ギターアンプのクリップダイオード・歪みと減衰

質問

閲覧有難うございます。
趣味の範囲で簡単なDIYを楽しんでいる者です。

以前、プリチュープ/トランジスタアンプで好みの歪みを得ようと、クリップダイオードを交換致しました。
手を加えたのは「ダイオードの交換」のみです。
最終的に「ゲルマニウム＋シリコン」で好みの歪みを得ることが出来ましたが、
弱いピッキング時、また音が減衰し消え行く時にブツブツと音切れを起こしてしまいます。

切換えにより「クリップなし/シリコン×２」も選択可能なのですが、こちらの
モードでは上記のような問題はありません。
使用頻度やお気に入りの音色は「ゲルマ＋シリコン」で、何とか症状を解消出来ないものかと…
折角得られた好みの音ですので何とか使ってやりたいと質問させて頂いた次第です。

要点・症状等で必要事項の書き漏れがございましたらご指摘下さい。
皆様、アドバイスの程宜しくお願い致します。

回答No.3

real_tube · ベストアンサー

既にNo.1のかたが要点については書かれておりますので、補足として書かせていただきます。（やはり、実際に回路図等を見ないと、確かなことが書けないので、全く見当違いだったらすみません。）

　まず、御質問の中では、プリチューブと書かれているのですが、オペアンプの回路ということでも示されておりますので、このプリチューブの回路とは、オペアンプの増幅段を何段か通った後に、チューブ（真空管）の回路を通過するような構成のプリアンプということなのでしょうか？

　もし、そのようですと、チューブの回路は低い電圧で作動させる味付け程度のもので、ハイゲインの歪みについては、基本的にはオペアンプとダイオードで作り出すといった形式であることが予想もされますので、純粋な高電圧作動でのチューブの回路で作る歪みの音質には、どのようにしても及ばないということにはなってしまうものです。（⇒高電圧作動のチューブ回路であれば、３段以上の増幅を行うことにより、ダイオード等を使わずにハイゲインの歪みを得られることになります。）

　問題の部分に関しては、ダイオードは２段目のオペアンプの負帰還のラインに入っているとのことですので、これは、単純なダイオードクリップの回路ではなく、チューブスクリーマーにあるもの等と同様な、オペアンプとダイオードによるリミッターの回路であることが考えられます。
　このような回路ですと、信号ラインとアース（グラウンド）間にダイオードを入れる形式で得られる矩形波での歪みの音よりも、幾分なめらかな波形が得られ、歪みの音質も多少まろやかになるものです。

　そして、今回、ゲルマ＋シリコンで良い音が得られたということは、両者の電流が流れ始める電圧値の差によって、上下非対称の波形が得られたためかと推測されますが、このような上下非対称の波形は、上下対象の波形に比べ、偶数次の倍音を多く含むことになり、よりチューブの回路的なまろやかで太い音質になるものです。（推測でしかないので、確かなことは言えませんが）

　しかし、No.1のかたも書かれていたように、好ましい音となる上下非対称の波形とは言っても、上下の電圧差があまり大きいと、このリミッター回路から次段に接続される部分のカップリングコンデンサ（結合コンデンサ）部において、信号の上下平均としての中間点（グラウンド）が大きく変化することになり、これによって、信号全体も動き、上下それぞれの信号レベルも変化することも予想されます。（⇒変化した後、中間点に達して安定するということです。）
　そして、そのようであると、これはある時間を伴っての変化となりますが、ギターからの信号が小さい状態では、出力信号が単純なサイン波などではなく、倍音を含む常に形が変わるような複雑な波形であることからも、この信号全体のレベルがある程度の時間を持って上下にふらついてしまう恐れがあります。（上下対象であれば、ふらつきは少ないということです。）
　よって、これが、今回の音切れの原因である可能性があり、次段以降の回路に、作動電圧の特性が顕著に存在するものがあったり、また、ノイズゲート的なものがあったりすれば、よりその可能性は高まるかとも思います。

　上記の中間点へ移行して安定するまでの時間、すなわち時定数というものは、次段へのカップリングコンデンサの値によって、ある程度制御することは可能です。
　したがって、このコンデンサの値を小さくすれば、時定数は小さくなりますので、安定するまでの時間が短くなり、多少は音切れを防止できるかもしれません。（⇒そのような回路構成であれば、ですが）
　しかし、時定数を小さくすれば、中低域の音域がカットされることにもなりますので、音質自体が変わってしまうことも予想されますゆえ、このあたりは、やってみないと何とも言えません。

