パワーアンプ付き真空管増幅器
【課題】電力増幅器（パワーアンプ）を使用した真空管アンプにおいても、スピーカの周波数特性の影響を受ける装置を提供すること。
【解決手段】真空管アンプ２０からの出力電圧のレベルをレベル調整部３０で調整しこれを電力増幅部４０に入力する。電力増幅部４０の正相電圧増幅器４１によって、スピーカ５０に電流が供給されスピーカ５０を駆動する。このスピーカ５０の駆動電流は電流検出部６０で検出され、この検出電流に応じた電圧が差動増幅器１０の反転端子に入力されるようにして負帰還ループが形成されているので、半導体素子で製造した電力増幅部４０を備えた構成としても、真空管アンプ２０のようにスピーカ５０の周波数特性の影響を受けることになる。
【解決手段】真空管アンプ２０からの出力電圧のレベルをレベル調整部３０で調整しこれを電力増幅部４０に入力する。電力増幅部４０の正相電圧増幅器４１によって、スピーカ５０に電流が供給されスピーカ５０を駆動する。このスピーカ５０の駆動電流は電流検出部６０で検出され、この検出電流に応じた電圧が差動増幅器１０の反転端子に入力されるようにして負帰還ループが形成されているので、半導体素子で製造した電力増幅部４０を備えた構成としても、真空管アンプ２０のようにスピーカ５０の周波数特性の影響を受けることになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空管アンプの後段にパワーアンプを備えた真空管増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを使用して真空管アンプの出力特性を模擬したものが実現されているが、半導体デバイスを使用して真空管アンプの出力を模擬することには限界があり、実際に真空管アンプの特性を忠実に再現するための装置が提案されている。例えば、真空管アンプの後段側に、電流増幅器と電圧増幅器の直列接続からなる回路を配置し、更に、この電流増幅器と電圧増幅器の間にスピーカを配置し、電流増幅器の増幅率Ａｃと電圧増幅器の増幅率Ａｖとの間に「Ａｃ×Ａｖ＝−ｋ（ｋは定数）」なる関係を持たせると、真空管アンプから負荷側を見た時のインピーダンスが、当該出力信号変換装置からスピーカを見た時のインピーダンスと略同一となり、あたかも真空管アンプが直接スピーカに接続されているようになる。この結果、真空管アンプの出力特性を維持しながら所望のレベルに増幅または減衰させることができる出力信号変換装置を実現することができた。確かに、この装置によれば、必要最小限の真空管を用いて大出力から小出力まで任意の出力信号を得ることのできるものであったが、例えば２連のボリュームを用いて、電流増幅器の増幅率Ａｃと電圧増幅器の増幅率Ａｖに一定の関係を持たせながら、ＡｃとＡｖとを同時に変化させると、余程高精度の２連のボリュームでないと、回路系の安定度が不安定となり発振現象が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６８３３２号公報（第３−５頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スピーカのインピーダンスは、一般的に周波数特性を持っている（スピーカの周波数特性）。つまり、スピーカのインピーダンスの大きさは周波数によって変化する。真空管アンプにあっては、その出力インピーダンスが大きいため、真空管アンプはこのスピーカの周波数特性の影響を受けやすいものとなっている。しかしながら、半導体素子（Ｔｒ等）を用いて製造される出力インピーダンスの小さなパワーアンプ（電力増幅器）は、スピーカの周波数特性の影響を受けにくいものであった。
【０００５】
そこで、本発明は、出力インピーダンスの低い電力増幅器（パワーアンプ）を出力段に使用した真空管アンプにおいても、スピーカの周波数特性の影響を受ける装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ（２０）と、この真空管アンプ（２０）の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部（３０）と、少なくとも正相電圧増幅器を有して成り、前記レベル調整された電圧を入力して電力増幅する電力増幅部（４０）と、この電力増幅部（４０）に接続されたスピーカ（５０）と、このスピーカ（５０）に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部（６０）と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部（６０）からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器（１０）とを備え、この差動増幅器（１０）の出力が前記真空管アンプ（２０）の入力電圧信号となる構成としたことを特徴とした。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、その構成を図８に示すように電力増幅器４０の正相電圧のみを使用する（換言すれば逆相電圧を使用しない）ことも考えられる。