ゾウリ虫でもできるワンコインヘッドホンアンプ - 2008/05/04
  

※これから作製頂ける方は、下の方にある改訂版の回路のがいいと思います。

ヘッドホンアンプというとChu-Moyとかがすげぇ有名なんですが、
ロジックICである74HCU04をググったらこれを使ったヘッドホンアンプというのも
そこそこやられてるようで、とても安いICですのでワンコイン(500円)で
いけるんじゃねーかと思いましてチャレンジしてみました。

このICのインバーターはちょうどオペアンプの反転増幅みたいに使えるらしいです
(ただし入力インピーダンスはとても高い?)
ということで回路図はこんなかんじ?
zouri_hpa_cirkit.jpg
これで片ch、74HCU04は6個のインバーターを内臓してるので、
ステレオでちょうどIC1個(電源は共通ですよ)。
※出力の抵抗を100→10Ωに変更しました、
ダンピングファクターをちょっとでも良くするためですが・・・正直音の違いがわかんね。
ICの保護という意味で心配な場合は100Ωのままでいいと思います。

スペックは・・・

入力インピーダンス:約47kΩ
増幅率:0.1-1.1倍

多分こんな感じ。
増幅率はRf/Rsらしいので、好きに変えてください。
Rfはあんまり少なくすると負荷が重くなるので最低1kΩかなと思います、
上の回路図で1kΩ+可変抵抗なのはそうゆう理由もあります。
逆に上限は220kΩとかそのあたりでしょうか?

電子工作をやってる人たちにとっては手持ちを使うとタダでできちゃう可能性があるんで
とりあえず以下の縛りを入れました。

・まとめ買いでの単価計算はNG
・配線以外の廃材・手持ちの利用はNG

ざっと計算してみてもけっこう厳しい感じです・・・色んなところで妥協が必要。

そして買ってきた部品がこちら
zouri_hpa_parts.jpg

内訳は、

74HCU04・・・・・・・・・・・・・42円
抵抗x10・・・・・・・・・・・・・・50円 (1M・47k・10k・1k・100Ωを各2本)
コンデンサx2 ・・・・・・・・・・30円 (1uF以上くらいで、10uFが5本セット30円でした)
半固定抵抗x2 ・・・・・・・・・90円 (10kΩ、トリマポテンションて名前で売ってたりします)
RCAジャックx2・・・・・・・・・70円 (左右セットのやつを買いました)
3.5mmステレオジャック ・・63円
ICソケット(14pin)・・・・・・・ 42円 (20pinのが安かったので20pinを買いました)
電池ケース ・・・・・・・・・・・57円 (単三2本のやつ)
電池スナップ ・・・・・・・・・・26円
ユニバーサル基板 ・・・・・・47円
----------------------------
合計 : 517円

ぶっちゃけ夜はマルツしか開いてないのでこれが限界でした、
秋月や千石にいければもっと安くできます、ICソケットなくてもいいし。
ただ抵抗は1本5円以下でバラ売りしてるとこはあったかな・・・

ケースとかもちろんなし、音量は半固定抵抗でch毎に調整します。
電源のON/OFFは電池スナップの取り外しでやります。

それじゃぁまず実体配線図をかきます、
zouri_hpa_real_cirkit.jpg
こんなかんじでしょうか、

次に部品をユニバーサル基板においていきます、
zouri_hpa_parts-position.jpg
20pinのICソケットでは基板が足りませんでしたので結局14pinを使いました。
この画像だとICソケットの位置がずれてしまってますね・・
RCAジャックを設置するために基板を加工してます。
こんな感じでスペーサーがあるとやりやすいです、
なくても本とか積んで置けばいいです。

部品の足を折り曲げてひっくり返してはんだ付けします、
zouri_hpa_handa.jpg

あとは実体配線図を反転したものを見ながら配線します。
zouri_hpa_handa-side.jpg

完成!
zouri_hpa.jpg
部品数が少ないのでとてもシンプル・・・・
基板のスペーサは撮影のためにつけました。
ちなみに電線の三つ編みとかやめたほうがいいです、見た目綺麗なのでやっただけ。
さて音質は・・・

ま さ か の 高 音 質 w

74HCU04はファミコンの音声出力にも使われているらしく、
正直どこか懐かしい感じの低音質を期待していたのですが。
ノイズも無く、低音から高音までちゃんと出ているように思います。
俺の耳は高音質の敷居がすごく低いので音質のレビューなんぞこれが限界ですけど・・

そして稼動時間ですが、充電してから多分2,3ヶ月経ってるニッケル水素で
24時間以上鳴らせていました。(これ以上は寝ておきたら切れていたのでわかりません)
ラインを受ける場合は最大で2Vrmsも入力されるので、
電池がなくなってくると歪んでくると思います。
アルカリよりは充電池が向いているかもしれません。
2Vrmsというと既に充電池x2の電圧より高いですが、普通に24時間は鳴らせていました。
歪みが気になる場合は電池ケースを単三x4のにするといいと思います。
(7V以上はICが逝くので注意です)

