ヤマガタンver9 > 100均＞「ボリュームアンプ」利用のアンプ付きスピーカの製作

100円均一ショップで、スピーカーの音を大きくするという「ボリュームアンプ」という商品があるのに目が止まった。
PC用の内蔵スピーカのアンプに丁度いいかも？と思い2台購入した。

まずは下調べ。
入出力端子は、3.5φのモノラルプラグ＆ジャックで、出力のジャックは本体に内蔵。
入力のプラグには約3mの平行2線コード付きだが、長過ぎる上、平行2線コードの為、ノイズを拾いそうな感じである。
音量兼電源スイッチのつまみがついている。
また電源は単四電池×2本の3V動作となっている。

次に内部を開けてみた。
価格の割にICが使用されており驚くが、よくよく考えればバラのトランジスタ使って組み立てるよりはコストかからないのかも。
ICはTDA2822M(ST MICRO製)という2chAMPIC(PC用のアンプ付きスピーカによく使用されているNJM2073と同等)が入っており、BTL(Bridge)接続で使用されている。

ICのDATASHEETより仕様を想定。
　利得　最大40dB程(ちょっと高くて扱いにくい？)
　出力(3V動作Brigde接続)
　　4Ω負荷　350mW
　　8Ω負荷　220mW
　　16Ω負荷　120mW
　　32Ω負荷　65mW

なお入力インピーダンスはIC自体は100kΩ程であるが、その入力に音量調整用のVRが入っている事と、入力端子に並列に抵抗が入っており、1kΩ程度である。

さて基板の作りだか、基板自体は比較的きれいだが、ハンダの色が白っぽい感じがした。錫の割合が少ない安いハンダなのかも？
また電線の接続は、剥き出しのコードが長いまま接続された状態であり、きたなかった。(これは後で使用するスピーカの内部も同様だった)

さて、当初目的であるアンプ付きスピーカにする為の細工を行った。
(500円も出せばジャンクのAMP付スピーカが買える事を考えるとあまり得策ではなさそうだが。)

接続するスピーカも100均で買ったポータブルステレオ用。
アンプが「BTL出力」という回路方式の為、-側を共通接続にするわけにいかないので、スピーカをばらして3.5φSTEREOプラグを外しスピーカに直結することにする。

スピーカだが金網を外すと内部にねじがあり、それを緩めると開くようになっている。
(写真参照)
なお金網は、針や画鋲等の先のとがったものを網目に突っ込んでこじれば外れる。

アンプの入力コードが長過ぎるし、入力をRCAプラグにする都合があるので30cmほどの長さで切断しRCAプラグを接続した。
また切って残った3.5φプラグ付きのコードは、アンプP出力からスピーカ間を接続するコードとして転用した。

一応極性を確認し、プラグのセンター側をSPの＋側に接続したが、後でアンプの内部回路調べたら、AMPの+側・・・+入力で+出力になる側(ICの1p)がジャックの-に接続されている事が判明。(どうすっかな？)

2009.1.24訂正＞
このジャック、なんとステレオ仕様でした。
しかも普通に見られるステレオジャックと違い、プラグ差込穴側のピン(ICの1pが接続されているほう)が、プラグ先端(つまりL極)，ICの3pが接続されているのがCOM(GND)，何も接続されていないのがプラグの中電極(R極)でした。

ただのS付のモノラルジャックだと思っていたのですが・・・思い込みとは恐ろしい。
追加終わり。


なお入力側の端子は用途によっては3.5φSTEREOプラグでも良いかも。(スピーカから外した奴を転用する手もあるかも？)

改造の内容をまとめるとこんな感じ。

2009.1.27
図面差し替えました。

出来上がったところがこんな感じ。

改造(っていう程のものでもないが)が完了したところで動作テスト。

やはり利得高すぎですね。
LINE出力に接続しているにもかかわらず、音量調整つまみを、スイッチONしてちょっと回しただけで最適音量を過ぎてしまいます。

前段の機器でレベルを絞ると前段機器の出力に含まれるノイズがそのまま増幅される事になるので、そのような使い方は適切ではありません。
アンプの入力に電圧比10:1程度のアッテネータを付けたほうが扱いやすそうです。

