2009/01/24 2009/03/27改訂
EDIROL R-1で1石簡易ヘッドアンプを使い込むうちに、ヘッドアンプ側・R-1側とも限界や様々な問題点を感じたため、より良いものを得るべく本格的に着手したものです。
一応実用器として作ったつもりでしたが、可搬性を重視しすぎて電源・ゲイン配分が中途半端な設計になっていたり、固定ゲインでコンデンサマイクに対応できないなど積み残し課題も多く、早くも次のステップへの実験台にされつつあります。
使用目的は1石版とまったく同じで、使用状態・対象とする音源（音量）が限定されているので、最小限の機能とSM57組合せ依存の仕様としました。
今回はR-1のライン入力に対応させます。R-1はライン入力のほうがS/Nが若干良く、またライン入力使用時は内蔵マイク音の混入を完全に回避できます。電源をプラグインパワーに頼らずに006P乾電池を用いることで、プラグインパワー時に比べてヘッドルーム、出力インピーダンス等を改善します。
出力はR-1に限らずライン入力規定レベル-10dBuの機器に適合します。（手持ちでは同じRolandのUA-100が適合。UA-100 Line入力…20kΩ・FS=-10dBu不平衡）
40dB程度増幅するにはOp-Ampでの工作が手軽ですが、興味本位であえて個別部品による全段差動回路をベースに設計してみました。
本器の製作当時にぺるけさんのHPにあった「贋1Uサイズ試作マイク・プリアンプ」（今は無いので、代わりにこちらの1Uサイズ試作マイク・プリアンプを参照）の考え方を少し参考にしています。球+JFET vs バイポーラTr、CR結合2段＋ラインバッファ vs 直結3段（内1段エミッタフォロワ）等の違いはありますが、基本はほぼ同じです。
ただし、本回路はファンタムを掛けても壊れないトランス内蔵ダイナミックマイク専用であり、ファンタムを掛けてはならないマイクや、+48Vを期待するコンデンサマイクを接続してはいけません（後述）。
※入力の47Ωと6800pFは普通なら不要なものです。当初、現場に高周波ノイズがあるのではないかと疑ってそれを除くために設けましたが、結局全く効かず無意味でした。後に6800pFを撤去しました。
BSch3V形式ファイルをLZH圧縮 （BSch3V：水魚堂ONLINE）
SM57（トランス内蔵ダイナミックマイク）専用として入力DCカットコンデンサをあえて省略しています。これはDCまで一定のインピーダンスで受けることを狙ったためですが、代償として入力端子に-1.8V負電圧が出ます。また、1石版の実績により、入力インピーダンスはかなり低めの約420Ωに設定しています。最大入力電圧も小さく、これらの理由でコンデンサマイクにはマッチしません。
出力エミッタフォロワの信号ループ最小化（ぺるけさんのHPから逆転カソード・フォロワ、リンク先ページ最後のコメント）を採用しました。これに伴ってマイナス電源としています。ループ最小化は一見ややこしいが、作ってみるととても合理的だと思います。
定電流回路を多用しているのは主に電池電圧変動の影響を軽減するためです。基準電圧にLED（3mm橙色）やフォトカプラ内の赤外LEDを用いて、トランジスタのVbe温度特性をある程度打ち消すことを狙っています。LEDは外から光が当たると発電してしまうので遮光が必要で、元来遮光パッケージに入っているフォトカプラはこの目的に合理的と思っています。LEDは左右chを1個で共有していますが、フォトカプラとそれに定電流を供給する2SK30Aは左右に分けています。つまりLEDには約4.3mA流しています。左右chでバイアスを揃えるため2SK30Aとフォトカプラは選別しています。
素子はありふれたものばかりです。
2SC1815GRは秋月で購入、出力VR(ALPS RK27)はラジデパ2F瀬田無線の特価品、2SC1815Y,1S2076A,LED,フォトカプラは過去に秋月か千石で購入したストック、他はすべて千石電商で揃えました。
初段2SA970、2段目2SC2240はhfeが揃ったものを選別（ディジタルテスターhFEレンジで簡易測定程度）しました。抵抗もペア選別します。これでも終段エミッタフォロワのエミッタ間DCオフセットは実測0.3V程度生じています。初段負荷抵抗4.7kΩに50Ω程度の半固定抵抗を直列接続すればオフセット調整が可能ですが、今回は省略しました。
