さて、デジタルアンプ LP-2020Aの高調波（サンプリング）ノイズ対策及び、周波数特性改善を試みていますが、インダクタの調整が最後の課題となりました。
計算上では、フラットでかつ、50kHz以上でカットオフできる設定ですが、周波数が高いため、インダクタの容量がシビアになり少し調整が必要になりそうです。
さて、妥協できる特性と、高調波ノイズの漏れは、対策できるでしょうか。
おさらい
デジタルアンプとは
このアンプやD級アンプは、デジタルアンプと呼ばれることが一般的です。でも、デジタルアンプとは、アナログを二値化し、理論演算で増幅することと思っていましが、違っていたようです。出力段がスイッチング方式であれば、デジタルアンプと呼ぶことができる模様です。
少し、乱暴ですが、このLP-2020A+の想定ブロック図を書いてみました。
基本的に入力のアナログ信号は、のこぎり波とコンパレータで比較してその出力がPWM波形になり、それでトランジスタをスイッチングしている、基本的な回路構成と思われます。（仕様書に明記されていないので、想像の域です。ご了承ください。）
こののこぎり波が800kHz程度の周波数で行って、D級アンプとして動作しています。
A/DやD/Aは、なさそうです。もちろんDSPや、MPUなんかも不要です。
それでもPWMの幅は、アナログ的に変化しますので、分解能は、素子さえよければかなりよくできる理屈です。
これまでの結果
これまで、高調波を対策すべく、コイルの容量をアップしましたが、インダクタの特性が重要。別の68uHのインダクタは歪みもなく良好でした。このインダクタの容量を調整すれば、うまく目的の特性が得られそうである見込みが出たところまででした。
流石に68uHでは、高音の減衰が顕著で使えませんが、
波形品質は
かなり良好です。
コイル・コンデンサ組み合わせ
計算上は、20uH+1uFが良さそうなのは、分かっているのですが。
コイル・コンデンサ組み合わせ実験
実際のコイルやコンデンサは、高域になると特性が悪くなることがあります。
近傍の値から調整しながら、目的の特性になるか実際に取り付け取り外しを繰り返して、探ってみました。
だいぶ細かく行いましたが、計算通り20uH近傍の19uH+1uFが良さそうです。
高域の減衰率を表にしてみると
17uHでもよいのですが、10kHzが少し持ち上がっているのと、高調波の減衰が弱くなるので、19uH+1uFを最終の組み合わせとしました。
最終状態
最終状態のｆ特を標準と比較してみました。
ｆ特
少し、好みがありますが、このD級アンプに適合した、無理に高周波までせず、フラットで良い感じと思います。高周波を持ち上げると、音声よりも、ノイズ成分の方が多くなりますので。
正弦波
ビフォーアフターで比較してみました。
上が標準 下がカスタム後です
正弦波（微小信号）
まだ数十mVの高調波が観測できますが、このアンプ構成の限界でしょう。
S/N比
このオシロと簡易測定環境では厳しいのですが、60mVの1kHz正弦波と近傍周波数の差が30dBから50dBに広がったのがわかります。（あくまでも目安です）
最大出力が６V程度ですので、目安計算で
6000mV/60mV=40dB
近傍周波数との差を加算してトータルのSNを算出すると
オリジナル：70dB
改善後 : 90dB
高調波も15dBほど改善したのがわかります
矩形波
以前矩形は、カップリングコンデンサの影響で、低域が減衰、ひし形になっていました。
改善後は、矩形波が再現できるようになりました。
よく考えてみると、オリジナルは、意図的に音量をアップしたときに低域を抑えたのではと考えられます。
二つの理由が考えられます。
- 過電流リミットアップ
比較的大きな音にしたときに、低域を抑えることで、音量を上げることができます。 - ラウドネス効果
ラウドネスに似ていて、小ボリューム時には、低音をフラットに、音量が上がった場合は、少し抑えているようです。
ノイズ
（立ち上がりが少し遅くなったとも言えますが。）
また、暗ノイズは50mV程度あったものが16mV程度の１／３になっています。
電源ノイズ
大元の電源のリップルもいつものように 改善してみました。
2200uFを3300uFに、また、SMTのセラコンをつけて。
最終形
最終の仕上がりの状態です。
使用部品リスト
少し実際の部品と違うものもありますが、秋月さんで買い求められるもので、リスト化してみました。
まとめ
いかがでしたでしょうか。廉価版のD級アンプの高調波対策とｆ特改善をなんとか実現できたと思います。また、このLP-2020A+は、フルデジタルアンプtと言うよりは、スイッチングアンプと言う表現の方が合っていそうです。
カスタムで、安心して、聞ける様になってきました。PCの小型スピーカ等に良いと思います。
OpAmpの電源改善や、その他の改善要素もありますが、サンプリングノイズをさらに良くできた場合、まだ考えてみたいと思います。
カスタムナカミチアンプ
オークションに当方が電源ノイズ極小カスタムしたアンプを出品していることがあります。数が少ないので、遭遇された場合は、お早めのご入札、ご検討ください。