即ち、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ（２０）と、この真空管アンプ（２０）の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部（３０）と、レベル調整された電圧を入力し（正相で）電力増幅する電力増幅部（４５）と、この電力増幅部（４５）の出力に直列に接続されたスピーカ（５０）と、このスピーカ（５０）に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部（６５）と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部（６５）からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器（１０）とを備え、この差動増幅器（１０）の出力が前記真空管アンプ（２０）の入力電圧信号となる構成としたことを特徴とするパワーアンプ付き真空管増幅器も提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力増幅器（パワーアンプ）を使用した真空管アンプにおいても、スピーカの周波数特性の影響を受ける装置を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本装置１の構成図である。
【図２】真空管アンプ２０の構成図である。
【図３】動作の説明図である。
【図４】動作の説明図である。
【図５】動作の説明図である。
【図６】電流検出部６０の構成図である。
【図７】パワーアンプの内部構成の説明図である。
【図８】他の装置構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る装置である真空管アンプの後段にパワーアンプを備えたパワーアンプ付き真空管増幅器１の構成図である。本装置１は、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ２０と、この真空管アンプ２０の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部３０と、正相電圧増幅器および逆相電圧増幅器とから成り、前記レベル調整された電圧を入力して電力増幅する電力増幅部（以下、単に「パワーアンプ」とも記す）４０と、この電力増幅部４０の正相電圧出力側に接続されたスピーカ５０と、このスピーカ５０に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部６０とを有している。
【００１２】
更に、本装置１は、この電流検出部６０の出力電圧を自身の一方の入力端子に入力すると共に、外部からの楽音信号を自身の他方の入力端子に入力可能な差動増幅器１０とを備え、この差動増幅器１０の出力が真空管アンプ２０の入力電圧信号となる構成として負帰還ループを形成している。かくして、本装置１は全体としてこの負帰還ループによってその動作が制御される。また、逆相電圧出力部は電流検出部６０を介してスピーカ５０に接続されている。
【００１３】
図６は電流検出部６０の内部構成の説明図である。電流検出抵抗Ｒｉの両端の電圧は差動増幅器６２に入力され、差動増幅器６２の出力が負帰還されるようになっている。また、電流検出抵抗Ｒｉの高電位側のＳ点には、パワーアンプ４０の正相電圧出力部に接続されると共に、低電位側のＩ点には、パワーアンプ４０の逆相電圧出力部が接続されている。図７（ａ）は、正相で電圧を増幅する正相電圧増幅器４１と逆相で電圧を増幅する逆相電圧増幅器４２とを有するパワーアンプ４０の構成が示されている。このようなパワーアンプ４０は、通常、ＢＴＬ（Bridged Transless）と称される。図１の構成例は、ＢＴＬ構成を用いて電源電圧を下げても大きな振幅を出力させるために逆相電圧出力を使用した構成としている。図７（ｂ）に示すものは、正相電圧増幅器４１から正相電圧を出力するが、逆相電圧増幅器４２に対応する部分を接地している。このような構成のパワーアンプ４０を使用して正相電圧のみをスピーカ５０に供給する態様も考えられる。このようなパワーアンプを使用した装置構成については後に図８を参照して説明する。
【００１４】
図２は真空管アンプ２０の具体的な構成図である。本実施形態においては、真空管アンプ２０は５極管を用いて構成している。カソードＣには、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との並列回路の一端が接続されており、この並列回路の他端は接地されている。プレートＰには、抵抗Ｒ３を介して１００（Ｖ）の直流電圧（１００Ｖ ＤＣ）が供給されている。また、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３との直列回路の一端に１００（Ｖ）の直流電圧（１００Ｖ ＤＣ）が供給されており、この直列回路の他端は接地されている。更に、抵抗Ｒ３とプレートＰとの接続点にはコンデンサＣ４が接続されており、このコンデンサＣ４には出力端子が接続されていて、この５極管で増幅された信号が出力端子から出力される。そして、第１のグリッドであるコントロールグリッドＧ１と、第２のグリッドであるスクリーングリッドＧ２と、第３のグリッドであるサプレッサーグリッドＧ３の３つのグリッドが設けられていて、これら３つのグリッドが５極管の安定な増幅動作を実現している。
