“オーディオＤＣアンプ製作のすべて　下巻”
　半導体ＤＣマイク（もどき）
製作記

２００４年の夏は恐ろしく暑く長かった。が、８月も終わってようやく秋らしくなってきた。（＾＾）　ここしばらくは何もする気にならなかったが、気候も少し万物に優しくなってきたところで懸案の“あれ”に手を付けてみようか、という気になったのである。

“あれ”とは何か？　な〜んて左の写真で明々白々だが、無論ＤＣマイクである。まぁ、作ったところで録るべき対象があるわけではないのだが・・・、いいか（＾＾；・・・、と。

そうなると何よりマイクカプセルがないことには始まらない。無論金田式ＤＣマイクのマイクカプセルはショップスＭＫ−４かＡＫＧのＣＫ−１に決まっている。これ以外はない。が、このうち今も現行品のＭＫ−４はその値段が１個７〜８万円もするらしくとても手が出ない。となるとＣＫ−１なのだが、こちらはとうにディスコンで入手不可能。

なので、ＡＫＧの現行品からＣＫ−１と同じ単一指向性のＣＫ６１−ＵＬＳを使う。これはＣ４８０Ｂというコンデンサーマイクに使用されているカプセルだ。Ｋ先生指定外であるからこの時点で製作するＤＣマイクは“もどき”となることに決してしまうのだが、ネット上では幾つかこれを使用したＤＣマイクの製作例が報告されており、それなりに使えるようである。し、さらに値段もとある所で１個１５，５００円と、これなら何とかやつの目を盗んで手に入れられるわい（＾＾；、と速攻で入手してしまったのであった。目出度し目出度し。（＾＾）

が、良く調べてみるとＡＫＧのＣＫ−１はなんと２００４年の今現在において現行品なのだった。え〜〜！

確かにＣＫ−１は１９９３年をもってディスコンになったようなのだが、どうもその後も世界中からその復活を求める声高くしてついに２年ほど前に復刻されたようなのだ。現にＡＫＧのＷＥＢサイトにＣＫ−１を使用したＣ４５１Ｂというコンデンサーマイクが製品として紹介されておりこれが日本でもちゃんと販売されている。ということはそのカプセルであるＣＫ−１も当然入手可能なのではなかろうか。

う〜む。が、既にＣＫ６１−ＵＬＳを入手済み。この上ＣＫ−１と言ってもやつの許可は出ないわなぁ・・・（＾＾；（爆）

というわけで、ＡＫＧのＣＫ６１−ＵＬＳを起用した“オーディオＤＣアンプ製作のすべて　下巻”　半導体ＤＣマイク（もどき）である。

（２００４年９月１日）

下巻掲載の半導体ＤＣマイクのＰＳｐｉｃｅ（評価版）イメージ。

負荷は１００ｋΩ。初段ステップ位相補正は回路図では５６０Ωとなっているが基盤配置図及び文中では２．４ｋΩとなっており回路図は誤植のようだ。ここでは初段定電流回路のＲ２を２ｋΩとしているがこれはツェナーが違うために動作電流をオリジナルに近いものとするためこうなったもの。

早速オープンゲインとその位相を観る。

その前に各部動作点。

緑が電圧利得で軸は左側１、赤がその位相で軸は右側２。

オープンゲインは低域で８２ｄＢ。−３ｄＢのｆｃは１０．２ｋＨｚ程度。負荷が１００ｋΩと高いため（実際はＮＦＢ抵抗の５１ｋΩがパラに利くので３４ｋΩ程度となる。）かなり大きなオープンゲインだ。ＧＯＡＤＣマイク回路のシミュレーション結果はオープンゲインが６８ｄＢだったからそれに比して１４ｄＢ大きい。

位相補正は適切でオリジナルのクローズドゲイン３８ｄＢ設定は勿論、これなら２０ｄＢ設定でも安定に動作しそうである。

初段ステップ位相補正の抵抗は２．４ｋΩだろうと推測したが、ＰＳｐｉｃｅ（評価版）にも評価してもらおう。

Ｒ１１＝６００Ω、１．２ｋΩ、２．４ｋΩ、４．８ｋΩ、９．６ｋΩのパラメトリック解析。

見方は同じだが、凡例左からそれぞれＲ１１＝６００Ω、１．２ｋΩ、２．４ｋΩ、４．８ｋΩ、９．６ｋΩの場合。

オープンゲインが４０ｄＢから２０ｄＢとなる１ＭＨｚから１０ＭＨｚにおける位相の回転具合がポイントであるわけだが、５６ｐＦの方は位相が戻る周波数がこの辺になるように規定しており、その戻りの程度をＲ１１が規定している。オープンゲイン３８ｄＢ程度のポイントにおける位相回転が−１２０°以内程度に収まるように調整できれば取りあえず良いわけだが、Ｒ１１＝６００Ωと１．２ｋΩでは−１２０°を超えていることからちょっと妥当ではないという結果である。

２．４ｋΩ以上はみなＯＫだが大きくするほどにそれ以上の高域側での位相回転が速くなるから総合的には２．４ｋΩが最も適切な値のようだ。やはり記事回路図の５６０Ωは誤植だろう。

今度は負荷Ｒ２０を７８１．２５Ω、１．５６２５ｋΩ、３．１２５ｋΩ、６．２５ｋΩ、１２．５ｋΩ、２５ｋΩ、５０ｋΩ、１００ｋΩ、２００ｋΩとした場合のパラメトリック解析。無論観ようとするのは低負荷対応可能性。

凡例左からＲ２０＝７８１．２５Ω、１．５６２５ｋΩ、３．１２５ｋΩ、６．２５ｋΩ、１２．５ｋΩ、２５ｋΩ、５０ｋΩ、１００ｋΩ、２００ｋΩの場合である。

予想外に上手く行っている。などと言ったら怒られそうだが（＾＾；、負荷３．１２５ｋΩ時でも６８ｄｂとＧＯＡマイクアンプ並みのオープンゲインが得られている。また、どの負荷値でもクローズドゲイン設定２０ｄＢ以上であればＮＦＢ安定は確保されそうだ。これなら録音アンプ側の入力インピーダンスは普通に１０ｋΩ以上あれば全く問題ないようだ。

