EDIROL R-1用１石簡易ヘッドアンプ

2008/09/06, 2008/10/13, 2010/04/13

EDIROL（Roland）のコンパクトフラッシュ・レコーダーR-1を2005年秋に購入し、職場の音楽サークル練習や職場内発表会本番で日々ヘヴィに使っています。
これの内蔵マイクの音は、及第点以上ではあるものの、どことなくこもった音質で定位もよくありません。 また私のものは後期ロットで入力感度が低く、室内楽等ではちょっと離れると録音後に15dBほどレベルアップが必要です。
内蔵マイクでは埒が明かないので、手持ちのダイナミックマイクSHURE SM57を活用することを考えました。SM57の主用途は楽器近接集音であり、これを音源から遠くに置いてR-1の外部マイク入力にそのまま接続したのではゲインがまったく足りないので、プラグインパワー動作の簡易ヘッドアンプを作りました。

このプラグインパワー・マイクヘッドアンプでは1石の実力と限界、ダイナミックマイクというものの特性など、いい勉強をすることができました。音も意外にも侮れないものでよく活躍しましたが、2008/12以後は次作に役割を譲り引退しました。現在は予備器として残しているだけです。

（使い古しのアルミケースに入れ替え 2008/08/16）

要求仕様

• EDIROL R-1のプラグインパワー（MIC TYPE=CND）動作　開放電圧2.19V（電池・ACアダプタで同じ）、短絡電流1.21mA→直流抵抗1.8kΩ
• 入力：SHURE SM57（感度-56dBV(1.6mV) at 94dBSPL・無負荷…旧品の定格）

本来近接集音用のSM57をオフマイク録音で使うのはご愛嬌。うるさいことは言わず、あくまで手持ち品の活用です（といいながら１本だけだったので、この目的のために１本買い足した。製造が10年ほど違う。感度が1.4dBくらい違う）。→後日談参照

SM57のインピーダンスは公称150Ωですが、出力に430Ωを並列につなぐとR-1（ダイナミックマイクモード、Zi=6.8kΩ）での録音レベルが無負荷時から5dB程度低下したので、説明書に（Actual 310Ω）と記載されているとおり310Ωで設計するのが正しいようなのですが、電気系単独のインピーダンスは150Ωで振動系と電気系の相互作用でみかけ310Ωになっているのかもしれないし、虚数項がどうなっているかはまったく不明です。このあたりはもう少し追及してみたいと思っています。

• R-1のマイク入力（後期ロット）Input Level最大にてフルスケール-30dBu (24.5mV) = -32.2dBV。ちなみにInput Levelは入力-18dBu = -20.2dBVまでは絞れる。
• 聴取点音圧は最大90dBSPLくらいかな？マイク出力は-60dBV（無負荷）となる。
• マイクを受けるインピーダンスを300Ω程度※に設定すると、出力電圧は6dB程度低下するから-66dBV。※（当初は800Ω程度）
• ここまでの議論は音圧レベルが正弦波rmsの話。ピアノのffの波形ピークなど+15dB程度見ておいたほうがいいだろうか。-51dBVpeak程度か。
• -51dBVを-32.2dBVまで増幅するのに最低必要なゲイン：約19dB、となる。20dBを目標にする。

かなりいいかげんな仮定と計算ですが、結果的に、これでほぼ正しいようです。

回路

バイポーラトランジスタのエミッタ接地回路に負帰還を施した１石反転増幅回路です。月並みな回路ですが、これをプラグインパワーの制約下で20dBの利得を得るのはなかなか難しいようです。以下に述べるように、数々の欠点に目をつぶった妥協の産物です。

2008/8/16変更後の回路。
当初はR1=1kΩだったが、R1の値はあまり大きすぎないほうが良いらしい。これは今後も試行錯誤。

この回路は直流的にはVBEマルチプライヤとほとんど同じ回路なので温度依存性があります。電源電圧とコレクタ負荷抵抗（今回は2.18Vと1.8k//6.8k）はR-1側で決定されており、C-B負帰還抵抗がベースバイアスを兼用します。このため設計の自由度が非常に少なく、得るべきゲインと直流動作点の設定も独立にはできず、その中でバランスの取れた動作点を選ばなければなりません。動作点安定度と歪みを少しでも改善するために、エミッタ抵抗で局部帰還を施します。

最低限必要なコレクタ電圧が得られる範囲で最大のコレクタ電流（約0.65mA）を流しています。他にベースバイアス分の電流も必要なため、動作時コレクタ電圧は実測1.0Vという低さですが、高々±35mV程度の出力振幅があればよいので十分です。この設計でそれなりに動いてくれているのは、極低電圧での動作にも強い東芝2SC2240に負うところが大きいです。よく同類とされる日立2SC1775やNEC 2SC1845は低電圧領域の特性が悪く、この回路には使えません。

