モノラルレコード用CR型イコライザーアンプ（EQアンプ）の設計と製作～その1：設計編～

2020年3月29日の日記

とうとう，東京など関東地方では週末の外出自粛令が出て，いよいよ次は某知事がクーデターを起こして戒厳令を施行して国会解散，憲法停止して軍事独裁政権の確立かと，身構えている 反体制派 自由主義派のiruchanです.....。

さて，先週，ちょっとご報告申し上げましたが，iruchanはサブミニチュア管を使ったDCプリアンプと，CR型EQアンプを作っています。今日はそのCR型EQアンプの経過をご報告します。

きっかけは，中国Lepai社のデジタルアンプ。いくつか記事を書きましたが，結構ご好評をいただいていて，アクセスは2万件以上の記事も多いです。

その中で，ご本尊のデジタルアンプICはTripathのTA2020なんですが，プリアンプには汎用品のデュアルOPアンプ4558が使われているのを，MUSES8820などの高級OPアンプに交換して音質向上を図りました。中でも音がよかったのはLF355HやLME49720HなどのメタルキャンOPアンプ。iruchanは中坊の時，初めてFET入力OPアンプのナショセミのLF356HやLF357Hが出たときに早速プリアンプを作って以来，メタルキャンのOPアンプが大のお気に入りです。

とは言っても，もはやLF356HやLF357Hは入手困難。オクのお世話にでもならない限り，入手は難しいでしょう。

でも，驚いたことに，まだLME49720Hは秋月などで入手可能です。モールドタイプの5倍くらいする値段ですけど.....。その価値はあります。

しかも，さらに驚いたことには，LME49720Hのデータシートを見ると，CR型EQアンプの回路が載っているんですね～～～。

今どき，オーディオの回路がデータシートの実用回路例として載ることはないと思います。よほどナショセミにオーディオ好きなやつがいたんだろうな，と思います。もっとも，いまじゃ，ナショセミはなくなってしまって，テキサスからデータシートが出ているんですけどね......。でも，ナショセミのエンジニアが書いたデータシートをそのまま採用しているのはとても好感が持てます。

　　　　　　　　LME49720Hデータシートから

CR型EQアンプって，オーディオマニアなら聞いただけでハアハアするようなもの.....。そんなのおまえだけだ

iruchanはそれこそ中坊の時からアンプ作っているんですけど，いまだにCR型は作ったことがありません。一度，その音を聞いてみたいと思います。

と言う次第ですが，すでに▲の回路を実際に作ってみた方が結構いらっしゃるようです。iruchanも作ることにしました。

ただ，よく▲の回路を見てみると，正直，机上の空論，という感じがします.....orz。

回路の定数がシビアすぎ! なんですよね～。3つもコンデンサをパラにしていたり，抵抗も2つの抵抗を直列にしたりしていて，できればE24系列の素子1個で構成したいものです。

それに，何ごとも 反体制派 あまのじゃくのiruchanは，この規格表通りの回路を作るのは面白くない! って訳で，前からやってみたい，と思っていたことを実行することにしました。

▲の回路はイコライザカーブとしてはRIAAのみです。つまり，正規のLPレコードのみ再生可能，というアンプです。ステレオになってからのLPなら間違いなくRIAAカーブですし，世界中のレコードがこのアンプで再生できるんですけど......ほんのわずかな初期のLPはRIAAカーブじゃないので，RIAA以外のレコードも再生できるようにしたいと思います。

　　　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆

ここでおさらいです。

レコード自体はエジソンが1877年に発明したのが起源ですが，彼は円筒型の蝋管に音声を記録したので量産性がなく，10年後にベルリナーが発明した円盤形に取って代われたのはよくご存じのことと思います。

その後，1925年にWEがマイクロホンとカッターを用いた電気吹き込みのレコードを開発します。今までははっきり言って，聴くに堪えない音だったが，ようやく聴ける音になったと言って過言ではないと思います。

実際，iruchanも機械吹き込み時代のSP盤はまったく興味ありません。電気吹き込みになって，ようやくなんとか鑑賞に堪えるレベルになった，と言っていいと思います。

