真空管ギターアンプの部品選定
コンデンサの選定(フィルム・その他)
コンデンサ(Capacitor)は電気を溜める働きがあります。 この働きを生かして高周波を落とすフィルターとして使われます。 逆に応用すると直流を阻止して交流(音声信号)だけ通すこともできます。
種類
ギターアンプでは,電解コンデンサー,フィルム・コンデンサー,マイカ・コンデンサー,セラミック・コンデンサー等を使用します。
どのコンデンサーにも言えることですが,リード線にストレスをかけると内部で接触不良をおこすなど故障につながります。 フォーミングの際にはリード線の根元にストレスが加わらないように気をつけることです。 また,落下させたり過度な衝撃を加えると特性が劣化することがありますので注意してください。
フィルム・コンデンサーの種類
フィルム・コンデンサーは誘電体と導体の関係から,フォイル・フィルムとメタライズド・フィルムの2種類に大別できます。
・フォイル・フィルム:「箔巻き」と呼ばれていて,薄い金属箔と樹脂フィルムを交互に巻く
・長所:ESRを低くできる,信頼性が高い
・短所:フォイルの薄さに限界があるので大きくなる
・メタライズド・フィルム:樹脂フィルムに金属を蒸着させて金属化したフィルムを巻いたり積層する
・長所:金属膜は非常に薄いので小型で大容量,積層型はインダクタンスが小さい
・短所:ESRが高くなる,漏れ電流が発生する,高精度品は少ない,高温に弱い
フィルムコンに使われる樹脂
フィルムコンデンサーに使用する樹脂を5つほど紹介します。
●ポリエステル(Polyester):
一般的にはマイラーとも呼ばれています。もっとも一般的です。
ペットボトルに使われるPETもポリエステルの仲間のようです。
Sprague オレンジドロップ "418P",Maroly "150's",WIMA "MKS"・"FKS",ERO "KT"・"MKT",マスタード,トロピカルフィッシュなどなど幅広く使用されています。
特性的にはとても良いというわけではありません。
しかし,音質的な評価が高い品種もあります。
●ポリプロピレン(Polypropylene):
電気的特性に優れます。ポリバケツやタッパーの素材です。高耐圧のモノが多く,真空管アンプにはよく使われます。
Sprague オレンジドロップの"715P"・"716P",ASC "X363",SOLEN "FAST",WIMA "MKP"・"FKP",ERO "KP"・"MKP"などがポリプロピレンです。
音質のイメージはカチッとした質感です。
●ポリカーボネード(Polycarbonate):
高温に強く温特がよいようです。ポリカはCDやDVDのディスクに使われる素材です。
最近はあまり一般的ではありません。古いコンデンサーに見受けられ珍重されます。
WIMA "MKC"・"FKC",ERO "KC"・"MKC"がポリカだそうです。
国内では金田式アンプ御用達,双信のV2Aがポリカーボネードでした。
●ポリスチレン(Polystyrene):
スチロールコンデンサ,略してスチコンと呼ばれます。電気的特性は良いです。発泡スチロールやCDケースの素材です。
耐熱性が悪いのと薬品や溶剤に弱いので使用する際は注意が必要です。
秋葉原の部品屋さんではいまだに銅箔巻きのスチコンが売っています。根強い人気があるようです。
高精度のものが多く,フォノEQでよく使われます。
大容量のものと高耐圧のものが入手難で真空管ギターアンプには使いにくいです。
●紙(Paper):
絶縁紙使ったコンデンサーです。絶縁紙にオイルを含侵させるとオイルコンデンサーになります。イメージはアブラ取り紙です。
また,メタライズド・ペーパー(MPコン)としても古いコンデンサーに使われていました。
湿気を吸うと絶縁耐圧が劣化しますので,漏れ電流を測る環境がない場合は使用しないほうが無難です。
紙という素材からして楽器と親和性が高そうですが,いろいろ種類がありすぎて使う気になりません。
ぜひともこれというものを見つけて買い占めてください!そしてこっそり教えてください(笑)
その他にはPPSを使用した高性能なコンデンサが増えてきました。 また,テフロンを使用したコンデンサーもありますが,一般的ではなくとても高価です。
最新の製品動向としてはフィルム・コンデンサーも高容量・高密度に走っており,低耐圧化が進んでいます。 国内では箔巻きコンデンサーが次々に製造中止になっています。 ギター,オーディオに関わらず真空管アンプに向くコンデンサーがどんどん減っています。
フィルムコンに使われる金属
コンデンサーの電極に使用する金属は,最も一般的なアルミニウム,そして,亜鉛,錫,銅,銀が挙げられます。 単純に値段も変わりますが,なんとなく錫より銅,銅より銀が良いように思ってしまうのが人間の悲しい性でしょうか。。
使用上の注意
