ポータブルヘッドホンアンプを自作しています。

質問

ポータブルヘッドホンアンプを自作しています。
一つのアンプで出力を2つにしたいのですが、通常のアンプに改良を加えて作ることは可能でしょうか？増幅回路の部分は共通で出力を2つにしても問題ないのでしょうか？２つのヘッドホンは100Ω以下の異なるヘッドホンを想定しています。

回答No.4

kenta58e2 · ベストアンサー

No.2です。
英語に弱いのと、私も回路図が見た瞬間にスラスラわかるほどの技量はないので、まだ斜め読みですから細かい所は間違っているかもしれませんが…

ただ、それでも見た瞬間に言えるのは、入力バッファに当たるのはLME49720です。
LME49720が入力信号処理をして、LME49600がヘッドフォンパワーアンプの役目をしています。

なので、あえて言いますが、質問者の方がこの図を見て、なんでバッファとパワーアンプ役のＩＣが逆だと思ったのか、私には逆に理解できません。
もしかして、LME49600のスペックシートに「High Current Audio Buffer」って書いてあるから、とにかくLME49600はバッファに決まってる…などと短絡的に考えられていたのではないでしょうな？
また、LME49720のスペックシートには「OPERATIONAL AMPLIFIER」と書いてあるから、LME49720はアンプに決まってる…などと思われているのではないでしょうな？

スペックシートには、メーカー側の設計上の「予定機能」というか「こういう機能素子のつもりで設計してます」ということを書いてあるだけで、実際の使われ方は回路図見ないとわかんないんですが、１１ページの図は、ちょっとオペアンプ回路囓った奴なら誰も間違わないくらい明確に
「LME49720が信号バッファ、LME49600が電流増幅（＝パワーアンプ役）」
ですよ。
オペアンプの教科書なら真っ先に出てくるような基本構成そのまんまの回路ですからね。
信号の流れを見て、どういう素子がどういう役割をしなければならないか…という概念がわかっていれば、間違いようがありません。

何でそんな事がわかるのか、そんなに偉そうに言いきれるのか…と不思議に感じるレベルだと、オペアンプの回路図を読むこと自体が「まだ早い。もっと勉強しないと、この手の回路はキット以外は扱えない。自分で改造なんか無理」と言われても仕方ないです。

もっとも、私もLME49720の「B」の回路の役割は、現時点ではLME49720のスペックも見てないし電卓も叩いてないので、「帰還回路の補償回路かな？」くらいしかわかりませんが。
（これは、専門家から私がボロカスに言われるかもしれない(^^ゞ）

あと、オペアンプとパワーアンプは全然意味が違いますから、もしそのあたりの知識に自信がないなら、是非ともまともに勉強されて下さい。
でないと、それくらいの知識量で、それこそオペアンプを使った出力分岐回路なんか作ったら、下手したら回路焼いちゃいますよ。

ついでですが、そういう「下手したら回路焼いちゃいますよ」的にヘマをしたら、例え９Ｖどころか３Ｖ程度の電源電圧でも、ヘッドフォンを壊すという事は現実にはあり得ます。
まぁ、普通はヘッドフォン側の頑丈さに助けられて、本当に壊れる確率は低いですが、電気的に危険な状態には十二分になり得ます。音が出なくまではならないまでも、以後使い物にならないくらい音質的に痛めてしまう事は、意外と簡単に起きますよ。

回答No.6

Yorkminster

>> 回路によってはヘッドホンが壊れる場合はあるのでしょうか？電源は9V電池1個だとします。ヘッドホンの定格入力が分からないのですが、現実的に起こりえますか？ //

起こり得ます。たとえば、一例として、インピーダンスが低く対入力が小さいヘッドフォンで、かつ、出力に大きなDCが出ていれば、ボイスコイルが焼損します。仮に、公称インピーダンス32オームのボイスコイル（たぶん直流抵抗も似たような値）に4.5VDCを印可すれば0.14A流れますから、0.633W、したがって600mWを超えます。対入力が100mWとかのヘッドフォンであれば、ボイスコイルが焼損する可能性があるでしょう。