ただ，まだレコードの音は悪く，しかも録音時間は3～4分程度しかない上，ノイズが多く，1948年に米ColumbiaがLPを開発すると大きく進歩しました。片面20分以上の録音ができ，音域も20kHzまで記録できます。材質もSP盤の天然素材のシェラックを使ったものから，塩化ビニルになってノイズも減りました。割れなくなったのもメリットで，初期のLPにはnon-breakableと書いてありました。

それに，LPはMM型やMC型などの動電型カートリッジの使用が前提で，これらは速度に比例した電圧を出力するため，レコード自体の記録は速度一定の振幅で記録すりゃええやん，ということになります。

ところが......。

高校で習いますが，三角関数の微分は周波数が頭に出てくるので，変位の時間微分，すなわち速度は周波数に比例しますから，定速度特性と言うことは周波数に反比例した振幅で記録すればよい，と言うことになりますが，これでは低音ほど振幅が大きくなり，レコードの記録時間が短くなるので具合が悪いのです。

そこで，さらにもう一歩踏み込んで，レコードは逆に低周波ほど小さな振幅で記録して，高周波ほど振幅が大きくなるように記録してあり，こうするとS/N比も稼げるので有利，と言うわけですが，このせいでイコライザアンプが必要になってしまいます。

アンプから見れば，定速度特性で記録してあれば，フラットな特性でよかったものが，基本的には1次のローパスフィルタ（－6dB/oct）の特性で再生してやらないといけない，と言うことになってしまいました。

それに，この関係は周波数によって一定の決まった関係ではなく，高周波での振幅増大を抑えるため，多少，1kHz付近を中心として，フラットな部分があるため，イコライザ（EQ）カーブはバラバラになってしまいます。

そのため，当のColumbiaをはじめとして，LPを発売した各社はそれぞれが優れていると信じるバラバラのEQカーブを採用していて，初期のLPはEQカーブがバラバラなのです。

さすがにこれはまずい，と考えたレコード会社が規格を統一し，RIAAカーブを制定したのが1954年のことです。ちなみに，RIAAというのはRecording Industry Association of Americaの略です。

といって，これは何のことはない，電機業界最大手だったRCAのNew Orthophonicというカーブを採用しただけ，というのはよく知られています。また，基本的に? ステレオレコードは1958年の発売なので，ステレオLPはすべてRIAAのはず......なんですが，このことはまたあとで。

また，RIAAもIECが20Hz付近のランブルノイズを除去するため，1976年にカーブを修正しているので，厳密に言えば，RIAAカーブも2種類あります。IECというとISOの電気版で，世界標準なのですが，業界で反対意見も根強く，追従したところは少ない感じです。それに，そもそも2009年にこの修正は廃止されています。

日本ではJIS S 8502 ディスクレコードが1956年に規格化されていますが，1981年にはJIS S 8601:1981として改訂されたあと，なんと，1994年に廃止されています.........orz。

う～～ん，なんだかな～～って感じですね。

ちなみに，英国ではBS 1928:1965として規格化され，現在もBS 7063:1989 Specification for analogue audio disk records and reproducing equipmentとして現役の規格です。

なんか，こういう辺り，日本の文化の貧困さを表しているんではないかと思っちゃいます。

もっとも，規格と言っても従うかどうかは法律で参照されでもしない限り，任意なので，規格化してようといまいと関係ない，っていっちゃえばそれはそうなんですけどね。もっとも，自分のところだけ別のカーブにしてしまうと大多数のアンプが再生できないので，不利になる，という訳ですけどね.....。

と言う次第で，初期のLPと言っても，1954年までのほんの初期のLPだけのことです。そんな古いレコードは聴かないし，モノラルじゃ，つまらん，と言う方も多いとは思うのですけれど.....。

