真空管ラジオの感度考察。音質。2極管検波能率。プレート検波歪率。無限大入力インピーダンス検波
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2016年5月22日 初稿。
ラジオ修理やラジオ工作をしていると真空管ラジオの感度差が気になる。その感度について、散文的に情報をupする。修理した真空管ラジオ一覧。
Ⅰ、先日、IF3段のミニチュア管8球ラジオを製作した。（製作完了として通算79台目の真空管ラジオ：2016年4月)
もちろん 「ミニチュア管IF3段 ＞ ミニチュア管IF 2段」 で、感度よく聞こえてくる。
ＳＴ管ラジオを昨年2015年6月に製作した時から、ST管の感度がミニチュア管よりgoodぽく聴こえることに気ついている。
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★真空管ラジオのどの部分で電波を受信するのか？
①充分なシールドされた筐体に、バリコン等の部品が納まって、外部アンテナだけから電波を受信する設計。 シールドとしては60～80dB程度必要なので安易に通気穴があると 充分なシールドでは無くなる。
上記は真空管ラジオでは放熱面で苦しい。
②各パーツで総合的に電波を受けている設計。
実際に、ラジオのアンテナ側は、アンテナコイル、バリコン、初段真空管のg3の線長、其々をつなぐ配線長などで構成される。バリコンのＱが低いと色々苦労することはWEB上で多数見つかる。
★初段真空管(heptode)のg3の線長が長いほうが、空間占有体積が増えるので電波を拾うに有利なはずだ。
それゆえ、「ラジオ感度は、 初段球：真空管のg3の線長が長い ＞ 真空管のg3の線長が短い」が成立するのだろう。 実際にST管が感度良い。ミニチュア管より感度出しやすい。
アンテナコイル、バリコン、初段真空管のg3の線長
を 「アンテナ側感度を決めるユニット」として三位一体で捉えるのが正しいのだろうな。「アンテナコイルとバリコン」の離れ具合で感度が軽く3dBは違う。 フェライトバーのコイルをバリコンから遠い側に移設すると 3dBは下がる。 バリコンは体積(表面積)の大きい方が、かなり感度良いのも事実。 「430PFの2連 ＞＞ NPOラジオ少年の1300円バリコン」
要は「三位一体のＱ」のようなイメージ。
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Ⅱ、再生式は感度が良いのか？
過去blogにあげてあるように電池管ラジオでその答えがでているが、レフレックスラジオとほぼ互角だ。6.3V球だとレフレックスが圧倒的に優勢。 しかし5球スーパーほどは聞こえない。
数値的に捉えてみよう。
過去記事に多数情報を挙げてあるので、隅々まで読まれている方には無用な情報になってしまうがご勘弁ください。
検波段までのゲインを、粗いが計算してみる。
①再生式に、シャープカットoff球を使った場合のゲイン増は実測20dB.(SP端での計測)
グリッド・リーク検波でのゲインは、真空管の低周波増幅作用に依拠しているが、6J5の理論値6dB(算出式あり)だ。これは検波しつつ増幅の動作のようなので、SNはRF増幅時よりも劣ると推測できる。また「検波＋増幅」を1デバイスで行なうのはトランジスタ検波がある。
シャープカットoff球搭載で 20dB前後。（古書でもMax 20dB,音質重視だと10dBの記事)
②自励式スーパーヘテロダイン式(heptode)では
ヘテロダイン検波は実測10dB.
