Raspberry Pi と Volumio 2 RC2 ＆ I2S-パワーアンプMAX98357

　I2S接続は、音がよい。ということで、パワー・アンプをつないでみた。どの半導体メーカーも頑張っているが、最近、TIの宣伝をよく見る。けれど、電子工作で使えるのは多くない。
　エイダフルートの製品をスイッチサイエンスが扱っている。

MAX98357A搭載 I2S 3W D級アンプボード

元の型番は「Adafruit I2S 3W Class D Amplifier Breakout - MAX98357A」だが、マニュアルは「Adafruit MAX98357 I2S Class-D Mono Amp」とモノアンプであると明記されている。

　I2Sはステレオ信号を受け付ける。MAX98357 は、16/24/32ビットで最大96kHzまでの信号をデコードする。ハイレゾ対応だ。
　問題は、出力が1系統しかないところ。デフォルトがL+Rの混合出力。用途によってはそれでよいのだけど、ステレオで使いたい。
　SD端子にかける電圧で、Lチャネルだけ、Rチャネルだけ、L+Rチャネルという使い分けができる。つまり、ボードが2枚あればよい。

　I2Sの信号は3種類あるが、MAX98357はラズパイでも扱っている左詰め。
　とりあえず、Lだけ、Rだけの出力が出るところまで実験した。


Raspberry PiのI2Sにパワー・アンプを追加する (1)

真空管でいうと45シングル並みの1W少しのパワーしか出ないが、45なみに、中低音はしっかり、明瞭度の高い音楽が聞こえてくる。

パワーアップした45アンプ

 　高域はトランスの特性で荒れている。でも、十分。フィルタで緩やかに落とすべきか。
　低域は、20Hzほどまで出ているのは驚異かもしれない。

　UTC A-18 3.75k:80k のトランスに変更した。電圧ゲインが下がるが、初段アンプのフルゲインで最大に近い音量になりそう。
　高域の荒れが減った。とはいえ、ダラーと下がってほしい気もするが。
　聴感上も、大きく違わないかな。

SESCOM MI-13 3.75k:60k　なぜか低音の質感は、これが一番。２番目はTPs-6S。なんだか物足りないのがA-18。測定結果からはわからない。
　カットオフ周波数を下げようと、150uFに100uFを足してみたが、聴感上変化はなかった。
　どちらかいうと、だらだらではなく低域がスパッとしっかり落ちた方が、低音の質感はあがるのか？

　ところで、グリッドに入っている抵抗は何のため？ 　
　いつ入れたのだろうか。ショートしてみた。音が弾んでいる？　明日、特性をとってみよう。

　高いところでピークが出る。通常、このピークは落とすから、120kは正しい抵抗だった。
　

33k並列、120k＋直列に抵抗を段間トランスの２次側に入れると、特性は売り物ぐらいにきれいになった。

　この後どうするか。

　インターステージのトランスの１次と２次を逆にする。

そのためには、ドライブの電圧をそうとう高く確保しないといけない。

　45はバイアスが53V。40V振幅が必要とすれば、40*4.5倍＝180Vをドライブ段で用意しないといけない。なんか大変そう。

 　趣向をかえて、LEAK  Varislope III をつなぐ。出力が低い。

　ハムがとりきれない。ヒータをDCにしたが減らない。

　もともとこの時代8uFの電解コンデンサしかなかった。これに100uFを入れたのだが。

　本来は、パワーアンプの高圧から相当電圧をドロップしているところ、150Vを用意したので、そのわずかなドロップ分ではリプルをとりきれていないようだ。

　470uFを入れて手元にあった1.5Hのチョークを追加したら、そこそこハムは減少した。

　しっかりチョークを入れれば良さそうだ。電流は30mA流れてる。

　

　測定結果と低音の出方が違うことについて受けた指摘;
-出力が低いときは低域は出る．最大出力付近で低域がどのくらい出ているかを見ないといけない．
-入力インピーダンスが変わっているのなら，何を測っているのかわからない．->出力バッファ＋600Ωをつける．

45アンプのパワーアップ

　ディスクリートオペアンプODA-17の吹っ飛んだ終段を2N5320/5322から2SC3422/2SA1359に交換したら復活した。
　増幅度を約8倍に変更し、45アンプの前段に入れた。これで不足気味だった増幅度は十分となり、フルパワーが期待できる。

