車のバッテリーから電源をとり、オペアンプにてカーステレオの左右のウーフ

質問

車のバッテリーから電源をとり、オペアンプにてカーステレオの左右のウーファー出力をミキシングののち、BTLアンプ回路にてウーファーを鳴らすという構成を実現したいと考えております。

なるべく今持っているパーツを使用しようということで、オペアンプはLM4562、BTLアンプキットはエレキットのPS-3236というものを使用するつもりです。

この場合、LM4562は負電源も必要だということを初めて知ったのですが、車のバッテリーから負電源を作る回路はどのようなものがありますでしょうか？
ネット検索にて調べてみたのですが、±6Vだったり回路が複雑だったりとなかなか思うようなものがありません。（もともとそういうもの・・・？）

±12Vくらいの出力が可能な回路をご存知の方いらっしゃいましたらご教授お願いいたします。

回答No.10

anachrockt

> 質問者様の問題解決の知恵を提供するのが目的のサイトです・・・
力不足ですが，建設的な回答を書いてみます．

ロードダンプですが，パルス幅が200msだから，1mH・22uF（≒1kHz）のノイズフィルタでは立ち上がりが鈍る程度で除去できません．
対策する場合は，こうゆうサージアブソーバを入れます．
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/AWA0000/AWA0000CJ13.pdf
部品が増えて大変ですから，BTLアンプICに対策済みのカーオーディオ用を使います．
組み立て上の注意として，電源入力には必ずヒューズを入れて万一アンプが短絡しても車を燃やさないようにします．

あと基本的な問題ですが，カーステレオは最近流行りのclassDではないですよね？
classDだったら，しっかりしたフィルタを入れないと混変調(IM)歪みで大変ですよ．
また，ウーファー出力はBTLじゃないですよね？
BTLだったら，直流分をカットして差動で受けた方がエエかも．

回答No.9

KEN_2

再度ANo.・・7です。
悩ませてしまって、申し訳ないです。
またここは、質問者様の問題解決の知恵を提供するのが目的のサイトですので建設的な回答をするのが趣旨ですから、解決の当ての無い問題提起は避けるべきと考えます。

>使うのはもったいないアンプとのことですが、なぜか5個もあるんですよね・・・。
LM4562は素晴しいオペアンプで、データシートを見れば見るほど特性の良さが際立っていますよね。（私も購入してストックしておきます。笑；）

では、最初の目的である＜オペアンプにてカーステレオの左右のウーファー出力をミキシングののち、BTLアンプ回路にてウーファーを鳴らすという構成を実現したい＞を検討すると、
ミキシングだけであれば、＃4さんの抵抗合成で実現可能ですが、メインのＬ・Ｒ音量とのバランスを考えると、オペアンプを使ってミキシングの挿入損失を補正する目的で必要です。＃2さんのR7（10KΩ）を可変して補正します。
抵抗合成では減衰量の調整VRで可変可能ですが、挿入損失の補正はオペアンプで実施するべきです。
初心貫徹で、オペアンプのミキシングの回路で実現してください。

スピーカーの歪みの点ですが、アンプのTHD+Nの歪みとは音圧に変換するスピーカーと同列で比較できない面があり、スピーカーの歪み率をカタログに記載した時代もありましたが、最終評価は音質評価と味付けで実施しています。
アンプのTHD+Nは聴感に直接影響し複数の周波数成分がアンプ内でTHDを発生させますが、パッシブ素子のスピーカーに歪みは存在してもTHDと[Ｎ]成分は存在しないので、聴感に直結しないとオーディオの音響研究所で実験していました。
最終的には使用者が好みの気に入ったスピーカーを採用すれば良いのです。

ロードダンプの過電圧障害の問題も取り上げられていますが、先の電源用インダクタ・コイルで大半の過電圧は除去できます。
大型トラックなどでは構造上ロードダンプが発生し易く、過電圧破壊が発生し電装機器を壊すケースがありますが、LM4562は36V以上の過電圧に耐え電源ラインにデカップリング回路があれば、乗用車の場合は電装系統の接続は良好なので、問題は発生し難いでしょう。

補足

申し訳ないだなんてとんでもありません！
皆様からご丁寧に教えていただいて恐縮している限りです。
お教えいただいている中で基本的な用語など知らなかったことが多く，そういう用語の意味などを調べながら勉強させていただいております。

本日も詳細にご説明いただいたおかげで，気になっていた部分がほとんど解決され，
一度組んでみたいという気持ちになってきました。もちろんオペアンプを使ったミキシング回路で。

必要な部品を整理して，今度の休みにでも作ってみますね。
学生時代を思い出してエッチングでもやろうかな（笑）

また，ご報告いたします。

回答No.8

electron11

＃５さんの言われるように抵抗で分割するのが簡便な方法で単電源の場合はオーディオに限らず良く使います
電源電圧によって歪が変わる事は仕様書の下の方に参考としてグラフが載ってます（電源電圧ー歪率のグラフ）