主にメタライズド・フィルムに使われる方法ですが,電極の引き出しにメタリコンという溶けた金属を溶射する方法があります。 この部分は剥がれやすいのでリード線の根元にはストレスをかけないように注意が必要です。
床に落としただけで特性が変わってしまうこともあるので取り扱い注意です。 抵抗器よりも熱に弱いので半田付けの熱にも注意が必要です。 バチっと放電させるのもご法度です。特にメタライズドタイプは容量が減ることがあります。 逆に漏れ電流が多いコンデンサをバチっとショートさせると微小な漏電経路が焼き切れて漏れ電流が減る場合もあります。
コンデンサは故障の判定が難しいので,漏れ電流,ESR,静電容量を測れる環境を整備しておくと強い味方になってくれます。
その他コンデンサーの種類
コンデンサーの素材としてはその他にマイカとセラミックがあります。
マイカ・コンデンサは古くは天然のマイカ(雲母)を金属板の間に挟んで作られていました。
高周波特性が良いことから通信機でよく使われます。信頼性も高いですが,高価です。 音的には明るく明確な音です。
セラミックコンデンサは磁器で作られます。つまり焼き物です。 泥を練って高温で焼成して作ります。 日本にも著名なメーカが数社あり,海外製のビンテージ・アンプでも日本製のセラミックコンデンサが使われていることがあります。
小容量のモノは特性が良好です。音質のイメージは無機質な乾いた音です。
ガラス・コンデンサなんてものもあるようですね。
耐圧選定の例
増幅段の段間に入る結合コンデンサはフィルムコンデンサを多用しますが,耐圧は630Vがちょうどよいです。 プリアンプ部分に限っては400Vでも大丈夫だと思います。
耐圧の高いコンデンサーは誘電体が厚くできています。誘電体が厚い分,大型になります。 内部で直列にして2重構造になっているものもあります。
小型のものは電気を通す導体が薄くなるので抵抗分(ESR)は上昇すると考えています。 電源やスピーカーなど大電流が流れる部分には大型のコンデンサーを使ったほうが良いです。
厳密にはフィルムコンにも許容リップル電流があります。 交流を印加する場合は周波数が高くなれば耐圧も減ります。
しかし,真空管アンプのような使い方,音声信号を通す部分では許容リップル電流はまず問題になりません。 むしろ許容リップル電流を公表しているコンデンサーは信頼性が高く,高電流が流れるスピーカー・ネットワークのような用途に適していると言うことができます。
精度
±10%が一般的です。±1%は高精度品で入手が難しいです。
コンデンサは元々精度が悪いので10/22/47というキリのよい数値を持っていれば十分です。15/33/68という数値が欲しければ並列して作ることもできます。
抵抗器に比べて誤差が大きいのでフィルター回路に使う場合はカットオフ周波数のズレが気になってきます。 周波数特性の微調整は抵抗値で行った方が良いです。 可変抵抗は一般的ですが,可変コンデンサ(バリコンというモノはあるが)はまず使いません。 ステレオのチャンネル間誤差やプッシュプル回路のバランスを気にするのならば多数個購入して実測・選別するか小容量を並列にして微調整する必要があります。
フィルム・コンデンサの極性:アウトサイド・フォイルについて
オレンジドロップのような箔巻きフィルム・コンデンサーには極性があります。 電解コンデンサーのような化学的な極性ではないので間違えても壊れません。 しかし,アンプ内での接続方法を考えると考慮すべき点があります。
もし,アウトサイド・フォイル(Outside Foil or Outer Foil:巻き終わり)という言葉を聴いたことがあって,気を遣うならば, 「巻き終わりが低電圧側に来る」ように配線することを勧めます。
フィルム・コンデンサ―の極性については諸説あります。例えば,信号の入り口を巻き始めにする。インピーダンスの低い方をアウター・フォイルにすると言った説です。 ある一面で見ると正しくもあるのですが,全てを明確に説明できているわけではありません。
分かり易い例ですが,LPFの場合は例1のようにGNDに接続するとシールド効果により静電誘導ノイズに強くなります。
◆例1:LPFの場合,アウトサイド・フォイルをGNDに接続
----------R--+------->出力 ↑ | 入力 |C| アウトサイド・フォイルによる | +-+ シールド効果 ↓ | /// /// GND
HPFの場合は事情が複雑です。アウトサイド・フォイルに印加されたDC電圧に比例したノイズを発生します。 原理的にはコンデンサー・マイクがメカニカルな振動を電気信号に変換する原理と同じです。
コンデンサーにチャージされる電荷はQ = C * V(Q:電荷,C:静電容量,V:電圧)であらわされます。
コンデンサーのアウトサイド・フォイルは近くのシャーシや配線に対して対して浮遊容量を持ちます。 この浮遊容量が一定ならば(コンデンサがしっかりと固定されているならば)特に問題はありません。
