06.17
ステレオ装置の合理的なまとめ方 その12 パワーアンプその1-2
入出力特性
パワーアンプの性能に関する記事にこのデータはつきものである。不思議に無関心な人が多いが、アンプの特性を考えるのには、割合い重要なものである。唯そのグラフの表わし方に不完全なものがよくあるので、回路特性についてあまり知識のないアマチュアになじみが薄いのかも知れない。
このグラフが直線であるから、そのアンプの性能が良い、と感じさせるような説明が添えてある記事を見かける事がある。これは当たり前の話で、この線が途中でカーブを画がく（「描く」が正しい）ような特性を持つアンプなんぞ、そう簡単に出来るものではない。このグラフから判断出来るものに、二つのアンプ特性がある。それは、そのアンプの増幅率がどの位あるかという事と、それから取り出せる最大出力が何ワットあるか、という事である。
何度も述べているように、プリアンプは電圧増幅で、パワーアンプは電力増幅がその主な働きである。だから、パワーアンプに信号が入るときは電圧（V＝E）でぁったものが、その出口、つまリスピーカターミナルヘは電力（W＝P）として出て来る事になる。これを一つのグラフで表わすから、非常に見にくいデータになるわけである。
オームの法則により、
E・I＝P（Volt×Ampare＝Watt）
があり、同じくオームの法則に
があるので、上のE・I＝PのIにE/Rを当てはめると、
と解る。つまリパワーアンプの出力側にて（「出て」？）来た電圧（R.M.S.=root mean square）の2乗値をR（負荷抵抗の事で通常8Ω）で割ったものがパワー出（「出」は不要）だという事になる。
自分の使っているパワーアンプの増幅率がどの位かを知らない人が案外多いと前にも一度述べた。0.5Vの入力で最大出力になる、という事はご存じでも、そのアンプのゲイン（gain）がいくらかという事は解らない。これはパワーアンプに電圧（E）を入れると電力（P）が出てくるからであろう。
この説明のために、以前発表したクリスキット、 ソリッドステートパワーアンプP-35の記事の中にある入出力特性のグラフをもう一度出して見る。第31図がその入出力特性である。
このグラフを見るのに、出力電圧とその電力との計算関係が解らないと、 説明が解りにくいかも知れないので、第1表に、負荷抵抗を8Ωにしたときの、出力電圧とその電力値の一覧表を示しておいた。計算の面倒な方には、お役に立つと思われる。
グラフの縦の線が電圧で刻んであり入力信号電圧を表わしてある。横の線は、グラフの左側は電圧値で、右側に電力値が入っているのが解る。そこでこのグラフの下に目盛ってある0.1V（入力信号電圧）の線を上にたどって行って、グラフにぶつかったところを左へたどって、その電圧値を読むと、3.3Vと解るので、
0.1lV×33倍＝3.3V
という具合に、このアンプの増幅率が33倍（30dB）ある、というわけである。
一方電力量は
3.3V2÷8Ω＝1.36W
であり、同じグラフの左側の3.3Vを右へ取って、右端の電力表示を読むと1.36Wになっている事が解る。
こんな風な書き方をしたグラフだとアマチュアにも、そのアンプの入出力特性はひと目で解るので便利だと思う。
そこで、そのグラフが35W（＝16.73V2/8Ω）あたりから折れ曲がっている事に気が付く。
先程、出力電圧はRMS（=平均値）だと述べた。第32図の（a）がその説明である。サインウェーブの山のてっぺんから、谷の底までの電圧値をピーク電圧（Peak to Peak）と呼んでおり、その0.707倍が平均値である。図の斜線の部分が科学的にと（「と」は不要）等しい事から、この平均値の事を、実効値とも呼ばれるようになった所以である。つまり、この山形の面積がB×Cに等しくA×Bの0.707（1/√2）倍だという理由にもとづいた表わし方である。
そこで、パワーアンプが最大出力附近あたりまで上がって来ると、同図の（b）のように、波形の上下が欠けはじめる事はすでにご存じの通りである。こうなると、ピーク電圧と、その実効値の比率がくずれはじめている事が解る。つまりピーク電圧はそれ以上大きくならないのに、面積だけが広くなって行き、（C）のように、方形波に近づいて来ると、もうそれ以上パワーアンプに入力信号を入れても、出力がその入力電圧に比例して大きくならないのでいわゆる曲がり角に来た事になり、しまいにはもうそれ以上出力電圧が上がらないところが見つかる。これがメーカー製アンプのカタログでいうミュージックパワーの事で、音がとんでもなく歪んでしまって（俗に言うクリップ）、使いものにならないのだけれど、実効出力よりかなり上まわった数字が出るので、アンプを見かけより大きく見せる事が出来るので、しろうとを編し易い。