【００１５】
コントロールグリッドＧ１には、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との接続点が接続されており、この抵抗Ｒ１のコンデンサＣ１との接続点と反対の一端は接地されている。このコンデンサＣ１には入力端子が接続されていて、この入力端子から信号入力が行われるので、コントロールグリッドＧ１には信号の交流成分が供給される。また、スクリーングリッドＧ２は、抵抗Ｒ４とノイズバイパス等を作用を有するコンデンサＣ３との接続点に接続されており、正の電圧が供給されている。そして、サプレッサーグリッドＧ３は、カソードＣに接続されている。なお、カソードＣには不図示のヒータが接続されている。
【００１６】
さて、カソードＣから放射された電子がプレートＰに到達することによって電流が流れるのであるが、先ず、コントロールグリッドＧ１でその到達量が制御される。次いで、正の電圧が供給されたスクリーングリッドＧ２は、カソードＣから放射されコントロールグリッドＧ１を通過した電子を加速することによって、放射電子のプレートＰへの到達効率を向上している。そして、プレートＰ中の自由電子が、このプレートＰに到来した電子に弾き飛ばされ反射放出され、これが今度はスクリーングリッドＧ２に引き寄せられ、当該スクリーングリッドＧ２の電流が増加してしまう。そこで、カソードＣに接続されているサプレッサーグリッドＧ３を設けることによって、プレートＰから弾き飛ばされて反射放出された電子をプレートＰ側に再度反射する。かくして、出力端子から安定した電圧増幅信号が出力されることになる。
【００１７】
例えば「Ｃ１＝１μ（Ｆ）、Ｒ１＝２２ｋ（Ω）、Ｒ２＝１ｋ（Ω）、Ｃ２＝１００μ（Ｆ）、Ｒ３＝１２ｋ（Ω）、Ｒ４＝４．７ｋ（Ω）、Ｃ３＝１０μ（Ｆ）、Ｃ４＝０．１μ（Ｆ）」とすると、約１０倍の電圧増幅度で安定した電圧増幅信号が得られることを確認している。入力電圧のレベルが小さな時には真空管特有の非線形増幅による歪を有して電圧信号が増幅される。また、真空管アンプ２０の入力端子は、差動増幅器１０の出力と接続されており、一方、真空管アンプ２０の出力端子はレベル調整部３０に接続されている。
【００１８】
レベル調整部３０は、例えばボリューム等の可変抵抗器で実現される。このボリュームは、例えば、反時計方向一杯に回転部を回す操作を行うとその抵抗値が最小となり、徐々に時計方向に回転部を回すとその抵抗値が徐々に大きくなって時計方向一杯に回転部を回すとその抵抗値が最大となる可変抵抗器である。このように、回転部の回動操作によってその抵抗値が最小値から最大値まで変化するボリュームを採用すれば構成が簡素になって好ましい。なお、抵抗値が最小時には真空管アンプ２０からの出力電圧のレベルが最小となる一方、抵抗値が最大時には真空管アンプ２０からの出力電圧のレベルが最大となる。そして、差動増幅器１０の非反転端子である「楽音信号入力端子」には、ギター等の各種の楽音信号が入力されて真空管特有の非線形増幅特性の増幅作用による歪効果等が付与された楽音信号がスピーカ５０から出力される。
【００１９】
（他の構成例）
図８は、前述した、パワーアンプの正相出力電圧のみを使用し逆相出力電圧を使用しない装置構成例である。この装置は、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ２０と、この真空管アンプ２０の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部３０と、レベル調整された電圧を入力し正相電圧の電力増幅を行うパワーアンプ４５と、このパワーアンプ４５の正相電圧出力部に直列に接続されたスピーカ５０と、このスピーカ５０に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部６５とを有している。
【００２０】
そして、電流検出部６５は、一端がスピーカ５０に接続されると共に他端が接地される電流検出抵抗Ｒｉと、このＲｉにおける電位差を入力して差動電圧として出力する差動増幅器６７とを有して構成されている。より具体的には、電流検出抵抗Ｒｉの高電位側に差動増幅器６７の一方の入力端子である「＋」側の入力端子が接続されると共に、電流検出抵抗Ｒｉの低電位側（接地点）に差動増幅器６７の他方の入力端子である「−」側の入力端子が接続されている。そして、電流検出部６５からの電圧は、差動増幅器１０の一方の入力端子に入力されることによって負帰還ループが形成されている。なお、以下に動作説明を行うが、図１に示した装置の動作と図８に示した装置の動作は基本的には同じである。かくして、パワーアンプの正相電圧増幅器のみを使用した装置構成でも良いし、また、正相電圧増幅器および逆相電圧増幅器を使用した装置構成でも良いので、少なくとも正相電圧増幅器を使用した装置構成とすることができる。
【００２１】
（動作）