初段2SA970GRは奇をてらわない質素な音（本当か？）が好きで今回も採用しました。初段はローノイズ品が必須で汎用の2SA1015GR等での代用は無理だと思います、また素子感度が非常に高いので他の石を使うには定電流回路の調整が必要です。
2段目は当初2SC1815GRで設計しており、ノイズに拘らなければ2SC1815GR/BLも同じ定数で使用可能です。
バイポーラトランジスタに必須のB-E逆耐圧保護は充実しておきます。
出力を取らない側にも10kΩの負荷抵抗を設け、気休め程度にバランスを取っていますが、エミッタフォロワの信号ループを最小化しているので無くても歪み率が多少変わる程度で問題ありません。
図にはありませんが出力VRとRCAジャックの間に、出力のシールド線容量対策として160Ωが入っています。値は手持ちの抵抗器で、特に意味はありません。
Ie1:2SA970GRのエミッタ電流= 0.42 mA、re1=(26/Ie1[mA])Ω= 61.9047619048 Ω、hfe1:2SA970GRのhfe= 300.0 。
Ie2:2SC2240BLのエミッタ電流= 0.77 mA、re2=(26/Ie2[mA])Ω= 33.7662337662 Ω、hfe2:2SC2240BLのhfe= 500.0 。
1段目利得 A1={4.7k//((160+re2)×hfe2)}/{(re1+(47/2)}={4.7k// 96.8831168831 k}/{ 84.9047619048 }= 52.4858626705 倍
2段目利得 A1={2.2k//100k}/{re2+160}={ 3.19457889642 k}/{ 80.7662337662 }= 16.486767763 倍
エミッタフォロワ段は1倍とみなす
全裸利得 A=A1×A2= 52.4858626705 × 16.486767763 = 865.32222869 倍
帰還係数 H=(47/2)/15k= 0.00156666666667
帰還後利得 A/(1+AH)= 367.335696752 倍（平衡）
入力インピーダンス [(560//680/2)//{re1+(47/2)}×hfe1]×2=[ 211.555555556 // 25.6214285714 k]×2= 419.646102743 Ω（平衡）
入力インピーダンスによる減衰 419.646102743 /( 310.0 + 419.646102743 )= 0.575136495851 倍
入力減衰を加味した総合利得 0.575136495851 × 367.335696752 = 211.268165431 倍（平衡）、片側出力だけ使うとこの半分で 105.634082715 倍( 40.4760813085 dB)。
表面からみた図
BSch3V形式ファイルをLZH圧縮
手持ちのケース リードP-11に収めるためICB-293を切り詰める
パネル配置の検討
基板
ケース加工
内部
使用状態高価な測定器は一切持っていないので、デジタルテスター、USBオーディオI/Fを用いて簡単に測定
左右ch＋共通部合計で約18mA：10V（新品006P）→7.5V（本回路の動作限界）までほぼ一定
実測で006Pマンガン電池で3時間以上連続動作可能。
デジタルテスター抵抗レンジで入力抵抗に電流を流して10mV程度の差動入力電圧を与え、別のデジタルテスターmVレンジでその印加電圧、および出力段エミッタフォロワのエミッタ間（差動出力点）を測定。
[2009/01/24] 測定を間違えていたのでやりなおし、訂正。
Roland UA-100（黒い初期型）にて測定。UA-100の電源は付属のACアダプタ出力をLT1086を通して安定化して供給している。こうすると電源由来のハムが消え、超ローノイズになる（R-1比約-10dB）。
UA-100背面の入力VRはmax、UA-100コントローラーにてWave(REC)のSource SelectをLine、Level=max(127)とすると実測264mVでフルスケールとなる。UA-100のA/Dに直流オフセットがあり、それを除去しないとRMS値が狂うため、いったん16bitで録音したwav fileをwaveflt2でIIR HPF 10Hzで処理したものをWaveSpectraで観察した。