AFで計測すると6BA6単体のゲインが20～25dB弱.6EW6が28～30dB.(33dB取れたこともある)6DK6が25～28dB。
シャープカットoff球搭載で10+25=35dB程度。
バリミュー6BA6搭載でも10+20=30dB程度。
粗い計算だが、上記のようにスーパーに分が有る。
アンテナ系、例えばバリコンなどは同じものをつかった前提になる。
こういう数字の差は、実際にはかなり効くので重要 ⇒記事
③3極管をつかった自励式スーパーは3台ほど製作したが、3極管自励式ヘテロダイン検波によるゲインはどう測っても確認できない。マイナスゲイン？とすら想う。OSCすることに全エネルギーが注入されているイメージになる。
④他励式ヘテロダインは、6BE6,6SA7などよりゲインが取れ、IF段での回り込み発振しやすくなるのでIF段の動作は軽めにする。
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再生検波について
検索エンジンで「グリッド・リーク検波」を調べると 上位にオイラの記事が来て、とてもビックリしている。 枯れた技術なので、大方の「真空管ラジオの本」には説明文が載っている。
そのような情報は、①先ずは、本を手に入れて読む。②そして自分の手で造って確認する。③そして真偽を検討すればよい。
再生式ラジオは受信中にデジタル表示できる。そりゃ当然のことだ。
YouTube: はいぶりっどラジオ 1-V-2 デジタル表示
上の動画は再生式ラジオで受信周波数をデジタル表示させたもの。今のところ日本では初めてらしい。後続者の動画がupされた話はまだだ。
再生式ラジオの再生状態をLEDカウンターから見ると、
強く発振していると 表示する。
弱く発振していると数字がちららちしている。 だが音声がまともに聞こえるのでこれが再生状態だ。(カウンターで検出できる程度の発振強度状態だ)
①「バリコン ⇔グリッド抵抗」にオシロプローブをあてた。
SG電圧の増減でオシロの波形が大小する。VRを絞ると横線状態になる。SG電圧で発振強度がコントロールできることを示している。発振振幅も安定している。自動制御が効かない発振ならば暴走状態になるが、アンダーコントールできる。
波形はよく見かける波形。
②LED式表示器への 信号引出し点での波形。
YouTube: 再生ラジオの「表示器への信号取り出し点」波形
グリッド側で引き出すよりは弱い。JH4ABZ式LED表示器はこのレベル程度入力でも計測するので優れものだと想う。
グリッド側で取り出すとLC共振回路にお邪魔な負荷が吊り下がり、Qが下がるのでお薦めはしない。
③ベストな再生状態を探る。SP端にオシロを接続し受信音を波形で計測。
波形を見ると判るように、ベストな点がある。音でも聞き分けできる。この時カウンターは信号を拾っているのでラジオは発振状態である。
オイラが持っている本には、ピー音、ボー音など差分によるビート音が聴こえる状態を帰還発振。支障なく音が聴こえる状態を再生状態と区別したニュアンスで記述がある。
カウンターが信号を受けているのは事実であり、数字表示しながら放送が聞こえるよう調整できるのも事実だ。オシロ波形からは多くのことを学べる。
上手に再生できている時は残念ながら発振している。（動画のように周波数カウンターが反応している)。
高一部の同調バリコンを回すと信号が強弱するので、入力に応じて再生されていることも判る。
④もう少し触ってみた。
強い発振になってしまうと放送波がなくてもoscする。(当り前ですね)
まとめ
軽微な発振状態でラジオ受信できる。これを再生検波状態と呼ぶようだ。
強い発振状態では音声には為らない。強い発振になる前に「ベストな検波状態」がある。
発振強度はコントロールできる。これは普通の発振回路と同じ。
いわゆる「発振の一歩手前」ってのを今回は動画にUPできた。(ただしカウンターは反応しているので強い発振の手前と呼ぶのが良いと想う）。言葉だけ一人歩きしたようで、実際には軽微な発振状態が感度よい、取り分け強い発振の手前がgood.