次に動作を説明する。今、図３（ａ）にスピーカ５０のインピーダンスの周波数特性の一例を示しており、横軸は周波数（Ｈｚ）で縦軸は抵抗値（Ω）である。スピーカ５０のインピーダンスが大きくなると、抵抗Ｒｉに流れる電流値は小さくなり、抵抗Ｒｉでの電圧降下は小さくなる。この結果、負帰還の量が小さくなるので、図１のＡ点（パワーアンプ４０の正相電圧出力端）での電圧は増加する。一方、スピーカ５０のインピーダンスが小さくなると、抵抗Ｒｉに流れる電流値は大きくなるので、抵抗Ｒｉでの電圧降下は大きくなる。この結果、負帰還の量が大きくなるので、図１のＡ点（パワーアンプ４０の出力端）での電圧は減少する。この様子を図３（ｂ）に示しており、図３（ｂ）は横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に電圧（Ｖ）をとっている。図３（ａ）に示すように、周波数Ｐ１でスピーカ５０のインピーダンスは最大になるが、この時、図３（ｂ）に示す様に周波数ＶＰ１でのＡ点の電圧は最大となる。その後、周波数がＰ１を超えてスピーカ５０のインピーダンスが徐々に小さくなって行くと、Ａ点での電圧も徐々小さくなって行く。更にその後、再度スピーカ５０のインピーダンスが徐々に大きくなって行くと、Ａ点での電圧も徐々に大きくなって行くことになる。
【００２２】
このように、スピーカ５０のインピーダンスの大きさは周波数によって変化するため、スピーカ５０に流れる電流も周波数によって変化する。よって、周波数が変化することによって抵抗Ｒｉに発生する電圧降下が変化する。そして、負帰還量が周波数によって変化するため、装置１のように半導体で製造したパワーアンプ４０を備えていても、真空管アンプ２０単体のように、スピーカ５０の周波数特性の影響を受ける装置１を実現できることになる。
【００２３】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、夫々、レベル調整部３０（具体的にはボリューム）を操作し、「抵抗小（電圧レベル小）」、「抵抗中（電圧レベル中）」、「抵抗大（電圧レベル大）」の３種類の抵抗値となるようにした時のＡ点での電圧の時間変化を示している。各図において横軸は時間（ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を示している。抵抗値が小さい程、電力増幅部４０（パワーアンプ）の出力は小さくなるが、これに伴って負帰還量も小さくなるため真空管アンプ２０に入力される信号のレベルは大きくなって、真空管アンプ２０での歪が大きくなる。このようにレベル調整部３０の操作による負帰還量の変化によって、真空管アンプ２０における信号の歪み方も変化する。
【００２４】
図５は、レベル調整部３０の操作によりレベル調整を行って、点Ａでの電圧の周波数変化曲線が変化することを示しており、横軸には周波数（Ｈｚ）、縦軸には電圧（Ｖ）をとっている。曲線Ｃ１、曲線Ｃ２、曲線Ｃ３は夫々「抵抗小（電圧レベル小）」、「抵抗中（電圧レベル中）」、「抵抗大（電圧レベル大）」に対応している。レベル調整部３０の電圧レベル調整操作を行うと、電圧信号レベルの調整のみならず負帰還量の調整も行われる。「抵抗大（電圧レベル大）」の時（曲線Ｃ３）、負帰還量が最大となるため、信号の周波数特性はスピーカ５０のインピーダンスの周波数特性の影響を最も受ける。レベル調整部３０を操作してその抵抗値を小さくしていく程、負帰還量も小さくなって行くため、スピーカ５０のインピーダンスの周波数特性の影響も小さくなって行くことが分かる。
【００２５】
なお、抵抗Ｒｉが大きな値となれば損失が大きくなるため、同じ電力を供給すると音が小さくなる、同じ音量を得るためには高電源電圧が必要になる等の不都合が生じるが本実施形態の構成によれば、「Ｒｉ＝０．１（Ω）」程度に抑えることができることを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上説明してきたように、オーディオ分野等に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 演算増幅器
１５ 演算増幅器
２０ 真空管アンプ
３０ レベル調整部
４０ 電力増幅部（パワーアンプ）
４５ 電力増幅部（パワーアンプ）
５０ スピーカ
６０ 電流検出部
６５ 電流検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空管アンプの後段にパワーアンプを備えた真空管増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを使用して真空管アンプの出力特性を模擬したものが実現されているが、半導体デバイスを使用して真空管アンプの出力を模擬することには限界があり、実際に真空管アンプの特性を忠実に再現するための装置が提案されている。例えば、真空管アンプの後段側に、電流増幅器と電圧増幅器の直列接続からなる回路を配置し、更に、この電流増幅器と電圧増幅器の間にスピーカを配置し、電流増幅器の増幅率Ａｃと電圧増幅器の増幅率Ａｖとの間に「Ａｃ×Ａｖ＝−ｋ（ｋは定数）」なる関係を持たせると、真空管アンプから負荷側を見た時のインピーダンスが、当該出力信号変換装置からスピーカを見た時のインピーダンスと略同一となり、あたかも真空管アンプが直接スピーカに接続されているようになる。