なお、高負荷抵抗になるほど負荷に比例して伸びるはずの電圧ゲインが伸び悩むのは２段目の出力インピーダンスの高さが十分でないためだろう。

次に負荷Ｒ２０を１００ｋΩに固定してパラにＣ２を入れ容量負荷耐性を観る。

Ｃ２＝７５０ｐＦ、１５００ｐＦ、３０００ｐＦ、６０００ｐＦ、１２０００ｐＦのパラメトリック解析。

凡例左からＣ２＝７５０ｐＦ、１５００ｐＦ、３０００ｐＦ、６０００ｐＦ、１２０００ｐＦの場合。

パラになる容量が増加するほどにオープンゲインの帯域は狭まり、位相回転も速くなる。７５０ｐＦの場合で位相回転は１ＭＨｚで−１３５°に達しているからＮＦＢ安定度は大分落ちているが、パラの容量が増えるほどにオープンゲインの高域での減少が大きいことが利いてどの容量の場合もＮＦＢ後に発振することはないものと思われる。が、その場合でも高域ほどＮＦＢ量が減少するので高域ほど歪率は悪くなるだろう。

電源電圧を±２５Ｖに限定するときは、２段目のＴｒを２ＳＪ１０３に変えてもよい。電流帰還抵抗１５０Ωもいらなくなり、いっそう回路がシンプルになる。この場合は出力段アイドリング電流Ioが６〜７ｍＡになるようソース抵抗を調整する。とある。ので早速やってみる。ただし、終段のアイドリング電流を何故６〜７ｍＡにするのか？その理由がちょっと分からない。

Ｒ２０＝７８１．２５Ω、１．５６２５ｋΩ、３．１２５ｋΩ、６．２５ｋΩ、１２．５ｋΩ、２５ｋΩ、５０ｋΩ、１００ｋΩ、２００ｋΩのパラメトリック解析で一挙に観る。

動作点はこう。

凡例左からＲ２０＝７８１．２５Ω、１．５６２５ｋΩ、３．１２５ｋΩ、６．２５ｋΩ、１２．５ｋΩ、２５ｋΩ、５０ｋΩ、１００ｋΩ、２００ｋΩの場合。

２段目２ＳＡ８７２Ａの場合に比較するとオープンゲインは７ｄＢほど小さくなるが、負荷６．２５ＫΩで６７ｄＢのオープンゲインが得られており、こちらも入力インピーダンス１０ｋΩ以上の録音アンプが負荷なら問題なく使えそうである。また、位相補正も適切でこちらもクローズドゲイン設定２０ｄＢ以上なら全く安定動作するものと見込まれる。

ただし、子細に観ればＴｒの方がオープンゲインが大きいのに帯域は広くなるようだ。

（２００４年９月４日）

最大の難関はマイクケースの加工だ。いやアンプケースは市販のケースをそのまま使うので正確に言えばマイクホルダー部の加工である。

写真左上がマイクケースの材料。
アルミ等辺アングルがタカチのＨ−１１。アルミチャンネルが同じくタカチのＨ−８７。そしてアンプケースとしてタカチのアルミダイカストボックスＡＳ−１１２。と言いたいところだが、Ｋ先生が「アンプケースには最適な材料が見つかった」とされるのは相当昔のことであるらしくＡＳ−１１２はとうの昔にディスコンで入手不可能。そこで代わりに入手してみたのが同じくタカチの現行防水・防塵アルミダイキャストボックスＢＤ７−１０−４Ｎ（定価１，２３０円）。無垢のアルミの質感が気に入ったのだが内部にちょっと余計な出っ張りがあるところは加工上要注意だ。またＡＳ−１１２よりちょっと幅が広く背が低いのでややずんぐりむっくりになる。（＾＾；

さて、問題のマイクホルダー部の製作のためにはドリル（出来ればボール盤）、平ヤスリ（大、中、小）、金鋸、カッターナイフ、３ｍｍタップ、丸穴用パンチ、万力、板金用の直角定規が必要だ。と“オーディオＤＣアンプシステム　上巻”で指定されている。さらにリーマーも必要だろう。が、あるのは電動ドリルと平ヤスリ一個と金鋸とカッターナイフとリーマーだけ。（＾＾；　シャシーパンチはないことはないがこれでは厚さ３ｍｍのアルミには歯が立たない。指定のパンチとは多分油圧式パンチなのだろう。

と言うわけで、丸穴はまぁドリルで１０ｍｍまで開けて後は手動式リーマーとカッターナイフで何とかなるだろう、いつものキャノンコネクタ用ケース加工同様に、とは思ったが、アルミチャンネルの４５°のカットなどどうすれば上手く行くのかと途方にくれてしまう。

が、最終的にはヤスリで何とか辻褄を合わせようという基本方針のもと作業敢行を決意し、少し大きめに切り出して後はギーギーガーガーと体力と根気勝負でヤスリを掛け、何とか右上の写真のようにアルミの削り出しが終了したのだった。そしてアルミダイキャストボックスとの結合にはやはり工夫が要ったのだが何とか結合にも成功した。あ〜でけたでけた。我ながらなかなか上手く行ったわぃ。（＾＾）

という訳でちょっとマイクカプセルを仮付けしてみる。
う〜ん、良さ気（＾＾）

あとはもう少しヤスリとサンドペーパーで磨き込んで優雅に仕立て上げてやらねばなるまいて。ルンルン♪♪

（２００４年９月５日）

Ｍ−ＮＡＯ師匠から電源オン時の過渡的状態のシミュレーションをせよ！　との指令である。

その意味するところは、電源オン時に成極電源６２Ｖから１ＧΩ→１０００ｐＦ→１５０ＭΩ→アースの経路で１０００ｐＦの充電電流が流れることによって１５０ＭΩにプラスのＤＣ電圧が発生し、これがマイクアンプで増幅されマイクアンプ出力に過渡的に大きなプラスの電圧が生じることになるのだが、これらがどの程度のレベルでどの程度の時間生じるものなのか、そしてそれによってアンプ素子が危険にさらされることはないのか、これらをシミュレーションによって考察せよ！　とのご下命なのである。

