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■■■トランス+真空管バッファ式USB DAC Type3(12AX7/ECC83)■■■
(Rコア電源仕様)

ライントランス+真空管バッファ式の第三弾です。この方式のDACは電源回路もアンプ部もいろいろな構成が可能であり、Type1もType2もその例のひとつにすぎません。組み合わせはいくらでも考えられるわけですが、本機のバッファアンプは12AX7によるSRPPとしました。
初期の設計では電源トランスのレイアウトに問題があったため、LPFで使用したインダクタがハムを拾いました。アンプ部は優秀な低歪み特性が得られましたがせっかくの低歪みが台無しです。そこで漏洩磁束が少ないRコアの電源トランスを特注して入れ替えたのが本機です。


●回路方式および使用真空管の検討

D/A変換はおなじみAKI.DACをほとんどそのまま使います。AKI.DAC出力以降ですべきことは2つ、1つめはだだ漏れのデジタルノイズをいかに除去するか、2つめは低い信号レベルを3倍ほど増幅することです。この基本は当サイトの他の作例と変わることはありません。

真空管式のラインアンプとした場合、Type1では低μ低rpの古典管を使い、Type2では中μ低rpの6DJ8を使いましたが、12AX7のような高μ高rp管はまだ試していません。12AX7は、単体で使用しても低歪が得られる球ですが、高い利得が得られるため余剰利得を負帰還にまわせば相当な低歪が期待できます。

実は、Type2において12AU7を試した時、回路定数はそのままに興味本位で12AX7を挿してみました。12AX7にとっては異常なほど低いプレート電圧で、バイアスもとても正常とはいえない浅さでしたが、6DJ8と並ぶほどの低歪が得られたのです。そこで、12AX7に無理のない動作条件を与えてやればかなりいい線をいくのではないかと思いました。ちなみに、12AX7をSRPPで動作させると30kΩ〜50kΩ程度の負荷に十分耐えることがわかっています。

12AX7の欧州名はECC83で同じものです。12AX7/ECC83はポピュラーな球なので非常に多くの互換球が製造されました。単純に12AX7/ECC83と差し替え可能な球には、12AX7A12AX7(T)70257025A6681E83CC12DF712DT7ECC803S6057M8137CV4004があります。SOVTEKの12AX7WAは12AX7と異なる類似球を改造したものですがほぼ互換性があります。12AD7はヒーター電流定格が12AX7の1.5倍(12.6V×0.225A、6.3V×0.45A)であることを除けば同じ球として使えます。


●全回路図および説明

アンプ部および電源部の回路図は以下のとおりです(2018.5.26版)。回路図中の電圧は、AC100Vに正確に100Vが供給された時の値ですので、AC100Vの電圧が変動した場合はその変動にほぼ比例し増減します。たとえば、AC100Vが103Vの場合は、アンプ部の電源電圧は272Vではなく280Vくらいになりますが問題ではありません。また、アンプ部の各部の電圧は、12AX7/ECC83のばらつきによって差が生じます。

DAC本体およびLCフィルタ部

AKI.DACに関する詳しい説明はこちらにあります。→ http://www.op316.com/tubes/lpcd/aki-dac.htm

デジタルノイズをカットするための一段目のLPF(ロー・パス・フィルタ)は、2.7mHのインダクタと0.01μFそして750Ωのダンプ抵抗です。ダンプ抵抗の値は本機で使用した日本光電のE-8480に合わせると750Ωくらいがベストですが、他のトランスの場合には560Ω〜1kΩくらいの範囲で最適値が異なるので、組み上がった状態で周波数特性を測定しながらのチューニングが必要です。

<推奨値>
MakeライントランスLC1次側※2次側
TAMRATD-1(W)2.7mH0.01μF820Ω1kΩ
TDP-1(W)2.7mH0.01μF820Ω1kΩ
TK-12.7mH0.01μF680Ω1kΩ
TK-102.7mH0.01μF620Ω1kΩ
TF-3(W)2.7mH0.01μF620Ω1kΩ
TpB-2022.7mH0.01μF620Ω1kΩ
TPs-3S2.7mH0.01μF820Ω1kΩ
NIHON KOHDENE-84802.7mH0.01μF750Ω1kΩ