抵抗内蔵のRCAプラグケーブルのジャンクの手持ちがあるので、入力のコードをそれに変えようかな？

アンプの回路を読み取った結果です。

※08/2/15図面差し替えました。。
　スイッチの位置が違っていた。(電池の-側が正解)
　部品の定数追加しました。
　後述する抵抗の追加ポイントを入れました。

09/01/27図面差し替えました。
　PNG形式にしたのでサムネイル表示されます。
　ジャックをステレオ仕様に訂正。
　部品配置図追加。


電源のパスコンは10V耐圧品が使用されていましたので、PC内蔵を想定した5V動作も大丈夫そうです。
(IC自体は最大電圧は15Vで，アプリケーションとしては9Vまで想定されているようです。)


さて、この商品についての感想。

やっぱり利得高すぎです。
何に接続する事を想定しているのでしょう？
パッケージにはテレビやパソコン，ラジオ等を接続するイラスト付いてますが・・・
AUDIO機器のLINE出力に接続してもGAINあり過ぎ、VRでもレベル絞りきれない？状態ですので、そのままの使用方法では「ノイズ増幅器」になりそう。

試しに入力にスピーカつないでみたら、十分マイク変わりになりました。
(ゲルマラジオの出力でも十分鳴ってくれそうな感じ。)
スイッチつけたらインターホン作れるかも？

また入力側のコード長すぎです。
「延長コード」の役割持たせたとすると、接続相手はTV等の固定された機器になると思いますが、こういった機器は出力が十分大きいのでAMP自体不要では？
かといって出力の小さい小型の機器を手元に置いて接続して使う前提なら、こんなに長いコードは要らない？わけで・・・

手元で音量調整する事を想定しているのでしょうけどねぇ・・・

コード短くてもいい(30cmもあれば十分)ので、その代わり利得抑えてくれたほうが、もっといい商品になると思いました。
(回路的には・・・VR自体の抵抗低いものを使用(1〜5kΩ位)し、直列に抵抗入れる(10〜47kΩ位)だけでいいはず。現状、入力に並列に1kΩの抵抗入っているけど・・・)

なお2台買ったが、1台は音量調整VRがガリっていて酷かった。
(摺動部分の清掃&軸の接触部分に復活剤注入でなんとか解決)

ま、いろいろありましたが、価格から考えるといろいろ遊べそうです。

ところで・・・
ブリスターパッケージに印刷された名前と、本体に印刷された名前が違うのは何故？

ゲイン高すぎって扱いにくい・・・って書いてましたが、文句言っていても手持ちの物が治るはずもないので、手を加えてみました。

入力側に1kΩの抵抗が接続されている事は既に書いた通りですが、入力端子と入力の間に9kΩの抵抗を入れれば、丁度10分の1(20dB)減衰してくれる事になり、トータルのゲインが20dB程度になってくれるはずです。

という訳で抵抗追加してみました。(手持ちの都合で11kΩですが。)
MP3プレーヤに接続してみましたが、これでだいぶ扱い易くなりました。

ただ、音量上げると「モーターボーディング」起こしているような・・・変な歪が出ます。
電源のパスコン、100μFでは小さいのかも・・・

入力に抵抗を追加して扱い易くなった100均アンプ、車の中で地デジチューナーにつないで遊んでみました。

地デジチューナーはAC100V電源仕様なので、インバータ使って動かしてますが、その関係かハムノイズ入ります。(アンプ自体は今のところ電池動作)
入力端子のＧＮＤ側を手に持った状態でケースを持つと収まるので、入力のインピーダンスが高すぎて拾ってしまうようで・・・
(入力のケーブルが並行2線という問題もあるのですが。)
ケースに銅ｏｒアルミのテープでも貼り付けようかな？