　あとは、このリミッター回路におけるダイオードには、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）も使えますが、ツェナーであれば、様々なツェナー電圧のものが用意されておりますから、上下非対称の度合いを色々と設定できる可能性があります。
　よって、ゲルマ＋シリコンよりも、上下の差を小さくして悪影響を低減し、かつ良い音質を模索できるかも、ということです。（ただし、ツェナーダイオードには、色々な特性や定格のものがありますので、十分な事前の検討を行って部品を選ぶ必要があります。）

　ということで、いくつかの対策は考えられるとは言え、今回の音切れの問題の原因からしても、できれば、オシロスコープにて動作中の回路の各部の波形を観測し、その状況を解析することから始めることが基本とはなるものです。
　トラブル原因が、その回路が潜在的に持つ動作特性やノイズであったりすることもありますので、十分な理解の上で回路の改造にはかからないと、失敗につながってしまう可能性が高くなりますゆえ、注意が必要かと思います。

お礼

ご回答有難うございます。

真空管及びDI回路構成等、素人判断ですがご推察通りと思います！
プリチューブとは謳っているものの、実際歪みを作っている（増幅させている）のは、
ダイオードとオペアンによるものと思われ、
エフェクトのダイオードの交換感覚でこの案を思いついた次第です。

中段で記されておりましたリミッター/波形の部分は、まさしく当方の欲していた部分で、
説明不十分な質問をよくご理解頂けたと感激しました。

別の質問で恐縮なのですが「〇〇電圧が高ければ歪みが少ない」「その逆だと多い」等、
音色変化の参考になり得るDIの数値（アンペアやボルト）というのはないのでしょうか？
素人が数値無視でシリコンやらゲルマやら何やら試行錯誤を繰り返しておりましたが、
「好みの音だが出力不足」「出力は充分だが音色が．．．(-_-;)」でしたもので…

※質問内での別質問が宜しくない行為でありましたら、どうかご容赦ご指摘下さい。

音切れに関してはカプコンのくだりのアドバイスを参考にさせて頂きます。
音色変化があることは知っておりましたが、音切れにも作用するんですね。
ちなみにカップリングコンデンサは定数は変えておりませんが交換しておりまして、
こちらもトライ&エラーでしょうが、定数変化で歪み具合との兼ね合いを探って見ます。

ともあれ、推察から指摘部分までこの度のご回答には非常に満足致しました。
文中の「ダイオードの定数による音色変化」についてもご回答頂ければ幸いです。
この度は有難うございました。

補足

※お礼の投稿からお読み下さいませ。

今回の質問では「ゲルマ+シリコン」で音切れ解消という質問となりましたが。
「シリコン+シリコン」でもある程度満足な音が出るチョイスを見付けました。
同種DIの組み合わせですが、この場合音切れは起こしません。
が、前記しましたがかなりの「出力低下＝音量不足」招いてしまう組み合わせです。

文中での別質問にも通じますが、このような場合どのような部分を訂正すれば良いものでしょうか？
済みませんが、引き続きアドバイス頂ければ幸いです。

回答No.4

real_tube

No.3です。

　まず先に、シリコンダイオードでのレベル不足の問題についてですが、最初は赤色のLEDが付いていたということで、この順方向電圧値Vfが1.6V程度であるのに対し、シリコンダイオードのVfは0.6V程度と半分以下の値となりますから、この差がモロに出力レベルの低下となって表われたものかと思います。

　したがって、対策としては、このリミッターより後の回路において、逆にレベルを上げてやれば良いことになりますが、さらにオペアンプの増幅段があるのならば、負帰還のラインに入っている抵抗値を大きくするなりして、ゲイン設定用の抵抗値の変更を行うことになるでしょうか。
　または、ボリューム部において、抵抗での分圧によって、あえてレベルを下げているような構成になっていれば、抵抗値の変更によって分圧比を変え、レベルを上げて補うといった手段も考えられます。（⇒いずれにしても、回路を読み取り、抵抗値を正しく算出した上での作業とするべきですが）

　当方、音を歪ませるということにおいてはチューブ専門なので、ダイオードで歪ませることについてはほとんど実績が無く、自信を持っては言えないのですが、今回のようなリミッターやダイオードクリップにおいては、ギターからのもとの波形のどのあたりでクリップさせるかという点で、ダイオードのVf値が歪みの音質に関係してくるように一見思えてしまいます。

　しかし、No.1のかたも書かれていたように、このようなクリップの類は、これ以前の回路にてギターからの信号を数十倍から数百倍に増幅した後に行うのが通常ですので、実際にはVf値は音質にはあまり関係なく、それよりも、Vf近辺での電流特性等のほうが音質に関係してくるようです。
　すなわち、この特性によって信号波形のエッジ部の形が決まってきますので、それは結局、音における倍音構成に関わってくるということです。