ライントランス部
ライントランスには3つの役割を与えています。

(1)トランス自体が持つフィルタ効果を使ってデジタルノイズを除去する。
(2)後続の真空管アンプ部が反転増幅器であるため、トランスで位相を反転させて全体で非反転となるようにしている。そのため意図的にトランスの2次側の接続を逆にしてある(赤い字)。
(3)トランスそのもののトーンキャラクタを期待。

真空管アンプ部その1・・・12AX7の動作条件
12AX7を無理なく動作させるには、バイアスが-0.7Vよりも深い領域、プレート電流は0.3mA〜1mAくらいを流した領域で、プレート電圧が高すぎない範囲を選ぶことになります。(右図ので囲んだ領域)

本機では、最大出力電圧は2Vどまりなので大きな振幅を得る必要はありません。電源電圧は272V、プレート電流=0.55mAくらい、下側球のバイアス=-1.05Vでプレート電圧=127Vあたりとしています(右図の)。

現実の回路は抵抗負荷ではなくSRPP回路です。まず、DC動作条件について考えてみます。電源電圧=272Vに対して、プレート電圧=127V、プレート負荷側の電圧=145Vとなって電圧配分は上側球の方が高いです。カソード抵抗は、下側が2kΩ、上側が2.4kΩです。上側球の電圧配分を高くすることで直線性を良くしています。

次に下側AC動作ですが、SRPP回路はプレート抵抗負荷の普通の増幅回路とみなしてロードラインを引いて設計するのが合理的です。但し、このことが言えるのは負荷が軽い電圧増幅動作の場合に限られます。下側球からみると、上側球は俗に言う真空管抵抗として抵抗負荷とほとんど同じ働きをします。増幅作用を行うのはもっぱら下側球だけですから、SRPP回路といえども抵抗負荷の場合のロードラインで動作を考えて差し支えありません。

真空管アンプ部その2・・・負帰還回路
20kΩと75kΩによるP-G帰還回路で、12AX7の利得が70倍だとすると仕上がり利得は3.5倍になります。負帰還部分に50kHz-6dB/octのLPFを組み込んであります。

負帰還回路をよく見ると、入力側(グリッド)と出力側が75kΩでつながっています。この回路では、電源OFFで真空管が動作していない状態では、ライントランスを出たオーディオ信号は、20kΩと75kΩを通って出力側に漏れてきます。つまり、本機の電源がOFFの状態でもわずかながら音が出るということです。

高圧電源部
旧版ではトランジスタを使ったリプル・フィルタ回路としましたが、少々過剰スペックなところがありました。本機ではごくシンプルなCR2段のリプル・フィルタですこれで必要十分な効果を得ています。

整流出力のところでの残留リプルは約200mVです。最初の22kΩ+22μFによるリプル・フィルタを経ると残留リプルは0.66mVくらいになり、さらにもう一回22kΩ+22μFによるリプル・フィルタを経ることで残留リプルは0.002mVまで減っていますので十分です。消費電流が少ない12AX7ならではのメリットです。6J5や6DJ8を使った回路ではこの手は使えません。

もうひとつの考慮点として、電源経由による低域での左右チャネル間クロストークへの影響についても検討しておきます。細かい計算は省略しますが、一方のチャネルの信号が電源回路を経由して反対側のチャネルに現れる比率は、20Hzにおいて大体ですが1/50000すなわち-114dBくらいです。これは無帰還の場合の数字なので、負帰還がかかると数字はもっと良くなります。また、より高い周波数ではさらに低い数字になりますから全く問題ありません。

ヒーター電源部
12.6Vをブリッジ整流した約16Vを、0.56Ωと12Ωでドロップして約12.6Vを得ています。平滑コンデンサは4700μF×2になっていますが、3300μFでも十分で性能は落ちません。私の製作では余っていた3300μFが1個混ざっています。SRPP回路では、上側球のカソード電位が127Vほどになるので、ヒーター回路全体に約50Vのプラスのバイアスを与えてあります。


