２次定K型LPFの使いどころは？

質問

最近、自作ヘッドホンアンプの存在を知りwikiを見ながらchumoyアンプを作ってみました。
初めての自作なのでたいへん満足していますが、せっかくなので学習がてら色々と回路を付け足してみようと思い定ｋ型LPFを取り付けてみました。

どこに取り付けたら良いのかわからなかったので、とりあえずオペアンプより前に取り付けておけば良いのかな？と思い、wiki回路図にあるC3とオペアンプ３番の間に取り付けました。
【入力】⇒【可変抵抗】⇒【C3コンデンサ】⇒【コイル】⇒【オペアンプ３番】です。
そしてコイルとオペアンプの間にコンデンサを取り付けGNDへと繋ぎました。

結果は音は鳴りましたが非常に音が篭ってしまい明らかに失敗とわかる音でした。
そこで質問なのですが、明らかに音質が劣化しているのはやはり定K型LPFの取り付け位置が間違っているのでしょうか？
それとも何か部品が足りないとか、そもそも定K型LPF自体使うのが間違っているのでしょうか？

この手の知識は無学なので難しい単語や専門用語などは書いていただいても理解出来ないかもしれませんが、簡単な計算で使い方によっては低音を増強したり、必要以上の高周波域はカットできるのでは？と算段していますのでどなたか効果的な使い方を教えてください。

回答No.5

xpopo · ベストアンサー

回答ＮＯ．２です。ＮＯ．２の回答の一番最後の段落に対する補足です。

＞　そこでＬを使わないＯＰアンプを利用したアクティブフィルタを用いるのが一般的です。あるいはどうしてもＬＣフィルタを使用したいたい場合はフィルタの前にインピーダンスを小さく変換するためにボルテージバッファ（ＯＰアンプ１個で簡単に作れる）を入れればＬの値は１桁くらいは小さくできそうです。

補足＞＞追加として、うっかりしてましたが、ＬＣフィルタをＣ３の直後に入れる場合はＬの値が３２．２ｍＨと非常に大きくなると説明しましたが、オペアンプの後ろに入れる場合を忘れてました。こちらにアップロードした（http://yahoo.jp/box/gJUONQ）回路図の（ｂ）に示すようにＯＰアンプの出力と負荷のヘッドフォンの間に挿入します。
　この場合はＬＣフィルタの入力インピーダンスはオペアンプの出力インピーダンスになります。オペアンプ(OPA2604)の出力インピーダンスはデータシートから約２５Ωだと分かります。したがってLCフィルタの入力抵抗は25Ωだと言うことになります。minominorunさんの試されたLCフィルタは入力抵抗が２２Ωで計算されたと言うことですので25Ωに近いのでそのLCの値をそのまま使っても大丈夫そうです。
　ということですので、定（Ｔ）Ｋローパスフィルタ（ＬＰＦ）をこちらのサイト（http://homepage2.nifty.com/SEIDENSYA/LPF_HPF/）のＥＸＣＥＬ計算ソフトを使ってRon＝２２Ω、ｆ０＝２２ｋHzの条件で計算してＬ＝159.2uＨ、Ｃ＝658ｎＦという値が得られます。
　そしてこのLCフィルタを使ったときのシミュレーション結果がアップロードした図の右側に示してありますが希望通りの特性が得られてます。

お礼

xpopo様

貴重なお時間を使っていただき申し訳なく感じつつも、たいへん感謝しております。
こちらの回答(公開画像)を拝見させていただくまで、狙いの周波数特性を確認する方法がブレッドボードでのカット＆トライの後に測定機器等で確認する方法しか思いつきませんでしたが、もっと便利なソフトがあるのですね。
さっそくLTspiceの本を買ってきました。
今は使い方を覚えるために小中学生の教科書にでも出てきそうな簡単な回路で勉強していますがとても楽しいです。
当面は引き続き基礎を学習しながら、LTspiceをある程度マスターしつつexcel計算ソフトを使用しながら周波数特性について知識を掘り下げていきたいと思います。

それから補足にありましたオペアンプの後ろにLPF回路を付けるというのもたいへん参考になりました。
質問文から察していただけたと思いますが、必要定数がわかったとして、それをどこに設置すれば良いのかわかりませんでしたが、2枚の公開画像のグラフを見比べて答えがわかりました。

まだまだお礼したいことはありますが、ベストアンサー様とさせていただき一旦これにて失礼させていただきます。

回答No.4

xpopo

LCフィルタの周波数特性ですが、実は周波数特性はL,Cだけでは決まりません。LCフィルタに入力される信号の内部インピーダンスとLCフィルタの後ろにつながる回路のインピーダンスそしてLとCの値の４つで決まります。
　minominorunさんの試された回路で説明しますと、入力される信号の内部インピーダンスはこちら（http://yahoo.jp/box/OWSE6z）にアップロードした回路の（ａ）で言えば抵抗Ｒ１とＲ２で決まる抵抗値とコンデンサＣ3の複合したインピーダンスになります。この場合はオーディオの周波数領域、約１０Ｈｚから２０ｋＨｚでは抵抗によるインピーダンスだけです。抵抗Ｒ１とＲ２は５０ｋΩのボリュームの分圧点ですので実際はボリュームの回転位置でインピーダンスは変化しますが、ここではＲ１＝５ｋΩ、Ｒ２＝45ｋΩの時の位置で説明します。この時「入力される信号の内部インピーダンス」はＲ１とＲ２の並列抵抗値として計算されますが約５ｋΩになります。
　また、ＬＣフィルタの後ろにつながる回路のインピーダンスはこの場合抵抗Ｒ４（１００ｋΩ）が支配的になります。このインピーダンスはとても大きな値なので周波数特性についてはＬＣフィルタの後ろの負荷を考慮しなくてかまいません。
　ということで、定（Ｔ）Ｋローパスフィルタ（ＬＰＦ）をこちらのサイト（http://homepage2.nifty.com/SEIDENSYA/LPF_HPF/）のＥＸＣＥＬ計算ソフトを使って計算するとＬ＝36.2ｍＨ、Ｃ＝2.9ｎＦという値が得られます。このＬＣフィルタを回路に入れたのが（ｂ）の回路図です。目標の遮断周波数ｆ０は２２ｋＨｚで計算しました。
　（ｃ）はフィルタの特性を見るために５ｋΩの抵抗をフィルタのＬと信号源の間に挿入した回路になります。