よって以下の回路である。

入力側１ＧΩと１０００ｐＦの間につながっている５０ｐＦはマイクカプセルである。“オーディオＤＣアンプシステム”上巻においてＫ先生は「ショップス（ＭＫ−４）やＡＫＧ（ＣＫ−１）の容量は５０ｐＦ前後と推定される」と記しておられるのだ。また各電源がパルス電源になっているのはこうしないとＰＳｐｉｃｅ（評価版）が過渡解析してくれないからだが、立ち上がり時間等を０としパルス幅を２０秒としているのでこれで電源オン時の状況は支障なくシミュレーションできる。結果的には±３６Ｖ電源の方は普通に電圧シンボルでも有意の差はないようなのだがこの方が実際の電源オン時の様子に近いと思われるのでこれでやってみることにした。

早速電圧プローブを入出力部分に取り付けて観てみよう。う〜ん、楽しみ（＾＾）

結果
勿論縦軸が電圧（Ｖ）、横軸が時間（秒）であり電源オンから１５秒間をシミュレーションしたものである。
勿論緑が入力２Ｎ３９５４のゲートにおける対アース電圧（＝１５０ＭΩ両端電圧）であり、赤が出力対アース電圧（＝１００ｋΩ両端電圧）である。

このグラフからは次のことが分かる。
�@電源オンの瞬間、入力２Ｎ３９５４のゲートにおける対アース電圧（＝１５０ＭΩ両端電圧）は５Ｖ弱に達し、１０００ｐＦの充電進行と共に減少して１０秒弱で０Ｖの定常状態に至る。
�A�@の結果出力対アース電圧（＝１００ｋΩ両端電圧）は即プラス側に飽和して電源電圧に張り付き�@の電圧降下とともに３〜４秒後から電圧降下して１１〜１２秒後に出力オフセット０Ｖの定常状態となる。

過渡的状態はまぁ１２秒程度ということだ。

入力２Ｎ３９５４のゲートにおける対アース電圧（＝１５０ＭΩ両端電圧）のグラフだけを取り出して拡大したもの。
最大で４．８５Ｖ程度だろうか。

したがって結論としてはこの程度の電圧であれば２Ｎ３９５４にとってはなんら問題はないものだ。ということになる。

さらに言えば師匠ご指摘のとおりいにしえのＫ先生の著作“最新オーディオＤＣアンプ”には２Ｎ３９５４の詳しい規格が載っていたのである。それによればＶＤＳＯ、ＶＤＧＯ、ＶＧＳＯともに５０Ｖであり、Ｇａｔｅ　ｔｏ　Ｇａｔｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　は±１００Ｖ、Ａｎｙ　Ｌｅａｄ　ｔｏ　Ｇａｔｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　も±１００Ｖなのである。ということは、そもそも２Ｎ３９５４の絶対最大定格からしてシミュレーションするまでもなくこの電源オン時の過渡的現象は２Ｎ３９５４に何のダメージを与えるものではなかったのだ。（＾＾；

が、２Ｎ３９５４は良くとも、過渡的に出力がプラス３６Ｖの電源電圧に張り付くことによって出力下側の２ＳＣ９５９には７０Ｖ近い電圧が過渡的に掛かることになる。こちらには問題がないのだろうか。

とりあえず２ＳＣ９５９のＶＣＢＯは１２０ＶでありＶＣＥＯも８０Ｖであるから耐圧的には何ら問題ない。のだが、となるとあとは電流（損失）だ。なので終段の過渡的な電流の動きを観てみる。

おぉ。おもしろ〜い。（＾＾；


なんと、オン時の過大入力でアンプ終段は気絶してしまうのではないか。

気絶約３秒。この間終段アイドリング電流はほぼ０になってしまって４秒あたりから漸く復旧するわけだ。過大な電流も流れない。

ということは終段は耐圧さえ十分であれば何ら問題ないということになる。ので、ＤＣマイクにおける電源オン時の過渡的現象は終段２ＳＣ９５９にも何らダメージを与えるものではないという結論だ。

結局、電源オン時の過渡的過大電圧出力はアンプ素子にとって何の問題もないものなので心おきなく電源オンオフをして良いということになる。

めでたしめでたし。（＾＾）

が、ＤＣマイクにつながる録音アンプ等についてはまた別問題なので要注意！（＾＾；であって、Ｋ先生の最新単行本下巻のＤＣ録音アンプにもちゃんと入力にミューティングスイッチが付いているのである。





「もとより何ら問題はないのだよ・・・」　はっ　ｍ（＿＿）ｍ

（２００４年９月１１日）

また識者の方よりお叱りを賜った。ので訂正をば（＾＾；

上の方でＡＫＧのＣＫ−１が現行品で入手可能なのではないかと書いたのだが、現行品であることはある意味正しいものの、残念ながらＣＫ−１単品で入手できるものではないようなのだ。

左の写真はイメージなのでスケール・角度などが違っていて正しく比較できるものではないのだが、写真左が復刻された現行品Ｃ４５１Ｂ。そして右が１０年以上前にディスコンになったＣ４５１ＥでマイクカプセルにはＣＫ−１が使われている。

が、Ｃ４５１Ｅというのは実はマイクカプセルの下のアンプ？部分の名称で、当時のＣ４５１Ｅも現行のＣ４８０Ｂ同様にマイクカプセルが交換可能な構造であったとのことなのである。すなわち単一指向性のＣＫ−１だけではなく無指向性や超単一指向性等のマイクカプセルを組み合わせることが可能になっていたようで、その合体のために右の写真でマイクカプセルＣＫ−１とＣ４５１Ｅ本体の間にはねじ込み用のマウントが銀色に輝いていることが分かる。

ところが、復刻の要望はこのＣ４５１ＥとＣＫ−１の組合せに対するものが圧倒的で、このため復刻されたＣ４５１Ｂはマイクカプセル交換式ではなくＣＫ−１とＣ４５１Ｅの組合せが構造的にも固定されたものとなっているとのこと。で、写真左のとおり新しいＣ４５１Ｂにはマイクカプセルと本体間にはねじ込みマウントらしきものがないことが分かるのである。

