リアルサウンド・アンプ RSA-F1、RSA-M1、RSA-V1開発にあたって
【PART-1】
スペック株式会社 取締役技術担当 矢崎 皓一
新世代アンプへの挑戦
古くからのオーディオファンの間では、こんな話がよくされています。
「昔の能率の高いホーンスピーカシステムは、音が前に飛んできて、サウンドが心に訴えかける浸透度が大きい。」
確かにかつての100dBを超える高能率のスピーカーは、たかだか10Wにも満たないような直熱3極管によるシングルアンプで駆動されると驚くほどコントラストに富んだ魅力的な音色で立体感豊かなサウンドを奏でる例が少なくありません。それに比べると、昨今の主流である広帯域ではあるものの低能率のスピーカーは、半導体による高出力アンプで駆動せざるを得ず、どちらかと言えば、再現される音場もスピーカーの後方に広がるのが一般的で、前者と比較すれば広帯域からくる緻密さはあるのですが、ややもすれば平板的なサウンドになりがちでした。ある意味では、現在のオーディオの主流である低能率スピーカー、半導体アンプの組み合わせで可能であったのは、いわば薄味の音色の中での精度感と、スピーカーの平面と、前ではなくむしろ奥に展開するサウンドを追求することでしかなかったのではないかと考えます。
もしこの広帯域で低能率のスピーカーが、まるで高能率のスピーカーのように立体的なサウンドを奏でたら、どれほどオーディオがそして音楽が楽しくなるでしょうか。今回のアンプ開発にあたって、私たちはこうした原点に戻り、オーディオ機器による音楽再生を、低能率であっても、あるいは高能率であっても、どのようなスピーカーを使われても、人間の感性に直接訴えかける美しい音色と立体的な音場形成、そして躍動感溢れる真にリアルなサウンドを再現したいと考えました。
しかし従来のデバイスではこの目標の実現は不可能である事は明白でした。
真空管アンプでは、現代の低能率のスピーカーをフルに鳴らせるだけのパワーハンドリングは望めません。もちろん出力管をパラレル・プッシュプル等々にしてパワーを稼ぐ事もできるのですが、増幅段数も多く回路が複雑になり、シンプル極まりない真空管アンプの原点でもあるシングルアンプの自然で美しい音色からは遠ざかってしまうのが実情でした。
またこれまでの半導体アンプでは、私たちの目標とするコントラストに富む音色と立体的な前後に厚みのある音場は不可能だと断じざるを得ませんでした。なぜならば、半導体アンプが主流になってから、既に半世紀近くが経過し技術的にも爛熟期を迎えてはいるのですが、我々の望むサウンドを実現したアンプは皆無でしたし、また何よりもトランジスターや、FETといったデバイス本来の非直線性は、回路的に深く、場合によっては多重の負帰還を必要とされ、定抵抗負荷によるいわゆる“静特性”は極めて高いレベルにあるものの、実際にインピーダンスが複雑に変動するスピーカーを接続し、これを駆動した際は、その変動や逆起電力の影響を受け易く、アンプ内部での位相の遅れや乱れを発生しがちなのです。また出力インピーダンスが小さいが故に、一定の抵抗値を分子としたダンピングファクターは３桁にも達するのですが、このダンピングファクターの大きさが、実際にインダクタンス分を含むネットワークやスピーカーを駆動させた際の音楽的豊かさと全く無縁であったのは、上記の理由によるものであると考えられます。このインダクタンス負荷によるアンプ内部の電圧-電流変換の位相遅れは、たとえ強力な電源を組み込んでも最終的にはスピーカーの立ち上がりを鈍らせ、原音に存在する豊かな倍音成分からなるスペクトラムの再現を難しい物にし、また立ち下がりも源信号通りの伸びのあるエンベロープを十分に再現できず、自然で明確な立ち上がりと立ち下がりが織り成す音楽の最も重要な要素の一つである躍動感をもスポイルしていたのです。
そのような手詰まりの状況の中で、真空管アンプをパワーハンドリングと低域駆動の精度で凌駕し、半導体アンプのスピーカーというインダクタンス負荷を背負った際の“動特性”の脆弱さを原理的に解決した、真の第３世代のアンプとなりうるデバイスが４年ほど前に米国のIR社で開発されたのです。既にPWM方式によるDクラスアンプのデバイスも幾つかのメーカーから市販されていましたが、特にこのIR社のパワーデバイスは、400kHz前後の大電流のスイッチングがほぼ完璧と言ってもよいほどの精度を確保しており、この精度その物が、最終的には際立ったリアルな音質を決定づけたと言っても過言ではないと思います。またこの最終段のMOSFETを高い時間軸精度でゲート制御が可能なドライバーICとの組み合わせも相まって、新たなオーディオ再生の道が開かれたのです。
さてここでＤクラスアンプの基本的な特長をまとめてみます。
まずＤクラスアンプはエネルギーの伝達方向が双方向です。スピーカーからの逆起電力は通常の半導体アンプのようにアンプ内部の負帰還回路に侵入することなく、電源に回生されます。またスピーカーというインダクタンス負荷を背負っても原理的に位相遅れが少なく、これらの特長は複雑な周波数依存性のインピーダンスと逆起電力を発生させるスピーカー負荷を駆動する上で極めて重要です。またＤクラスアンプは瞬時にパワーをひねり出すことが半導体アンプより容易です。半導体アンプではトランジスターのベース電流やFETのゲート電荷を供給することでパワーを上げ下げしますが、ここでの負帰還の影響もあり、位相が遅れがちです。一方のＤクラスアンプでは、PWMのスイッチングのタイミングを変えるだけで容易に出力パワーが変化します。結果としてＤクラスアンプは音楽の普遍性でもあるダイナミックス再現性に優れているのです。さらにＤクラスアンプは半導体アンプと比較しても圧倒的に高効率です。これは同じ電源容量を使った場合に、見かけ上の電源容量が増えたことと等価です。アンプ側から見た時、トランスが大きく見える、AC電源がより大容量になったように見えることと等価なのです。例えば、我々が採用したIR社の最終段の電源利用効率（電源出力に対する、実際のスピーカー駆動出力の比）はフルパワーであると理論値の100%に近似する96%にも達しますが、一般の半導体アンプではせいぜい30%ということで、同じ電源容量であれば、半導体アンプのそれの３倍もの大きな電源を搭載している事に等しいという事です。もちろん、半導体アンプであれば、音楽信号に変換されないある意味無駄な電力が熱によって消費されるわけで、あの大きな放熱機構が必要とされるという事になります。
さて私たちは、私たちの理想とするアンプを開発するため、この優れた動作原理・基本特性を持ち、省電力という今日的な課題にも十分に対応し、オーディオ的にも実際のスピーカー駆動に大変有利、かつ大きな可能性を秘めたDクラスアンプという方式を選択しました。
そしてパワーデバイスとしてIR社のデバイスを採用し、そのポテンシャルをフルに発揮させることが、新たなリアルなサウンドをもたらすことになり、豊かな音楽の世界を求める方々の福音となりうると確信して製品開発を始めたのです。