●部品のことなど

真空管・・・本機の回路に適するのは12AX7/ECC83とそのファミリーです。記事の冒頭に解説がありますのでそちらを参照してください。

ライントランス・・・日本光電のE-8480を使いましたが、タムラや日本光電のこの種の業務用の高性能な600Ω:600Ωタイプのトランスならば大概のものが使えます。タムラのTpBタイプやTpタイプはE-8480と同じサイズ・形状なので本機のシャーシ加工図が使えます。

電源トランス・・・Rコアを使った特注品です。この電源トランスに関する解説はこちら→真空管DAC/プリアンプ用Rコア特注電源トランス

mT9ピン真空管ソケット・・・ピンの締まり具合と接触性の良い樹脂モールドの汎用品を使いました。

ケース・・・初版では、LEAD製の廉価な汎用アルミボックスP-202(230W×50H×100D)とP2(150W×50H×100D)を使いましたが、下側はスペースに余裕を持たせてP-102(250W×50H×100D)に変更して作り直しました。いずれもシルバー塗装で底板のネジ穴も切ってあり、廉価で使いやすいケースです。

LED・・・つけるかどうか、何をつけるかはお好みで決めてください。

抵抗器・コンデンサ・・・ヒーター電源の12Ωに5W型、電源部の一部で1W型と1/2W型、それ以外は1/4W型で足ります。LCフィルタ部の0.01μFはフィルムコンデンサ、P-G帰還素子の47pFは積層セラミックコンデンサ(印加する電圧で容量が変化しないタイプ)、アンプ部の出力側の1.5μF/250Vはメタライズド・フィルムコンデンサです。それ以外のコンデンサは通常タイプのアルミ電解コンデンサです。

ビス、ナット、スペーサ・・・平ラグの取り付けは、LCフィルタ部は貼り付け式、両側面のアンプ部は6mm、電源部は10mmのスペーサを使いました。ライントランスは取り付け方法や穴の深さはトランスごとにまちまちなので状況に応じて工夫してください。

* * *

★部品の頒布は可能です。
http://www.op316.com/tubes/buhin/buhin.htm


●製作

AKI.DACキットの組み立て
詳しい説明はこちらにあります。→ http://www.op316.com/tubes/lpcd/aki-dac.htm
AKI.DACの基板に実装するCR類でキット付属のものと異なる定数は以下の通りです。(表中のC5〜C17はAKI.DACの取説の回路図中の記号)

回路図部品名キット付属変更後
C547μF/25V470μF/10〜16V(直径8mm以下のもの)
C647μF/25V470μF/10〜16V(直径8mm以下のもの)
C1147μF/35V1000μF〜1500μF/10〜16V
C14470μF/25V1000μF/10〜16V
C16100μF/35V220μF/10〜16V
C17100μF/35V220μF/10〜16V

平ラグパターンと配線
LCフィルタ部の平ラグパターンは下図のとおりです。左右チャネルのインダクタの距離が近いと高い周波数で誘導による飛びつきが起きるので、思い切って8Pの平ラグを使いました。パネル前面にビスの頭が出ると見苦しいので、平ラグは貼り付け式ボスを使って固定しています。AKI.DACとつなぐ三本の線(L/R/GND)は向かって下に出て向かって右隅を這っています。

アンプ部のパターンは左右対称です。手持ちの部品を流用して、1.5μFのフィルムコンデンサの代わりに1μFと0.33μFを並列に取り付けているため茶色のコンデンサが2個見えます。

電源部は後日の調整で0.56Ω1Wが追加された場所に書き込みがあります。アルミ電解コンデンサや抵抗器は手持ちを使ったために頒布しているものと色や形状が異なります。整流ブリッジダイオード(W02G)はリード線を長くしすぎると、平ラグを取り付けた時にUSBケーブルがダイオードの当たりますので注意してください。

アースの引き回しは以下のように考えたらいいでしょう。

<信号経路のアース>
「AKI-DACのアース」→「LCフィルタのアース側」→「アース母線
「ライントランスの1次側のアース」→「LCフィルタのアース側」→「アース母線(同上)」
「ライントランスの筐体アース」→「シャーシにビス留め」
「ライントランスの2次側のアース」→「アース母線
「アンプ部の平ラグのアース」→「アース母線
「出力端子(ここでシャーシと接触)」→「アース母線

