真空管アンプ

測　定　器　類

真空管アンプは半導体アンプに比べて電気的特性は劣っていると言われます。しかしながら、音だけ聞くと真空管アンプの音は中域にエネルギーが溢れて素敵です。そういう訳で真空管アンプでは測定器はテスターだけでも良いのですが、まあ周波数特性くらいは測っておこうと思い、ミリボルト計と秋月のMAX038ファンクションジェネレータを製作しました。パーツはMAX038キット以外はほとんど手持ちのものを活用しました。
その後、パソコンを用いて歪率も測定できるように整備しました。アンプの周波数特性や方形波応答に問題がなく安心していましたが、歪率を測定してその結果に愕然となりアンプの回路定数を見直したこともあります。

正面から見たミリボルト計とファンクションジェネレータです。ミリボルト計の測定電圧レンジは3mVから1500Vです。もちろん1500Vは理論上の値でありこんな電圧掛けたらコンデンサが壊れてICも危ないでしょう。写真は1.5Vレンジで100Hzの1Vの電圧を測定しておりデジタルマルチメーターの指示値と一致しています。ファンクションジェネレータは6Hzから8.3MHzを連続可変できます。最大出力電圧は正弦波も矩形波も4Vp-p（1.4Vrms）で普通のアンプの特性測定には十分です。

マウスを画像に重ねると画像が拡大されます。（以下同様）

ミリボルトメータのハラワタミリボルト計の内部です。抵抗値を設計値に正確に合わせる必要があるため、複数の抵抗を組み合わせるのでサーカスなみの空中配線となっています。全てのパーツが廃品利用のため、かなり無理をしているところもあります。 ICもラグ板に空中配線です。よくこれで発振しないものだと我ながら感心しています。

ミリボルト計の回路図です。一番苦労したのは抵抗値を設計値にするための抵抗選びでした。テスターで計測しながら何個かの抵抗を直列に接続しました。手持ちの30Vの電圧計から抵抗をはずした１mAを電流計に用いたため、オペアンプのゲインが大きくなり3mVが限界でしたが、 100μAの電流計があればもっと高感度（1mV以下）に出来たと思います。

ミリボルのｆ特ミリボルト計の振幅周波数特性です。10Hzから100kHzまで+0dB/-3dBに納まっており、真空管アンプの測定では問題ありません。ただし、半導体アンプでは少し役不足だと思われます。

ハラワタファンクションジェネレータの内部です。メインは秋月のMAX038キットです。±5Vの電源は近くのハードオフで2個525円で仕入れたものです。当初、出力電圧調整のため手持ちの50kオームのVRを使いましたが、100kHz以上の周波数でVRを絞ったとき、矩形波の波形がまるで正弦波のようになりました。そこで、100オームのVRを購入して交換したところ波形歪がなくなりました。また、MAX038キットのオリジナルでは出力電圧が2Vp-pと低めだったのでバッファ用ICの負帰還用抵抗値を変えて4Vp-pに上げています。キットの説明書では発振周波数を決定するコンデンサは基盤に直付けするよう注意書きがありますが、写真のように切り替えSW近くにまとめて配置したところ、全く問題なく安定に動作しています。ただし、切り替えSWが6接点しかないため6バンドしかなく、0.1Hzから6Hz、8.3MHzから20MHzの周波数は利用できません。

ファンクションジェネレータの回路図です。製作上の注意点は出力レベル調整用VRを100オーム等小さい物にしないと高い周波数で矩形波が歪みます。カタログによると正弦波の歪率は0.75%と記載されており、歪率の測定には使えそうもありません（実際に測定したところ4.4%でした）。また、正弦波も上下で波形が少し異なるという癖のあるものです。周波数バンドは低い方から、6Hz-100Hz、70Hz-1000Hz、600Hz-9kHz、5kHz-70kHz、60kHz-950kHz、500kHz-8.3MHzです。

100Hz 10kHz ファンクションジェネレータの2Vp-pの正弦波形です。左上から右下に向って、100Hz、10kHz、100kHz、1MHzです。上下の波形が少し異なっておりあまり綺麗ではありません。1kHzの歪率が4.4%もあるのはこのためだと思われます。（これらの写真は拡大できません）
100kHz 1MHz

10Hz 1kHz ファンクションジェネレータの2Vp-pの矩形波形です。左上から右下に向って、100Hz、10kHz、100kHz、1MHzです。 1MHzのリンギングを除き、正弦波に比べると比較的波形は奇麗で方形波応答テストに使えそうです。（これらの写真は拡大できません）
100kHz 1MHz

