ディジタル化が進むオーディオ界では、自作派の活躍できる範囲もだんだんせばまりつつあるようです。しかし、欧米ではマニアの間で管球式アンプが一つの流行とか。真空管が製造停止になって久しい日本と比べると、趣味の世界にはいろいろな価値観が存在するのが自然だという考えがあるのでしょう。ところで最近の管球式アンプは、昔の銘機と言われたマランツ、マッキントッシュに比べて、技術的に進歩しているのでしょうか。管球式プリアンプの最近の傾向として、無帰還アンプによるＣＲ型イコライザーを採用したものが多いようです。歴史的には最も古い方法ですが、以前ＮＦ型がもてはやされた頃に指摘されたＣＲ型の欠点は克服されているのでしょうか。素子の進歩がない管球式の場合、必ずしもＣＲ型が良いとは言い切れないようにも思えるのです。

　この記事ではＮＦ型とＣＲ型の良さを合わせ持つＮＦ−ＣＲ折衷型のイコライザー及びトーンコントロールを採用した管球式プリアンプについて紹介します。本機は昭和５７年に一応完成して、その後改良を加えながら現在も使用中で、基本性能の点でも、また安定度の点でも問題ないことが確かめられています。

　プリアンプの設計がパワーアンプの設計と大きく異なる点は、全体の構成を考える必要があることです。機能を必要最小限にとどめれば設計・製作は容易になります。しかし、一方で自分の欲しい機能はなんでも盛り込むことができるのも自作ならではの良さと言えます。このアンプを製作するにあたって、表１のような仕様を考えました。これがこのプリアンプの設計目標と言うことになります。順に少し詳しく説明してみましょう。

表１　プリアンプの仕様

（１）入力切り換え・レベル調節等の機能

　最近はＣＤプレーヤーを使うことも多いのですが、プリアンプの技術的テーマとしては、イコライザー・アンプを避けて通るわけには行きません。フォノ入力は配線の引き回しを避けるため１回路のみとし、入力端子のすぐそばに初段管を配置します。ハイレベルの入力は多い方が何かと便利なので、テープ入力２系統のほかに３系統用意したのですが、最近ではＡＶ機器がつながるようになってこれでも足りないくらいです。使い勝手の点から入力切り換えはプッシュスイッチを使います。また、テープ入力はテープモニター・スイッチと入力切り換えのどちらからでも使えるようにしておき、普段使わないテープモニター・スイッチは前面のヒンジ・パネルの中に収めることにしました。モード切り替えは、モノラルとリバースにできるだけの簡単なものですが、機械の接続をチェックするときなどに重宝します。

　高域特性を悪化させないためにはＶＯＬＵＭＥやＢＡＬＡＮＣＥの抵抗値の選び方が重要です。管球式アンプでは負荷を軽くする意味から、通常２５０ｋΩ程度のことが多いようですが、これで配線の引き回しを行うと高域特性の劣化を招きます。それを防ぐには１００ｋΩが限度でしょう。これでも最もインピーダンスの高くなる中点の状態では、対アース間容量を５０ｐＦとしてカットオフ周波数は１２０ｋＨｚ程度となってしまいます。ＢＡＬＡＮＣＥはＶＯＬＵＭＥの前に続けて置かれるのが普通ですが、イコライザー段の負荷が重くなることを避ける意味で、トーンコントロール段の後へ持って行くことにしました。ＢＡＬＡＮＣＥはあまり調整することもないので、ＭＮ型を使い損失を防いでいます。最近のテープデッキは入力インピーダンスが低く、特に電源が入っていない状態では非常に低くなることがあります。ＲＥＣ　ＯＵＴのＯＮ−ＯＦＦ切り換えを付けたのも、イコライザー段にバッファーが付いていないので、負荷が重くならないようにするためです。従って通常はＯＦＦにしておきます。

　トーンコントロール段の後に１０ｄＢステップのレベル切り換えを設け、レベル調整のできないパワーアンプと組み合わせる時にＳＮ比を悪化させないですむようにしてあります。バッファー段の出力にはスイッチＯＮの時の雑音をカットするためにタイマーリレーを使ったミューティング回路を設けてあります。大体３０秒程度で雑音は無くなるようです。

（２）イコライザー段

　増幅度は少し大きめの方が使いやすいので４０ｄＢに設計し、雑音の点ではハムが無いことと、ＪＩＳ・Ａ補正を施して入力換算−１２０ｄＢＶを目標とします。許容入力は大きい方が良いわけですが、１ｋＨｚにおいて５００ｍＶ程度（つまり最大出力５０Ｖ）を目標としました。技術的には許容入力より最大出力の方が設計の目安になります。高域（１０ｋＨｚ程度）で殆ど最大出力が低下しないことが条件です。供給電圧はあまり高くしたくないので、電源利用効率の良い回路を工夫する必要があります。一般に電圧増幅管では、供給電圧の１／４程度の実効出力電圧が得られれば上出来と言えます。このため球数が多くなりますが、全段ＳＲＰＰを用いることにしました。ＲＩＡＡ偏差は精度の良い測定が難しいのですが、少ない方が良いのは当然で、可聴帯域内では±０．５ｄＢ以内に収めたいものです。

