【回路】Reverse RIAA Amp.

【回路：逆RIAA特性のアンプを作る】

 【レコード再生には】
　若い人たちのあいだでレコード盤が密かなブームになっているそうです。　年配者には懐かしいだけかもしれませんが、若い人はあのころを何も知りませんから「古いものは新しい」のでしょう。残念ながら私は古い方の人です。（笑）

　久しぶりにレコードを再生してみたくなりました。　昔のオーディオセットをメンテナンスするのは楽しいと思います。だいぶ年数が経過したのでうまく復活するでしょうか？

　昔よりいくらか知識も増えたのでここは一つ「シンプルなイコライザ・アンプでも作ろうか」と思いはじめました。　真空管も良しディスクリートも良し・・・OP-Ampが高性能化したのでそれで作るのがトレンドでしょうか？　構想を巡らせるのは楽しいものです。（写真はLP盤とPhono Cartridge：昔のままです・笑)

　今は半導体回路が進歩したので、DC点火も容易になっています。少し注意すればブーンというハム音に悩まされることもないので真空管を持ち出しても良いでしょう。　しかしどうも大掛かりになってしまう感じです。　そうかと言ってICで作ったら面白くないですし・・・。　ディスクリートのトランジスタ回路で懐かしい回路をリバイバルしてみましょうか。　あまりレコード盤は持っていませんので深入りしない程度の製作が安全だと思っています。

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　はじめに断っておきます。イコライザ・アンプの設計製作は次の機会にしました。　まずは逆RIAA特性を持ったアンプを作ってみたいと思います。　NF型のイコライザ・アンプを設計していて、RIAA特性の負帰還ネットワークを計算していてたら逆特性の回路も簡単にできると思ったからです。　もし良いものができればネットワーク・アナライザと組み合わせて自作したイコライザ・アンプのフラットネスが管面から直視できるでしょう。ネットアナがなくても逆RIAAアンプを挟んだ周波数特性の平坦度を見ればよいわけで、RIAAイコライザ・アンプの評価はごく簡単にできるようになります。ちょっと面白そうなのでイコライザ・アンプの前に作ってみることにしました。
　オーディオが趣味でも逆RIAAアンプなんかに興味を持つ人は稀でしょう。　良い音の追及というよりも回路的な興味が優先したテーマです。　いくらかでもご興味を引かれたようでしたらご覧ください。　Hi-Fi再生に無関係でもありませんから。

 【RIAA特性とは】
　昔々、エジソンが蝋管蓄音機を発明した頃は拾った音をそのまま録音していたのかも知れません。　しかし、やがてレコード盤に記録するようになり、歪みなくしかもS/Nが良い記録方法を追及するようになりました。

　レコード盤に音の振動を記録するにあたって様々な研究が行われました。　その結果、レコード盤の物理的な限界やカートリッジの機械電気変換メカニズム、レコード針の特性などからフラットな周波数特性で記録したのでは最適ではないことがわかってきます。このあたりの詳しいことは電気音響工学の専門書を読んでいただくとして、ごく簡単にまとめておきます。

　再生を考えたとき、針飛びが起こりやすい低音の振幅を抑えた方が有利です。録音時に抑えた分だけ再生回路の方でブーストするわけです。　逆に盤面ノイズは高音域で耳につくため録音時に高域を強調しておきます。再生時にその分を抑えれば改善します。　従って録音時に低域を低減し高域を強調しておけば再生を考えた最適化ができるわけです。　ただし各社が好き勝手に低減や強調をやったらレコード盤の互換性がなくなってしまいます。（実はそういう時代もありました。後述）

　RIAA特性というのは米国のレコード工業会（Recording Industry Association of America：RIAA）が決めたレコード盤の録音特性のことです。その規格に従って低域の減衰と高域の強調がなされたレコード盤が製造されました。日本でも同等な特性を規格としてJISで規定しました。一般的にこの特性に従ったレコード盤が発売されていますから、再生側もそれに合わせる必要があります。

　レコード再生ではRIAA特性で録音されたレコード盤から平坦な周波数特性を引き出す必要があるわけです。　そのため、レコード・ピップアップに続くプリアンプ部分をRIAA特性に従って録音時と逆の周波数特性を持つように設計します。