問題の核心は、そういう「トラブルを起こすような回路（というか実装）かどうか」です。

LME49600にも触れておくと、Figure 4のうち、U-1A（U-2A）がオペアンプで電圧増幅段、U-3（U-4）がLME49600で電流増幅段、U-1B（U-2B）がDCサーボです。LME49600の出力からU-1Aの反転入力に1kオームを介して負帰還が掛かっており、U-1Bが負帰還抵抗両端のDCを監視している、という感じでしょう。

これを見てなぜ「バッファとパワーアンプが逆」と解釈できるのかは、疑問です。

ただ、「バッファ」という言葉は様々な意味で使われるので、そこで質問者さんが混乱されているのかも知れません。

簡略化していえば、アナログ回路で「バッファ」というと、「インピーダンス変換機」の意味だといえます。以前の回路の負担を減らすために高インピーダンスで信号を受け取り、以後の回路に十分な電流を供給できるように低インピーダンスで送り出す装置全般、といって良いでしょう。

その前半部分（高インピーダンスで信号を受け取る）だけに注目すれば「（入力）バッファ」、後半部分（低インピーダンスで送り出す）だけに着目すれば「（出力）バッファ」ということになります。この辺は、回路図を見れば分かる人には分かる話なので、「バッファ」とだけ言っても「何バッファ」なのか通じる、という前提で明示しないこともあります。

では、「（出力）バッファ」とは何なのかというと、これは「電流増幅器」を意味します。No.3の回答では、「電圧増幅回路では『電圧比でxx倍に増幅する。その結果、何アンペア流れることになろうが知ったことではない』という考え方」をする、と書きました。その「知ったことではない」部分をカバーする（電圧に応じた電流を取り出せることを補償する）ための回路です。

これは、「オーディオ機器」という観点では、いわゆる「パワーアンプ」に相当します。スピーカー（ヘッドフォンに置き換えても良い）を駆動するには大電流が必要で、その「電流」を確保するための装置だからです。ただ、ふつうの「パワーアンプ」も、中を開ければ「電圧増幅器と電流増幅器の集合」です。つまり、中には多数の「入力バッファ」と「出力バッファ」が詰まっています。

さて、話をLME49600に戻すと、これは「電流増幅用のIC」つまり「出力バッファ用のIC」です。その意味で、「LME49600はバッファ」だといって何ら間違いではありません。また、観念的には「パワーアンプ」だともいえます（あまり一般的な表現ではないと思いますが、間違いではないでしょう。もっとも、この回路図ではLME49600の出力から負帰還をとっているので、そういう意味では、ふつうのパワーアンプとは全然別物です）。

他方、U-1Aは、入力バッファであると同時に電圧増幅器でもあります。高インピーダンスで信号を受けるとともに電圧を増幅して、電流を増幅する仕事はU-3にお任せ、ということです。もう少し全体的に見ると、LME49600の出力から帰還させているということは、「オペアンプの出力の延長」とみなせる、いいかえればU-1Bの部分を除外すれば「全体で1個の大電流を取り出せるオペアンプ」とみなせる、ということです。

しかし、大元の質問に戻って、ヘッドフォンを並列接続するなら、合成インピーダンスがあまり低くなりすぎないほうが良いのは、この場合でも同じです。まあ、2個くらいまでなら、よほど能率が低くない限り、問題ないと思いますが。

回答No.5

39jin

以前に回答した内容です
音声分配は可能です
出力の大きさにもよりますが・・
アンプ出力にはインピーダンス整合が重要です
音響系でヘッドホン出力では可成りの範囲で余裕があります
要は０値にならなければよいでしょう
アンプ出力インピーダンス4Ω以上として（通常）
30Ω程の抵抗で分岐分配します。４系統分配まで可能です
合成抵抗値が最大で4Ω以下にならないようにします
L側出力に30Ωから33Ω抵抗を3～4ヶ
R側出力にも30Ωから33Ω抵抗を3～4ヶ
L側
┣━30(L1)━━━━━━━━━>No.1L　イヤホン１（モニター）
┃-----------┏━━━━━━━>No.1R
┣━30(L2)━━)━━━━━━━>No.2L　イヤホン２
┃-----------┃--┏━━━━━>No.2R
┣━30(L3)━━)━━)━━━━━>No.3L　イヤホン３
┃-----------┃--┃--┏━━━>No.3R
┗━30(L4)━━)━━)━)━━━>No.4L　イヤホン４（録音出力）
-------------┃--┃--┃---┏━>No.4R
-------------┃--┃--┃---┃
R側----------┃--┃--┃---┃
┣━30 (R1)━┛--┃--┃---┃
┃---------------┃--┃---┃
┣━30 (R2)━━━┛--┃---┃
┃-------------------┃---┃
┣━30 (R3)━━━━━┛---┃
┃------------------------┃
┗━30(R4)━━━━━━━━┛
GND共通配線━━━━━━