ところで・・・アンプが２台あるので、その電池を直列接続に変更してあげれば、出力が6倍(データシートによると6V電源で8Ω負荷のブリッジ動作で1.35W)位にパワーアップ出来そうです。

※抵抗追加して利得落としておきながら出力を上げよう、というのは、相反するように見えますが、意味合いは別です。
入力側で減衰させて利得落とすのは前段の出力のノイズを抑える目的。(前段の音量下げて増幅すると、S/Nが悪化した状態から増幅する事になる為にノイズみまれになってしまうので、前段を適度なレベルで出力させた状態で増幅させる事でS/Nの悪化を防ぐ。)
電源電圧を上げて最大出力を上げるのは、出力側のピークレベルに余裕が出来る事で、高いピークを持った音がクリップさせずに出力可能になるというメリットがあります。

ただ、今接続しているスピーカーはチャチ過ぎて飛びそうですが。

ところで・・・いつも地デジチューナにつないでいたジャンクで買ったアンプ付きスピーカ(F士通のパソコンの外部スピーカです。)、たったの105円だったという事実。
電源がAC10Vで、アダプタが無かった為にこんな値段がつけられたのかも知れませんが、内部はブリッジダイオード＋平滑回路が「余計に」入っているだけなので、DC12Vでバッチリ動き、大変お買い得でした。
(この手のジャンク、1000円前後の値段が付いている事も珍しくないので。)

6V動作の改造回路です。

2009.1.27
図面差し替えました。


赤い×がカットするポイント，赤い配線が追加する配線です。

ちょっと問題？
電源スイッチが−側に入っている関係で、どちらかのアンプをONすると両方ONになります。
あしからず。

別件のスペアナのLOGAMPを作ろうと部品箱調べていたら、NJM2073というアンプICが6個も！出て来ました。
(内1個は秋月電子の基板付きキット。あとはキットと一緒に秋月で買ったSIPタイプ2個と確か山形で買ったDIPタイプ3個)

購入した記憶はないわけじゃなかったけど、6個もあったとは・・・これ使うの先じゃん！
キットもそうだけどDIPの1個は基板と部品一式揃えてあるし。

IC代+基板代だけで「ボリュームアンプ」1台分以上軽くかかる計算になるといっても、全部手持ちの在庫ですから〜、残念。


追加＞
という訳で作ってみました。
詳細は下記アドレス。
http://samidare.jp/jr7cwk/lavo?p=log&lid=124812

11/05/15追加＞
※SIP(Single In Line)タイプの「NJM2073S」は製造中止でメーカーのカタログからは「とっくの昔に！」落ちています。

今までは「ボリュームアンプ」を2台並べてステレオ化した製作例だったが、なんとか1つのケースでステレオ化出来ないものかと検討した。

その結果、2つの方法が実装的にも問題なく出来そうという結論に至った。
その方法とは・・・

方法１．
　IC1個でSEPP出力STEREO動作に回路変更する。
　現状基板では無理があるので別のユニバーサルボードに組み直す事になる。
　ただしSEPP出力で3V動作では出力不足になりそうなので外部から電源を供給もしくは車載用として9V位の三端子レギュレータ組み込みがお勧めかも。

方法２．
　ICを追加しケースのスペースにもう1回路組み込む(BTL動作)
　1台目の回路はそのまま使用し、2台目をバラして別のユニバーサルボードに組み直し電池横のスペースに組み込む。

という訳で、先に改造したものは方法２で再改造し、その他にもう1台用意しPND型カーナビの音量増強用に方法１で改造を予定している。


改造の基本方針
　・ケースはそのまま生かす。(ただしプリントは塗装orシール等で隠す？)

　・元々付いている単連VOLは使用不可なので、固定ATTを両chに入れる。(ガリオームだし。)

