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 店長が日々感じたことを、オーディオエッセイ風に綴ります。開発日誌、コラムなど、様々な内容を情報発信しています。

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フルバランス(グランドフリー(フロート))増幅方式について

店長のブログ188回目「パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”のバランス伝送・増幅」において、バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBGシリーズ”におけるグランドフリーについて記述しました。
以後、問い合わせをたくさんいただき、かつ、グランドフロートスイッチの増設についてのリクエストを予想以上に頂いております。

フルバランス増幅とは

【図1】に示すように、もっとも古くから知られて、おこなわれている方法はBTL(ブリッジ接続)方式です。
バランス増幅パッシブプリアンプでは、HOT側とCOLD側とがグランド基準として、パワーアンプにバランス信号を伝送し、ブリッジ接続のパワーアンプでスピーカーをバランスドライブします。
マスターズアンプもフルバランスプリアンプ“MASTERS BA-225”系列ではこの方式を採用しておりました。
スピーカーをバランスドライブするうえにおいては、充分な高音質パーフォーマンスが得られていました。

その後、マスターズのバランス増幅アンプはZバランス増幅アンプに進化しました。

Zバランス増幅アンプはグランドフリー(フロート)バランス増幅できる

その様子を【図2】に示します。Zバランス増幅回路は差動入力電圧で動作します。
従って、通常の差動アンプのように、片側の差動入力を設置(グランド)に接続する必要がありません。そして、差動入力に加えられる入力電圧はHOT、COLD成分が同じ電圧である必要がありません。
例えば、HOT成分は1V、COLD成分が1.5Vとすると、差動入力は1V-(-1.5V)=+2.5Vとして、正しくバランス増幅します。
Zバランス増幅回路においては、バランス増幅はHOT、COLD成分がぴったり合っていることが必要ありません。
要はグランド電位には関係なくバランス増幅します。そうなると、Zバランス(パワーアンプ)増幅回路は、プリアンプ出力のグランド電位に関係ないバランス信号を含むダブルエンド出力で、バランス増幅することができます。
ですから、パワーアンプのスピーカー端子(+、-)DC電位はグランドを0V基準として、テスターで測定すると、0Vにはならず、おおよそ±2Vくらいまでの間の電圧を示します。
パワーアンプにとって、重要なアンプ出力(スピーカー端子)間のDC電圧は0Vになります(DCドリフトは生じない)。結論的にはZバランス増幅にグランド(電位)は不要になります。

そこで、【図2】に示すように、パッシブプリアンプのグランド(巻始め)側はグランドに接続することなく、グランド側フロートさせて、ホット、コールド間の巻き始め側を接続するほうが望ましくなります。
その理由は、アンプのグランドラインは電源部整流部のリップル成分が流れ込んでおり、さらには電磁波ノイズがグランドラインを通じて入りこんでくるからです。

Zバランス増幅回路(システム)ではグランドフロートすることで、整流リッププルノイズを含み電磁波ノイズの影響を受けることがありません。
さらにピュアなアンプ方式は電源をバッテリーで供給すれば理想的になります。
具体的には、グランドフロートによるバランスパッシブプリアンプにバッテリードライブZバランス増幅パワーアンプを組み合わせれば、より理想的なアンプシステムが構築できるのです。

プリアンプをアクティブアンプで構成したい方には

【図3】に示すように、Zバランス増幅プリアンプで構成すれば良いことになります。このシステムでは、RCA入力からでも、グランドフリーにはなりませんが、フルバランス増幅になります。
もちろん、バランス信号(ダブルエンド)信号なら、フルバランス・グランドフリー増幅が実現します。ただ、S/N比はパッシブプリアンプにより残留ノイズゼロにはなりません。

けれども、プリアンプもバッテリー、すなわち、フルバッテリー電源にすれば、理想的なアクティブバランス増幅サウンドをアクティブプリアンプ方式で味わうことができます。
マスターズでは、2018年9月で販売終了したプリアンプCA-888PZBがグランドフリーZバランス増幅アンプになります。

2019年中に、AC/DCコンパチのグランドフロートZバランス増幅プリアンプとして、新登場させる予定です。

グランドラインに流れる電流とは

かつて、ケンウッドアンプの委託設計業務をしていた頃、ケンウッドではグランドラインをノイズや汚染成分の処理として扱うように言われていました。
けれども、通常のアンプはグランドラインを増幅起点とするので、例えると、下水の流れを増幅基準とするので、グランドラインからのノイズを避けるノウハウとして、グランド接続処理する順番が厳密に決められていました。

一方、サンスイでは、Xバランス回路採用以前には、増幅起点を初段/NFB部にサミングポイントを、増幅基準グランドにするようになっていました。
確かに、グランド起点を誤ると、アンプ出力にノイズ成分(特に整流リップル成分)が混じって、残留ノイズが増えることは常識です。