　それぞれがうまく回り始めたので。

プレーヤ　Collins 200　箱は自作
トーンアーム　Gray Research 206　シリコンオイルは粘度 京商；30000
カートリッジ　Shure 44-7カモメロゴ 茶色、針は最近購入
EQ　マルツ【LV2-PE】LV-2.0 フォノイコライザ
45アンプ；
　DOA-17ディスクリートオペアンプ-TPs-6S（600：60k）-45シングル。春日KA-2535S
スピーカー；
　 Norelco AD5277 30cmを2個、PEAVEY 1208-4 SPS BWX 30cmを2個入れた箱に、Norelco AD5277の1個に通電。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その8 再考

　45のバイアスを90Vぐらいにして0Vを超える領域までドライブするとすれば、100Vの振幅が必要。
　80k:15kというのは巻き線比はいくらなんだろう。約4:1だからルートにいれると、2倍。
　段間トランスで1/2になるのなら、ドライブ段は200Vのスイング幅がないといけない。

　そうするとプレート電圧も200V以下の26では無理。ミューも低いし。
　ミューの高いので、手持ちは、6SF5。でも電流が流れないから使えない?
　56のほうが使えそう。でも、ミューがまだ低い。

　6N7をゼロバイアスで使う?　ドライブ段がB級で、出力段がAB級ってこと？
　それでもゲインは足りないから、入力トランスで、600:50kCT付きがあればなんとかなるかもね。

　送信管だと電圧は掛けられるが、増幅度はそれほど高くない。どうしても1段の電圧増幅回路が必要。6N7は増幅度は高いが、プレート抵抗を選べないだろうトランスではベストな領域を使いにくい。私には荷が重い。
　6BQ5は、パワー管だけど、バイアスを浅くすれば、増幅率も高いので、1段ですむかもしれない。

　やっぱり足りないかも。60Vで45をドライブできそうだけど、それでは0V領域に入らない。そのために、6DJ8-6BQ5という流れだとすれば、45は減衰器になってしまって、本末転倒。

　12GN7A/12HG7単管であれば、２V入力で200Vの出力が得られる?ので半分の100Vで45をドライブできるかも。これだと、素直な回路に一見見える。

　バランスを考え、そう、12GN7Aだと3W以上出せるから、もっと非力なのを。
　6AH6は。300Vが最大定格だけど、動作例も300V。ミューも高い。80kの負荷が問題。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その7 制約

　ドイツの録音機材を見ると、大きさの制約上、見事にパッケージングされているものがほとんど。個人の作るものは、大きさの制約は何もない。足らないのは経験と知識。それがすべてだけど。

　コンデンサは普通の日本製。もちろん、いろいろな規格が用意されているので、選択に困るのだけど。普通に千石で売っているものを使う。
　オイルはいいよーという声が聞こえてきそうだが、オイルとかは、とりあえずパス。

　電源回路は、まだ未完成。負帰還形を設計して使ってみたいが、高圧回路なので、経験が足りなさすぎる。FETリップルフィルタをなんとか使えるようにもっていきたい。
　電源にチョークを入れる。意味があるのかは不明。それも春日変成器の。それなりに種類がいっぱい用意されているのはうれしい。
　ヒータ用がぎりぎりなので、問題先送り。ほかは3倍のマージンを見るつもり。

　ヒーターはSW。定電圧にはなっている。ここを定電流にするところがなぜそうするのかがわからない。なのでパス

　最終的には、高圧もSWにしたい。実現するのはきっと来年の話になるだろう。その時は、45のパラで、8Wを出そうプロジェクトになっているかもしれない。

56のほうが魅力的に見えるんだけど

左は56、右が26。56はカソードとヒーターが分離されて、5ピンとなっている。グリッド-プレート容量は26の8pFに比べて3pFと少ないので、低周波以外に、高周波や発振用と用途が書かれている。
　でも、じゃー12AU7でいいじゃないかという話になってしまう。。。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その6

左が45、右が26

プレートとか、みんなおんなじに見える。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その5

少し小さいがinterstage用に使えるか?

 UTCのA18でさえ、小さいのだが、それよりも小さい。SESCOM MI-13

 配置を考えてみた。寸法を測ってレイアウトしたよりも10mmは余裕をとらないと、抜き差しができなくなりそう。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その4

　やっぱり26にしよう。56の事例が見つからないのが理由。26のプッシュプルも見ないけど。プリアンプにはよくつかわれている。

　newcomb H-50（6L6パラプッシュプル）の入力にトランスを入れた。XLRで受けられるようになった。

　このトランスは壊れていたフェーダーのW990の入力トランスを切り出したもの。
すこしステップアップするようで、H-50の初段をスキップして6SN7のグリッドへ直接信号を入れても、十分な出力が得られる。たぶんフルパワーは出ないけど。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その3