　・ジャックは使用しない。
　　SEPP版は出力Cのスペース確保の為。
　　BTL 2IC版は回路上ジャックは使用不可。

　　入力は100均の延長コード(プラグ)を使用
　　出力はSP直結
　　(SEPP版は延長コード(ジャック)の使用可能)

　・モーターボーディング(低周波発振)対策の為、電源用のコンデンサ追加する。
　　(特にBTL出力の場合、発振起こす可能性大)

　・車載使用時にはスペース(電池BOX部!)に三端子レギュレータを追加するも良し。(8Ω負荷時、SEPP版は9V,BTL版は5Vが適当)

ステレオ化改造の「方法１」での実装図です。

背の低いコンデンサと小型の抵抗を使用しないと入りません。(基板表面とケースとの隙間は9mm位しかないようです。)
220uのコンデンサが寝ていますが、手持ちの都合。

入力のアッテネータとして、43k-2.2kを使用していますが、元々付いている1kの抵抗を使用し、22k-1kでも良いと思います。

ケースのサイズを見計らって基板の大きさを決めました。
なお基板の「耳」の部分は切り落とす必要があります。
赤点線が切断ポイントです。
図中程の三端子レギュレータは12V電源時に使用するもので、電池横のスペースに組もうかなというサイズになっています。

ステレオ化改造の「方法２」での実装図です。

電池横のスペースに組み込めるサイズになっています。
部品は2台目をバラして転用する事になります。
(電源のデカップリングコンデンサを図に入れるの忘れてます。注意)

アッテネータ部の定数は「方法１」に同じ。

BTL動作のままなので2台並べた時と出力は同じです。
ただし発振対策の為電源のコンデンサ増強だけは行おうと思います。

方法2での改造実行し、うまく行きました。

外した部品のリードが短く、しかも基板の厚みが元々の基板より厚く、基板からリードがちょっとだけ出るような状態だったので、部品配置は少々変更しました。

ケース1つにスピーカと入力ケーブルが付いているだけになり、すっきりしました。
ジャックを外したので横の出っ張りも無くなったし。

固定ゲインなので元々のボリュームは電源スイッチだけ機能してます。

なお実際に音出ししてみたところ、スピーカの箱の共鳴周波数が辺な所にあるのか、変に音がこもるので、スピーカの箱内部のスピーカーの裏あたりにフェルト(キズ防止用として100均で売られている奴)を貼り付けたらだいぶマシになりました。

PND型カーナビ「AVIC-T10」の出力増強用として、新規に購入したものを「方法1」で改造中です。
ステレオ化に際し不足する部品は、手持ちの中でもなるべく小さな物を選定。
ユニバーサル基板をケースに入る大きさに切断し、元の基板から外した部品と共に実装。
若干部品の配置を変更しましたか、最終的には部品は全て基板内に収まり、蓋も閉まるのを確認しました。
12V電源動作とする為、9Vの三端子レギュレータも入れました。

ただ入・出力に使用するつもりの3.5φ延長コードを買ってくるのを忘れたていたので本日は作業中止。
ナビ時よりMP3プレーやとして動作された時の改善を狙っているので、スピーカーをどうするかもちょっと悩むところ。
(もう1サイズ上のがあるといいんだけど。)

そうそう、今回バラしたものですが、電源のコンデンサが220uFになっていました。
やはり発振の問題があったのかな？

昨晩ようやく入出力のプラグ・ジャックを接続し、電源つないで音出ししてみました。

出力側のDCカット用コンデンサ、実装図では220uFにしてますが、手持ちの都合で100uFを入れています。
これだと8Ω負荷時の3dBダウン周波数が200Hz位になってしまいますが、実際に使用するスピーカー、そんなに大口径のものを使用するつもりもなく、そんなスピーカーに低周波入れても音がおかしくなるだけなので、これで良しとしてます。
(もし20Hz位まで出そうとしたら1000uFは必要ですが、そんな大容量のコンデンサ、「ボリュームアンプ」のケースに入るはずもなく。)