　図はJISによるRIAA特性のグラフと周波数特性の一覧表です。録音側と再生側について規定されていますが、数値を見るとまったくの逆特性になっています。　レコード再生に使うプリアンプはこの特性が基本となるため非常に重要です。　市販のステレオアンプでもRIAA特性との偏差はこの数値との比較で示されています。
　市販ステレオアンプでは誤差が±0.5dBならかなり優秀であり、±1.0〜2.0dBくらいがスペックになっているものが多いようです。スペックが省かれているような（書くことができない？）製品も多いようでした。　一般にかなり甘い規格になっているのでしょう。

 【逆RIAA特性のアンプ】
　逆RIAA特性を持ったアンプの回路です。　詳しくはありませんが、レコード・カッターで録音するときにもカッティング・アンプのどこかにこう言った特性を持った回路が使われているのではないかと思います。

　逆RIAA特性ですから、低域は減衰し高域は強調される特性になっています。　回路図のC1、C2、R1、R2がRIAA特性を決めるRIAA特性ネットワークです。　R3は高域で効き過ぎないようにするためのオプションですが入っている場合が多いと思います。　全体のゲインはR4で変えられます。　ここでは1kHzにて0dB（=1倍）になるように設計してあります。
　また、R4と並列のC6（=47pF）は重要で、アクティブな回路で逆RIAA回路を構成した場合には不可欠です。　これが無いと可聴域の外で想定以上に特性の盛り上がりが起こり場合によっては発振します。必ず入れておきます。

　このアンプは測定用が目的です。あまり「音楽性」は追及しないため汎用のOP-Ampを使っています。　高域が上昇する周波数特性ですが、たかだか25dB程度のゲインなのでオープンループゲインの周波数特性が問題になることはないでしょう。 J-FET入力のLF356Hを使っています。　出力部にはアッテネータが付けてあります。　このアンプの後にくる測定対象の「プリアンプ」はハイゲインですから減衰させておく必要があります。

　なお、この逆RIAAアンプの目標精度は上表の逆RIAAカーブに対して±0.5dB以内としておきます。アンプ部のゲインは1kHzにおいて0dBとしました。レコード・ピックアップの出力に合わせ、減衰された出力も用意しておきます。

 【シミュレーションしてみる】
　理屈ではうまく行くはずでも、シミュレーションしておくと安心です。　おおよその様子が製作する前につかめますので・・・。

　RIAAネットワーク部分の部品定数が細かく書いてありますが、これは実際に製作することを目的に部品集めをした結果を反映したものです。　計算値どおりの定数を持った部品を揃えるのは難しいため、極力誤差が少なくなるように選別した上で妥協するわけです。　それでも設計値との違いは0.2％くらいになっています。

　RIAAネットワークの設計方法は次回にでも扱いたいと思います。　簡単に言うと、まずは必要なゲインおよび回路動作から考えて不合理が起こらないように考えます。　ここではC1を最初に選ぶ方法で出発しています。　C1には表示が4020pF（誤差2%）というスチコンを使いました。このC1が実測で4035pFでしたので、それを計算の出発点にして他の部品定数を求めるわけです。その計算結果に基づいてC2、R1、R2、R3を集めました。（注：文中の部品番号はシミュレーション用の回路図のものではなくて一つ上の図面のものです）

　部品定数が決まったところで、例によってLT-SPICEに図のように回路をインプットします。　OP-AmpはLF356Hがライブラリにはないため、同等以上のLT社製品を選んでいます。　可聴域ですからOP-Ampの違いがシミュレーション結果に現れる可能性はほとんどありません。気になるようなら別のOP-Ampに置き換えてやってみたらよいでしょう。

 【カーブ・プロット】
　シミュレーション結果です。　先に見たJISの特性一覧表と比較検討します。　図のようにカーソルを２つ表示して簡単に読み取ることができます。

　1kHzにてゲインがほぼ0dB（=1倍）になるようにR4を決めてあります。　R4にパラの47pFの効き方などシミレーションで確認しておきました。　可聴域の上にある盛り上がりをもう少し抑えたいところですが、これ以上やるとRIAA特性の高域に影響が出るのでこの程度にしておきました。

　シミュレーション結果を見ると綺麗な逆RIAA特性が得られることがわかりました。  設計したRIAAネットワークは（１）入力側の信号源インピーダンスはゼロである、（２）出力側の負荷インピーダンスもゼロである、・・という前提のとき最高性能を発揮します。　OP-Ampでドライブしますので信号源インピーダンスはわずか数Ωですし負荷側はOP-Ampのイマジナリ・ショートですからインピーダンスはほぼゼロと考えられます。　したがってかなり理想に近い状態です。　よい性能が得られるのでしょう。

