の普及価格で製造出来る空間伝送帰還半導体オーディオアンプを投入する事により、高級オーディオ並みの再生が出来ると成れば、オーディオ人口は増え、オーディオ産業が再び盛んになる可能性を秘めている。

本発明の実施例にかかわる配置図面である。本発明の実施例にかかわる発信音発生用の信号接続面図である。本発明の実施例にかかわる帰還信号測定用の信号接続面図である。本発明の実施例にかかわるシンクロ波形図である。本発明の実施例にかかわる共鳴体と共鳴調節体の姿図である。本発明の実施例にかかわる帰還素子の取り付け断面図である。本発明の実施例にかかわるアンプ回路面図である。本発明の実施例にかかわる負帰還なしの矩形波のシンクロ波形図面である。本発明の実施例にかかわる大量負帰還時の矩形波のシンクロ波形図面である。本発明の実施例にかかわる適量負帰還時の矩形波のシンクロ波形図面である。本発明の実施例にかかわる抵抗内蔵のピンプラグ・ジャックアダプタ図面である。本発明の実施例にかかわるシステム結線の説明図面である。

符号の説明

１ａ左スピーカ
１ｂ右スピーカ
２測定アンプ
３ａ左アンプ
３ｂ右アンプ
４低周波発信機Ａ
５シンクロスコープ
６低周波発信機Ｂ
７シンクロ波形の揺らされた波形Ａ
８シンクロ波形の揺らされた波形Ｂ
９シンクロ波形の揺らされた波形Ｃ
１０脚付小型共鳴体
１１大型共鳴体
１２上部共鳴調節体
１３下部共鳴調節体
１４発光ダイオード
１４ａ発光ダイオードＡ
１４ｂ発光ダイオードＢ
１５フォトダイオード
１５ａフォトダイオードＡ
１５ｂフォトダイオードＢ
１６基板
１７発光ダイオード端子
１８フォトダイオード端子
１９ａ電流増幅トラジスタＡ
１９ｂ電流増幅トラジスタＢ
２０負荷抵抗
２１負帰還抵抗
２２負帰還分割抵抗
２３入力インピーダンス抵抗
２４ピンプラグ部
２５ピンジャック部
２６ＣＤプレーヤー
２７プリアンプ
２８空間伝送帰還半導体オーディオアンプ
２９パワーアンプ
３０オーディオ信号ケーブル
３１各ノイズ抑制用１ＫΩの抵抗内蔵のピンプラグ・ジャックアダプタ

Claims

アンプ回路に発光ダイオードを揺れやすい状態で基板に取り付け、フォトダイオードとの組み合わせを帰還素子として、直接オーディオ信号を通して、スピーカから発せられ空間に拡散した、オーディオの音波振動で発光ダイオードの光が揺れ、フォトダイオードの出力オーディオ信号も揺すられ、帰還する帰還素子搭載の空間伝送帰還半導体オーディオアンプ。
スピーカから発せられ空間に拡散した、オーディオの音波振動を忠実に伝達する、振動し易い脚付小型共鳴体の中に請求項１のアンプ回路を設置し、強硬な構造で上面は振動し易い大型共鳴体の上に、下部共鳴調節体を挟んで、脚付小型共鳴体を上に載せ、更に上部共鳴調節体を載せ構成して、帰還エネルギーバランスを取る、帰還素子搭載の請求項１の空間伝送帰還半導体オーディオアンプ。