参考に：
部品を集めて作るよりかは、ポータブル製品売り場に【アクティブスピーカ】という物が売られています
安い物はステレオで６００円から、せいぜい２千円以内で十分です
３V電池駆動、これを改造してＬＲ出力が取り出せます
自分はこの回路図のみ接続でイヤーホンと録音出力をパラだしにして、ポータブル機器間の録音時のモニターリングと併用して操作していますアナログです
http://okwave.jp/qa/q1533987.html

回答No.3

Yorkminster

>> 通常のアンプ ～ 増幅回路の部分 //

この辺りが、「何をもって通常というか」によります。

いちばん簡単な、オペアンプ1個のヘッドフォンアンプだと、複数のヘッドフォンを並列接続するのはあまり望ましくありません。オペアンプは電圧増幅素子であって、出力電流は多くない（多めのものでも50mA Typ.くらい）ので、ヘッドフォンのように負荷が重いのは望ましくないからです。

一方、出力インピーダンスが十分に低い回路であれば、並列接続しても大丈夫な場合もあるでしょう（もちろん、ケースバイケースなので、現物の回路を見てみないと分からない）。その際は、ヘッドフォンのインピーダンスが異なること自体は、それほど問題ではありません。もっとも、インピーダンスや能率の差によって個々のヘッドフォンの音量が異なる、ということは十分にあり得ます。

異なるヘッドフォンを使いたいとか、同機種であっても音量を別個に調整したいとかなら、ボリュームからして別々にしなければならないので、改造するというよりは新しく作り直すのと大差ありません。

>> 出力負荷とはOPAの出力の全体の負荷が600Ω以下であればよいということですか？ //

これは、逆です。

ふつう、増幅回路で「負荷が重い」というのは、「たくさんの電流を要求される」という意味です。したがって、より電流が流れやすい「低抵抗」の方が「負荷が重い」のです。

これは、オームの法則をちゃんと理解していれば難しくはありません。すなわち、上記のとおり一般的なオペアンプは電圧増幅素子ですが、電圧増幅回路では「電圧比でxx倍に増幅する。その結果、何アンペア流れることになろうが知ったことではない」という考え方をします。オームの法則は、

I = E / R

ですから、電圧(E)が同じなら抵抗値(R)が小さい方が電流量(I)が大きくなります。より多くの電流を送り出してやらなければならないので、「増幅回路の仕事量が増える＝負荷が重い」ということになります。

したがって、オペアンプで「600オームの負荷に対応」ということは、「負荷は600オーム以上で使え」という意味です。たとえば、1kオームとか10kオームとかです。逆に、「600オーム未満（100オームとか50オームとか）の場合、正常な動作は保証しない」ともいえます。

このことから分かるように、もともとオペアンプにヘッドフォンのような低インピーダンスの不可を駆動させることは、本来の用途からは外れています。ただ、「出力電流量が、オペアンプが壊れない程度に少なければ」辛うじて増幅素子としての役割を果たせている、というだけです。

（ただし、電流量以前の問題として、その負荷に十分な電流を流すために必要な電圧に満たない、という意味で「負荷が重い」と表現するケースもあります。たとえば、ポータブルプレーヤーのヘッドフォン出力は、16オームとか32オームとかのヘッドフォン/イヤフォンを前提にしているので、電圧は最大でも1V程度［それでも30mAくらいは流れるので、30mWにはなる］ですが、そこに家庭用の大型ヘッドフォン［たとえば100オーム］を繋ぐと10mW程度まで落ちるので、能率が同じでも20dBもの音量差が生じます。そのために必要な音量が得られない現象を指して「負荷が重い」と表現することもできますが、これはまた別の話です。）

>> 改良を加えて //

もともとの回路次第ですが、改造が前提なら、ある意味で何とでもなります。

たとえば、電流バッファを追加するのが現実的でしょう。バッファとしては、トランジスタで組んでも良いですし（よく見かけるのはダイヤモンドバッファ）、バッファ専用のICも何種類か出ているので（たとえばBUF634、LME49600、TPA6120など）、それらを使っても良いでしょう。