スピーカーの歪は１％（１Wにて）以下を保障されたものは高級品でも恐らくありません
１０W では更に悪くなります（約３倍に） ですから　アンプ（プリ＆メイン総合で）は0,01％でも　お釣が来る位です

スピーカーの歪について　ご存知の方は殆ど居ないでしょう
一昔前　カタログに載せたメーカーがありましたけれど現在は何処のメーカーも載せてないようです
仕様に項目が無いのです　アンプに比べるとあまりにも悪いのです（アンプの性能がアップしたのです）
周波数によって激しく変わりますが　高級品でも最悪で１％超えます（１Wにて）　最良で0,01％位でした

＃５さんの言われるように電源電圧は変動が激しいです（だからノイズ対策も必要です）
普通はやりませんがエンジンを掛けたままバッテリーを外すと最悪１００V にもなる事がありますので注意要です
市販の車載用セットは　その対策をしてあるとか聞いた事があります（20年前）

補足

私自身、歪について比較したことはありませんので、どうなんだろうと考えていた程度で、高級スピーカーでも１％を超えることもあるということで、たいして気にするレベルではないのかもしれませんね。
私の耳で聴き分けられるか自身もありませんし（＾＾；

ただ精神的になるべく良い状態で作りたいと思った次第であります。

回答No.7

KEN_2

ANo.1,6 です。
>車の電源ではエンジンをかけると14.4Vまで上昇します。（実測値も同じでした）
>その場合も中点ということで±7.2Vとなるのでしょうか？
その通りです。
中点に10μF程度を接続することで、電圧変動に追従して急激な変動を無視できます。

>データシートと睨めっこしているうちLM4562は±15Vが最もTHD+Nの数字が良いようなのですが、6V（または7.2V）でも問題なさそうなレベルでしょうか？
>※想像のレベルでも結構です
電源電圧に依存する出力電圧範囲であれば17V、15V、12Vのどの電圧でもTHDは同じ直線状態で全く問題ないですね。
電源電圧と無歪みの領域を比較すると、
±17V；4Vrms、±15V；3Vrms、±12V；2.5Vrmsで、電源電圧から内部素子の飽和電圧分を引くと、+12V電源では1.2Vrms程度までは無歪みの動作領域で測定限界のTHD+Nの領域です。
THD+Nで表される様に0.001％以下は高級な測定器でなければ測定不可能な領域で、LM4562の優秀さが表れており、負荷抵抗2K～10KΩで使う分には+10V程度でも良く、使うのはもったいない高性能なオペアンプです。

補足

使うのはもったいないアンプとのことですが、なぜか5個もあるんですよね・・・。
何かの記事で読んだ、ネットワーク回路を作ろうとしていた記憶があります。
そのときに買って結局使わなかった部品なんです。

先日の案としてあげていただいているように抵抗だけで混合してアンプにつないで問題ないようでしたら回路も簡単で、このオペアンプも使わずに済むとは思いますが、せっかく負電源を作る方法や回路図までお教えいただいておきながらやらないというのももったいない気がして・・・。

回答No.6

KEN_2

ANo.1 です。
暫らく留守していまして回答が遅れました。
色々な方がレスされてほぼ結論が出ていますが、補足回答しておきます。

>「仮想中点を+6Vでバイアス」というのは同じ抵抗を直列に二つ入れてその中間を０Vと考え、そこをオペアンプのGNDに、抵抗の前後を正電源、負電源という考え方でよろしいのでしょうか？
その通りです。
+12V電源であれば10KΩを2個直列に接続して、中点の電圧を作成します。
中点が電源電圧変動や入・出力信号で変動しない様に10μF/16V程度のアルミ電解Ｃを接続します。
これで、信号の仮想中点が6V（Vcc/2）でバイアスされますので、これを信号の0Vと考えます。

あと、車の+B（アクセサリー電源）はノイズが重畳されてくるので、簡単なノイズフイルターとしてコイルとコンデンサのデカップリング回路（1mH+22μF程度）を挿入されるのをお勧めします。
電源用インダクタ1mH
http://akizukidenshi.com/catalog/c/ccoil/

補足

お忙しい中ご回答いただいているようで大変恐縮です。

肝心なことを忘れておったのですが、車の電源ではエンジンをかけると14.4Vまで上昇します。（実測値も同じでした）
その場合も中点ということで±7.2Vとなるのでしょうか？

また、英語は読めませんが（＾＾；　データシートと睨めっこしているうちLM4562は±15Vが最もTHD+Nの数字が良いようなのですが、6V（または7.2V）でも問題なさそうなレベルでしょうか？
※想像のレベルでも結構です