「如何に軽微な発振をスムーズ化するか？」 これは結構 難しい。並3コイルの出来とバリコンの相性もある。
グリッド抵抗とC値の設計方法はNHK発行の本に記述があるので一読をお勧めする。
再生式ラジオの理解が進みましたでしょうか？
再生時は軽微な発振状態だ へ続きます。
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真空管ラジオのハム音はどこまで下がるか？
yahoo等ではハム音がしっかりと聴こえるラジオで取引されている上に、ラジオ修理者らもハム音に無頓着ぽいお方が非常に多い。まずは、webで拾ったハム音ラジオ。
まあしっかりブーン音が聴こえくる。これは電源トランス式だが、かなり聴こえてくる。トランスレス？と想ってしまった。ラジオノイズだと想って聴いていたら全域で聴こえてくるので、ラジオノイズではないことが判る。このくらいのハム音ラジオが取引平均点。 配線ルートに注意すれば、これよりハム音が下がるが、そこまで深く技術追及している修理者はweb上では見かけない。(測定器も持たないお方も多いので、煙も出ずに音が出ればOKのようだ)
オイラもハム音が小さくなるように追い込んだ修理ラジオを出していたが、「ハム音の聴こえないメーカー製ラジオ」の市場ニーズが無いので辞めた。
さて、オイラの自作ラジオこの程度までブーン音は小さくなる。 ブーン音聴こえますか？ これが残留ノイズ0.7mVの世界。上のブーン音ラジオと同じく6WC5,6D6,6Z-DH3A,42を載せている。6D6が2本ゆえに感度は上記ﾗｼﾞｵより20dBほど良い。ハム音の差は技術力の差。メタル管ならこの半分のノイズ値。
YouTube: 真空管ラジオのブーン音はどこまで小さくなるか？
このレベルまで静かになると3端子レギュレータIC起因ノイズの有無がわかる。
ラ ジオの残留ノイズは0.3mVまでは比較的簡単に下がる。ソレノイドアンテナ仕様だと雑多なノイズを多々拾うが、バーアンテナではそうならぬ。結果SNが 良い。 1KW中継局から35Km離れた鉄筋住居でラジオを受信している。ＳＰは外部の「3wayのオーディオ用」を使っているので、60Hzや120Hzは 「安価なラジオ用ＳＰ」よりもしっかりと音が出る。往時の16cmスピーカならばもっと低域は聴こえない。
audio用3way SPで聴いて、このレベルのハム音だ。
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ラジオで音質重視とは？
yahooを見ていたら、「音質重視の真空管ラジオ」が出品されていた。「音質重視のトランスレスラジオ」で出品されていた。 トランスレスラジオのブーン音が聞こえるなかで、繊細な音の聞き分けできる人間は何%だろう？
静寂の中で音を楽しむ世界とは、異なる世界観で出品されている。例えるならば、「都会の雑踏のなか、クラシックのバイオリンの音色や余韻を聞き分けろ」と主張されているようだ。繰り返すが、ラジオ修理者はハム音に無頓着な方があまりにも多い。彼らを「自称ラジオ修理者」と捉えている。
音質の考え方は、
①聴こえてくる音の特性が山や谷の無いフラットなこと。
②歪みの少ないこと。
の2点は誰も否定できまい。
①そのトランスレスラジオは、outトランスの1次側に マイラー？が吊り下がっていたので、高域は確実に垂れている。IFTありだと帯域制限されるので、AF部で高域を垂らしてもやや判別しにくいが、しっかりと高域下がりが耳で判る。
IFTなしの高一ラジオだとCの有り無しは音を聴けば判るので、音質重視を謳うならばoutトランスの1次側のコンデンサーは無い方が素のトランス特性になる。
また、ラジオで使う「小型出力トランス」の周波数特性を測った方なら、面白い処にピークがあるのを知っていると想う。
outトランスの1次側に少容量コンデンサーをパラ付けするのは、検波しきれない高周波成分がspから出てきて面倒なことになるのを防ぐのが主目的。副次ではoutトランスの周波数特性の補正も同時にする。
検波に専用検波管(6h6,6al5など)を使うと少容量コンデンサーのパラ付は経験上必要ない。（引き回しがヘタだとどうなんだろう？）