テストに使用したスピーカーは直径7cm程のもの(オーム電機SP-680，下記アドレス参照，なお内蔵アンプを使用せず)ですが、実際音聴いてみてもそんな不自然な感じはなかったです。
http://www2.jan.ne.jp/~jr7cwk/shihan/sp1.html

多少ホワイトノイズが乗るのは、この手のICアンプでは良くある事でご愛嬌。
(元々小型のスピーカーをガンガン鳴らせる程出力のあるNJM2073を使用したヘッドホンアンプがオーディオ機器メーカーから市販されているというのは、ちょっと信じがたいですが。)


写真左：方法1(SEPP出力 1IC)での改造機
写真右：方法2(BTL出力 2IC)での改造機

1.きっかけ
　車検の際、モニタとtuner,sp付きampを一旦外したが、バラバラに置いていたもので扱いにくいので、この際tunerとsp付きampを車載モニタの裏側に貼り付けまとめる事にしたが、その際にサイズが少々大きかったおかず入れのsp付きampをvolume amp改(sepp-stereo)に置き換える事にした。
しかしこのamp、入力ATTの抵抗を手持ちの抵抗から適当に選んだものを入れたもので、減衰率が高過ぎ、出力が得られない状態だった。
(手持ちの関係で設計とだいぶ違う値にしてました。今見直すと設計値もマズいような・・・)

そこで、今まで作成したNJM2073及びTDA2822を使用したampの入力attの定数をまとめ、
見直す事にした。


2.現状把握

　1)1seg #1 for ARION TK-811(OKAZU)・・・現行機#1
　　NJM2073D使用SEPP接続 Av=44dB
　　43kΩ:2.2kΩ=-26.3dB

　2)1seg #2 for FOVU(CARD-INN)・・・現行機#2
　　NJM2073D ×2個使用BTL接続 Av=44dB+6dB(BTL効果)
　　22kΩ:2.2kΩ=-20.8dB

　3)volume amp改(R追加)
　　TDA2822M使用BTL接続 Gv=40dB+6dB(BTL効果)
　　11kΩ:1kΩ=-21.6dB

　4)volume amp改STEREO(1IC)・・・今回使用するamp
　　TDA2822M使用SEPP接続 Gv=40dB
　　56kΩ:2.2kΩ=-28.5dB

　5)volume amp改STEREO(2IC)・・・一緒に見直すamp
　　TDA2822M ×2個使用BTL接続 Gv=40dB+6dB(BTL効果)
　　33kΩ:1kΩ=-30.6dB

※E24系列に入らないような半端な値の抵抗が使用されているが、バラ詰め袋入り抵抗だった為


　このように、TDA2822Mを使用しているvolume amp改(STEREO)のATTが、
IC自体の利得がNJM2073より4dB程低いにもかかわらず、大きめな設定となっていた。


3.見直しの方針
　volume ampの入力にRを追加した際の定数ベースにする。

3-1.「volume amp改STEREO(2IC)」
　基本的に「volume amp改(R追加)×2」であるので、その定数に合わせれば良かったのに、何を血迷ったのか33kΩの抵抗を使用していた。
　11kΩの抵抗の手持ちがまだあるので、それに交換する。
　(・・・実は33kΩの抵抗が欲しかった。)

3-2.volume amp改STEREO(1IC)・・・今回の本命
　大量に手持ちがあった56kΩの抵抗を使用して製作してしまったもので、前述の通り減衰率が高すぎた。
　本機はR2側が2.2kなので、volume amp改(R追加)に合わせる事を考えると、22kΩを使用すればよいのだが、ARION TK-811の出力はLINEOUTではなくSPを鳴らせる程の出力があるので若干抑える事にし、volume amp改STEREO(2IC)より外した33kΩを使用する事にした。