　最初のトランスは中点かスプリットして反転信号を出すための目的でいいのかな。
　2番目は普通にインターステージ用。
　3番目の出力トランスは、相変わらず春日の20W用KA-2535S。コアのボリュームが大きくなりすぎると、低音にしまりが無くなるという話を良く見かける。前回のプロジェクトで2.5kgのこのぐらいの出力トランスの1Wアンプでは、そんな感じはしなかった。
　38センチフルレンジを駆動できていたかは、ちょっと疑問があったけど。

これって、どこでドライブ段の利得を決める?決めれない?
　56の負荷であるトランスのインピーダンスによるのかな。でも、トランスは2次側のインピーダンスによって1次側も相対的に変化するの?
　わからないことばかり。
　そうすると、45のグリッド抵抗で2次側のインピーダンスが決定され、その結果、インターステージの1次側のインピーダンスが決まり、結果ドライブ段の利得がきまる？

仮定；
　1段目のトランスは1:1。56のプッシュプルで10倍増幅できたとする。
　インターステージのトランスの比率は電圧を扱っているのだから巻き線比で電圧は上がるのか?　ドライブ段はCTを使っているので、半分とみる?　7k:80kは　2倍ではないよね、4倍ぐらいはアップできてる?
　入力2Vrmsとすれば、初段で20V、インターステージで4倍の80V。めでたく45をフルスイングできる。はず。仮定の話ばっかりだけど。

実装；
　ヒーターはドライブ段1+1A、ファイナル1.5Aで、2系統のSW電源で安定化。
　初段のバイアスは安定化せず。ファイナルのバイアスは安定化。
　ドライブ段のB+は安定化。ファイナルも安定化。
　いずれも、チョーク、電解コンデンサ、フィルムコンデンサを入れる。
　ヒータトランスは2個。
　バイアス用トランスは1個。
　B+用トランスは500Wクラス100:220Vの既存のステップアップトランスが使えればリーズナブル。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その2

　やっぱり、トランスドライブかなー。カソードフォロワだと、ドライブが2球になってしまうからね。

　入力トランスにLL1538を使い、ドライバは何を使えばいいのかわからないけど、プッシュプルにして、段間トランスA-18で45シングルをドライブする。
　そういう使い方がまだ見つからない。
　こういうとき、こういう真空管なら、というのがわからなくて素人は悔しいが、適当に決めるしかない。手元にある、6N7はひずみが多そうだし、6SN7は増幅度が足りないかなー。6SJ7とかは使えるのだろうか。ここはEF12とかはありなのだろうか。


　特性上は新しめの球がいいのだけど、見た目だけで選ぼうとすると56があっているような気がしてきた。安いし、ヒーター電圧は同じだし。
　26でもよさそうだけど、ヒーター電圧が低いなー。

45で4Wをだそうプロジェクトの開始 その1

　もちろんシングル。でも、ドライブ段は必要。グリッドに電流を流さないと2W以上は出ない。したがって、カソードフォロワかトランスドライブになる、と思う。素人だから、検索で見つかった答えを総合的に判断するしかないが。ドライブの球は何にすればいいかも見当がつかない。45で45をドライブしてはいけないのだろうか。45プッシュプルで45シングルをドライブしてはいけないのだろうか。300Bで45をドライブしてはいけないのだろうか。
 　先日、Triad　HS-29をあと一歩のところで落札し損ねた。12秒前に入札してこれはいけると思ったのだけど、そのあと二人があれよあれよと。。。これだけニーズがあるのだから、適しているのかもしれない。

45で1Wをだそうプロジェクトの開始 その10

フェーダーを取り換えた。

• トーレンスTD-124
• シュアー55-7
• オペアンプ、パッシブRIAAアンプ＋ssm2142によるバランス出力 
• シーメンスW290V
• 45単管アンプ
• RCA 515S2　4560タイプのショートホーン

515S2は30-12000Hzの38センチフルレンジ。LC1初期型と外観はよく似ているが、LC1は30-15000Hzと高域が伸びている。
　515S2の構造は、

4uFで結合しているSmall CONEは独立しているが、磁石はひとつ。LC1は高域に別途磁石が使われているようだ。LC1はすぐに、7つのコニカルドームで補強が行われたので、以降のモデルでは特徴的な外観をしている。
　シーメンスW290VはW291Vの前身?だろうか。+15dBまで増幅ができる。+5dBにすると、うるさすぎる音量になる。たぶん１Wほど出ている。
　ショートホーンというのは高音の指向性が狭いんだと実感する。高音はもちろんホーンにゆだねる設計だからか。