この結果、真空管アンプの出力特性を維持しながら所望のレベルに増幅または減衰させることができる出力信号変換装置を実現することができた。確かに、この装置によれば、必要最小限の真空管を用いて大出力から小出力まで任意の出力信号を得ることのできるものであったが、例えば２連のボリュームを用いて、電流増幅器の増幅率Ａｃと電圧増幅器の増幅率Ａｖに一定の関係を持たせながら、ＡｃとＡｖとを同時に変化させると、余程高精度の２連のボリュームでないと、回路系の安定度が不安定となり発振現象が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６８３３２号公報（第３−５頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スピーカのインピーダンスは、一般的に周波数特性を持っている（スピーカの周波数特性）。つまり、スピーカのインピーダンスの大きさは周波数によって変化する。真空管アンプにあっては、その出力インピーダンスが大きいため、真空管アンプはこのスピーカの周波数特性の影響を受けやすいものとなっている。しかしながら、半導体素子（Ｔｒ等）を用いて製造される出力インピーダンスの小さなパワーアンプ（電力増幅器）は、スピーカの周波数特性の影響を受けにくいものであった。
【０００５】
そこで、本発明は、出力インピーダンスの低い電力増幅器（パワーアンプ）を出力段に使用した真空管アンプにおいても、スピーカの周波数特性の影響を受ける装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ（２０）と、この真空管アンプ（２０）の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部（３０）と、少なくとも正相電圧増幅器を有して成り、前記レベル調整された電圧を入力して電力増幅する電力増幅部（４０）と、この電力増幅部（４０）に接続されたスピーカ（５０）と、このスピーカ（５０）に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部（６０）と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部（６０）からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器（１０）とを備え、この差動増幅器（１０）の出力が前記真空管アンプ（２０）の入力電圧信号となる構成としたことを特徴とした。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、その構成を図８に示すように電力増幅器４０の正相電圧のみを使用する（換言すれば逆相電圧を使用しない）ことも考えられる。即ち、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ（２０）と、この真空管アンプ（２０）の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部（３０）と、レベル調整された電圧を入力し（正相で）電力増幅する電力増幅部（４５）と、この電力増幅部（４５）の出力に直列に接続されたスピーカ（５０）と、このスピーカ（５０）に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部（６５）と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部（６５）からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器（１０）とを備え、この差動増幅器（１０）の出力が前記真空管アンプ（２０）の入力電圧信号となる構成としたことを特徴とするパワーアンプ付き真空管増幅器も提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力増幅器（パワーアンプ）を使用した真空管アンプにおいても、スピーカの周波数特性の影響を受ける装置を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本装置１の構成図である。
【図２】真空管アンプ２０の構成図である。
【図３】動作の説明図である。
【図４】動作の説明図である。
【図５】動作の説明図である。
【図６】電流検出部６０の構成図である。
【図７】パワーアンプの内部構成の説明図である。
【図８】他の装置構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
（構成）
図１は、本発明の実施形態に係る装置である真空管アンプの後段にパワーアンプを備えたパワーアンプ付き真空管増幅器１の構成図である。本装置１は、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ２０と、この真空管アンプ２０の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部３０と、正相電圧増幅器および逆相電圧増幅器とから成り、前記レベル調整された電圧を入力して電力増幅する電力増幅部（以下、単に「パワーアンプ」とも記す）４０と、この電力増幅部４０の正相電圧出力側に接続されたスピーカ５０と、このスピーカ５０に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部６０とを有している。