よって、マイクカプセルＣＫ−１は確かに復刻されて現行品ではあるものの、Ｃ４５１Ｂというマイク製品に一体化した形で存在しているものであって、単独のマイクカプセルとしては入手できないものである。ということであるらしいのだ。

そうなんですか・・・


となると、・・・やはりＣＫ６１−ＵＬＳを使うしかないですわなぁ。とＣＫ６１−ＵＬＳを見る。（＾＾；

（２００４年９月１３日）

ＤＣマイクアンプ自体は要するにクローズドゲイン設定３８ｄＢのフラットアンプであるから回路的に難しいというものではない。が、サンハヤトのユニバーサル基盤ＩＣＢ−２８８は、小さいケース内に収めるためにはこれしかないとはいえ、やはり難儀だ。

まずはカットしてから部品を取り付けるか、部品を取り付けてからカットするかが思案のしどころだ。サポーターの取り付けしろがあるのであればカットが先に決まっているが、ケース幅からして取り付けしろなしの幅でカットしなければならない。サポーターなしで基盤に部品を取り付け、裏の７本撚り配線をするのは経験的に極めて困難と思えるし、かといって部品を取り付けてしまった基盤をカットするのもなかなか難儀だろう。

結局は左のようにカットは後回しにした。が、わたくし的には正解だったように思う。２．５ｍｍピッチのランドは小さくかつ剥がれやすい。基盤をサポーターで支えて７本撚り線を精密ドライバーでしっかり固定しながらでなければ私の技量では配線作業は殆ど不可能に近い。

また、例の如く回路図や基盤配置図は間違っているので注意が必要だ。すでに各所で指摘されているが、図２７の回路図では２ＳＫ１７７５Ａは２ＳＣ１７７５Ａ、初段位相補正回路の５６０Ωは２．４ｋΩの間違い。また、Ｉｏ＝１１．７２ｍＡが終段２ＳＣ９５９のアイドリング電流であるかのような位置に表示されているがこれもミスプリと言えばミスプリだろう。図３０の部品配置図の上の部品面では、左チャンネルＴｒ６，７のＢとＥの表記が逆でそのエミッタ抵抗１５０Ωの差込穴位置も取り違えられている。また、マイクカプセル（＋）への配線取り付け位置もＳＥ１０００ｐＦの１５０ＭΩ側に表記されているが勿論１ＧΩ側の間違いだ。さらに初段トリマーの足の表記が左右で対称になっているがこれも無理というもの。（＾＾；　下の裏側配線面では右チャンネル初段位相補正コンデンサー５６ｐＦの取り付けランドが１つ下にずれている。といったところか。

基盤の製作が終われば調整だが、この状態で初段ＦＤ１８４１（２Ｎ３９５４の代わりに手持ちを使用）のゲートをアースにショートして±３６Ｖ電源だけをつないで終段２ＳＣ９５９のアイドリング電流とアンプ出力のオフセットを調整する。上のシミュレーションで問題なく安定動作するだろうことが予測されていたとおりで不安定そうな挙動は何もなくスムーズにオフセット電圧は０Ｖに調整できた。３８ｄＢという大きなクローズドゲイン設定だがオープンゲインが低域で８０ｄＢ以上と巨大に確保されているためもあってかオフセット電圧はかなり安定でドリフトは小さい。

次に終段２ＳＣ９５９のアイドリング電流を５６Ω両端電圧から測ってみると上側で４．５ｍＡしかない。ん？そりゃいにしえの虎の子２ＳＣ９５９はｈｆｅが小さいとはいえ１１．７２ｍＡとは違いすぎるのではないか？　と思ったのだが、図２７の回路図をよくよく見ると図中の電圧表記から上側の５６Ωの両端電圧は３５９．３ｍＶ、ということは終段上側の２ＳＣ９５９のアイドリング電流は６．４２ｍＡなのである。文中で２段目に２ＳＪ１０３を起用した場合は出力段アイドリング電流Ｉｏが６〜７ｍＡになるようにソース抵抗を調整するとあって、なんで２ＳＡ８７２Ａの場合１１ｍＡ以上で２ＳＪ１０３の場合６〜７ｍＡにするのかが不思議だったのだが、なんと言うことはない、どちらの場合でも出力段のアイドリング電流は６〜７ｍＡが正解なのだ。図２７のＩｏ＝１１．７２ｍＡの表記位置が間違っているのである。Ｉｏ＝１１．７２ｍＡとは多分マイクアンプ１チャンネル全体での消費電流なのだ。したがってあの表記位置は電源＋３６Ｖ直近にあるべきものなのである。

で、我がＤＣマイクアンプについてはｈｆｅの小さい虎の子２ＳＣ９５９を使ったためか出力段アイドリング電流がやや少な目となったので、２段目共通エミッタ抵抗の２．７ｋΩを２．４ｋΩに交換した。これで当初５ｍＡ程度のアイドリング電流となるがこれでも終段２ＳＣ９５９はかなり発熱し最終的に６ｍＡ程度のアイドリング電流で安定するようである。なお、終段下側は２段目右側の動作電流分が加わるので当然これに＋１ｍＡ程度のアイドリング電流になる。

最終的にこれをケース内に収めて数時間動作させた後のＤＣマイクアンプの＋３６Ｖ電源の消費電流は全体で２１ｍＡ程度になる。ので、設定は適切なものと思われる。が、これでも終段２ＳＣ９５９の発熱はかなりのものでなんとアルミケースが暖まるのである。これからしても終段２ＳＣ９５９のアイドリング電流設定を１１ｍＡ強などには間違ってもしないのが吉のようだ。

さあ、基盤をケースに収めよう。ここまで来れば完成は間近だ。（＾＾）

と、それがこの状態である。基盤はサポーターを取り付けるスペースがないのでケースから浮いた状態であるが、Ｋ先生のおっしゃるとおり入出力の配線に適度に支えられてケース内に浮いたままで上手く収まっている。万が一の場合接触するおそれがあるのはこの部品面とケース裏蓋であるので、Ｋ先生のアドバイスに従って裏蓋表面には絶縁用のビニールテープを貼ってある。