45's

AIRLINE

RCA UX245

Sylvania SX245

CONCERT MASTER

RCA Radiotron , Emerson

RCA　Cunnigham

• 未入手 

Cunnigham CX345　
PHILCO TYPE 45
RCA RADIOTRON 45
Majestic G-45
National Union NX-245
DeForest 445
SPEED Globe 245
KEN-RAD UX245
Wards 45
Tung-Sol 45
Ken-Rad 45
SUPER SILVERTONE 45
NU 45

• 欧州管相当

RE604

45で1Wをだそうプロジェクトの開始 その9

　測定してみた。
　CD出力が2Vrms？だとすれば0.58W出力が出せる。当初の期待値が100mWだったから、どうしてなの？
　低い入力の時のリニヤリティが変。

あれ、対数で表示するのかなー。

めでたく、入出力特性はノーマルでした。

　可聴域ではほぼフラット。高域の荒れはトランス（春日KA-2535S　3.5k:8で使用）によるものだろうか。入力トランス（タムラTPs-6S　600:60k）、バイアス抵抗（39k）とかによっても違う特性になるのだろうか。興味は尽きない。出力0.14Wのときの特性。
　どうやると（補正？）もう少しフラットになるのかはわからない。
　もともとゲインが無いのだからNFをかけるというのはなしだし。

 ダンピングファクタは1.1。
残留雑音は2.3mV。ヒーターに4700uFを追加したら、1.0mVに減った。スピーカーに耳をひっつけて、少しハムがある。
1kHzのひずみ率は、

プレート電流約38mAのとき。球はRCAのST管。
ひずみ率10%を最大パワーというなら、今回の単管45アンプはめでたく目標をクリヤしたことになる。
感想;　6L6パラプッシュの底力を感じていたから、パワーは必要だと思っていた。しかし、このひ弱な1Wアンプはこれでもいいじゃないかという期待感を見せている。

　いつの間にか、春日から5/7k（KA-5070S）のトランスが出ている。今使っている2.5/3.5k（KA-2535S）より高域が出ない。が、パワーは絞り出せるはず。どっちがいいか。

　でもでもタムラの F-913（3.5k）を使ってみたい。なにしろ、KA-5070Sの倍の5kgと重たいんだ。多層シールドのせいかもね。

45で1Wをだそうプロジェクトの開始 その8 一里塚に到達

今日ははかどった。音出しまでできた。

ヒータは600円のSWモジュール。トランスはヒータ用3A。2.6Vほど出ている。下げねば。

バイアス用の電源。100Vを整流。200kのボリュームで電圧可変。

B電源。110Vを倍電圧整流。288Vほどを得ている。とりあえずチョークを1段入れているが、最終的には、FETによるリプルフィルタに変更する予定。

3ケタの電圧計は、途中で吹っ飛ばした。

プレート電流を読めるのはありがたい。40mA弱で良いのだろう。

ST管でテストしてナス管に変更した。UX245。

　測ってみないとわからないが、下は十分出ている。高域は足らない感じはない。
CDの後ろにSIMENSのW290Vを入れている。
　0dBのCD入力ではうるさすぎる。-10dBでも大きめの感じ。100mWってこんなにパワーがあるのかな。

ということで、シルバニアのSX245、CONCERT MASTER（どこの?）のナス管に変えてみた。私には違いが分からないが、構造はみんな違う。
聞いているのは、ローズマリークルーニ、シングズ・バラード。

 ST管の45も、カンニグハム、RCA、エマーソンと変えてみるが、差が分からない。本当に駄耳だ。
　2A3にも変えられる。でも1本も持っていない。

45で1Wをだそうプロジェクトの開始 その7

準備中

45で1Wをだそうプロジェクトの開始 その6

テストシステムのベースを作った。電源を下側において、シールドをほどこす。鉄と銅。

45で1Wをだそうプロジェクトの開始 その5

1:10のマイクトランスがたとえ使えたとしても、目標値の1Wの-10dBが限界かもしれない45シングルアンプ。インチキをするために、10dBを稼ぐためのフェーダーを入れる。余っているのは、SIEMENS(DANNER) W291V、TELEFUNKEN(ANT) W691の二つ。W691は741を使っていて、W291はチップ部品を組んだディスクリート回路に見える。W291が古いと思うが、どっちを使ってもよいかも。

バイアスの電源

10V~96Vの可変ができる。A1動作だとバイアスの電流は流れないので、こんな回路は不要で、ボリュームだけで、可変にすればいい。というのが常識っぽい。
　もしバイアス電流を流せたら、という実験のための電源を用意しよう。