 【逆RIAAアンプを試作する】
　シミレーションだけでは絵に描いた餅の状態です。　実際に試作してみましょう。

　簡単な回路なので短時間で組み立てられました。　OP-AmpにはOP-16というPMI社（現ADI社）の製品を使っていますが、これはLF356Hの同等品（改良型）です。　在庫を探していたら最初に出てきたので使ってみたまでで特に意味はありません。　回路図通りにLF356Hで十分だと思います。

　なおU1はかなり容量性の負荷になるため容量性負荷でも安定なOP-Ampを使う必要があります。　ほかのOP-Ampに代替可能ですがC-MOS OP-Ampの一部には容量性負荷に弱いものがあるので注意します。　本格的に2チャンネル分製作して自作プリアンプの試聴用に使いたいのでしたら、LF356Hだってけして悪くはないのですが一段と音響特性に優れると言われるOP-Amp・・・例えばLME49720（LM4562NA）、NE5532、JRCのMUSEシリーズなどがお薦めできます。

 【RIAAネットワークがキーポイント】
　何と言ってもRIAAネットワークがキーポイントです。　この部分の誤差が特性にそのまま現れます。OP-Amp部分は低周波ですから理想のアンプに十分近いため影響はほとんどないのです。

　コンデンサ：C1とC2にはスチコン（スチロール・コンデンサ）を使いました。C2は容量合わせのためにディップド・マイカを補っています。　いずれにしても電気的にも音響特性的にも優れたコンデンサです。　抵抗器も金属皮膜抵抗を使いLCRメータなどを用いて実測しながら２本あるいは３本の合成で必要な値を得ています。ここではコンデンサ、抵抗器ともに±0.2%以下の誤差に合わせ込んであります。

　いずれ（逆ではない）RIAA特性を持ったプリアンプを製作しますが、その際にもそのまま使えるような部品定数を選んでおきました。　プリアンプはステレオで作りますので2つのチャネル間で特性差がでないように２組をよく合わせてやらねばなりません。

 【1,000Hzを発生する】
　テスト信号の発生にはシンセサイザ式のレベルジェネレータを使いました。　熱電型のレベル安定回路を内蔵しているため周波数を変えても安定した信号レベルが得られます。

　1,000Hzが基準になります。　ここでは-10dBm（600Ω）あるいは、0dBm（600Ω）を基準に測定しています。　測定周波数範囲は30Hz〜20kHzです。　一般的なRC発振器でも大丈夫ですが、周波数によってレベル変動がないことを確認してください。　あるいは入出力のレベル比較法によって周波数特性を求めるようにしないと正しい評価ができません。　レベル計は比較だけの目的に使い、アッテネータの読みからゲインを求めるといった方法も必要になるかもしれません。　測定精度が悪いとシビアに部品を選んだ効果がわからなくなくなってしまいます。

 【1,000Hzのゲイン調整】
　測定の便から、1,000Hzにてちょうど0dB（=1倍）のゲインに調整することにしました。 R3の一部をVR（可変抵抗器）にして1,000Hzでゲインを微調整します。

　相対値で比較してもよいので、ゲインは無調整でも大丈夫です。1kHzにおけるゲインを測定しておいて後で差し引けば良いわけです。　1kHzでゲイン=0dBになっていれば読み取るだけで良いため面倒がないというだけの話です。

　次項の写真のように２針式の電子電圧計を使うことにして、IN/OUTの信号レベルを常に監視して測定しました。

 【1,000Hzのゲインは0dB】
　アナログなレベル計では読み取り可能な数字はせいぜい3桁です。（それもかなり難しい）　測定を終わってからデジタル表示のレベル計を使えばよかったと思ったのですが結果的にはこれでもまずまずでした。

　なお、この2針式の電子電圧計は修理・校正を行なったばかりです。　２つのチャネルとも周波数の平坦度は良好でチャネル間も良く揃っていました。この辺りがきちんとしていないと何をやっているんだか・・・となってしまいます。

（参考）写真の電圧計は経年劣化のためレンジ切り替えのリレー接点が不安定になっていました。　オープン型のリレーではまた劣化するため、接点が密閉されているマイクロリードリレーに置き換える改造を行ないました。そのあとで周波数特性を合わせてあります。安価な電子電圧計なので部品のクオリティが低いのはある程度やむを得ませんが多少の改造でグレードアップできます。

 【逆RIAA特性の誤差は】
　わかりやすくするためにRIAA特性表の数字と実測値との差をグラフにしてあります。　最初の方にある一覧表では0.01dBの桁まで数字が書いてありました。　アナログな電圧計ではそこまでは読めないので、0.05dBくらいの読み取りで我慢しました。