右下に見えるのはケースへのアースであるが、本来外部環境における電子・電気機器ケースとしての使用を想定してあるらしくアース用の取り付けネジ穴が切ってありネジも附属しているのでそのまま活用したもの。

ところでこのケース、上でタカチの現行防水・防塵アルミダイキャストボックスと書いたのだが、最近タカチ電機工業から送られてきた２００５年版総合カタログによるとなんとＢＤシリーズはディスコンになってしまったのであった。よってこのタカチＢＤ７−１０−４Ｎも最早現行品ではなくなってしまった。（＾＾；

が、後継品としてＢＤＮシリーズがリリースされており内容的にはほぼＢＤシリーズに同じのようだから、ＡＳ−１１２代わりとしてはＢＤＮ７−１０−４Ｎが現行品として同様に使えるものと思われる。

（２００４年９月１９日）

（その後の１）


ある日、このトランジスタ式ＤＣマイクアンプについては、初段ステップ位相補正は不要なのではないかなぁ・・・と思った。
ので、早速やってみることにしたのだった。

そこで、先ずは初段ステップ位相補正２．４ｋΩ＋５６ｐＦを入れたオリジナル状態での方形波応答を観る。

ＤＣ−ＭＩＣ　位相補正２．４ｋΩ＋５６ｐＦ １００ｋＨｚ	ＤＣ−ＭＩＣ　位相補正２．４ｋΩ＋５６ｐＦ １０ｋＨ

１００ｋＨｚ方形波応答で明確だが、数百ｋＨｚ付近と思われるポイントのピークを原因としてオーバーシュートとアンダーシュートが生じている。１０ｋＨｚ方形波応答ではそれが左肩の髭となって現れている。

別にこれが問題ということではないのだが、このオーバーシュートを生じるように調整することによって応答スピードが速くなるということでもないと思うので、これを生じないように出来るならばその方が良いのではなかろうか。と思うのである。

まして、それが初段に入れたステップ位相補正素子によるもので、しかもその位相補正素子がなくとも位相補償が適切で、発振に至ることなどない、ということであるならばなおさらのような気が。（＾＾；


そこで、早速我が半導体ＤＣマイク（もどき）から初段ステップ位相補正素子を撤去したのであった。

その結果の方形波応答がこう。

ＤＣ−ＭＩＣ　位相補正なし １００ｋＨｚ	ＤＣ−ＭＩＣ　位相補正なし １０ｋＨｚ

クローズドゲイン設定が３８ｄＢということもあって高域カットオフ周波数は１ＭＨｚにやや届かないかな、という感じのそれぞれの方形波応答波形だが、こちらはオーバーシュートもアンダーシュートもない。

上の場合の波形とこちらの波形を比べれば、上の場合に立ち上がりの傾斜が急になる、すなわちスルー・レートが改善されている訳でもないことが分かる。

ので、ならばこちらの方で良いのではないでしょうか。（＾＾；


この辺をＰＳｐｉｃｅ（評価版）のシミュレーションで観てみる。

先ずはステップ位相補正あり。

結果はこう。
上からピンクがクローズドゲインの位相、水色がオープンゲインの位相で黄色のループゲインの位相と殆ど重なっている。
次の赤がオープンゲイン、低域３８ｄＢ付近の青がクローズドゲイン、そして緑がループゲイン。

ループゲインが０ｄＢに沈む周波数ポイントは４２０〜４３０ｋＨｚ付近であり、そのポイントでのループゲインの位相の遅れは−１２５°程度なので十分安定範囲にあるのだが、クローズドゲイン（青）に３５０ｋＨｚ付近で１．５ｄＢ程度のピークが生じてしまう。
そして実はこのポイントにおいて位相をここまで遅れさせる原因が初段のステップ位相補正にあり、その結果方形波応答にオーバーシュート、アンダーシュートが生じているのである。

何故なら、こちらが初段ステップ位相補正を外した場合。

結果。

ループゲインが０ｄＢに沈むポイントは７００ｋＨｚ超と高域に伸びたにもかかわらず、そのポイントにおけるループゲインの位相の遅れは−１００°とかえって位相余裕が増えている。結果、クローズドゲイン（青）には全くピークが生じていない。これなら方形波応答にオーバーシュート、アンダーシュートが生じないのも当たり前だ。