アメリカらしいやり方で、最近は日本でも各メーカーが真似をするようになった。
全米野球試合の事をワールドゲームなんて名前をつけて、まるで、インドもオーストラリアもふくめての世界中の大会みたいな呼び方をする国民であれば、 クリップしていようが、歪んでいようが、最大出力をカタログに書きたいのであろう。そして、ワット当たりいくらという、不文の法則みたいなものが出来る事になったのだと私は思う。
この入出力特性のはかり方は実に簡単で、第33図のようにつないでおいてジェネレータからの入力信号を大きくして行って、その時々の、入力電圧と、出力電圧を読み取って、グラフに点を入れて行くだけで済む。
これは特に入力用と出力用とに2台の交流電圧計がなくても、少々面倒くさいが交互にはかって行けば良い。出力監視用のオシロスコープ（シンクロスコープ）は、波形のクリップを見るためのものであるから、 このグラフを作るだけのためには不用であるという考え方もある。
一般に、実効出力は、 このオシロスコープの波形がクリップする寸前の電圧をはかるならわしがあるが、後に歪率の項で述べるように、高調波歪が、0.5%になるところの出力電圧を二乗して、負荷抵抗で割ったものを実効出力と呼ぶ方が、合理的であろう。
周波数特性
パワーアンプの周波数特性はプリアンプのそれと少し違ってくる。最近のパワーアンプは、入力感度0.5V（この入力信号でフルパヮーになること）であるから、プリアンプの場合には、その出力電圧が0.5Vまでの周波数特性だけを考えれば良いのだが、パワーアンプとなると、その出力信号が、諸（もろ）にスピーカに働くので、最小から最大までの出力時の周波数特性を考えなければならない事が解る。
したがって、一般にはパヮーバンドウイズ（Power Band Width）と呼ばれる周波数カーブを示すようになっているものである。ここでP-35の時のデーターをもう一度見る事にする。第34図がそれである。
三本の線があり、それぞれの出力時に測定した周波数特性である事は、見れば解る事である。
ところが、実はこの方法は正しいパワーバンドウイズではないのである。本当の意味のパワーバンドウイズはアンプの出力高調波歪を各周波数で克明に測定し、それぞれの出力周波数の歪率が同じである点を20Hz～20,000Hz或るいはそれ以上の間で結んでいってカーブをえがいたものの事をいうのである。
ところが、同じくP-35の歪率のグラフ（第35図）で解るように、例えば20wの線上にあるそれぞれの周波数における高調波歪率は、100Hzで0.055%、1000Hzで0.11%、10,000Hzで0.17%とぃった具合に一様ではない。だから、各周波数における同じ歪率の点をつないで行くと、とんでもないカーブが出来上がる事が解る。
こころみに歪率0.05%のところを横へ読みとって行くと100Hzでは19W、1,000Hzでは10W、10 kHzでは1Wであるから、その3点をつないだだけでも一直線のものにはならない事から見ても、300、500、700Hzとぃった具合に取って行ったとすれば、大いにまがりくねった線が出来上がり、しかもその測定たるや、 自動歪率計を使ってしても、大変な作業である。そんなに大変な作業を行って、アマチュアに誤解されるような、 というより喜こんでもらえないような曲がりくねったグラフをわざわざ示すのは馬鹿げているので第34図のように比較的真直ぐにのびるようなパワーバンドウイズが一般に使われているのだと思われる。
アマチュア用の測定データーなんてまあこんなものだと思えば良い。アンプを新しく設計する時以外は、上に述べたような複雑な測定及び測定器具はあまり必要ではないものなのである。そんなに大ゲサな測定器より、むしろアマチュアが自作のアンプをテスタ一丁なんて言わないで、一応当たってみるだけの三種の神器と呼ばれるジェネレータ、ミリバル及びオシロスコープだけは、あまり上等のものでなくても良いから是非そろえたい。
でなければ、いつまでたっても回路のしくみは解らないものだ。