ということで意外にも実用的なものができてしまいました。
ボリュームやスイッチを付けてテキトーな箱に入れても1000円以内です、
この企画は何よりワンコイン縛りを入れることで、
パーツ集めとかすごく楽しかったです。
休日秋葉にいって500円握り締めて安いパーツ集めっていうのもありだと思いました。

もしチャレンジしてくれた人がいましたら報告をもらえると嬉しいです。

■注意事項■

この場合電源の中点を得るために電池ケースの端子に直接ハンダ付けしていますが、
zouri_hpa_batcase.jpg
こんな感じで、

とても接触不良を起こしやすいです。
材質の違いかメッキされている?ためなのかわかりませんが・・・
とりあえず手持ちに銀入りのハンダがあったのでやっつけで試してみたところ、
百発百中でした。

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が、後日やっぱり回路を見直しまして
zouri_hpa2_cirkit.jpg
こうしました、これで歪まない。
抵抗が2本減る分安くもなりますw

入力インピーダンスは10kΩになりました、
低いと思う人はボリュームを20kΩや50kΩにするといいと思います。

これにLEDをつけて(電流調整用の抵抗は2kΩ)エネループを使い
大音量で鳴らしっぱなしにしておいたら1週間余裕で鳴ってまして、
怖くなって解体しましたw


08.03.25-回路図差し替え、本文加筆修正
08.04.05-回路図の出力抵抗値を変更
08.05.04-回路を見直し改訂版を掲載

  

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1:名無し1号 2008年11月15日 19:00

 74HCU04 で検索してやってきました。早速2枚目の回路図を参考に作成してみました。音源は携帯電話に保存している AAC ファイルなんですが、音が非常に小さいです。
ボリュウム最大で携帯電話へ直接ヘッドホンを繋いだ出力より少し大きいかな?と思うほどです。
抵抗などの定数は回路図通りです。こんなものなのでしょうか?もうちょっとパワーが欲しいなぁ・・、と思います。

2:吐瀉館 2008年11月15日 20:38

>名無し1号さん
 
ご参考頂きありがとうございます、
増幅率は最大で1倍なので元の音よりは大きくなりませんが。 
ソース側より音が小さいということであればどこかミスっている・・・かも。
よければライン出力をつないでみて音量が取れるか確認してみてください

3:名無し1号 2008年11月15日 21:11

吐瀉館様
 早々にご返事頂きありがとうございました。なるほど最大で1倍なんですね。
ボリュウムを切って、入力を直結にしたらほぼ同じ音量が取れました。又、ポータブル CD プレーヤーの LINE OUT へ接続し、ボリュームを介して聞いてみたところ、ボリュウム位置が12時で丁度良い音量が取れました。携帯電話では出力が小さいので非常に小さく聞えたようです。74HCU04 では2倍とか3倍の増幅率は無理なのかな。

4:吐瀉館 2008年11月15日 21:45

>名無し1号さん
Rsを5kにするなどして値を減らせばオペアンプならば増幅できますが
ロジックICなのでうまくいかないと思います。
携帯電話側の音量を最大にしてもヘッドホンが割れる程の音量が取れなければ、
ヘッドホンアンプの用途には向いてないかもしれません・・

5:名無し1号 2008年11月16日 08:07

吐瀉館様
 色々ご助言頂きありがとうございました。抵抗値を変えて実験してみます。

6:吐瀉館 2008年11月16日 13:46

>名無し1号さん
いえいえ、うまくいくといいですね!

7:ポンズ 2011年6月20日 01:10

初めてのヘッドホンアンプ制作に挑戦しようと思っていますが、わからない点があります。色々なアンプの作例などをみると出力部分はGNDと信号出力の2点間から取り出しているものが大半のように思います。こちらのアンプの場合は出力はBIAS、入力はGNDと基準となる点が異なりますが、これは回路図の掲載ミスなどではないのでしょうか? 

8:吐瀉館@管理人 2011年6月20日 20:57

ミスではありません、出力はBIASを中心に信号が振っているのでこれでOKです。
出力どころか入力もネットの大半の作例と違います、
電源の中点(偶数個の電池の真ん中)をバイアスとし、GNDとしない設計思想です。

9:ポンズ 2011年6月20日 22:15

早速のご回答ありがとうございます。回路図を参考に挑戦させていただきます。エネルギーを無駄にしないエコなアンプを求めて、管理人様のHPのたどり着きました。少し前までは「オーディオ機器をラックに山盛りにして、とにかくお金をかければいい音と出会える」という偏った考えを持っていましたが、今は「必ずしもそうとも言えない。それぞれの良さがある」というニュートラルな考え方に変わりました。山盛りオーディオ(?)の対極にあるこのアンプは非常に面白い存在ですね^^


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