と言ってこの時代，まだフルトヴェングラーは生きていたし，ほかにもクレンペラーやワルターなど，巨匠がずらりといた時代だし，再発LPはもちろんのこと，CD化に際してはデジタルリマスタリングを施してノイズを除去し，f特を改善するくらいはいいのですが，以前書いたように，フルヴェンのバイロイトの第九のCDみたいに，別テイクのテープと差し替えて，改変してしまうこともあるので，やはり古いLPは重要です。でも，その古いLPを再生するにはいろんなEQカーブのアンプが必要なのです。

また，再発盤とは音が違う，とよく言われていて，最初のLPのほうがよいということで，フェリアー＆ワルターの "大地の歌" の初出盤（英DECCA LXT2722）やフルヴェンのバイロイトの第九（英HMV ALP-1286,7）みたいに，マニアが血まなこになって探してるようなディスクもあるのですが，再発盤はRIAAなのに，初期盤は各社オリジナルのEQカーブ，と言うことも多いので，きちんとしたEQアンプを使う必要があります。特に，iruchanは英DECCAのffrrレコードが大好きなので，これの再生をきちんとしたい，と思いました。

さて，回路自体はナショセミの規格表にあるごく基本的なCR型EQアンプの回路のとおりで，設計するのは各EQカーブにあった，CRの時定数を決めること，ということになります。

CR型EQアンプの設計については，黒田徹著　”基礎トランジスタ・アンプ設計法”（ラジオ技術社，1989）が詳しいです。絶版になってしまっているので，iruchanは10年ほど前，オクの世話になりました。半導体アンプの設計には必須の本だと思います。

さて，基本的なCR型EQ素子は次の通りとなります。

CR型EQ素子

結局，この2つのRとCの値を決めていく，と言うことになります。

なんですけど......。

実際，やってみると非常に面倒です。いまはExcelなどの表計算ソフトもパソコンもあるので簡単ですけど，1940年代末の技術者達にとっては大問題だったと思います。

さて，iruchanもみなさんやっておられるとおり，Excelで計算しました。

まず，▲のCR回路の伝達関数は下式で表されます。

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥①

ここで，kは1kHzでのゲインで，k=9.89808という定数です。

また，T1～T3は時定数で，もちろん周波数とは以下の関係があります。

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥②

ここで，T1:ローリミット，T2：ロールオフ，T3:ターンオーバーと言い，RIAAではそれぞれ，3180μs，75μs，318μsと決まっています。周波数だと，それぞれ50, 500, 2122Hzです。

次に，この大きさ（絶対値）は，周波数伝達関数としてはs=jω＝j2πfですから，

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥③

となります。これをdBで表すと，

‥‥‥‥‥‥④

となるので，これをExcelでグラフにしていろいろ定数を決める，と言うことになります。

また，各時定数は次の通り定義されます。

‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥⑤

問題は，未知数がC1, C2, R1, R2と4つもあるのに，式が3つしかないことで，これじゃ，値が一意に決まりません。

なんですけど，黒田氏はR1を先に決めて，あとはこれらの式で決める，としています。とはいえ，⑤式から，T1は2次方程式になるので，解くのが面倒です。

このあと，各C1, C2, R1, R2にはE24系列でできるだけ近い数値のCとRを決め，その値を用いてExcelで式④に代入してグラフを描き，偏差を求める，と言うことになります。偏差が大きければ，またCとRを決めてやり直す，と言う次第です。おぉ～～，めんどくさ～～......orz。

ということで，実はかなり膨大な作業が必要になります。Excelでグラフを描くシートを作るのに1週間かかっちゃいました。

 こんなExcelシートを作りました。

このセルに定数を入力すると，EQカーブを描くようにしました。

　　　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆

【各社のEQカーブ】

さて，ここで初期のLPレコードのEQカーブについてまとめておきます。

そもそも，どれくらいのEQカーブのアンプを作ればよいのか，と言うことですね。

おおよそ10種以上のEQカーブがあるのですが，全部作る，と言うことはとても大変だし，といって，iruchanもそんなに多くのLPを持っているわけじゃないので，当然，全種類のEQカーブのLPを持っていませんから，数種類でいいはずです。

それに，ロールオフ，ターンオーバーそれぞれ別の切り替えSWにして，バラバラに設定できれば全部対応できるでしょ，ということも考えられますし，実際，そう言うEQアンプはあるのですけど，いちいち表を見てSWを選択する，なんて面倒です。