しかし,振動などによってコンデンサーが動くと浮遊容量は変化してしまいます。
そして浮遊容量Cが変化したときの電荷Qの変化量は,「Q = C・V」の法則から印加電圧Vに比例します。 コンデンサーに振動が加わって浮遊容量が変化する現象を考えた場合,印加電圧が高いほど電荷の変化量が大きくなるということです。
つまり,アウトサイド・フォイルを高電圧側に持ってきた場合のほうが浮遊容量変化の影響が大きくなります。
結果的に機械的な振動が電気的なノイズに変化すると言うことになります。 しかも,しっかりと固定しようとシャーシや基板のGND面に密着させると浮遊容量が大きくなるので影響が大きくなります。
このノイズの大きさはインピーダンスにも比例します。真空管回路は印加電圧が高く,インピーダンスも高いので影響が大きくなります。
浮遊容量10pFという仮定で簡単に計算してみました。2009-04-14加筆,2009-05-25修正(回路インピーダンスを1Mohm→100kohm)
◆例2-1:HPFの場合,アウトサイド・フォイル(巻き終わり)高圧側(入力側,プレート側)に接続した場合
〜振動した場合を考える +-- ------+-------|C|--------+ 〜影響大 ↑ | +-- | | | T | 高電圧 Z1 浮遊容量 Z2 グリッドなど ↓ | | | /// /// /// /// GND
◆例2-2:HPFの場合,アウトサイド・フォイル(巻き終わり)低圧側(出力側,グリッド側)に接続した場合
〜振動した場合を考える --+ ------+-------|C|--------+ −影響小 ↑ | --+ | | | T | 高電圧 Z1 浮遊容量 Z2 グリッドなど ↓ | | | /// /// /// /// GND
<条件>
Z1,Z2 回路インピーダンス C 極性のあるフィルムコンデンサ 振動周波数 100 [Hz] sin 波,ω=2πf 浮遊容量 10 [pF] 容量変化 0.5 [pF]・sin(ωt) 印加電圧 200 [V] 回路インピーダンス 100k [ohm](Z1//Z2 >> ZC) #容量変化率 = 10[%]p-pと仮定(1.0 [pF]p-p)
<例2-1の計算>
Q = C・V より 儔 = 僂・V 電荷の変化量は・・・ 儔 = 0.5・sin(ωt)[pF] x 200[V] = 100・sin(ωt)[pQ] 流れる電流は・・・ I = dQ/dT = 100E-12・ω・cos(ωt)[A] I = dQ/dT = 100E-12・2πf・cos(ωt)[A] = 63E-9・cos(ωt) 発生する電圧は・・・ V = I・R = 63E-9 x 1E+5[ohm] = 6.3E-3・cos(ωt)[V] = 12.6[mVp-p]
<例2-2の計算>
儔 = 0.5・sin(ωt)[pF] x 0[V] = 0[Q], I = 0, V = 0
例2-1の計算結果から,1pFの容量変化で12.6mVの電圧が発生しました。普通に考えて12.6mVの電圧は大きいですよね。
例2-2の計算結果は電荷の変化量がゼロなので電圧もゼロという結果です。この差がをどう考えるかです。
追記20190402:前提は(ZC << Z1//Z2)です。また(Z1 << Z2)ならノイズはZ1に比例します。つまりZ1が小さければ影響は小さくなります。 つまり,カソフォロやSRPPだと影響は小さくなります。小さくなると言ってもゼロにはなりませんので,ノイズを気にするならアウトサイド・フォイルを低電位側に接続してください。
「ノイズがあったほうが躍動感がでてよい」とかいうなら逆にしてみてください。
昔のコンデンサは極性が明記されており,ビンテージ機器はアウトサイド・フォイルが管理されていた!という伝説
信号の入り口をアウトサイド・フォイルにするという根拠ない都市伝説があります。 アンプで言えばプレート側をアウトサイド・フォイルにするという説です。プレートはインピーダンスが低く,グリッドはインピーダンスが高いという理屈で説明できそうです。 しかし,これが罠です。
コンデンサーのインピーダンスは周波数特性を持ちます。音声信号が通過する帯域では入り口側でも出口側でもインピーダンスはほどんと変わりません。 言い換えるとAC的には入力と出力の違いはありません。そもそも違いをなくすことこそが結合回路(カップリング・コンデンサ)の役割だからです。 つまりインピーダンスの違いは理屈になりません。オーディオは迷信がはばかりますので用心深く耳を傾ける必要があります。
アウトサイドフォイルを低電圧側に持ってくる理由としてもうひとつ,高電圧がかかっている部品は静電気で埃を吸い寄せるという嫌な現象もあるようです。 ブラウン管のテレビなんて最近は流行ではありませんが,すぐに真っ黒に汚れてしまいます。同じ理屈です。
