【図解】音響機器のオペアンプ非反転増幅回路

【図解】音響機器のオペアンプ非反転増幅回路

こんちは!とまち(@tomachikeita)です。

オペアンプは少ないパーツ点数で音の増幅ができます。

ネットや本を見ていてもなんだか難しい式がたくさん使われていて、どうも取っ掛かり辛いのではないでしょうか?

原理などを知ることは大切ですが、うだうだ式を覚えるより実際に体験してみた方が楽しいですよね!

そこで!難しい式は使わずにオペアンプの増幅をイメージ出来るように図を使って解説したいと思います!

それではまずエフェクターなどでよく使われている非反転増幅回路からいきましょう!

非反転増幅回路

非反転ってなんぞや?

文字通り

「波形を反転させずに増幅する回路」です!

音というのは交流信号で波のようになっています。

この波を反転させないのが非反転増幅です。

もっと専門的にいうと「位相が逆転しない」とも言います。

位相の話は今後解説しますのでお楽しみに!

基本形

これが非反転増幅回路の基本形。

オペアンプの+に入力信号を入れてあげる形です。

R1はバイアス電圧をかけるための抵抗です。

470kΩ付近の抵抗がよく使われている印象です。

このバイアス電圧に関しても後日別途解説しますのでお楽しみに!

 

オペアンプの増幅に関係する抵抗は「R2」「R3」です。

この2つの抵抗によってどのぐらい音が増幅するのか決まります。

$$増幅率=\frac{R3}{R2}$$

R3R2で割れば増幅率が求められてしまうのです!

歪エフェクターなどはここに可変抵抗を入れて増幅率を変えることでドライブさせているのですね〜

例えば、R21kΩR310kΩだとすれば…

増幅率は10倍となります。

コンデンサが入った応用系

次に、エフェクターの回路でよく見られるコンデンサが入った形です。

C1C2が追加されています。

このコンデンサを入れることによって、

増幅したい周波数が設定できます!

C1R2ハイパスフィルター(HPF)

C2R3ローパスフィルター(LPF)

を構成します。

 

ハイパスフィルター(HPF)

このC1R2の値で

どこからの周波数を増幅させるか

を決定します。

このどこからというのがカットオフ周波数(cf)になります。

このカットオフ周波数の定義は

「-3dBレベルが落ちるところ」になります。

今回はカットオフ周波数を求める式だけおいて置きます。

$$カットオフ周波数=\frac{1}{2πRC}$$

上の図はカットオフ周波数を500Hzで切った時のイメージ図です。

フリーハンドでごめんねー!

このイメージ図から

「オペアンプで増幅するのは500Hzより少し上の周波数から」

ということが感覚でつかめるのではないでしょうか?

みんな知っているIbanezのTS-9(チューブスクリーマー)ではこのカットオフ周波数が720Hzに設定されてたりします。

 

ローパスフィルター(LPF)

次にローパスフィルターです。

ハイパスフィルター同様にC2R3カットオフ周波数を決めています。

ただ、ここにコンデンサを入れるのは音質調整だけではなく、発振対策として入れられることが多いです。

エフェクターなどでクリップさせるほどの増幅を行った時、このコンデンサで高音域をカットしないとノイズのような音が出ることがあります。

これを防ぐために比較的小さなコンデンサ(100pFほど)がC2に入っていることが一般的です。

 

さいごに

僕自身歪エフェクターの設計をしていますが、意識しているのはこの程度の知識です。

これがわかってしまうと、オペアンプでドライブさせているエフェクターで

「もうちょっと歪んでほしいんだけどなぁ…」

みたいな場合でもカンタンにモディファイ出来てしまうのですね!

今後もがんがん更新していきますね〜

そいでは!