2022年9月13日火曜日

【にわかAVマニアのHPA】 ヘッドホンの調査

近頃はヘッドホンを使わないわたしです.
Bluetoothヘッドホンを一時使ってましたけど、下火になって今はうっちゃってます.

なのですが、ヘッドホンアンプを作ろうと思いまして、ヘッドホンを調査します.

ヘッドホンアンプを作るにしても、
 1)ヘッドホンのインピーダンス
 2)ヘッドホンの許容入力
 3)アンプの最大出力電圧
 4)アンプのゲイン
このくらいが分からないと手出しできません.
しかしわたしはヘッドホンやヘッドホンアンプの実情を全然知りません.

調査結果

1)ヘッドホンのインピーダンス
価格.comのSPEC一覧から、8~32Ω でバラバラのようです

また、手持ちのものを測ると 25Ω、35Ω、33Ω、31Ω でした.

2)ヘッドホンの許容入力
価格.comのSPEC一覧から、10~100mW でバラバラのようです

3)ヘッドホンアンプの最大出力電圧
0dBのwave fileを再生し、max volumeでどんな電圧が出てくるかをオシロで測定.
 スマホ xiaomi 800mVpp
 スマホ ASUS  800mVpp
 USB Audio   2000mVpp (右写真のもの)

2000mVppはどこかで見た記憶があります.たしかPCのLINE出力電圧が2Vppだったかな、いやCD再生機だったか.

4)ヘッドホンアンプのゲイン
秋月のKITや、HPA自作ネタを読むと、アンプゲインは5倍で作ってるケースが多いみたいです.そんなに必要なのかなぁ?

ーーーー
ヘッドホンのインピーが35Ωとして、最大volumeだとどのくらいの電力をつぎ込むことになるのか?

800mVpp    → 800/2/1.4=283mVrms
2000mVpp  → 2000/2/1.4=707mVrms

P = V*V/R = 283mVrms x 283mVrms / 35 = 2.3mW
P = V*V/R = 707mVrms x 707mVrms / 35 = 14.3mW

ヘッドホンアンプの最大出力電流は?
I = P/V = 2.3mW/283mVrms = 8.1mArms = 23mApp
I = P/V = 14.3mW/707mVrms = 20mArms = 57mApp

というわけで、ヘッドホンアンプの出力SPECは、
 2Vpp
 60mApp
このくらい出せればいいんだなと、そんなことを思ったのでありました~
小信号opampだと電流がキツいだろう.
みんなどうしてるんだろう?

digikeyのSPEC検索で出会った、NJM8830は良さそうです.100mA出る.
しかし、digikeyもmouserもまだ在庫ないわー.
2022.7月に発売されたばっかりだそうです.ざんねーん

かしこ

8 件のコメント:

  1. オーディオのライン出力のスペックが2Vp-pか、1Vrmsだったと思います。
    入力としては最大入力をこのレベルとして考えます。
    ヘッドフォン出力としては32Ω負荷をかけた時に1Vp-pだったかな?
    すみませんどこかに資料があるはずなので部屋の整理の時に探して見ます。
    ヘッドフォンアンプなどはBTL方式のアンプとかだとがんばって出力してくれます。
    出力ですが、周波数が低いと負荷としてはきつくなります。
    低音バリバリのアンプは高出力に耐えられなければなりません。
    通常は1khzを基準にして測定していたような気がします。
    ライン系は47kΩの負荷抵抗をかけた状態で測定します。

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    1. これはありがとうございます.

      ディスクリートで作りたくなってきました.
      でもディスクリ回路は電源をちゃんとしないといけないので結局電源にお金がかかってしまいそうですが.

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    2. トランジスタは大変ですが、オペアンプを使うとぐっと手軽になります。
      ポータブルのオーディオを作る時にはバイアスをどこにするか?
      安定させるにはどうするか?などに気をつけないと痛い目にあいます。
      レールtoレールのオペアンプは信用してはいけません。
      スペックどおりに動かすことができるか、私は自信がありません。
      スペックどおり90%かな?まで出せると信じて落とし穴に落ちました。
      結局ダイナミックレンジを落として対応させた記憶があります。
      あとボリュームをどうするか?も悩みどころです。
      電子ボリュームを使うとマイコンがいるけど、普通の可変抵抗を使うとノイズ源になるので、悩ましいところです。
      デジタルの世界は選択肢が狭いので選ぶのにあまり悩みませんが、アナログの世界は選択肢が多いので悩みますね。

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    3. ありふれたopampの音質にいまいち満足できず、オーディオ用の高価なopampならいいんですけど、電流容量が微妙に足りなくて帯に短したすきに長しなopampです.
      レールtoレールはaudioには使いたくないですね.でもポータブル機器はみんな使ってるんでしょうけど.

      VRは、差動INを扱える2連VRはこれまた高価でいまいちー

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  2. 津久井街道で相模湖まで2022年9月15日 20:27

    レールtoレールアンプって,電源までスイングできるけど,負荷のリアクタンスに電源電圧以上の逆襲を受けるとこわれちゃうとかなんですかね。

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    1. へーそういう弱点があるですか.

      逆起電圧で、
      →VDD<出力端電圧 になると、
      →出力端子保護ダイオードでかばいきれず、
      →ジュッと焼けてしまう

      とかだったら地縛霊になってしまいそー

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    2. 津久井街道で相模湖まで2022年9月15日 20:56

      基本的にICが壊れたりラッチアップするようなことになるのは,流入する電流で決まるので,原因追及で長いこと悩んでから電流制限抵抗一本を端子に追加で解決ということが多いですね。レールtoレールアンプがそれで壊れやすいのかは想像です。

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    3. 電源電圧が何種類もあると起動順序で悩むことが...

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