ビンテージ・マーシャルのアンプ内部の写真などが手軽に見れるようになりましたが,よく見るとコンデンサーによって埃の付き方が異なります。 やはり,アウトサイド・フォイルが高圧側だと汚れてくるのです。 そしてそう,数多くの写真を見ればわかる通り,統一性はないのです。 厳密に管理されていたわけではなく,,,あまり気にしていなかったのでしょう。 もしクローンを作るなら極性もちゃんとコピーしないと同じ音になりませんよ(笑)。
もしかするとシビアに特性管理された測定器や録音機器などは極性管理されていたかもしれませんが,そこらへんはよく知りません(笑)。
しかし私がここで提唱した「低電圧側をアウトサイド・フォイル」は覚えやすいし根拠もあります。 「振動と浮遊容量」に着目すると数式上もスパイス・シミュレーションもノイズに強いという結論が出ています。 ただし信じるかどうかはあなた次第です(笑)。
まあそこまで気にするならコンデンサを銅パイプに入れてGNDに落とせよって感じですね(笑)。
「(笑)」は未検証項目ってことですね。わたしはあんまり興味ないので各自で試してみてください。割りばしでつつくとかね。(笑)多すぎ。てか真面目に検証しろよ。
繰り返しですが「ノイズがあったほうが躍動感がでてよい」ということもあるかもしれません。まずは試してみてください。 という張本人は真面目に比較したことはありませんけど。へへ。
フィルムコンデンサの極性を調べる方法
2021/06/14:追記
極性を調べる方法について長らく書き忘れていました。他のサイトでも解説されていますが,わたしが行っている方法を紹介しておこうと思います。
必要な測定器はオシロスコープだけです。オシロスコープが無ければミリバル,測定器が全くなければアンプとスピーカーでもよいです。 (ただしオーディオ用のアンプとスピーカは壊れる可能性が高いので捨ててもよいようなギターアンプで実験することをお勧めします)
オシロやミリバル,アンプの入力にコンデンサをつなぎます。コンデンサは2端子ですので,片側がGND,片側がHOTです。 コンデンサを指でつまみます。ノイズが出ます。
つなぐ向きを変えてノイズの大きさを比べます。ノイズが大きいとき,HOT側に接続している電極がノイズに「敏感」ということです。 つまり,そのノイズに敏感なHOT側の電極がアウトサイド・フォイルです。この敏感な端子を低電圧側に接続した方がノイズが少なくなるという理屈です。
注意点として,HOT端子に直接指が触れると激しくノイズが出ますので触れてはいけません。 また,容量の大きなコンデンサは極性がはっきりでません。ま,極性がはっきりしないコンデンサはノイズの影響も少ないと考えて支障ないと思います。
ギターアンプ用のコンデンサの種類と供給
フィルム・コンデンサは「スプラグ:Sprague」の「オレンジ・ドロップ」を使っておけば無難と思います。 まあオレンジ・ドロップにも種類は色々あるのですが。。。
わたしは「SOZO」が好きでよく使っていました。 SOZOは俗に「マスタード」と言われる,マーシャルやVOXなどのギターアンプ,NEVEなどの音響機器に使われていたコンデンサーのレプリカと称しています。 最近は値上げされてしまったので代わりにMaroly 150'sを使っています。
他にも色々とあります。「WIMA」や「ERO」はヨーロッパ系のメーカーです。 ちなみに「ASC」は「アメリカ指月キャパシター」の略だそうです。「TRW」の製造設備を「指月」が買い取ったようです。
大容量品では「SOLEN」が有名でよく使われています。
国産では「指月」,「岡谷」,「松尾」,「双信」,「ニッセイ」,「ニチコン」などが挙げられます。 あと「パナソニック」を侮ってはいけません。
小容量のコンデンサではマイカやセラミックが活躍します。 高耐圧のセラミックは信頼性も高く,性能も良いのでセラミック嫌いの人でも一度使ってみることを勧めます。 EVHのマーシャルには村田のセラミックコンデンサが使われていたらしいです。
マイカはディップ・マイカやモールド・マイカがありますが,現行部品は限られます。 高耐圧のモールド・マイカは送信機などの高周波大電力用途に作られていますが,オーディオ用に転用する例も見かけます。
海外製のマイカは「コーネル・ダブラー(デュブラー)」が特に有名です。 日本では「双信電機」と「日通工」が有名でしたが,日通工のディップマイカは生産中止で手に入りません。 ということで最近は銅リードのディップ・マイカが入手難になってきています。
小容量はスチコンという選択肢もありますが,耐圧が低いものがほとんどで,高耐圧のものは入手難です。
その他,玉石混合でさまざまなコンデンサーが秋葉原やWEB通販で手に入ります。 抵抗器に比べて,色や形が個性豊かなのがコンデンサーの魅力ではないでしょうか。
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