ダイオード検波では、パラ付けは必要。 （体験上、結構漏れる。ＴＲ式ラジオでも漏れる)
⇒ラジオでは専用検波管使用をオイラは推奨するが、世間では高周波漏れする6AV6,6SQ7が人気なのでヒトの耳を含め全く不思議ですな。音質重視ならばカソードバイアスにすること。音が違う。6av6の「グリッドリークバイアス vs カソードバイアス」の聞分け出来ないならば、音質に言及するのはあまりにも早すぎる。グリットリークバイアス起因の歪考。
グリットリークバイアスは歪んだ音を好む方向けゆえ、audioではまず使われない。メーカー製真空管スーパーラジオではほぼ100%グリットリークバイアスなので、この音が良いと云うと笑われてしまうだろう。ラジオ工作派のほぼ全ての方々は、audio系でグリットリークバイアスが不採用の理由を考えたことがないだろう。
春日無線(TRIO)のAF-10（1958年発売)は三極管によるグリッド検波を採用しているので、グリットリークバイアスによる歪み音に気ついていた可能性が高い。
「outトランスにＣ付き」は、「専用検波管を採用していません」の表示とも受け取れる。6Z-DH3Aラジオでは、IF結構漏れて面倒なことになるので大きめなCをつける。
②音質に言及しはじめると、
「コイル系のQと歪み」のfactorにも着手する必要があるので、オイラは深入りしない。先達の申すように音質重視だと最後はQを下げることに至る。(感度を捨てるイメージになる)
③音質に注意するなら、信号検波とavcは別回路が当然基本。(先人達が申すように歪みが違う)。別回路のメーカー市販品には未だ遭遇していない。オイラの自作品は別回路が基本。
④6AV6,6Z-DH3Aなど1st AF段では、ハム音の少ない側のヒーターピンを接地するのが基本。実体配線図で間違えている図を雑誌上で見かけた。メーカー製でも間違っているのが流通中。
⑤NFBは、時間軸で捕らえると時間遅延信号でオーバーライトしている。遅延信号を歓迎するのも科学的には妙なものですね。NFBは2dBも掛けると音が確実に変わるので、本当に軽くて十分。
⑥ラジオAF部にはバリミュー球は使わない。コンプレッションが掛かるので音の直線性が皆無。測定方法によるが少なくとも4ｄＢ程度は圧縮されている。忠実な音とはかけ離れてしまう。
だからレフレックスラジオ球にバリミュー球は採用しない。(エレキギターではバリミュー管コンプレッサーを積極的に使う)。 ゲルマラジオでガンガン聴こえる処では、バリミュー管採用で飽和から逃げる場合もある。
バリミュー管のアンプ製作記事があったので、エレキギターアンプだと想っていたら、audio ampだった。それには驚いた。WEB上には真贋入り乱れておるので心して看ることをお薦めする。
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★歪んだ音より、澄んだ音が良いとオイラも想う。音域特性はなるべくフラットにする。或いは小型outトランスの特性まで加味して考える。
spの特性も極めて重要だが、コストとの相談になる。出品ラジオに「SP無しタイプ」が多いのは音を考慮してのこと。安価なSPだと 音域もまずいし、音圧もまずい。聴こえればOKのSPは避けたい。
少なくとも16cmはほしい。可能なら2way の木箱BOX。
オイラのラジオ工作室のSPは、PIONEERの30cm?の3way。これでブーン音を確認している。コーンで26cmあった。
時折、耳の確認のために長野県中信地域でオーデイオ上位3店(喫茶店)に通っている。「ＪＢＬ4343」や「Project EVEREST DD66000」からの音を聴き、己の耳確認している。ここまで音に留意するラジオ自作派はWEB上ではオイラだけのようだ。音の違いを判るラジオ修理者がさて何人日本にいるだろうね。
このエベレストはそこそこのお値段なので、遠く県外からも音を楽しみに来られる方が多い。
音の良いラジオは奥が深いので、「ブーン音がせずに感度良く聴こえるラジオ」を目指す。
★余談だが、再生式ラジオのＲＦ負荷によく採用される高周波チョークは1段では甘い。少なくとも2段、できれば3段ほしい。 理由は,己で波形を見比べれば判る。