<電源のアース>
「電源ユニットのアース」→「アース母線

ケースの加工
私が製作したケースの加工図は以下の通りです。ライントランスは、TAMRAのTpBタイプ/TpCタイプと同サイズの日本光電のE-8480を乗せています。他のトランスを使う場合は、それぞれの形状に応じて工夫してください。

内部のレイアウトとスペース確保について(重要)
アンプ部の平ラグユニットと真空管ソケットが接近しているため配線が混みあいます。そのため、アンプ部の平ラグの取り付けの上下位置はセンターよりも3mmほどすらして下げてあります(ケースの加工図参照)。アンプ部の平ラグを取り付けるスペーサに短めの6mmを採用したのも同じ理由からです。

AKI.DAC基板やや長めの10mmのスペーサを使っているのは、USBケーブルがアンプ部の配線をうまくよけるためです。

ヒーター電源の平ラグユニットは8mmのスペーサを使っていますが、整流ブリッジダイオード(W02G)のリード線が長いまま取り付けるとUSBケーブルが整流ダイオードに当たりますので注意してください。また、この平ラグユニットの取り付け位置を2mmすらしてあるのは、4700μF/25Vのアルミ電解コンデンサがUSBコネクタに当たらないようにするためです。

後面パネルへのUSBコネクタの取り付け位置はケースの加工図記載の位置よりも隅に寄せないでください。寄せるとコネクタを取り付ける際のナットをはめるのに苦労すると思います。USBコネクタの取り付けは、AKI.DACやヒーター電源の平ラグユニットを取り付けるよりも先に、ナットまわしと使って行うとうまくゆきます。

ビス・ナットとスペーサの使い方
頒布しているビス、ナット、スペーサ類は以下の使い方をした場合に合わせて内訳を考えてありますので参考にしてください。

LCフィルタの平ラグユニット・・・2点セムス8mmビス(注1)を使って貼り付けボスに取り付けます。6mmビスでは長さが足りません。
アンプ部の平ラグユニット・・・6mm金属スペーサを4mmトラスビス(注3)でケースに取り付けます。
ヒーター電源の平ラグユニット・・・8mmプラ・スペーサを2点セムス6mmビスでケースに取り付けます。
AKI.DAC基板・・・10mmプラ・スペーサを使い、AKI.DAC基板側は2点セムス6mmビスでケースに取り付けます。ケースの穴の一方はB電源の平ラグユニットを固定するスペーサと共用です。
B電源の平ラグユニット・・・8mmプラ・スペーサを使い、一端は2点セムス6mmビスでケースに取り付けますが、別の一端はAKI.DACを固定するスペーサでケースを挟み込んで取り付けます。
真空管ソケット・・・2点セムス6mmビスとナットを使います。
Rコア電源トランス・・・穴が大きいので、ワッシャがついた3点セムス8mmビス(注2)とナットを使います。
ライントランス・・・トランス付属の2mmビスで取り付けます。
ケースの底板・・・底板はアルマイト塗装のため、ケース付属の3点セムスではケース本体と電気的に導通しにくいので4mm丸皿ビス(注4)を使います。丸皿ビスは円錐形になっているため、底板の穴とこすれて塗装がはがれて導通しやすくなります。(右の画像)
上側ケースと下側ケースの結合・・・ケース付属の3点セムスで取り付けます。
ゴム足・・・貼り付けタイプの場合はビス・ナットは不要。ビス留めタイプの場合は3点セムス10mmビスとナットを使います。底板が薄ければ8mmビスでも足りますが、厚い場合は10mmでないと届かないことがあるので頒布では10mmを入れてあります。
ナットの使い方・・・ナットを使う時はスプリングワッシャをかませます。

注1:2点セムス=ビスとスプリングワッシャが一体
注2:3点セムス=ビスとスプリングワッシャとワッシャが一体
注3:トラス=頭が丸く平たいビス
注4:丸皿=皿ビスの頭が浅く丸くなったビス

全体の組み立てと配線
ケースは2つ重ねて使います。上側のケースの底板は使わず、単純に上にかぶせて下からビス留めします。後面には、ACインレット、電源スイッチ、ヒューズホルダーがつきます。下側ケース内の全体の様子は下の画像のとおりです。