ネットを見ると，必須のカーブとしては，おおよそ，RIAA，NAB，AES，Columbia，旧RCA，ffrr（DECCA）と言ったところでしょうか。

NABは全米放送事業者協会（National Association of Broadcasters）が決めたカーブで，元はテープのEQカーブです。いくつかのレーベルが採用しています。AESはオーディオ技術協会（Audio Engineering Society）が1951年に決めたカーブです。Columbiaや，RCA，ffrrはレコード会社独自の規格ですね。

iruchanは，これらのうち，実際にLPとして持っているのはRIAAのほかはColumbia，ffrrくらいなので，おまけでNABを追加して，4種類のEQカーブに対応しようと思います。AESは結構，採用したレーベルが多いのですが，やはり米国系のレーベルばかりだし，クラシックじゃ，米国のLPやオケはあまり聴きませんしね......。ジャズファンだと必要でしょうけど......。逆に，クラシックは聴かないから，ということでffrrを採用しないマニアの方も多いようですが，iruchanだと一番，手持ちが多いレーベルなので必須です。

各EQカーブの時定数は次の通りです。

	T1	T2	T3
RIAA	3180	318	75
ffrr	1273	318	50
Columbia	1592	318	100
NAB	2242	318	100
AES	5305	398	63.6
old RCA	1592	265	63.6

　

実を言うと，RCAはRIAAで採用されたNew Orthophonicとそれ以前のカーブの2種類あります。ステレオ化後のIECの修正を加えれば3種類です。

　

最初にLPを出したのはColumbiaで，RCAは後発だったので，違いを出そうと，RCAはレコードのサイズが7インチで，回転数も45回転でした。EQカーブも独自カーブです。

　

最終的にあらたにNew Orthophonicと言うカーブを提案し，全米事業者が同意して（と言うより押しつけられた?）規格統一されるわけですが，レコード自体の規格はシングル盤を作るには便利で，7インチ45回転というのが最後まで残ったわけです。

　

さすがにiruchanはAESや旧RCAのカーブまで再現しても，肝心のレコードを持っていないので無意味です。RIAA，ffrr，Columbia，NABの4種類のカーブを再現します。

　

各C1, C2, R1, R2については，Excelでグラフを描き，偏差ができるだけ小さくなるように定数を決めました。

　

意外に偏差±0.1dBくらいに収めるのは簡単で，ほぼ，すべてをE24系列の抵抗で定数を決めることができました。NF型だとこうはいきませんけど.....。マニアがCR型にこだわる理由がわかった気がします。

　

各社のEQカーブ

　

それにしてもかなり違うのだな.....と思いますね。特に，ffrrは低域ではRIAAとは8dBほども違い，今まで，iruchanはffrrもRIAAで聴いていましたけど，こりゃあかんわ，と思いました。

　

☆ RIAA

　

やはり基本のRIAA曲線です。こちらはステレオにして，モノラル盤だけでなく，ステレオのLPも再生できるようにしたいと思います。各定数は次の通りです。

　

R1	270	kΩ
R2	39	kΩ
C1	8200	pF
C2	2800	pF

　

カーブは▼の通りでした。実用値，とあるのが▲の各定数によるシミュレーション結果です。

　

RIAA

　

☆ ffrr

　

英DECCAのLPのEQカーブです。

　

ffrrはfull frequency range recordingの略です。大戦中の対Uボート戦のソナー技術を活用した，と言われていますね。高音質なことで有名だし，アンセルメやクライバー，ベイヌムなどのお気に入りの指揮者満載の名レーベルです。やっぱ，クラシックファンだとffrrは外せませんね。ステレオになってからはffss（Full Frequency Stereophonic Sound）と言うようになりました。

 

もちろん，ステレオ以降はRIAAカーブ......のはずなんですけど......。

 

どうも，一部のDECCAのステレオLPにはもとのffrrのEQカーブのまま，製造されたものがあるようです。

　