アンプの理想的なグランドは、アンプ筐体の静電シールドに使うだけで、増幅回路起点に使うべきでないと思います。
但し、バランス増幅回路は回路が2倍以上増えるので費用がかさみます。グランド起点(グランデッドアンプともいう)増幅アンプは上記のような注意を払えば、充分に常識なアンプになることも安心のために記します。
AU-900Xシリーズでは、Xカレント回路により、優れた高音質を実現しています。


【図1】ブリッジバランス増幅パワーアンプによるパッシブプリアンプと接続

【図1】ブリッジバランス増幅パワーアンプによるパッシブプリアンプと接続

【図2】Zバランス増幅パワーアンプとグランド(フロート)パッシブプリアンプとの接続

【図2】Zバランス増幅パワーアンプとグランド(フロート)パッシブプリアンプとの接続

【図3】Zバランス増幅パワーアンプとZバランス増幅プリアンプとの接続

【図3】Zバランス増幅パワーアンプとZバランス増幅プリアンプとの接続


パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”のバランス伝送・増幅

パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”は発売以来、多くのユーザーさんに愛用されております。末永くお使いいただけるよう願っております。
さて、バランス伝送はホット,コールド,そしてグランドの3線で行い、通常のバランス増幅はグランドを基準にします。
パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”は、上記方式のバランス増幅アンプに対応しております。
これまで、気が付かれた方はおられると思いますが、サンスイXバランス増幅アンプ、マスターズのZバランスパワーアンプやプリメインアンプでは、バランス信号入力を差動入力としてバランス増幅します。
したがって、グランドラインはプリアンプとは無関係になり、いわゆるグランドフリーでのバランス増幅となります。よって、グランドに関わる問題(ノイズ、電源極性など)はまったく関係がなくなります。

今回、パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”において、グランドラインとパッシブトランスのグランドとをフロート(FLOAT)して、マスターズZバランスパワーアンプに接続してみました。これまでは、グランドラインと接続されていました。
電気的特性はフロートでも、グランド接続しても、どちらでも、まったく変わりがないはずで、それは確認致しました。そしてヒアリングにおいて、いろいろ聴いてみました。
まずはバイオリンソナタです。これまでより、切れ味が増し、細かい表情、空気感がより感じ取れるようです。
次は、ジャズトリオです。ベース音階がよりくっきりして、さらに、ピアノの打鍵がジャズに溶け込んできます。
ドラミングも“そうだった!”とかというような細部が認識できる感じです。
けれども、微妙な差異ですし、私の聴覚ですので、何ともいえませんが、Zバランス増幅を活かすにはこのほうが良いようです。
ユーザーの方に余計な情報を与えるかもしれませんが、グランドフロートはバランス伝送(ホット,コールド)でおこなう意味から正しい方向と思います。
今後のパッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”のご注文においては、デザインスケッチのように、ご希望グランド選択スイッチを付加できます。価格は変わりません。
なお、パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”ユーザーの方で、グランドフロートをご希望の方はご連絡ください。リア面にて、スイッチ付加で対応致します。ただし、申し訳ありませんが、実費を少々頂きます。
回路は【図2】に示します。

最後に、私の知っているところでは、差動バランス入力で、グランドフロートでバランス増幅するのは“ソウルノート”のバランス増幅アンプと思われます。回路ブロックから眺めると、差動バランス入力の3段増幅アンプ構成と読みます。

【図1】MASTERS CA-999FBG/GF(予定) グランドフロートスイッチ装備の場合のフロントスケッチ

【図1】MASTERS CA-999FBG/GF(予定) グランドフロートスイッチ装備の場合のフロントスケッチ

【図2】グランドフロートスイッチ装備の場合の回路

【図2】グランドフロートスイッチ装備の場合の回路の回路図


絹巻線が見つかりました!

たまたま、パッシブプリアンプ用トランス巻線に適合する太さの絹巻線が1種類のみ、数台分、見つかりました。

絹巻線の用途は、巻線の絶縁材料になる絹の静電容量が少なく、高周波機器のコイルに使われます。
オーディオ用には、特に、実績はありませんし、やってみたとの報告も聞きません。
とりあえず、試作して、ヒアリングしたところ、より静寂なサウンドを感じました。

そこで、興味のある方!
パッシブプリアンプのトランス巻線に絹巻線を使用した仕様品のパッシブプリアンプの注文を数量限定で受け付けます。
なお、電気的性能はオーディオ帯域(10~100kHz)では、巻線種類で差異はありません。

価格は、絹巻き線のタップ配線処理作業に時間と手数がかかりますが、それほどの上昇はありません。
ご興味のある方は、お問い合わせ下さい。

【対象機種】
・CA-777G/AS
・CA-777G/AC
・CA-999FBG/O
・CA-999FBG/P(近日発売予定)

なお、CA-999FBG/ACは、対応する絹巻線の在庫がないので、対応が困難です。


MASTERSのパッシブプリアンプでヘッドフォンが聴けます!

バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBN/AC”ユーザー様からの驚きのレポート

先週、バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBN/AC”をお買い上げになったM.T.さんから、びっくりするメールが送られてきました。

その内容は、次のようなものでした。

  1. このパッシブプリアンプのバランス出力端子にヘッドフォンバランスドライブ用接続ケーブルを接続し、そして、お使いのヘッドフォン(インピーダンス:70Ω)をこのケーブルにつなぐ。
  2. パッシブプリアンプのバランス入力端子にD/Aコンバーター(出力インピーダンス88Ω)のバランス出力を接続し、CDをヘッドフォンヒアリングした。
  3. 結果、大変良好なサウンドで聴ける。

バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBN/AC”でのヘッドフォン使用の考察

私には、MASTERSトランス式パッシブプリアンプでヘッドフォンを聴こうとする発想はありませんでした。
M.T.さんからは、使い方に問題はないかという問い合わせもいただきました。

冷静に考えると、バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBN/AC”インピーダンスは120Ω程度ですから、接続した入力機器(D/A)のインピーダンスは88Ω、ヘッドフォンのインピーダンスは70Ωですから、インピーダンスマッチングはほぼ取れており、パッシブプリアンプの減衰量は0~66dBで、問題なく音量調整できることが分かってきました。M.T.さんには問題ない使い方であるとのお返事をしました。

前述したように、まったく想定していない使い方であったので、私にとっては少し衝撃でした。。
しかし、まったく想定していない使い方であったのだから、想定すれば問題がない!想定していた考え方は万全ではない!

トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-777NS”でのヘッドフォン使用の考察

それでは、トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-777NS”ではどうなるだろう?という興味が沸き、同様の実験をおこないました。

測定データに示すように、600Ω出力インピーダンスの発振器をCA-777NSに接続し、CA-777NSの出力に手持ちのヘッドフォン(インピーダンス32Ω)をつなぎ、ATTレベルを3ポジション選択し、その周波数特性を測定しました。

その結果は測定データに示すように極めてフラットでワイドレンジを得ました。
測定データは、絞った音量位置(-48dB),中間位置(32dB),やや減衰量の少ない(26dB)位置で、フラット・ワイドレンジでした。
また、ひずみも測定できる最小電圧レンジ(0.3V)で測定してみると、発振器と同じレベル(ひずみ:0.007%)でした。

安心して、今度は手持ちのCDプレーヤー(出力インピーダンス:600Ω)をCA-777NSに接続し、CA-777NSの出力に手持ちヘッドフォンを接続し、音楽を聴いてみました。そのサウンドは私には全くひずみ感なく、まったくノイズ感のない、クリヤー、パワフルサウンドを味わうことができました。

MASTERSトランス式パッシブプリアンプのヘッドフォンアンプとしての用途

近年、ヘッドフォンリスニングの機会は増えてきて、優秀な高音質ヘッドフォンが登場してきています。

MASTERSのパッシブプリアンプで、プリアンプ機能だけでなく、ヘッドフォンも極めて高品位リスリングできます。
パッシブプリアンプは電源がないので、電源品位や電磁波ノイズがどうこうという問題がまったくありません。
極めて、MASTERSパッシブプリアンプは優れたヘッドフォンアンプでもあることを発見できました。

ちょうど、外観をブラッシュアップした、バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBGシリーズ”とトランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-777Gシリーズ”を新発売しました。
ご注目下さい!!

MASTERS CA-777NSにおけるヘッドフォン負荷・周波数特性

トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-777NS”におけるヘッドフォン負荷・周波数特性


バランス伝送・増幅におけるプリアンプの意義

電磁波ノイズ対策とバランス伝送・バランス増幅

パワーアンプにおいては、バランス増幅でスピーカーを+,-の両側から(ちなみにスピーカーユニットはフローティング機器で極性がないし、グランド電位もない)ドライブすることは、スピーカーユニットからの逆起電力のコントロールに有益だし、プッシュプルドライブであるから、ユニットへの電力供給能力は高い。その結果、パワフルサウンドが生まれるのだと私は思っています。

それではプリアンプの場合はどうなのでしょうか?プリアンプの負荷はパワーアンプの入力インピーダンスですから、通常、10kΩ以上と高く、電流供給能力は必要ありません。むしろ、ノイズを混入させたり、ひずみを増加させたりしないことが重要です。