　次に、周波数特性をシミュレーションした結果がアップロードした図の右側に示してあります。黄色のカーブがＬＣフィルタなしの場合の周波数特性を、青色のカーブがＬＣフィルタを挿入した場合の周波数特性を、赤色がＬＣフィルタそのもの（入力の抵抗を含めた）周波数特性を表しています。

ＬＣフィルタの値を適正にすればこのように所望の周波数特性を得ることができます。ただ、信号源のインピーダンスが比較的大きい（少なくとも１ｋΩ以上は必要）ためにインダクタンスの値がどうしても非常に大きくなってしまいます。この場合で３６．２ｍＨにもなってしまいます。
　そこでＬを使わないＯＰアンプを利用したアクティブフィルタを用いるのが一般的です。あるいはどうしてもＬＣフィルタを使用したいたい場合はフィルタの前にインピーダンスを小さく変換するためにボルテージバッファ（ＯＰアンプ１個で簡単に作れる）を入れればＬの値は１桁くらいは小さくできそうです。

回答No.3

178-tall

>部品定数はインピーダンス22Ωにて計算した物なのですが…

…ならば、LPF の入力側・出力側をみこんで 22Ω の抵抗値じゃないと、所望のフィルタ特性を得られません。

「wiki回路図」でいうと、オペアンプの出力端 (1) から 22Ω の抵抗を通して、フィルタ出力端を 22Ω で終端する手はありそう。
(ジャック側の抵抗値が十分高ければ、のハナシですけど。また、入力側 0Ω - 出力側 22Ω のフィルタに変更すれば、(1) 端の 22Ω は不要)

…といった感じですかネ。

蛇足。
「イサーライザ」は、「イコーライザ」のタイプミスでした。

回答No.2

178-tall

>…取り付け場所についての指摘がないと言うことは、定K型LPFの設置位置はオペアンプやトランジスタなどの増幅機前に設置し、高域をカットしてから増幅機へ信号を通すといった考えでよろしいのでしょうか？

LC の「２次定K型LPF」でしたか…。
バッファ付きのアクティブタイプかと思ってました。
取り付け場所のインピーダンスをあまり気にせず使えそうですから。

LC だと、バッファを入れずに所望のフィルタ特性を得るのは不可能と思われます。
LPF の入力側はインピーダンスがコロコロ変わりそうですし、出力側はほとんどゼロ、みたいですので。

それよりも、「何のために LPF を入れるのか」のほうがわかりません。
せっかく「付加回路」を楽しむのなら、音質調整用のイサーライザなどのほうがよさそうですけど。
いや、これは余計なコメントでした…。

お礼

回答ありがとうございます。

残念ながら電気関係は無学に等しいまま、アンプという存在を知った４日前からスタートした次第ですので、恥ずかしながら内容の1割も理解出来てません。

それから、何故LPFを入れてみたくなったのか説明しますと、最初に書いた通りになります。
具体的に書くと、音楽を聴く際にちゃんと計算した通りに低音域のみ音圧感度を上げたり（上がったたように感じれたり）、可聴範囲外はバッサリカットしたらどんな風に聴こえるのだろうか？と気になり、もしも簡単な付加回路でそれらが実現出来るなら、さぞかし楽しいだろう思ったからです。
そして、書店で少し立ち読みをして購入した本に、少しの部品と簡単な計算でそれが実現できそうな内容が記載されており、試した結果が今となります。
とりあえず先日作ったchumoyアンプにLCを追加しただけでは求める結果が出そうに無いとわかっただけでも収穫ですね。

回答No.1

ahoo_chieokure

音がこもってしまったと言うことですので、
高音成分がカットされていてLPFの動作としては正しいと思います。

どの辺の帯域から効かせたかった(カットオフ周波数)の選定を間違って
想定より低い周波数からLPFでカットしてしまったためではないでしょうか。
→一度部品の定数を見直してみるとよいでしょう。

お礼

回答ありがとうございます。

何もわからず手探りでやっているので動作としては正しいを判断されると安心します。
この質問をする前にブレッドボードにて試した時は、必要な定数のコイルとコンデンサーがありませんでしたので、やむなく手元にあった1uHのコイルと0.1uFを適当に付けて試聴してみたところ篭っていました。

近日中に40KHzより上をカットする為に約8.75uHのコイルと0.018uFのコンデンサを購入し試してみたいと思います。
ちなみに取り付け場所についての指摘がないと言うことは、定K型LPFの設置位置はオペアンプやトランジスタなどの増幅機前に設置し、高域をカットしてから増幅機へ信号を通すといった考えでよろしいのでしょうか？
また上記の部品定数はインピーダンス22Ωにて計算した物なのですが、そもそもここでのインピーダンスとは何を指すのでしょうか。

質問ばかりですが、お時間があればどなたか回答をお願いします。