確かに，録音したテープからマスターを作るときにRIAAカーブのイコライザを通さず，旧ffrrのカーブのまま，マスターを作ることも多かったのではないかと思います。

　

今回，ついででffrrのカーブのまま，ステレオ再生できるようにしたいと思います。

　

R1	270	kΩ
R2	107.5	kΩ
C1	3000	pF
C2	750	pF

ffrr

　

☆ Columbia

　

実を言うと，それほどColumbiaのLPは持っていないのですけど......。やっぱ，クラシックファンだとアメオケはいまいちなので......。Artur Rodzinskiのクリーヴランド管などの録音がColumbiaなので，作りました。それに，彼がWestminsterレーベルに移ってからのLPも，Columbiaがレコードをプレスしていたらしく，WestminsterもRIAAに移行する前はColumbiaカーブと考えてよいようです。iruchanはWestminsterのLPもたくさん持っているので，必須のカーブです。マイナーレーベルだったけど，音はDECCAをしのぐのでは，と思っています。米英の財力の違い?

　

ところで，どうもネットを見るとCBS Columibaも旧Columbiaのカーブのまま，80年代くらいまでLPが製造されていた，という噂もあるので，こちらもステレオにしてもよかったのですが，見送りました。さすがに80年代までそれはないだろ，と思います。

　

R1	270	kΩ
R2	100	kΩ
C1	3300	pF
C2	1850	pF

Columbia

　

☆ NAB

　

最後はNABです。比較的，アメリカのマイナーレーベルで普及しました。特にiruchanはこのカーブのLPを持っていないのですが，SHUREのM64同様，持っていても損はないカーブだと思います。ジャズファンなら必須でしょうか。

　

R1	270	kΩ
R2	65	kΩ
C1	4900	pF
C2	2620	pF

　

NAB

　

意外なほど，一番フラットな偏差となりました。ただ，ちょっと失敗で，R2は65kΩになっちゃいました。E24系列にはない数値なので，62kΩと3kΩの直列としました。

　　　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆　　　　　　　　　　☆

　

と言う次第で，ようやく各定数が決まりました。次回は製作編です。

　

コメント 4

iruchanさん、ご無沙汰しております。

私は古いLPを多数持っているので、RIAA以外のイコライザーが欲しいと、かねがね思っていました。

それで最近、キット屋が発売したイコライザーアンプに強く惹かれておりました。

https://www.kit-ya.jp/products/detail/10174

今回のiruchanさんの記事は、私に新たな光明を投げ掛けるもので、今後の展開が楽しみです。

私もiruchanさんの定数で作ってみたいと思いますので、宜しくお願いします。
by てにえ (2020-03-28 07:11) 

てにえさん，いつもご覧いただきありがとうございます。

キット屋の記事をどうもありがとうございます。ちょっと高いな，と思ったのですが，シャシー内部を見て納得です。なかなかすごい製品ですね。

今回はOPアンプ版ですが，うまくいったらEF86あたりを使った真空管版を作りたいと思っています。

OPアンプ版は近日中に回路を報告します。
by iruchan (2020-03-28 10:26) 

まずはオペアンプ版を楽しみにしております。

その後、真空管版へも進まれるとのこと、私にも出来そうであば、そちらも作ってみたいと思います。

キット屋の新発売のイコライザーアンプは、真空管が別売りなので、全体にはかなりの値段になります。

その使い方に関して、こんな解説が出ました。

https://tubeaudio.exblog.jp/29979394/
by てにえ (2020-03-28 15:45) 

どうもコメントをありがとうございます。OPアンプ版の回路は明日，発表します。

キット屋の価格は球抜きでも妥当だと思います。

てにえさんには申し訳ないですが，ヴィンテージのECC83などはたくさん持っていますので.....。TELEFUNKENのECC83でも，昔は@1,000円でした。MullardのM8136も昔，英国の球屋から輸入して持っています。キット屋の球の値段を見てびっくりしました。

私はできれば5極管を使いたいと思っています。EF86（6267）-CR-12AU7という構成でしょうか。




by iruchan (2020-03-29 05:06)