【００１２】
更に、本装置１は、この電流検出部６０の出力電圧を自身の一方の入力端子に入力すると共に、外部からの楽音信号を自身の他方の入力端子に入力可能な差動増幅器１０とを備え、この差動増幅器１０の出力が真空管アンプ２０の入力電圧信号となる構成として負帰還ループを形成している。かくして、本装置１は全体としてこの負帰還ループによってその動作が制御される。また、逆相電圧出力部は電流検出部６０を介してスピーカ５０に接続されている。
【００１３】
図６は電流検出部６０の内部構成の説明図である。電流検出抵抗Ｒｉの両端の電圧は差動増幅器６２に入力され、差動増幅器６２の出力が負帰還されるようになっている。また、電流検出抵抗Ｒｉの高電位側のＳ点には、パワーアンプ４０の正相電圧出力部に接続されると共に、低電位側のＩ点には、パワーアンプ４０の逆相電圧出力部が接続されている。図７（ａ）は、正相で電圧を増幅する正相電圧増幅器４１と逆相で電圧を増幅する逆相電圧増幅器４２とを有するパワーアンプ４０の構成が示されている。このようなパワーアンプ４０は、通常、ＢＴＬ（Bridged Transless）と称される。図１の構成例は、ＢＴＬ構成を用いて電源電圧を下げても大きな振幅を出力させるために逆相電圧出力を使用した構成としている。図７（ｂ）に示すものは、正相電圧増幅器４１から正相電圧を出力するが、逆相電圧増幅器４２に対応する部分を接地している。このような構成のパワーアンプ４０を使用して正相電圧のみをスピーカ５０に供給する態様も考えられる。このようなパワーアンプを使用した装置構成については後に図８を参照して説明する。
【００１４】
図２は真空管アンプ２０の具体的な構成図である。本実施形態においては、真空管アンプ２０は５極管を用いて構成している。カソードＣには、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２との並列回路の一端が接続されており、この並列回路の他端は接地されている。プレートＰには、抵抗Ｒ３を介して１００（Ｖ）の直流電圧（１００Ｖ ＤＣ）が供給されている。また、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３との直列回路の一端に１００（Ｖ）の直流電圧（１００Ｖ ＤＣ）が供給されており、この直列回路の他端は接地されている。更に、抵抗Ｒ３とプレートＰとの接続点にはコンデンサＣ４が接続されており、このコンデンサＣ４には出力端子が接続されていて、この５極管で増幅された信号が出力端子から出力される。そして、第１のグリッドであるコントロールグリッドＧ１と、第２のグリッドであるスクリーングリッドＧ２と、第３のグリッドであるサプレッサーグリッドＧ３の３つのグリッドが設けられていて、これら３つのグリッドが５極管の安定な増幅動作を実現している。
【００１５】
コントロールグリッドＧ１には、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との接続点が接続されており、この抵抗Ｒ１のコンデンサＣ１との接続点と反対の一端は接地されている。このコンデンサＣ１には入力端子が接続されていて、この入力端子から信号入力が行われるので、コントロールグリッドＧ１には信号の交流成分が供給される。また、スクリーングリッドＧ２は、抵抗Ｒ４とノイズバイパス等を作用を有するコンデンサＣ３との接続点に接続されており、正の電圧が供給されている。そして、サプレッサーグリッドＧ３は、カソードＣに接続されている。なお、カソードＣには不図示のヒータが接続されている。
【００１６】
さて、カソードＣから放射された電子がプレートＰに到達することによって電流が流れるのであるが、先ず、コントロールグリッドＧ１でその到達量が制御される。次いで、正の電圧が供給されたスクリーングリッドＧ２は、カソードＣから放射されコントロールグリッドＧ１を通過した電子を加速することによって、放射電子のプレートＰへの到達効率を向上している。そして、プレートＰ中の自由電子が、このプレートＰに到来した電子に弾き飛ばされ反射放出され、これが今度はスクリーングリッドＧ２に引き寄せられ、当該スクリーングリッドＧ２の電流が増加してしまう。そこで、カソードＣに接続されているサプレッサーグリッドＧ３を設けることによって、プレートＰから弾き飛ばされて反射放出された電子をプレートＰ側に再度反射する。かくして、出力端子から安定した電圧増幅信号が出力されることになる。
【００１７】
例えば「Ｃ１＝１μ（Ｆ）、Ｒ１＝２２ｋ（Ω）、Ｒ２＝１ｋ（Ω）、Ｃ２＝１００μ（Ｆ）、Ｒ３＝１２ｋ（Ω）、Ｒ４＝４．７ｋ（Ω）、Ｃ３＝１０μ（Ｆ）、Ｃ４＝０．１μ（Ｆ）」とすると、約１０倍の電圧増幅度で安定した電圧増幅信号が得られることを確認している。入力電圧のレベルが小さな時には真空管特有の非線形増幅による歪を有して電圧信号が増幅される。また、真空管アンプ２０の入力端子は、差動増幅器１０の出力と接続されており、一方、真空管アンプ２０の出力端子はレベル調整部３０に接続されている。
