サブウーハーコントロールアンプの設計

ステレオメインスピーカー2台とウーハー1台を使う2.1chシステムでは、左右の信号から低い周波数成分だけを抜き出してウーハーに与える。低周波は指向性が鈍い（人間の耳ではどこから音が出ているか判別し難い）ので、１台で済まそうというわけだ。実際は楽器の定位に少なからず影響はあるが、今までもたいした違和感は無かったし、PC用の小型スピーカーがメインでは、低音が豊かになる恩恵のほうがはるかに大きい。

構成は以下のようにした。

まずは、マスターボリュームで全体の音量を調節して、メインスピーカーとウーハーへ送る。ウーハー用は左右の信号をミックスし、ローパスフィルタで低域成分を抽出する。フィルタのカットオフ周波数は音を聞きながら調整したいので、ツマミで変えられるように、可変範囲は50Hz～250Hzを目標にする。ウーハー用のボリューム調整と位相を反転する切替スイッチを通してから出力する。

実際の回路は以下のとおり。

マスターボリュームは50kΩ2連Aカーブ。左右の信号ミックスはオペアンプの反転増幅回路を使った加算器。ローパスフィルタは非反転の多重帰還型（Sallen-Key）アクティブフィルタで構成した。フィルタの基本回路はこれ。

バターワース特性でQ=1/√2にしてカットオフ点のレベルを-3dBに。C1=2×C2にすれば、ほぼR1=R2でいける。R1とR2を変えれば周波数を連続可変できる。入手しやすい2連ボリュームを使うため、2次フィルタ（-12dB/Oct）にした。できれば3次の-18dB/Octくらいほしかったが仕方がない。
C1=0.2uF、C2=0.1uFのとき、R1=R2=24kΩでFc=47Hz、R1=R2=4.7kΩでFc=240Hzがいいところだ。その範囲より外だとQまたはR1=R2が満足できなくなる。従って可変範囲は47Hz～240Hzとなった。

10kΩのサブウーハー用ボリュームを通った後、反転と非反転を切り替えられ、ゲインを持たせたバッファアンプを通して出力する。VR3で絞った分を補うのと、この後につながるパワーアンプのゲインやスピーカーの能率に余裕を持たせるためだ。加算器で一度反転しているので、ここで反転すると入出力が同相になる。

カップリングコンデンサを極力除くためオペアンプにはFET入力（入力オフセット電流が少ない）のOPA2134を使う。オフセット電圧（電流）があると、ボリュームを動かしたときにガサゴソいうし、スイッチを切り替えたときにショックノイズが出る。何かの拍子にDCを漏らすといけないので、最終出力にだけ無極性のケミコンを入れておく。

NJM2114DDの謎
実は最初の実験では、オペアンプにバイポーラ入力のNJM2114DDを使ったのだが、うまく動作しなかった。まずローパスフィルタの出力が11Vにラッチアップする。発振している様子はないのだが信号が出てこない。また電源OFF時のショックノイズが大きい。＋10V～-10V振るためスピーカーのコーンがどえらく動いて危険なので却下した。同じBi-P入力でもNJM4556ADやNJM3414ADなどでは問題ない（電源OFF時ショックノイズは出る。出方はオペアンプごとに特徴があるようだ）。ヘッドホンアンプのオペアンプもNJM2114DDなので変えてみる価値はあるかもしれない。

コメント 1

電源はどうなっているのですか？
by アキオ (2023-12-05 17:00)