丁寧にお教えいただけるのでついつい甘えて聞いてしまうのですが、お時間の合間で結構です。
よろしくお願いいたします。

回答No.5

anachrockt

老婆心ながら一言；
車のバッテリーから電源をとる場合には，車載電源ラインの過渡現象を考慮する必要があります．
ここの1ページを参照してください．
http://www.linear-tech.co.jp/company/news/timelynews/TN042.pdf
12Vとはエンジンを切ったときのバッテリーの公称電圧です．
エンジンがかかっているときは，オルタネータ電圧で約14Vです．
過渡状態では，コールドクランクのときに約6V,ロードダンプで約32Vです．
このときにもアンプは壊れないようになっているのか，エレキットに確認した方がエエです．

回答No.4

inara1

入力信号としてスピーカアンプの出力を使うなら、オペアンプを使わなくても添付図のように、抵抗２本で混合すれば良いと思います。可変抵抗（VR）はサブウーハ（SP1）の音量調整用です。

補足

２パターンも回路図を載せていただき、また、シミュレートまでしていただいたようで感謝いたします！

「入力信号としてスピーカアンプの出力を使うなら、オペアンプを使わなくても」ということですが、カーステレオから左右のウーファー信号（増幅なし）が出ており、それを抵抗2本で混合しても良いのでしょうか？

それともアンプで増幅したあとの信号でないと抵抗を通して混合した際に無音またはそれに近い状態になってしまうということでしょうか？

このことは私も回路図やステレオtoモノケーブル等を調べているうち、いけるのでは・・と検討していたところなのですが、なにぶん購入したばかりのナビですからいきなり接続して壊しでもしたらと手を出せずにおりました。

回答No.3

inara1

ANo.2です。訂正します。
×　オペアンプの電源端子間（8pin - 1pin 間）には
○　オペアンプの電源端子間（8pin - 4pin 間）には

回答No.2

inara1

LM4562を使うのはもったいない気がしますが、添付回路のようにすれば、単電源で2つの信号の和が出力されます。
ANo.1さんの回答にあるように、R4とR5の間の仮想中点（+6V）をオペアンプの非反転入力端子に接続すると、オペアンプの仮想的なGNDがこの +6V になります（±6Vの両電源で動作している状態になる）。前半は単なる加算器ですが、ここで位相が反転するので、次段でまた反転して正相に戻しています。LM4562 は2回路入りなので1つのパッケージでこの回路が作れます（回路図の紫色の番号はオペアンプのpin番号です）。

仮想中点を使ってオペアンプを単電源で動作させるときは、オペアンプの入力端子は中点電圧（+6V）でバイアスされるので、信号源にこの電圧が加わらないようにC1とC2で直流をカットします。また、オペアンプの出力信号は中点電圧（+6V）を中心に振れるので、C6で直流成分をカットし、次のPS-3236に交流信号だけを送ります。

回路図では帰還抵抗（R3とR7）と並列に100pＦ（C3とC5）を入れていますが、これは回路シミュレータで、この回路の利得の周波数特性を見たとき、コンデンサを入れないと、15MHzに鋭いピークを持っていたためです。C3 と C5 が 100pF のとき、周波数特性は添付図のように 2Hz～100kHz （-3dB）ですが、C3 と C5 を 1000pF とすれば 2Hz～10kHz （-3dB）となります。LM4562の入出力電圧範囲は電源電圧から 2V 内側（12V単電源なら+2V～+10V）になるので、この回路の最大入力電圧は各チャンネル ±2V になります（加算して±4V以内）。R8 は周波数特性を見るために付けたもので実際には必要ありません。オペアンプの電源端子間（8pin - 1pin 間）には 0.1μF 程度のコンデンサ（積層セラミック）を入れてください。10μF のコンデンサ（電解）の極性にも注意してください。

LM4562データシート（英語）　http://www.national.com/ds/LM/LM4562.pdf

回答No.1

KEN_2

LM4562のオペアンプを使ってミキサーを作成するのに、-12Vを発生させる回路は不要です。
折角の高音質のオペアンプですので、雑音を発生させる電源電圧変換器はつかいません。

+12V片側電源で動作させ、仮想中点を+6Vでバイアスし、入出力をCカップリングで結合させれば動作可能です。
ミキサーの入・出力レベルは、±1Vrmsですから電源電圧+12V-GNDで問題ないはずです。

LM4562のデータシトが見付かりませんが、電気特性は優秀なオペアンプですから±12V電源を付けてS/N劣化させてはもったいないです。
＊実現回路に付いては別途質問してください。

補足

アドバイスありがとうございます！
キットで作るものや簡単なLED工作はいつもやっているのですが、はじめてオペアンプを使うことになり負電源というものの存在を知ったもので大変こまっておりました。

「仮想中点を+6Vでバイアス」というのは同じ抵抗を直列に二つ入れてその中間を０Vと考え、そこをオペアンプのGNDに、抵抗の前後を正電源、負電源という考え方でよろしいのでしょうか？