なお、トランジスタのhfeがそのまま動作点やゲインに影響するため、2SC2240はBLランク指定です。GRランクでは不味いかもしれません（未確認）。また両chでhfeペア選別が必要です。2SC2240BLは在庫さえあれば廉価（単価30円位）ですから選別自体は楽勝です。

反転増幅回路なので入力に直列抵抗がどうしても必要で、エミッタ抵抗もあり、入力換算雑音電圧は（机上では）不利な回路です。ゲインもマイクのインピーダンスのばらつきの影響を強く受けます。

使用状態

２本のSM57をステレオアームに15〜20cm程度の間隔で、平行かせいぜい10度以下の開きにセットし、ピアノや少人数合唱隊から3〜10m程度離れた所に置いて、R-1の入力レベルをMAXか少し絞る程度でちょうどフルビットになります。
S/Nはイマイチですが元々暗騒音が多い空間で使うことが多いので気にしないことにします。プラグインパワー駆動がとても便利で、普段使いにはこれで十分です。

（プラスチックケースに入っていたころの外観）

まとめ

たった１石の歪み率など犠牲にしている部分も多い回路と、邪道ともいえるSM57の超オフマイク使用の組合せ、意外と捨てたものではありません。

これで録音（練習風景、職場内コンサート本番）したものは普段から職場の音楽仲間に聴いてもらっています。SM57の低域特性を補うべく70Hz/+7dBのシェルビングEQを施したり、会場のブーミングやSM57独特の高域ピークをピーキングEQ（利得を負）で打ち消したり（これらの処理はWAVEFLT2で行うことが多い）などの調整を加える程度で、大体満足してくれているようです。

今回とても勉強になったのは、ダイナミックマイクは受けの抵抗値で音質が変わるということでした。おそらくボイスコイルにかかる電気的制動が変わるためなのでしょう。

後日談

• 製造時期が違う２本のSM57（購入は1996年と2007年）は、感度が違う以外にも細部の違いが色々と有りバランスが取れず、結局さらに１本購入し、都合３本になりました。2007年購入品と2008年購入品（製造はどちらも2007年）には見た目の違いはなく、感度も音のフォーカスもきっちり揃うようになりました。
• ノイズ飛びつきが発生しました。環境によりボイスコイルが電磁ノイズを拾うのか（原因不明）毎10ms前後に20kHz超の強大なノイズが乗ることがあります。問題の場所は手すりが近接していて、金属ケース（内部回路のGNDと接続）を手すりに接触させるとノイズが大きくなるという、理解に苦しむ状況です。金属ケースへの変更はこれの対策のためでしたが効果が無く、また同じセットを別の部屋に持っていくと全く大丈夫なので、何らかの方法で不要な高周波帯域を増幅検波しないようにする必要があるようです。
  原因判明：装飾用照明のミニハロゲン電球用コンバータが発する磁界をボイスコイルが拾っていた。現場の構造上回避不能。このマイクアンプ自体のせいではない。この場所で録音するなら磁界に反応しないコンデンサマイクが必要。
• SM57から入力までの間に当初使っていたケーブルに外力を加えると、ケーブルの誘電体を摩擦することによる静電気雑音？を拾ってしまいました。無視できない程度の音量があり、これはケーブルを替えたら解決しました。SM57をこのような使い方をすると扱う電圧レベルが非常に低いので、ケーブルにも注意しなければならないという勉強になりました。
• 上記のケーブル雑音を調べていたら、私のR-1は、なんと、外部マイク端子にプラグを挿していても内蔵マイクの感度があるというヘンテコな個体であることが判明しました。個体固有かどうかはわかりません。普段使いには許せるとしても、ちょっと、この外部マイク端子を真面目な録音に使うには問題があるようで、ライン入力対応の次作の推進を真剣に検討中です。
  [2010/04/13] 訂正。分解してマイク基板を外した状態でもボディをたたくとレベルメーターが振れることがわかりました。よって「内蔵マイクの感度がある」のではなく、「基板に乗っている部品が振動を拾っている」のが正しいようです。恐らく電解コンデンサと思います。なおライン入力使用時は検知できないレベルで済んでいるようです。

R-1についての詳細はDNAさんのサイト GWater の 生録-その他-EDIROL R-1 を大いに参考にしました。ありがとうございます。

略歴

• 2007/10　必要に迫られて、とにかく作った。以後、職場内コンサート等で活用。
• 2008/08/16　定数変更、アルミケース化。
• 2008/10/13　後日談を記載。
• 2008/12　後継機に役割を譲り引退。
• 2010/04/13　後日談の内蔵マイクについて訂正。

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