近年、スイッチング,インバーター電源や携帯電話の普及で、かなりの電磁波ノイズが、電源から、オーディオ入力へと入り込みます。ところが、電磁波対策を施すと本来のオーディオアンプとしての音質が劣化しやすいことは、電波規格の厳しいCE規格試験対策を施すと体験できます。そのあたりを考慮したりして、いろいろなノイズ抑制アクセサリーが販売されていますが、その効果のほどはいろいろです。

オーディオ信号の伝送には、オーディオでは2~3mくらいの距離なら、RCAケーブルで充分と言われているようですが、近年、バランス伝送が少しずつ普及してきました。
その狙いは100年くらい前に遡ります。

遠距離の電話線伝送(特にアメリカ大陸間電話回線)で、ノイズ混入に悩まされた打開策として、ホット,コールド間のバランス信号にグランドラインを含めた3線式(バランス)伝送で、解決してきました。
また、数百メートルに及ぶコンサート会場(PA/SR)機器間の信号伝送は、バランス伝送が必須です。バランス伝送により、スイッチングノイズや照明機器からのデジタルノイズに悩まされることがないのです。このノイズ排除能力の基本理論は、対グランドラインから伝送ラインの飛び込むノイズ(コモンモード・ノイズ:例えば電磁波ノイズを含む)がバランス伝送では相互に位相が逆になっているので、ノイズを打ち消してくれるのです。少なくとも、バランス受け入力のあるプリアンプはこのポイントでノイズの点で有利です。

次に、アンプに入力されたオーディオ信号も電源からのノイズ(電磁波ノイズを含む)が増幅回路に混入してきます。その影響はとても数値化できるほどの大きさではありませんが、定性的に混入すると言えます。私はプリアンプといえども、バランス増幅して、コモンモード・ノイズを打ち消して、ノイズが発生しないバランス増幅が良かろうと、最近になって思うようになりました。大好評をいただいているバランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999シリーズ”は、単巻トランスによる電圧増幅になりますが、バランス伝送・増幅しているので、この方式も優れた方式と言えましょう。

サンスイのXバランス回路とプリアンプ回路

かつて、サンスイ在籍時、Xバランス増幅パワーアンプ“B-2301”/“B-2201”の製品化を終えて、次はプリアンプの製品化の段階になりました。モデル名は“C-2301”と決まりました。肝心のプリアンプ回路については、“B-2301”/“B-2201”がバランスダイレクト入力・増幅の機能を備え、Xバランス回路の能力を100%引き出すことを目指しました。

そうなると、プリアンプ回路もバランス増幅であるべきであるものの、当時は、Xバランス回路はパワーアンプに搭載するという観念が強く、プリアンプ部ラインアンプ回路構成は、ダイアモンド作動回路でホット側を構成し、その出力をダイアモンド作動回路で反転回路として、バランス増幅をおこなうかたちとして、やむなく製品化しました。
その後、“C-2301”の次期プリアンプ回路は、確か、バランス増幅をやめて、アンプ出力をトランス結合させて、バランス出力を構成しました。

それから、30年近くの年月が流れましたが、つい最近まで、私はプリアンプのバランス増幅はブリッジ回路により、2台のラインアンプでバランス出力を構成し、RCA入力の場合はバランス変換回路で増備せざるを得ませんでした。そうなると、バランス型トランス式パッシブプリアンプ“MASTERS CA-999FBGシリーズ”のように、トランス・ダイレクトバランス変換回路がベストと思いました。

プリアンプ用Zバランス増幅回路(PZB)

つい最近、Zバランス回路の負荷抵抗を高くして、測定したところ、驚くほど低ひずみが得られました。また、出力インピーダンスは0.22Ω以下と、パワーアンプ並みの低インピーダンスです。回路常数の検討と電源構成の検討から、プリアンプ用Zバランス回路が完成し、製品化にこぎつけるパフォーマンスになりました。
特筆すべきは、プリアンプ用Zバランス回路はRCA入力、バランス入力ともに、差動入力として動作し、完全バランス増幅・出力とすることができたことです。
前述したように、アンプとして完全バランス増幅するので、コモンモード・ノイズ(電磁波ノイズ等)成分はこのバランス増幅により打ち消しあい、オーディオ信号に電磁波ノイズが混入することは全くありません。
さらに、副次的な特長として、ヘッドフォンのバランスドライブも極めて動作マージンを以て、動作できます。価格の高価なパーマロイ、ファインメット材を使うことがないので、販売価格を引き下げることができ、気軽にバランス増幅サウンドを楽しめます。
どうか、プリアンプ用Zバランス増幅回路(PZB)搭載フルバランスプリアンプ“MASTERS CA-888PZBシリーズ”にもご注目ください。

Zバランスプリアンプ,ヘッドフォンバランスドライブ回路 ブロックダイアグラム
Zバランスプリアンプ,ヘッドフォンバランスドライブ回路 ブロックダイアグラム


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