　したがって、そのダイオードのVf-If特性等のグラフを見れば、ある程度音質が予想できるということになるかと思いますが、基本的には、順方向電圧に対し、電流がなだらかに変化するほど、まろやかな歪みの音質になり、急峻に変化するほど荒い音質になると言えるでしょうか。（これも、No.1のかたが書かれていた通りです。）

　実際のチューブの回路での歪みに関しては、前述した上下非対称の波形といったことも含め、チューブ独自の特性が効いてくるので、ダイオードでこれに迫るのはなかなかに難しいのですが、歪ませることと共に欲しくなる（見かけ上の）大きなサスティーンということに関しては、ダイオードクリップ等は最も効率良く実現できるものです。

お礼

引き続き有難うございました。

考えられる諸症状の原因及び対策については、自分なりに理解出来ました。
また関連した質問を提起しているかもしれませんが（笑）
機会ありましたら宜しくお願い致します。
この度は有難うございました。

回答No.2

kenta58e2

No.1です。
素人の分際で再投稿すべきかどうか迷ったんですが…

さきに、ちょっと私の認識が違ってたかと思うのですが、その改造されているアンプは、質問者の方の自作なんでしょうか？　それとも市販アンプの改造なんでしょうかね？
（市販アンプの改造だと、ちょっと無茶だなという気はしますが…）

質問者の方には「それくらいは知ってる。馬鹿にするな、」という内容かもしれませんが（すいません）。
私程度のレベルで理解可能な範疇のダイオードクリップ回路は、小理屈はこの程度
http://www.d7.dion.ne.jp/~agri-n.i/1000/1011.html
ここで書かれているように、シリコンなら0.6V程度、ゲルマなら0.2～0.3V程度より大きい信号がクリッパー回路を通過すると、この素子毎の規程電圧より高い信号はショート？状態になって「無くなって」しまうので、信号が矩形の歪み波となるという理屈ですよね。

ちなみに、ダイオードがLEDだと、LEDにもよりますがカットされる信号電圧が1.2～1.5Vくらいです(3Vくらいのもありますが)。
御参考：http://www.vocu.jp/products/manuals/3MDIS_Web_Manual.pdf

めちゃくちゃ単純には、LEDよりはシリコン、シリコンよりはゲルマの方が「数値上は」早く激しく歪む…とは言えるのですが、ことはそうそう単純とも言えず、これは何かの受け売りで、私自身がきちんと裏付け知識は持っていない『知ったかぶり情報』に過ぎませんが、ゲルマはシリコンに比べて（レベル的には）早く歪む変わりに矩形波の「鈍り」が大きく、気持ちチューブ的、LEDはその特性（光るからか？）から、歪み始めのところで何か尖ったような変な波形が出やすくて、ザラザラした音になりがち…と聞いたことがあります。

また、何より「クリップ回路の前段で、どの程度（どの範囲）の増幅信号が送られてくるか」「クリップ回路の後段は、どういう回路がどういうインピーダンス構成で繋がってくるか」によって、音のキャラクターはがらりと変わるので、クリップ回路の素子だけ変えても、その手の前後段の電気的なバランスが取れるのかどうか…も、各回路の増幅率等々をよく把握した上でやらないと、電気的にめちゃくちゃ危なっかしいことにもなりかねないかと思いますね。

ちなみに、私が昔お手本にさせて貰った、ありがたい基本回路がこれ
http://www8.plala.or.jp/KandR/cir_distortion.html
この回路に対する解説がこれ
http://www8.plala.or.jp/KandR/sub_distortion.html

お話の限りでは、回路図の中程から出力側の回路が、質問者の方の回路と近似点があるのかな…と思いますが、個人的に怖いなと思うのは、質問者の方のアンプでは、上の回路図の出力ジャックの位置以降にプリチューブの回路が繋がってくるんだろうと…
プリチューブの回路は、私の拙い知識では入力レベル等の設定が非常にシビアで、許容範囲を超えるといろいろな意味で『危ない』と認識していますので、ダイオード回路以降に、それらのシビアな調整が受けきれる回路なり安全策なりが、許容範囲内できちんと作動する状況かどうか…これが、質問者の方からの情報だけではわからないですね。

私の場合は、知識がないのでこの後に聞いてもわからないと思いますが、そういう点で有識者の方に伝わる情報は必要かと思います。少なくとも前後の回路段の増幅率の範囲くらいは必要かと。