ので、初段ステップ位相補正は撤去してしまった。（＾＾）

これで、我が半導体ＤＣマイクはまずます“もどき”に堕落するのであった。（＾＾；

よって、回路はこう。

なお、勿論のことながら良い子は真似してはいけません。（爆）（＾＾；

（２００６年１１月３日）

（その後の２）

ちょっと右のようなものを作った。 もう少し小型でコンパクトなものにしたかったのだが、相手先の入力インピーダンスを１０ｋΩ程度まで想定するとなると、０．１ｕＦでは１５９Ｈｚになってしまって適当でない。最低でも１ｕＦで１５．９Ｈｚは必要だ。が、過去の経緯からしてちょうどその辺にはＶ２Ａ２．２ｕＦしかない。のでこれだ。結果低域カットオフ周波数＝１５９／（１０＊２．２）＝７．２Ｈｚと問題ない。で、これを下のようにＤＣマイクに内蔵する。ぎりぎり上手い具合で内蔵できた。 どうせ録音アンプ入り口でＤＣカットするのだから、電源オン時に過渡的に発生する３０ＶものＤＣオフセットから録音機の方を保護するためにもマイク自体にＤＣカット機能を持たせることにしたのである。これで我がＤＣマイク（もどき）の汎用性と安全性は大幅に高まった。が、“もどき度”も高まった。（爆）
な〜んて。（＾＾；　うそ。 確かに“もどき度”は高まるのだが、これで電源オン時の安全性は高まったりはしない。（爆） この時定数では電源オン時カップリングコンデンサーにそれなりの充電電流が流れるので、これにより３０Ｖ近いＤＣオフセットは結局録音機側に伝わってしまうからだ。だから、録音機側がこのＤＣ電圧に耐えられないものである場合は、このＤＣマイクは電源オン後１５秒ぐらい待ってオフセットが収まってから接続するか、カップリングコンの後ろにミューティングスイッチを入れてその間マイク出力をアースに流しておく、といった対策を講じることが必要だ。 ではこのカップリングコンデンサーは何のために今回加えたのか？ それはマイク運用時のＤＣドリフトをカットするため。これはＤＣ電圧としては微少だがそんなものを録音する必要はないし後続の機器にとっても有害無益だからだ。勿論、普通の録音機のＬＩＮＥ入力にはＤＣカットのコンデンサーが入っているとは思うのだが、念のためでもあり、また、時にはこのマイクの出力を我がＣＤラインアンプに直接入れてヘッドフォンでモニターしたりする場合もあるのでこうしたのである。この意味では安全性は高まるのだ。
（おまけ） サンプル音源を右に。 同じ音源を同じ条件で２種のマイクで録ったもの。ＣＤ−Ｒに焼いて比較試聴されると面白いかも。との趣向。（＾＾） Ｒ−０９の内蔵マイクもなかなかの音質と評価されている筋もあるようだし、果たしてＫ式ＤＣマイクとの比較であなたの評価はいかに？ えっ！？私の評価？（＾＾； そうですね。まぁ、Ｒ−０９の内蔵マイクもそれなりに良いのではないでしょうか。 と、余裕の評価をば。（＾＾） なお、最後にいつものお断りだが、我がＤＣマイクは“もどき”であり、本来のＫ式ＤＣマイクの性能が出ているかどうかは知らない。ので、あしからず。（＾＾；	GET ALONG TOGETHER by R-０９ builｔ-in MIC 音源：オルゴール マイク：Ｒ−０９内蔵マイク レコーダー：Ｒ−０９ Ｓａｍｐｌｅ　Ｒａｔｅ：４４．１ｋＨｚ Ｒｅｃ　Ｍｏｄｅ：ＷＡＶ−１６ｂｉｔ GET ALONG TOGETHER by DC MIC 音源：オルゴール マイク：金田式ＤＣマイク（もどき） レコーダー：Ｒ−０９ Ｓａｍｐｌｅ　Ｒａｔｅ：４４．１ｋＨｚ Ｒｅｃ　Ｍｏｄｅ：ＷＡＶ−１６ｂｉｔ

（２００６年１１月７日）

（ちょっと妖しきシミュレーション：完全対称型ＤＣマイク　ＶＳ．ＧＯＡ　ＤＣマイク）



これは我が半導体ＤＣマイク（もどき）のＰＳｐｉｃｅ（評価版）回路イメージ。勿論音楽を愛する新単行本掲載の半導体ＤＣマイクを模倣したものでいわゆる完全対称型である。

新単行本に記載されているが、このマイクアンプの出力は入力インピーダンス１００ｋΩの録音アンプで受けることが正しい作法である。

これが、作法どおり１００ｋΩを負荷とした場合の特性。
上からピンクがクローズドゲインの位相。水色がオープンゲインの位相、黄色がループゲインの位相で両者は殆ど重なっている。次の赤がオープンゲイン、緑がループゲイン、そして青がクローズドゲイン。

クローズドゲインは３８ｄＢ。これはいにしえから不変のＤＣマイクアンプのゲイン設定値。ＤＣマイクの高感度を支える一つの要素だろう。
オープンゲインは低域で８２ｄＢ。これによって、ループゲインは低域で４４ｄＢである。ループゲイン≒ＮＦＢ量であるから、このＤＣマイクはクローズドゲイン設定が３８ｄＢと他のＤＣアンプと比較すると高い設定となっているものの、十分なオープンゲインを稼いでＮＦＢ量も適量となるよう設計されている訳だ。結果、ループゲインが０ｄＢに沈むポイントも１ＭＨｚ付近と常識的で、位相関係もごく素直。良い設計だ。（＾＾）

代わってこちらは時空を超えた旧単行本掲載のＤＣマイクのＰＳｐｉｃｅ（評価版）回路イメージ。この時代だからいわゆるＧＯＡ型であるが、２段差動アンプにＰＰエミッタフォロアを付加した非常にオーソドックスな回路構成である。

これも負荷を１００ｋΩとして同様に観てみる。

上からピンクがクローズドゲインの位相。水色がオープンゲインの位相、黄色がループゲインの位相で両者は殆ど重なっている。次の赤がオープンゲイン、緑がループゲイン、そして青がクローズドゲイン。

クローズドゲインは３８ｄＢ。いにしえから不変のＤＣマイクアンプのゲイン設定値だ。オープンゲインは低域で７２ｄＢと完全対称型より１０ｄＢ低い。これによってループゲインも低域で３４ｄＢとなり、ループゲイン≒ＮＦＢ量であるから、このＧＯＡＤＣマイクは上の完全対称型ＤＣマイクと比較するとＮＦＢ量が低域では１０ｄＢ小さいということになる。この辺多少違いが出たが、その他で観るとループゲインが０ｄＢに沈むポイントは１ＭＨｚ付近と常識的であり、位相関係もごく素直で、こちらも良い設計だ。（＾＾）

負荷が変動した場合の特性はどうか。

先ずは負荷インピーダンス（要するに録音アンプ側の入力インピーダンス）を変えてみる。
パラメトリックシミュレーションで負荷ｒｖａｌ＝１００Ω、１ｋΩ、１０ｋΩ、１００ｋΩの場合を一挙に観る。

第一にオープンゲイン。
オープンゲインは、負荷１００ｋΩ時低域で８２ｄＢのものが、負荷１０ｋΩでは７４ｄＢ、負荷１ｋΩでは５８ｄＢ、負荷１００Ωでは３６ｄＢと、負荷によって大きく変動し、結果、ループゲイン≒ＮＦＢ量も負荷１００ｋΩ時低域で４４ｄＢのものが、負荷１０ｋΩでは３６ｄＢ、負荷１ｋΩでは２０ｄＢ、負荷１００Ωでは０ｄＢと、負荷インピーダンスの低下に伴って大きく低下することが分かる。って、これは完全対称型だから当然の結果だわなぁ・・・（＾＾；