なお下図では、WaveSpectraの設定「RMS値：フルスケールSin波の値を0dBとする」をONにしている。すなわち0dBrms=264mVrms（LSB=4.18μV）
| 状態 | UA-100単体の残留雑音 （UA-100 Line入力を160Ωでショート） |
Lch：本マイクプリ入力ショート 出力VR=max |
Rch：本マイクプリ入力オープン 出力VR=max |
| 雑音電圧 |  |
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| -99.1dBrms re 264mVrms =2.93μVrms |
-74.6dBrms re 264mVrms =49.2μVrms |
-70.1dBrms re 264mVrms =82.5μVrms |
|
| 入力換算雑音電圧 (Gv=183倍) |
… | 0.269μVrms | 0.451μVrms |
| 参考 入力まわりの抵抗の熱雑音 |
… | 0.182μVrms B-B間94Ω,BW=22kHz,T=290K |
0.427μVrms B-B間517Ω,BW=22kHz,T=290K |
ケースがちゃちなので外部からの磁界を拾って50Hz整数倍等のハムノイズを生じることがある。
このマイクプリはまだ出来たばかりで、これから使い方も含めて育て続けていかなければなりません。
まだ1、2回ほどしか使っていない現時点で音の評価は尚早だが、前作（1石版）に比べるとSM57の範囲内とはいえディテールに優れる反面、低い入力Zや初段前のCのためか狭帯域で質素すぎて華やかさに欠ける音という印象もあります。たった1石の前作は数字で見る諸特性は劣るがその音は明快で活気があり（これを歪み感や色づけ等というのかどうかは知りませんが）、しょせん比較の問題、好みの問題ともいえます。不思議でもあり、面白いところです。
出力段DCカット前のDCオフセットが0.3V程度でその安定度もまあまあという結果は、初段の大きなゲインと少ない負帰還からみれば健闘しているといえるし、低い電源電圧という観点では決して良いとはいえません。
現場の電磁環境に由来する誘導ノイズは如何ともしがたく、こればかりはダイナミックマイクの限界です。まあ、SM57は逆立ちしてもSM57である、録音後にEQ等手当て等するにしてもSM57の超オフ使用は出力電圧が低すぎ、やはり本来の使い方ではない、ということに尽きるようです。
SM57をこの目的で使うのに限界を感じていた矢先、録音を趣味にする知人から「もういらないけど売っても二束三文だから」というオファーでJoemeek JM27というコンデンサマイクを格安で譲り受けました。コンデンサマイクは初体験で、折角なのでこれを使えるように改造します…といいつつ、ここから先はもはや実験とお勉強です。
JM27は感度が10mVでSM57の1.6mVに比べて16dBほど高いので、初段エミッタ間47Ωを560Ωに変更しゲインを減らしますが負帰還が増え過ぎて高域安定度を損なう弊害があるようです。コンデンサマイクに重い容量性負荷は似合わないので入力の6800pFを撤去します。入力並列680Ωを撤去し初段ベースバイアスの560Ω×2をそのままにするとZin=約1kΩ、入力のDC+48Vのカット用コンデンサは電解Cで妥協（千石電商で手に入る東信UTSJ 50V品を使ったためコンデンサマイクをつながないと耐圧ぎりぎり、改善要す）。ファンタム電源供給回路（390kΩより左側、なお実機に390kΩは省略）は実験的に外付けです。初段バイアス用LEDにはファンタムON時過渡現象に備え逆並列ダイオードを追加。
この状態でJM27を接続し、鉄弦ギターを録音し聴いてみました。一応それらしい音が出ています。一方、改造後の回路にSM57をつないでもゲイン不足以外特に問題なく動作し、音を聴く限り1kΩ程度で受けるのが落とし所のようです。 もちろんJM27とSM57の両者で音の傾向は違います。
まあこんなもんでしょう。ファンタム供給が外付けで006Pを計7個も要する現状では実用性に問題ありです。今後は回路構成・ゲイン配分・電源等を見直した次作に向けて再出発です。でもこんなことでR-1で頑張るより、平衡マイク入力がある録音機を買うほうが安直でよろしいのかもしれない。