ちなみに、現在はシリコンとゲルマ混在ですから、単純な数値比較でも信号の上波と下波には、0.3～0.4Vくらい？（というか、量的に倍？）のアンバランスが生じているわけですから、後段の回路がそういう極端なアンバランスを吸収できない回路だったら、「ブツブツした音切れ」等は出て当たり前で、ちょっと危険な兆候という可能性も（私レベルでは）捨て切れません。
この時、前後の回路で信号の中点＝グラウンド点がズレるような回路構成だと、パワーアンプ部にもイヤな負担がかかりそうで怖い気がします。

また、質問者の方の問題部分の回路構成が、私の掲げた見本回路に近いのであれば、見本回路の解説のように、ダイオード以外の素子変更による音のキャラクターの変化というのも見込めるとは思います。

とにかく、私は「ダイオードクリップ回路は、絶対にダイオードの種類は揃えるべし」と習ってきた手前がありますので、私ならダイオードは揃えて、後段の回路動作に影響のない（クリップ回路周辺の信号だけにしか影響の出ない）素子変更で、音を作りたい所ですけどね。

お礼

度々有難うございます。

最初に書きましたように、私も素人同然というか素人ズブズブでして。
楽器とDIY好きが高じて、このような質問をさせて頂いた次第ですが、
この度は抽象的な設問に対し、長文のアドバイス、
及び参考リンクを有難うございました。
また機会ありましたら宜しくお願い致します。

回答No.1

kenta58e2

エフェクタ等の自作経験がちょっとあるくらいで、人様に専門的なことが語れるようなレベルではない「一般人」なのですが…

質問者の方のアンプ？における「基本的な回路構成」と、「歪み回路の基本的な動作構造」と、「交換したダイオードの回路構成上の位置」くらいは補足されておかないと、有識者の回答は得られにくいのではないか？　と思います。

私程度の知識だと、歪みにダイオードクリップ回路を使われているとしたならば（ダイオード２個と聞くと、私はそれしか知らないので）、特にプリがチューブ構成なら初段バッファの後なのかなぁ…と、貧弱な知識で想像する所なんですが、もしその構成なら、ゲルマとシリコンという組み合わせでは、順方向降下電圧がどうこう…の特性の違いがモロに出て、特に小信号時に波形の片側だけしか動作しなくなったりするでしょうから、音切れなりなんなりは起きて当然のように思います。

初段バッファ回路のゲイン調整等で、ある程度はなんとかなるかなぁ…などと思わないでもないですが、全体の回路構成を知らずして、バッファのゲインが簡単に変えられる物なのかどうなのか（特にチューブだと）なんてことは、これは私よりもっと専門家の人でないとわかんないと思いますし、そのためには情報が必要では無かろうかと思います。

ちなみに、私は、ダイオードクリップ回路は「上波用と下波用は、必ず同じダイオードを使わないとダメ」と習いました（←こう習ったのは事実ですが、聞いたまま憶えただけですので、真実かどうかは自信ないですけど）。
なので、私だったら『ダメと習った回路なので怖いから』という単純な理由でですが、プリチューブ回路内にはこの回路は置かず、電気的に切り離した「エフェクター」として再設計して、アンプ回路から外に出します。
そして、出来ればダイオード回路の前段にコンプレッサ的な動作をする回路を置いて、「ブツブツ」が発生しない信号強度で動作するようにできないか…という方向で、いろいろやってみるのかなと…

補足を受けても、私は回答できる自信がないので「参考意見」としますが、情報は必要と思いますので、ご検討の程を

お礼

即答を有難うございました。
ご指摘頂きました、動作構造等の説明は素人なもので上手く出来ませんが、
ダイオードの位置としましては回路を追って下記の通りだと思います。

簡単な説明で恐縮ですが、初段オペアン(JRC4558)と繋がる、２段目(？)のオペアンプの、
出力(2)～同反転入力(2)への回路上、並列に位置し(ゲインVRドライブc)に繋がっているようです。
ちなみに純正時のダイオードの仕様は「LED（赤）×２」でした。

ダメ元でエフェクターのダイオード交換感覚で音色変化を狙ったのですが。
素人考えで、詳しい方からのダイオードのスペック等のアドバイスを頂ければ解決出来ないかと、
安易な考えでこのような質問となってしまいましたm(__)m

また、おおよそのラインを記した自作の基板画像はあるのですが、正確な回路図がWEB上でも拾えず、
合わせて説明不足、説明が下手ではありますが、音自体は気に入っておりまして苦慮しております。
出来る範囲で補足させて頂きますので、必要な点ありましたら是非ご指摘下さいませ。
皆様、引き続きどうか宜しくお願い致します。