組み立てでの注意事項としては、電源部の平ラグ用のスペーサ穴とAKI.DAC基板を取り付けるスペーサ穴が共用になっている点です。スペーサのオスとメスでシャーシを挟むようにします。各スペーサは先に田植えしておき、平ラグや基板は後から取り付けるようにすると具合がいいです。アンプ部の平ラグと真空管ソケット周辺は建て込んでいるために、平ラグを先に取り付けてしまうとハンダづけができなくなります。アンプ部の平ラグには先に配線材を取り付けておく必要があります。

信号の流れは以下の通りです。

(1)AKI.DACの出力の3本の線(L-ch、R-ch、アース)はLCフィルタに入ります。アースは左右いずれかから1本出せば足りますので3本です。4本出すとアースループができるので具合が悪いです。
(2)LCフィルタの出力の2本の線(L-ch、R-ch)はライントランスの1番につなぎます。
(3)ライントランスの2次側を出た信号はアンプ部の平ラグに入ります。
(4)アンプ部の出力(1.5μFのところ)は出力のRCAジャックにつなぎます。

SRPP上側の上側ユニットのグリッド〜カソードをつなぐ抵抗(2.4kΩ)は真空管ソケットに取り付けます。真空管ソケットのセンターピンはアースにつないでおいた方が安全なのでアース母線の支えとして使っています。ライントランスのアース端子、左右の5番同士も0.9mmの銅線でつないでこれをアース母線としています。

調整と動作確認
電源部のみのテスト・・・全体を組み上げる前に、電源部+ヒーター回路の通電テストを行ってください。高圧電源側は、整流出力のところで330Vを少し超えたくらい。ヒーター側は、球を挿した状態で12.6V±0.3VであればOKです。(AC100Vの電圧が高ければそれに比例して電圧も高くなりますが±5%程度の上下は許容範囲内です)

アンプ部のテスト・・・概ね回路図記載の電圧になればOKです。ポイントとしては、上側ユニットのカソード電圧が127V±13Vくらい、下側ユニットのカソード電圧が0.95V〜1.2Vくらいであれば正常です。負帰還のところで説明しましたが、本機は電源OFFの状態でも完全に無音にはならず、わずかに音が漏れますがトラブルではありません。

ライントランスと周波数特性の調整・・・E-8480以外の600Ω:600Ωトランスを使用した場合は、LCフィルタ部の0.01μFと並列に入れてある820Ωを増減することでほとんど調整できます。PC側で発生させた1kHzを基準として、5kHz、10kHz、15kHzくらいでのレスポンスを見て調整したらいいでしょう。ポイントは、5kHzではフラットかわずかに持ち上がるくらい、10kHzではほぼフラット、15kHzでは若干減衰してもかまわない、あたりがちょうどいいです。


●特性

本機の特性は以下のとおりです。

出力インピーダンスは1kΩと非常に低い値が得られました。しかし、プレート電流は0.55mAくらいと非常に少ないので、10kΩ以下の低いインピーダンス負荷に耐えるわけではありません。回路インピーダンスが低くなっているだけで、低インピーダンス負荷をドライブする電流供給能力はありません。

周波数特性は以下のとおりです。厳密には完璧なフラットではなく、1kHzを基準にすると400Hz以下と8kHz〜12kHzでかすかに持ち上がり、12kHz以上ですこしずつ減衰しています。しかし、その変化はわずかなのでグラフにすると1本の直線になります。歪み率特性は、12AX7の個体によって違いがあるため必ずしも同じ結果にはなりません。このデータは完成直後のものなので使っているうちに変化します。

松下 12AX7(T)

左右チャネル間クロストークはご覧のとおりのかなり優秀な結果となりました。高域側は配線材や周囲の部品の状況でクリティカルに変化しますので、このデータよりも少々悪くても気にしないことです。


●とりあえずのコメントなど

データを見ていただくとわかるとおり文句なしの仕上がりとなりました。とても静かなDACでありレンジ感のあるバランスの良い音を出します。

Rコアを使ったおかげで、ノイズに弱いPHONOイコライザのそばに置いても悪影響はほとんどありません。

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