　ご覧のように想定していた±0.5dBの目標誤差範囲は簡単にクリアできました。　20kHzで少し悪くなってきますが、それでも-0.3dBくらいのようです。　悪くない結果が得られています。　RIAAネットワークの部品誤差を小さくした効果が十分現れています。

　この逆RIAA特性のアンプはプリアンプのRIAA特性を測定するときに使います。従って可能な限り誤差が小さい方が好ましく、このグラフくらいの特性が得られていればまずまずだろうと思います。 本格的に製作しても大丈夫でしょう。　 いろいろ調査していたら米国ではこうした逆RIAA特性のフィルタがマニア向けに市販されているようでした。ただし誤差についてのSpecがないものが多いのは不思議です。ざっと見て±0.5〜1dBの誤差はありそうでした。アバウトでも十分だと思っているのかも知れませんね。（参考：0.5dBの誤差はパーセントでいえば、約6%の誤差になります）

【参考：RIAA特性以前】
　RIAA特性の調査の過程でRIAA特性に統一される以前の録音特性データが見つかりました。　RIAA特性は1954年にRCA社が開発したLP盤、EP盤共通の録音再生特性：New Orthophonic特性に基づいて決めたものだそうです。（図の下段中央の特性）　この時代はRCA社がラジオやオーディオの世界に君臨していましたからね。長いものに巻かれたのでしょう。w　私がオーディオに興味を持ったのは45/45方式ステレオレコードのEP盤やLP盤が全盛の1960年代ですから既にRIAA特性に統一されていました。

　統一された初期の頃はまだ以前の特性のままプレスされていたレコード盤も存在したようです。　原音再生マニアはそうした特性に合わせたイコライザを用意していたと言う話を聞いた（読んだ）ことがあります。　メーカー製品ではイコライジング・ネットワークの部分をプラグイン式にして交換可能にしたものもあったようでした。　おそらくどんな音源でも正しく再生する必要のあるプロフェッショナル・オーディオでの話しでしょうね。　その後はRIAA特性に統一され補正曲線の形を意識する必要もなくなりました。それはいまでも続いています。　以上、参考までに。

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　CD盤が登場したころ同じ内容のレコード盤と聴き比べたことがありました。　確かにS/Nは抜群ですし、ホコリや傷によるスクラッチノイズも皆無とあって素晴らしいことはわかりました。チープなステレオセットやラジカセで音楽を聴いていたような層には非常に満足できるメディアだったでしょう。しかし良質のレコード・カートリッジと高性能ステレオ・コンポでのレコード盤再生と比べるとCD盤はなぜか生気が失われたように感じられたのです。
　同じように感じた人も多かったようでCDの音の悪さについては可聴域外の特性が影響するからだとか様々に言われたものでした。　おそらく音楽メーカーもCD盤という記録メディアに慣れていなかったのでしょう。　いまはずっと良くなっていて、かなり聞き込んでも不満は感じられなくなりました。CD盤に向いた音作りが上手になったと言うことかも知れません。扱いが楽なのでレコード盤よりも良いです。　いやいや、それどころか最近はシリコンチップの音を聞いているありさまです。

　若かったころ聞いたレコード盤の音を懐かしく思います。その当時からプリアンプは変遷を続けていました。　オーディオから遠ざかる直前には差動増幅２段のOP-Ampの内部回路に近い形式のプリアンプになっていました。そうした形式のアンプは物理的な特性は素晴らしく向上していたと思います。
　しかし本当に耳に残っているのは後世のそれではありません。もう少し前の球や石で作った２〜３段増幅のプリアンプだと思うのです。もちろんDCアンプ形式ではありません。　それが本当に良い音だったのか自信はありませんが・・・。ただ懐かしく耳に残っているだけですから。
　性能の良いデバイスの登場もあって当時のプリアンプ回路を再現するのは容易でしょう。ぜひ確かめてみたいと思います。　案外そうした回路のアンプの方が良かった・・・なんていうことになるかも知れませんよ。（笑）　ではまた。　de JA9TTT/1

「つづき」があります。（→こちら）

（おわり）nm


注：計測可能な電気的性能はともかくとして、音楽性など感性に関わる話しは単に筆者個人の感想や主観であって普遍的なものではありません。一つの見方や考え方を書いたものであって、他者に対して強制あるいは推奨する意図は含まれていません。オーディオは単なる趣味ですから各人がそれぞれに楽しめば良いはずです。