20MHｚまで測定できる10:1プローブ付きのオシロスコープです。ネットオークションで安く購入しました。菊水の5520ですが水平軸の5倍拡大機能により50MHzくらいまで信号が見れます。

ごく最近までアナログテスターを使っていましたが、さすがに内部抵抗が無視できず測定値に誤差が多いのでデジタルテスターを購入しました。秋月の通販で1500円くらいですが、コンデンサの容量、10MHｚまでの周波数も測定でき大変便利です。

歪率測定用機器歪率測定器は高価なため測定を断念していましたが、ソフトンの善本さんのHPによりオーディオプロセッサとWaveSpectraによる方法を試すことにしました。オーディオプロセッサはONKYOのSE-U33GXPをネットオークションで安く入手しました。これは音量ボリューム内臓で便利です。問題は低歪の低周波発振器ですが所持している発振器は秋月のMAX-038しかありません。しかし歪が2%もあり歪率測定にはとても使えません。そこで考えたのが CD再生による方法です。ネットオークションで検索したところ1000円で売られており早速購入しました。WaveSpectra で測定したらCD再生波の歪率は0.02%程度で真空管アンプでは十分使えそうです。CD再生式低周波発振器の問題点は出力電圧が最大1.5Vと低いこと、22kHz以上の周波数が出ないことです。
実際に使用したところ、3W～4W以上の出力で急激に歪率が数10%に上昇する問題が出ました。どうもSE-U33GXP 内臓の音量ボリュームを大きく絞ったときにオーディオプロセッサ自身が歪むのではないかと思われます。そこで入力レベル微調整用にもう１つのボリュームを介して接続したところ正常に測定できるようになりました。写真の 8オーム30Wダミー抵抗の収容函内にあるのが5kオームのSW付きボリュームです。歪率測定時のみSWをONにします。

オーディオプロセッサ、WaveSpectraよる歪率測定時のパソコン画面の一例です。ここではMAX038によるファンクションジェネレータの1kHz正弦波の歪率を測定しています。ジェネレータの負荷は47kオーム、出力電圧は 2Vp-p (0.71Vrms)で測定しました。画面では歪率が4.36%と表示されています。スペクトラム波形から見えるように高調波が多く出ています。同様の測定で、100Hzで3.45%、10kHzで4.17%でした。

CD Player、オーディオプロセッサ、WaveSpectraよる歪率測定時のパソコン画面の一例です。 1kHz正弦波の歪率を測定しています。CD Playerの負荷は47kオーム、出力電圧は 2Vp-p (0.71Vrms)で測定しました。画面では歪率が0.0265%と表示されています。スペクトラム波形はMAX038発振器に比べるととても綺麗です。同様の測定で、100Hzで0.0275%、10kHzで0.0280%でした。

音響測定用マイクスピーカーの周波数特性測定用の自作マイクです。2端子のエレクトレットコンデンサーマイクは使わなくなったハンディビデオカメラから取り出したもので、周波数特性は50Hz～15kHzくらいではないかと思われます。手製のカメラ用雲台と小型三脚を使って固定しています。

アンプのテストベンチ従来、真空管アンプの特性測定時には測定器とアンプ間をRCAケーブルや8Ω負荷抵抗を取っ替え、引っ替え接続しながら行いました。こんな面倒な作業をよく我慢してやっていたなあと今思えば懐かしいです。と言う訳で、遅まきながらケーブルの接続替えなしにスイッチ一つで簡単に測定できるテストベンチを作成しました。ただし、測定項目は周波数特性、入出力特性、方形波応答特性、ダンピングファクター、残留雑音に限られており、歪率とチャンネル間クロストークは含まれておりません。最近は真空管アンプの詳細な電気的特性には興味がなく方形波応答、残留雑音、アンプゲインさえ問題なければそれで良しとしているので困りません。完成したテストベンチは廃品利用のため見栄えはお粗末ですがコストパフォーマンスは最高です。

テストベンチ回路テストベンチの回路図です。周波数計は常に発振器に接続されており発振周波数を測定します。特性測定時はアンプのボリュームを最大にします。オシロスコープはアンプの入出力電圧波形を観測します。ミリボルト計はアンプの入出力電圧を測定します。残留雑音は発振器の電源を切りアンプのボリュームを最小にして出力電圧を測定します。ダンピングファクターは8Ω抵抗器をオンオフして出力電圧を測定して計算します。オフ時の電圧をVoff、オン時の電圧をVonとした時のダンピングファクターDFは Von/(Voff-Von)で計算出来ます。

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