（３）トーンコントロール段

　トーンコントロールは使わない方も多いと思いますが、スピーカーや部屋の音響特性の補正が必要な場合、まずグラフィック・イコライザーを使ってトータルの伝送特性をフラットに近付け、ソースの帯域バランスを補正するためにトーンコントロールを使うのが良いと思っています。そのためには、変化量は少なくても良いのですが、ターンオーバー周波数を切り換えて微妙な調整ができることが望ましいのです。本当は中域も可変出来る方が良いのですが、回路が複雑になるので、普通に高域、低域のみとしました。変化量は±６ｄＢ程度あれば十分です。トーンコントロール段全体の増幅度は２０ｄＢとし、最大出力は２０Ｖ以上欲しいところです。なお、出力側にトーンコントロールの素子が挿入されて出力インピーダンスが高くなるため、バッファーアンプを付けています。また全体に低インピーダンス化を図って、配線の浮遊容量による高域特性の悪化や誘導雑音を防ぐようにします。

　高域フィルターは使わないので省略しました。超低域フィルターは必要なものなので、本機の場合ははじめから可聴帯域以下の超低域は減衰させています。

　イコライザー方式には大きく分けて、ＮＦ型、ＣＲ型、ＮＦ−ＣＲ折衷型があります。以前は管球式、ＴＲ式を問わずＮＦ型が多かったのですが、最近のアンプではＣＲ型が主流です。ＴＲ式の場合には素子の性能向上により、十分なＳＮ比が得られていますが、管球式の場合、ＣＲ型にはＳＮ比か許容入力のどちらかを犠牲にしなければならないという欠点があります。図１にＣＲ型の構成例を示しますが、前段で利得をかせぐとＳＮ比では有利だが高域の許容入力の点で不利となります。逆に後段で利得をかせぐと、許容入力では有利だがＳＮ比の点で不利となります。通常は共に３０倍程度に設定し、ＥＱ素子での１／１０の減衰と合わせて全体の利得を１００倍程度とすることが多いようです。

　図２にＮＦ型の構成例を二つ示します。マランツで有名な３段型は、バッファー段を強力にすれば相当良いデータが出せるため、いろいろ改良した回路が使われています。私もいろいろ作ってみましたが、測定してみると発振はしていなくても不安定なことが多く、ＮＦ技術に頼った設計と言えます。マッキントッシュが採用した２段型はＮＦの安定度の点では良いのですが、２段目の高域における負荷抵抗が低くなるために、高域の許容入力の点では不満が残ります。結局ＮＦ型に関しては随分研究されてはいますが、決定版と呼べるほどの回路はないようです。

　ＮＦ−ＣＲ型は従来、図３（１）に示すように入力に高域のロールオフを置くのが普通でしたが、これはＳＮ比の点で明らかに不利なので使いたくない回路です。（２）のようにＮＦアンプを２ユニット使い、前段で低域のターンオーバーをＮＦ型で行い、ユニット間に高域のロールオフをＣＲ型で置く構成をとると、利得のロスがないため、ＳＮ比、許容入力、動作の安定度と全ての点で一応満足のいく結果が得られます。１ｋＨｚでのそれぞれのユニットの利得を１０倍ずつにしておけば全体では１００倍の利得となります。ＮＦ型に比べ後段ユニットの高域雑音がそのまま出てくるという欠点はありますが、全帯域にわたって出力対歪み特性の変化が少なく、ＮＦの動作解析が極めて簡単なのが特徴です。このアイディアは、以前本誌でも安井章氏によって発表され*1、メーカー製アンプにも採用されたことがありますが、もっと見直されて良いと思います。

*1　無線と実験、１９７６年８月号、９月号．

　本機では、１０倍程度の利得をもつユニットアンプを考え、イコライザー段に２個、トーンコントロール段に１個使用することにしました。このようにアンプを標準化することによって、充分に回路を煮つめることができます。ユニットアンプを設計するにあたっては、表２に示すような性能仕様を目標とします。基本的には裸特性を良くして、ＮＦＢはあまりかけずに安定度を重視する考えをとります。ＮＦＢなしで２０ｋＨｚまでフラットとか歪率を低くすることは、従来の管球式ＮＦアンプでは割合軽んじられていた要素と言えるでしょう。２段アンプを構成するのに、良く使われる１２ＡＸ７−１２ＡＸ７という構成では、利得が高過ぎ帯域も狭くなってしまいます。最大出力を大きく取るために２段目にＳＲＰＰを採用し、１２ＡＸ７−１２ＡＵ７の組み合わせで行くことにしました。ＳＲＰＰについては、以前本誌に動作の解析が紹介されたことがありますが、結論を簡単にいうと、低μ管でカソード抵抗を大きめに選び、カソードのパスコンを外すと、プッシュプルのバランスが取れて極めて低歪みとすることが可能となります。また、インピーダンスを下げて高域特性を良くするため、１段目もＳＲＰＰとしました。図４にユニットアンプの基本回路を示しますが、この定数ではＳＲＰＰのバランスがかなり良く取れて低歪みとなります（図５参照）。ただこのバランスは出力負荷抵抗によって変わるので、あまり完全にバランスをとるのは無理です。もしバランスを完全にとるならば、バッファーアンプが必要でしょう。また２段目のカソードのパスコンを外したため、電流帰還がかかって利得が少なくなり、ミラー効果による高域の減衰がおきにくいという利点があります。実験機ではＮＦＢなしでのカットオフ周波数が４０ｋＨｚ以上でしたが、実際に基板を起こしたところ、浮遊容量が増えて２０ｋＨｚそこそこに留まったのは残念です。

