1、オーディオの趣味

5)オーディオ実験室
a)、フォノイコライザの実験
a-1)、NF型フォノイコライザの実験
ⅱ、回路設計(計算式の算出)
 OPアンプを使った標準的なNF型フォノイコライザの回路図を示しますと左図(FIG4)の様になります。OPアンプの裸利得が充分大きい物とするとこの回路の利得Aは帰還ループに接続された抵抗、キャパシタによって決定されます。結果だけ書けば

  A≒(Z+R5)/R5=Z/R5+1 --①

になります。但し、S=jωとすると、Zは

  
Z=R3/(SC1・R3+1)+R4/(SC2・R4+1)

  ={(R3+R4)/R3・R4・(C1+C2)・S+1)}/{(C1・R3・S+1)・ (C2R4・S+1)} --②


となります。従って、NF型フォノイコライザの利得Aは

 
A={{(R3+R4)/R3・R4・(C1+C2)・S+1)}/{(C1・R3・S+1)・(C2R4・S+1)}}/R5+1 --③

で求められます。

 次に、前出の(FIG1)の図に示す様にRIAA再生イコライザの周波数特性は各時定数の関係をT1>T2>T3とすると、時定数T1で与えられる周波数ω1までフラットで、ω1かたT2で与えられるω2まで-6dB/OCT.で減衰し、T3で与えられるω3までフラット、ω3から又-6dB/OCT.で減衰するようなカーブを描きます。実際にはT1の下の周波数にも、T3の上の周波数にも帯域制限の時定数が有りますがアナログディスクを再生する時には余り問題に成りませんので此処では省いてあります。従って伝達関数Tとすると、周波数特性は

 
T=K・(ST2+1)/{(ST1+1)・(ST3+1)} --④

で与えられます。
 次に③、④を等しくする時定数T1、T2、T3とキャパシタ、抵抗、C1、C2、R3、R4の関係を調べて見ますと、今
 C1・R3>C2・R4として③、④の式を辺々比較して結果だけ書きますと、

 
T1=C1・R3  --⑤

  T2=(R3+R4)/R3・R4・(C1+C2) --⑥

  T3=C2・R4  --⑦


となります。
 ここでRIAAプレイバック特性は、時定数がT1=3180uS、T2=318uS、T3=75uSと規定されていますので、之の時定数の値と⑤、⑦からC1、C2は

 
C1=3180u/R3、同様にC2=75u/R4  --⑧

と表されるので、之の式⑧を式⑥に代入整理して

 R3=11.78・R4(R3>R4)  --⑨

と云う関係を得る事が出来ました。同様にC1とC2の関係は式⑨と式⑥からR3、R4を消去して、結果だけ書きますと

 
C1=3.60・C2(C1>C2) --⑩

となります。
 次に、実際の回路で抵抗やキャパシタの定数を決める時の目安を考えて見たいと思います。(FIG4)の回路は式①で利得、周波数特性が与えられる事が分かりました。RIAAのプレイバック特性を正規化する為に周波数F=1KHzでの利得をA=Kとして
R3、R4、C1、C2をどの様に決めたら良いか考えてみます。Zは次式で与えられます。

 
Z=R3/(SC1・R3+1)+R4/(SC2・R4+1)
    
  =11.78・R4/(S・3.60・C2・11.78R4+1)+R4/(SC2・R4+1)

  ={11.78/(42.41・SC2・R4+1)/(SC2・R4+1)}・R4 --⑪


 ここで、
C2・R4=75u、S=jω=j・2πf、で与えられますのでf=1kHzとして、式⑪に代入して

 
|Z|=|(11.78/(19.98+1)/(0.4712+1)|・R4

    =(0.5614+0.6797)・R4

    =1.241・R4  --⑫


となります。
 以上より、f=1kHzの時の利得を
A=K(1k)、R3=11.78・R4、C1=3.60・C2、|Z|=12.41・R4
(f=1kHzの時の値)から

 K(1k)=|Z|/R5+1=1.241・R4/R5+1

   R4=(K(1k)-1)・R5/1.241 --⑬


となります。R5は使用するフォノカートリッジのインピーダンスから考えてフォノイコライザアンプの入力等価ノイズが少なくなる値に選んでやれば宜しいから、MMカートリッジでは1kΩ内外、MCカートリッジでは数Ωから数十Ω位にすれば良い事になります。以上をまとめると以下の表の様になります。

 NF型フォノイコライザアンプの計算式
 周波数1kHzでの仕上がり利得Gain(1kHz)=K(1k)
 R5とすると、右図(FIG4)の回路定数は

 R4=(K(1k)-1)・R5/1.241
 R3=11.78R4
 C2=75.0u/R4
 C1=3.60・C2
 で与えられる。 


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