第二はクローズドゲイン。
第一の結果ＮＦＢ量をある程度確保できる負荷１ｋΩ以上の場合はクローズドゲインを設定値の３８ｄＢ確保できるものの、ＮＦＢ量が０ｄとなる負荷１００Ωの場合はクローズドゲインを設定値確保できずそれが３２ｄＢとなってしまっている。

第三は位相。
位相補償はワンポール補償の電圧帰還型というオーソドックスなタイプであり、負荷変動には安定であることが分かる。

で、私見だが、このＤＣマイクは負荷１００ｋΩというより負荷１０ｋΩで動作させるのが最適なのではなかろうか。また、要するに一般的表現では録音アンプの推奨入力インピーダンス１０ｋΩ以上ということでもある。逆に言うと負荷１０ｋΩ以下にするのは妥当でない。負荷が１０ｋΩ以下に下がるほどにＮＦＢ量が大幅にダウンし、ＤＣマイク本来の音が出なくなる可能性がある。結論としては、この完全対称型ＤＣマイクは、完全対称型という回路形式故に低インピーダンス負荷ドライブ能力にそもそも欠けると考えるべきなのである。録音アンプ数台をパラにしてこのＤＣマイク出力を同時に受けるという使い方は、この完全対称型ＤＣマイクの場合は要注意なのだ。各録音アンプの入力インピーダンスを良く調べて、パラ計算で１０ｋΩ以下になるようなら、それは止めるべきなのだ。

同じことをＧＯＡＤＣマイクで行う。
負荷が変動した場合の特性はどうなるのか。

一目瞭然。（爆）（＾＾；

問題は第一のオープンゲインなのだが、こちらは負荷が変動してもオープンゲインは殆ど変化しない。７２ｄＢのオープンゲインが負荷１００Ωの場合に６９ｄＢと３ｄＢ低下する程度だ。従って第二のループゲイン≒ＮＦＢ量も殆ど変化せず、オープンゲインと同様に負荷１００Ωの場合に３１ｄＢと３ｄＢ低下するだけだ。結果クローズドゲインはどの場合でも３８ｄＢの設定値を確保し、位相関係も全く安定を維持したままだ。

完全対称型と違うこの結果は、ＧＯＡ形式が増幅動作を２段差動アンプに任せ、終段ＰＰエミッタフォロアを文字どおりバッファ（緩衝帯）として使っているからである。要するに、終段ＰＰエミッタフォロアは負荷の変動が２段差動アンプの増幅動作に影響を与えないために存在しているのであるから、この結果は当然の結果であり、逆に言えばこの結果でなければ終段ＰＰエミッタフォロアを加える意味などないのである。

で、私見だが、このＤＣマイクは完全対称型ＤＣマイクと異なり、負荷インピーダンスに気を使う必要性は実用上殆どない。録音アンプの入力インピーダンスは１０ｋΩ以上を確保されているのが普通であるからだ。また、録音アンプを数台をパラにしてＤＣマイク出力を送ってやるという場合も、このＧＯＡＤＣマイクなら余り心配する必要はない。このＧＯＡＤＣマイクなら負荷が１００Ωとなってもその動作に殆ど本質的変化がないからだ。さらに、インピーダンス数１００Ωのヘッドフォンなら直接ヘッドフォンでモニターしても大丈夫だろう。ＧＯＡＤＣマイクはそのぐらいの低負荷インピーダンスドライブ能力がある。この点は上の完対ＤＣマイクに対するＧＯＡＤＣマイクの際立ったアドバンテージである。

次に、容量負荷耐性を観る。

先ずは完全対称型だが、負荷インピーダンスを１００ｋΩとして、容量については、これとパラにパラメトリック解析でｃｖａｌ＝１００ｐＦ、１０００ｐＦ、１００００ｐＦ。これで負荷に容量がパラになった場合の特性がどうなるかを観る。

結果がこれだが、分かりやすい結果だ。（＾＾）

要するに、容量のインピーダンスが１００ｋΩにパラのインピーダンスになって、この結果、その合成インピーダンス値に比例してオープンゲインが決定されるという、完全対称型のオープンゲイン決定則がそのままなのである。
容量のインピーダンスは当然周波数が高くなるほどに低くなるし、そのインピーダンスが低下を始める周波数は容量値が大きいほどに低くなる。

結果、容量負荷が無かった場合には５．５ｋＨｚだったオープンゲインのｆｃ（△３ｄＢポイント）は、容量負荷が１００ｐＦの場合は５ｋＨｚ、１０００ｐＦの場合は３．５ｋＨｚ、１００００ｐＦの場合には９００Ｈｚと、容量に比例して下がっていくのである。

これに伴い、パラになる容量が大きくなるほどに高域のＮＦＢ量が減ってしまうから、音に影響する可能性が高い。また、１００００ｐＦがパラになった場合はループゲインが０ｄＢに沈むポイントも１３０ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚに低下し、結果クローズドゲインのｆｃも１３０ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚと低下しているので、１ＭＨｚ方形波は三角波的に鈍ってしまうだろう。要するにスルー・レートもかなり小さくなりそうだ。

私見だが、この完対ＤＣマイクの許容容量負荷は、１０００ｐＦまでが限度といったところだろう。まぁ、普通にプライベート録音に使う分には十分だと思うが、業務用途には向かないことは確かだ。

ただ、完全対称型の回路形式により、この場合如何なる容量負荷に対しても動作安定性が確保されるのは完対ＤＣマイクの利点と言えるだろう。

同じことをＧＯＡＤＣマイクで行う。

結果がこれだが、おぉっと！これはいけない。容量負荷が１００００ｐＦの場合クローズドゲインの１．２ＭＨｚ付近に７ｄＢ程度のピークが生じている。１０００ｐＦでもピークは生じていないが４ＭＨｚ付近で周波数特性が盛り上がっている。これだと１００００ｐＦの場合高域で発振してしまう可能性が高い。要するにＧＯＡＤＣマイクの場合は容量負荷で動作安定性が損なわれる恐れがあるのである。

その理由は、この特性図を観れば明らかで、アンプ出力に容量負荷が繋がっても終段ＰＰエミッタフォロアのバッファ効果でオープンゲインは殆ど変化しないのに、オープンゲインの位相の方はパラ容量が大きいほどに回転を早めてしまうという、ゲインと位相回転の分離現象を起こしてしまうからだ。