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プレート検波。グリット・リーク検波。 2極管検波。 検波考。歪み率について
同調回路のQ プレート検波で検索すると、深い情報も見つかる。
オイラのような機構設計者が、弱電検波回路に言及するのは身の丈を超える。プロの電気回路設計者が数値式で、プレート検波を解析してくれると想う。
繰り返すが 先達の本を読むように、、。
昭和30年代のとある「初心者向けtext」からごく僅かお借りしてきた。 初心者向けなので、お馬鹿なオイラにも理解できる。
歪み率に注目しよう。
①プレート検波
「プレート検波は音質が良い」との出版物(2006年 刊行)も見かけるが、「真実はどこにあるのだろう」と初心者向けtextで確認した。
上記図のように,歪み率はほぼ10%以上。よい処で8%。 この歪数字で音が良いと言われるのは、流石に腰が引けてしまう。出版物(2006年刊行)が間違っているね。
入力を1.5～2.5Ｖで使うと8～10%の歪みに納まりそうだ。
球で増幅している分、outは出る。
1Ｖ 入力ならば20Ｖ出力なので 電圧は20倍(26dB)と,ずばり球1個分の増幅度。実測すると6C5でゲイン26dBはやや無理だが新品球ならそこまで取れるのかも、、。
②グリット・リーク検波
再生式ではポピュラーな検波方式。
注目の歪み率は、プレート検波よりも小さい。半分というか1/3というか確実に歪みは小さい。
入力を0.2～0.4Ｖとし、グリット検波使うと歪み率は2～4%。「プレート検波では歪み率10%」。あなたはどちらを使いますか？
0.1Ｖ 入力ならば1.5Ｖ出力なので 電圧は15倍(24dB)の増幅度。プレート検波よりやや増幅度が落ちているが定数次第だろう。(実際の数値には近い)
③2極管検波
スーパーラジオでお馴染の回路。
1Ｖも入力させると、歪み率は1％以下になる。 プレート検波、グリッド検波より1桁以上goodだ。
入力10Vでも3Voutゆえに入力レンジは 他の回路より広い。
2極管検波の信号を25dB程度増幅すれば、出力レベルはgoodになる。
試算すると、
★1 「 2極管検波＋6AV6増幅」では 1v入力＋25dB増幅 ⇒ 出力20v 歪み1%
★2 「プレート検波」では 1V入力 ⇒ 出力20v 歪み9%
どちらを選ぶかは、お好みによるが、歪みの多いものを選択するゆとりはオイラには無い。
「初心者むけTEXT」には基礎情報が載っているので、入手し読むことをお薦めする。
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複合管の登場以前ならば、「グリッド検波 VS プレート検波」で回路検討するのだろうが、6Z-DH3Aや6AV6のような複合管が市場登場したので、「2極管検波＋3極管増幅」が歪み率と音量面からもgood。
以下、ラジオ工作の基本だが
①加えて、検波回路とAVC回路は其々別にすること。
②IFTの直後に検波素子を入れるとIFTのQが下がる。
③6AV6,6Z-DH3Aのヒーター・ピンはどちらの方をアースすべきか？ ここ。
オイラのサイトの訪問者は上記3点 ご存知のはずだね。
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無限大入力インピーダンス検波
過日、2極検波、プレート検波そしてグリッド検波での歪み率を、先達の文献から記事にした。
NHK発行のTEXTには「無限大入力インピーダンス検波」の項目がある。
Rkは100kΩ前後。Ckは100pF.
簡便に申すと、歪み率は2極管検波よりも劣る。3極管使用だが同じ入力レベルの2極管検波よりもOUT-PUTが小さい。
入力インピーダンスが無限大ゆえに、同調回路のQを下げないことがメリット。
詳細はNHKのTEXTを参照。
HI-FIを狙うと同調回路のQを下げることが必須であることは先達の文献にある。
同調回路のQは高い方が良いのか？ 低い方が良いのか？ ラジオ工作は深い。
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