【００１８】
レベル調整部３０は、例えばボリューム等の可変抵抗器で実現される。このボリュームは、例えば、反時計方向一杯に回転部を回す操作を行うとその抵抗値が最小となり、徐々に時計方向に回転部を回すとその抵抗値が徐々に大きくなって時計方向一杯に回転部を回すとその抵抗値が最大となる可変抵抗器である。このように、回転部の回動操作によってその抵抗値が最小値から最大値まで変化するボリュームを採用すれば構成が簡素になって好ましい。なお、抵抗値が最小時には真空管アンプ２０からの出力電圧のレベルが最小となる一方、抵抗値が最大時には真空管アンプ２０からの出力電圧のレベルが最大となる。そして、差動増幅器１０の非反転端子である「楽音信号入力端子」には、ギター等の各種の楽音信号が入力されて真空管特有の非線形増幅特性の増幅作用による歪効果等が付与された楽音信号がスピーカ５０から出力される。
【００１９】
（他の構成例）
図８は、前述した、パワーアンプの正相出力電圧のみを使用し逆相出力電圧を使用しない装置構成例である。この装置は、入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプ２０と、この真空管アンプ２０の出力電圧のレベルを調整するレベル調整部３０と、レベル調整された電圧を入力し正相電圧の電力増幅を行うパワーアンプ４５と、このパワーアンプ４５の正相電圧出力部に直列に接続されたスピーカ５０と、このスピーカ５０に流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部６５とを有している。
【００２０】
そして、電流検出部６５は、一端がスピーカ５０に接続されると共に他端が接地される電流検出抵抗Ｒｉと、このＲｉにおける電位差を入力して差動電圧として出力する差動増幅器６７とを有して構成されている。より具体的には、電流検出抵抗Ｒｉの高電位側に差動増幅器６７の一方の入力端子である「＋」側の入力端子が接続されると共に、電流検出抵抗Ｒｉの低電位側（接地点）に差動増幅器６７の他方の入力端子である「−」側の入力端子が接続されている。そして、電流検出部６５からの電圧は、差動増幅器１０の一方の入力端子に入力されることによって負帰還ループが形成されている。なお、以下に動作説明を行うが、図１に示した装置の動作と図８に示した装置の動作は基本的には同じである。かくして、パワーアンプの正相電圧増幅器のみを使用した装置構成でも良いし、また、正相電圧増幅器および逆相電圧増幅器を使用した装置構成でも良いので、少なくとも正相電圧増幅器を使用した装置構成とすることができる。
【００２１】
（動作）
次に動作を説明する。今、図３（ａ）にスピーカ５０のインピーダンスの周波数特性の一例を示しており、横軸は周波数（Ｈｚ）で縦軸は抵抗値（Ω）である。スピーカ５０のインピーダンスが大きくなると、抵抗Ｒｉに流れる電流値は小さくなり、抵抗Ｒｉでの電圧降下は小さくなる。この結果、負帰還の量が小さくなるので、図１のＡ点（パワーアンプ４０の正相電圧出力端）での電圧は増加する。一方、スピーカ５０のインピーダンスが小さくなると、抵抗Ｒｉに流れる電流値は大きくなるので、抵抗Ｒｉでの電圧降下は大きくなる。この結果、負帰還の量が大きくなるので、図１のＡ点（パワーアンプ４０の出力端）での電圧は減少する。この様子を図３（ｂ）に示しており、図３（ｂ）は横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に電圧（Ｖ）をとっている。図３（ａ）に示すように、周波数Ｐ１でスピーカ５０のインピーダンスは最大になるが、この時、図３（ｂ）に示す様に周波数ＶＰ１でのＡ点の電圧は最大となる。その後、周波数がＰ１を超えてスピーカ５０のインピーダンスが徐々に小さくなって行くと、Ａ点での電圧も徐々小さくなって行く。更にその後、再度スピーカ５０のインピーダンスが徐々に大きくなって行くと、Ａ点での電圧も徐々に大きくなって行くことになる。
【００２２】
このように、スピーカ５０のインピーダンスの大きさは周波数によって変化するため、スピーカ５０に流れる電流も周波数によって変化する。よって、周波数が変化することによって抵抗Ｒｉに発生する電圧降下が変化する。そして、負帰還量が周波数によって変化するため、装置１のように半導体で製造したパワーアンプ４０を備えていても、真空管アンプ２０単体のように、スピーカ５０の周波数特性の影響を受ける装置１を実現できることになる。
【００２３】
図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、夫々、レベル調整部３０（具体的にはボリューム）を操作し、「抵抗小（電圧レベル小）」、「抵抗中（電圧レベル中）」、「抵抗大（電圧レベル大）」の３種類の抵抗値となるようにした時のＡ点での電圧の時間変化を示している。各図において横軸は時間（ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を示している。抵抗値が小さい程、電力増幅部４０（パワーアンプ）の出力は小さくなるが、これに伴って負帰還量も小さくなるため真空管アンプ２０に入力される信号のレベルは大きくなって、真空管アンプ２０での歪が大きくなる。このようにレベル調整部３０の操作による負帰還量の変化によって、真空管アンプ２０における信号の歪み方も変化する。