　もう一つ２段ＮＦアンプに重要な問題点は、低域の時定数が２個となるため、ＮＦ量が多いとスタガー比を確保することが難しい点です。よく知られているように、過渡応答が振動解を含まないためにはＮＦ量の４倍のスタガー比が必要です。しかしＮＦ量が少なくない場合、４倍のスタガー比を確保することは困難です。本機の場合、裸利得が４６ｄＢ、ＮＦ量が２６ｄＢで最終的に２０ｄＢの利得を得ているために、スタガー比は８０必要です。一方を１０Ｈｚとしても他方は０．１２５Ｈｚとなって、ちょっと難しいでしょう。これを解決するには、時定数を１個にするのが簡単です。２段目を正負両電源で駆動することにより、２段目出力のコンデンサーを取り除くことにしました。ただ、カソード抵抗が大きいため、２段目の出力点は０Ｖではないので、出力のカップリング・コンデンサーは必要です。また、容易に想像がつくように、直流ＮＦＢによって初段のバイアスにも影響が出ます。若干問題の残るところかも知れません。

表２　ユニットアンプの仕様

　トーンコントロールについては使わないという人も多いかも知れませんが、きめ細かいコントロールができるものは有用です。スピーカーや部屋の音響状態を補正するには、グラフィックイコライザーが必要だと思いますが、それをフラットにした後、ソースの音を補正したくなることがあります。それにはなめらかな変化特性を持つトーンコントロールの方が使いやすいのです。そういう意味からあまり変化量を大きくせず、周波数を切り換えられる方が良いでしょう。今回は普通に高域、低域のコントロールを設けましたが、ＱＵＡＤのアンプに見られるように、全体をシーソー型に変化させるリニアイコライザーと低域のブーストを組み合わせるという方式も使いやすいと思います。音色を大きく変化させるには、中域のコントロールも欲しいところですが、回路が複雑になるので省略しました。

　トーンコントロール段の構成としては、図６に示すように１段帰還型と２段帰還型が一般的です。ＢＡＸ型に代表される１段帰還型は、構成が簡単で、トーンコントロール素子をグリッドに挿入するため特性がうまくでやすいという特徴があります。ＬＵＸのようにフラット時の周波数特性のうねりを取り除いたものや、中域のコントロールもできるタイプもあります。しかし私としては、トーンコントロールのために余計な増幅段が入るのが気に入らないところなのです。これに比べて２段帰還型は、利得を持つアンプのＮＦ抵抗に選択特性を持たせるため無駄がないのですが、インピーダンスの低いカソードにトーンコントロール素子がつながるため、思ったような特性を出すのが難しいのです。

　２段帰還型のもう一つの欠点は、周波数を切り換えるのが難しいことにあります。簡単な回路で切り換えるためには、特性を決めるコンデンサーを１個とすれば良いのですが、例えば低域上昇の場合、図７（１）に示すように単にコンデンサーの並列抵抗を変化させたのでは、変化量の少ない時と多い時とでターンオーバー周波数が変化してしまう結果となります。これを防ぐには（２）のようにパラメータをもう一つ増やして、周波数が変化しないようにすれば良いのです。もっともこうすると、出力が抵抗で分割されるため、最大出力電圧が低くなるという欠点があります。回路図でみて分かるように、高域でもパラメータを増やし、ＮＦＢ回路と次段の抵抗値の等しい対称形としました。こうすると、上昇・下降の抵抗が共用できるようになります。また、フラット位置では完全にコンデンサーが回路から外れるようにしてあります。周波数特性の計算式はかなり複雑なので省略しますが、さらに直流をスイッチに流さないようにしたため、コンデンサーが入って回路が複雑になるとともに超低域の特性が不自然になってしまいました。スイッチの切り替え雑音を防ぐための処置なのですが、このあたりは少し凝りすぎたかも知れません。

　バッファーアンプは１２ＡＸ７のＳＲＰＰにより、低歪で大きな最大出力電圧が得られます。トーンコントロール段の最大出力はトーンコントロールの調整と、レベルコントロールの位置で変わりますが、結局パワーアンプの最大入力を越える電圧は必要ないはずですから、不足ということはないでしょう。