中にはオペアンプを何10個と並列化してスピーカーを駆動できるパワーアンプにまで仕立てている人もいるので、そういう手もあるといえばありますが、実際にはなかなか難しいでしょう（1から設計するならともかく、改造となるとなおのこと）。

補足

回答ありがとうございます。
分かりやすかったです。ちょっと気になったのですが、低インピーダンスのヘッドホンだとオペアンプの負荷が大きいことは理解できたのですが、では回路によってはヘッドホンが壊れる場合はあるのでしょうか？電源は9V電池1個だとします。ヘッドホンの定格入力が分からないのですが、現実的に起こりえますか？

回答No.2

kenta58e2

No.1の方のおっしゃるとおりですが、質問文の「増幅回路」をどういう構成にするか次第ですね。

ごく一般的には（もちろんヘッドフォンアンプを想定ですが）
［入力バッファ回路］→「パワーアンプ回路」→ヘッドフォン
という構成で考える事になります。

あえて…ですが、オペアンプ１石でヘッドフォンに直接出力するような回路構成だと、本来的には別々にすべき「入力パッファ」と「パワー」の回路を一緒くた…というより、入力バッファの出力だけで無理矢理ヘッドフォンを鳴らす回路構成という事にはなります。

話を戻して、普通はそのような出力分岐をする時には、入力バッファの出力回路を分岐します。そして、必要な数のパワーアンプ回路に並列で繋ぎます。
そこで、入力バッファ回路のオペアンプの仕様次第になってきますが、まぁ大抵は４分岐程度まではお茶の子さいさいですから、ここで分けるのが音質面も含めて一番効率がよろしいです。

ヘッドフォンアンプの場合でしたら、「大抵の設計では」オペアンプの入力パッファ回路の次にトランジスタの出力バッファ（＝簡易なパワーアンプ回路と考えて良い）回路を置きますので、この出力バッファ回路を複数作って、入力バッファ回路の信号出力を並列に繋いでいけば良いです。
個々のヘッドフォン毎にボリューム調整が必要なら、パワーアンプ回路の入力部にボリュームを置くのが手っ取り早いですが、どういう置き方（ボリューム配線）が良いかは、パワーアンプ回路の設計によって変わってきますので、今の情報量の時点では一概には言えませんが。

オペアンプ１石出力に拘るなら、入力のジャック部分の直後から分岐を掛ける事になりますが、そうなってくると入ってくる信号の強度レベルやインピーダンスから全てキメ打ちで計算していかないといけないので、どんな機材でも繋ぐ事が出来る汎用なものは、非常に作りづらいですね。
特定の機材専用と割り切ったら、不可能ではないですが…結構やっかいです。
出力バッファ作るのが一番安全確実ですね。

補足

回答ありがとうございます。
気になることが出てきたので細く質問させて下さい。

>ごく一般的には（もちろんヘッドフォンアンプを想定ですが）
［入力バッファ回路］→「パワーアンプ回路」→ヘッドフォン
という構成で考える事になります。

とのことですが、↓この解説書に載っている11ページFIGURE 4の回路はオーディオバッファとパワーアンプが逆のような気がするのですがどうでしょう？
http://www.national.com/ds/LM/LME49600.pdf

この回路図でLME49600がバッファですよね？

回答No.1

P0O9I

先ずは、そのＩＣのデータブックを確認したでしょうか？
前の質問と同じOPA2134PAで、トランジスタ等のバッファ無しの直接出力でしょうか？
OPA2134PAダイレクトなら、マニュアルによれば出力負荷としては600Ωまでしか、想定していません。100Ω以下のヘッドホン１個でも、負荷としては重すぎます。前の音がおかしいというのも、そのことが原因かもしれません。

出力にトランジスタ等のバッファが入っているのであれば、数十Ω程度の負荷では問題は無いでしょうが。

補足

回答ありがとうございます。
前回の質問とは別でお願いします。今回は一般論ということで。
OPAによるということでしょうか？出力負荷とはOPAの出力の全体の負荷が600Ω以下であればよいということですか？この場合インピーダンスが異なっていても大丈夫なのでしょうか？