【００２４】
図５は、レベル調整部３０の操作によりレベル調整を行って、点Ａでの電圧の周波数変化曲線が変化することを示しており、横軸には周波数（Ｈｚ）、縦軸には電圧（Ｖ）をとっている。曲線Ｃ１、曲線Ｃ２、曲線Ｃ３は夫々「抵抗小（電圧レベル小）」、「抵抗中（電圧レベル中）」、「抵抗大（電圧レベル大）」に対応している。レベル調整部３０の電圧レベル調整操作を行うと、電圧信号レベルの調整のみならず負帰還量の調整も行われる。「抵抗大（電圧レベル大）」の時（曲線Ｃ３）、負帰還量が最大となるため、信号の周波数特性はスピーカ５０のインピーダンスの周波数特性の影響を最も受ける。レベル調整部３０を操作してその抵抗値を小さくしていく程、負帰還量も小さくなって行くため、スピーカ５０のインピーダンスの周波数特性の影響も小さくなって行くことが分かる。
【００２５】
なお、抵抗Ｒｉが大きな値となれば損失が大きくなるため、同じ電力を供給すると音が小さくなる、同じ音量を得るためには高電源電圧が必要になる等の不都合が生じるが本実施形態の構成によれば、「Ｒｉ＝０．１（Ω）」程度に抑えることができることを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上説明してきたように、オーディオ分野等に利用することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０ 演算増幅器
１５ 演算増幅器
２０ 真空管アンプ
３０ レベル調整部
４０ 電力増幅部（パワーアンプ）
４５ 電力増幅部（パワーアンプ）
５０ スピーカ
６０ 電流検出部
６５ 電流検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプと、この真空管アンプの出力電圧のレベルを調整するレベル調整部と、少なくとも正相電圧増幅器を有して成り、前記レベル調整された電圧を入力して電力増幅する電力増幅部と、この電力増幅部に接続されたスピーカと、このスピーカに流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器とを備え、
この差動増幅器の出力が前記真空管アンプの入力電圧信号となる構成としたことを特徴とするパワーアンプ付き真空管増幅器。
【請求項２】
入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプと、この真空管アンプの出力電圧のレベルを調整するレベル調整部と、レベル調整された電圧を入力し電力増幅する電力増幅部と、この電力増幅部の出力に直列に接続されたスピーカと、このスピーカに流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器とを備え、
この差動増幅器の出力が前記真空管アンプの入力電圧信号となる構成としたことを特徴とするパワーアンプ付き真空管増幅器。
【請求項１】
入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプと、この真空管アンプの出力電圧のレベルを調整するレベル調整部と、少なくとも正相電圧増幅器を有して成り、前記レベル調整された電圧を入力して電力増幅する電力増幅部と、この電力増幅部に接続されたスピーカと、このスピーカに流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器とを備え、
この差動増幅器の出力が前記真空管アンプの入力電圧信号となる構成としたことを特徴とするパワーアンプ付き真空管増幅器。
【請求項２】
入力電圧信号を増幅して出力する真空管アンプと、この真空管アンプの出力電圧のレベルを調整するレベル調整部と、レベル調整された電圧を入力し電力増幅する電力増幅部と、この電力増幅部の出力に直列に接続されたスピーカと、このスピーカに流れる電流を検出しこれに応じた電圧を出力する電流検出部と、自身の一方の入力端子にこの電流検出部からの出力電圧を入力して負帰還ループを形成すると共に、他方の入力端子には外部からの楽音信号を入力可能にされた差動増幅器とを備え、
この差動増幅器の出力が前記真空管アンプの入力電圧信号となる構成としたことを特徴とするパワーアンプ付き真空管増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１７１０７（Ｐ２０１３−１７１０７Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９７５５（Ｐ２０１１−１４９７５５）
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００１３０３２９）株式会社コルグ (111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００１３０３２９）株式会社コルグ (111)
【Ｆターム（参考）】
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