これは危険だ。完対ＤＣマイクと違って、ＧＯＡＤＣマイクは容量負荷に要注意だ。

な〜んて。（＾＾；

まぁ、それは事実なのだが、別に対策が無いわけではない。下のようにアンプ出力に小抵抗をシリーズにすればこの問題は解決する。（＾＾）
この手法は、いにしえにＧＯＡプリアンプ等で採用されていたので別に目新しいものでもなんでもないのだが、早速その効果を観る。

結果はこう。

たかが４７Ωの抵抗を一つ入れただけで１００ｋＨｚ以上の位相回転は大幅に押さえられ、結果１００００ｐＦが負荷にパラになっても全く安定に動作する状態になった。しかもループゲインが０ｄＢに沈むポイントもクローズドゲインの高域ｆｃも殆ど変化せず１ＭＨｚをキープしているから、完対ＤＣマイクの場合と異なり、１ＭＨｚの方形波も殆ど鈍ることなく通るものと思われる。
実のところ、シミュレーションではパラ容量が１０００００ｐＦ＝０．１ｕＦ程度までなら殆ど問題なさそうな結果なのだ。ＰＰエミッタフォロアのバッファ効果とは絶大なものだ。（＾＾）

という結果を受けて、であれば完対ＤＣマイクの方も出力に４７Ωをシリーズに繋げば容量負荷耐性が高まるのではないかと素人は考えたりするわけだが・・・（＾＾；

ざ〜んねん！ながらそうは問屋が卸さない。（＾＾；

容量が大きくなるほどに高域のオープンゲインが小さくなってしまうのは同じで、これは本質的な回路形式からくるものなので小手先の手法では何ともならないのである。

と、言うわけで、完全対称型ＤＣマイクとＧＯＡＤＣマイクではどちらが優れていると言えるだろうか？　という命題にはどう答えるべきか。

私見になるが、もし完全対称型ＤＣマイクの音がＧＯＡＤＣマイクと同等であるならば、完全対称型ＤＣマイクには存在価値はない。というぐらいＧＯＡＤＣマイクの方が優れている。と言うべきだろう。

完全対称型ＤＣマイクは、負荷条件の汎用性が低く、本来マイクのごく近くに録音機を設置して使用すべきマイクなのである。これに対してＧＯＡＤＣマイクはかなり汎用性が高い。アマチュアがプライベート録音に使う位の普通の用途ではどちらでも実質差はないと思うが、より業務的に負荷インピーダンスや負荷容量などが厳しいヘビデューティな用途となると、完全対称型ＤＣマイクは全く向いていない。

多分、真空管ＤＣマイクはさらにそうだろう。

したがって、これらＤＣマイクの存在理由はただ一つ。“音”以外にない。

が、この点は他のＤＣマイクを持っていない私には判断のしようがない。ので、悪しからず。（爆）（＾＾；

（おまけ）


完全対称型はＧＯＡのようにバッファを持たない回路形式である。

だから完全対称型は、それぞれの想定負荷インピーダンスによって専用設計が必要だ。

完全対称型ＤＣマイクも、より低インピーダンスの負荷まで想定し、より大きな容量耐性まで持たせたいということであれば、それに合わせた設計が必要になる。

って、そんな大それたことを私ごときがやってもしょうもないのだが・・・（＾＾；

ＮＦＢ回路のインピーダンスを１／１０にして低インピーダンス負荷対応能力と容量耐性のアップを図ろう。この場合でも所要のＮＦＢ量が確保できるように２段目差動アンプの電流帰還抵抗を廃してオープンゲインを確保する。これで２段目差動アンプの出力インピーダンスは低くなってしまうという懸念は無用で、受け側の終段負荷抵抗も５１ｋΩ以下から５．１ｋΩ以下に低下するので問題はない。この最低限の変更で低インピーダンス負荷対応能力と容量耐性のアップを図る。

早速その特性を観る。
負荷ｒｖａｌ＝１００Ω、１ｋΩ、１０ｋΩ、１００ｋΩの場合のパラメトリックシミュレーション。

オープンゲインは、負荷１００ｋΩの場合８２ｄＢ、負荷１０ｋΩの場合８０ｄＢ、負荷１ｋΩの場合７０ｄＢ、そして負荷１００Ωの場合５１ｄＢ。
ループゲイン≒ＮＦＢ量は、負荷１００ｋΩ４４ｄＢ、負荷１０ｋΩの場合４２ｄＢ、負荷１ｋΩの場合でも３２ｄＢ、負荷１００Ωの場合は１４ｄＢであり、ループゲインが０ｄＢに沈むポイントも負荷１ｋΩまでは１ＭＨｚを確保している。
クローズドゲインも負荷１００ｋΩから１ｋΩまでならば３８ｄＢの設定値を確保している。
さすがに負荷１００Ωの場合は３６ｄＢに下がってしまう。

と、これなら負荷１ｋΩ以上で十分な実用性を持つ完全対称型ＤＣマイクになりそうだ。

容量負荷耐性はどうか。
ｃｖａｌ＝１００ｐＦ、１０００ｐＦ、１００００ｐＦの場合のパラメトリックシミュレーション。

なお、この場合２段目差動アンプの例の箇所に２ｐＦを入れて位相補正してある。

基本的には完全対称型なので、負荷容量に比例してオープンゲインとループゲインがより低域から低下を始めることに変わりはないが、それでもオリジナル状態よりはそれが大分高域に移動しており、結果ループゲインが０ｄＢに沈むポイントはパラの容量負荷が１００００ｐＦでも３００ｋＨｚとなっている。から、まぁ、なんとか１００００ｐＦの容量負荷に対しても実用範囲になったと言えるだろうて。

と、まぁこの設計でそれなりに汎用性は高まるように思うが、実際に作って試した訳ではないので果たしてこのシミュレーションどおり上手く行くかどうかは知らない。し、肝心の音がどうなのかなど一切分からない。ので、悪しからず。（＾＾；

（２００６年１１月１２日）