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■ヘッドフォン、カートリッジ、真空管などオーディオ小物主要取り扱いブランド

真空管
米国→RCA、GE、SYLVANIA、RAYTHEON、etc.
英国→Mullard、Brimer、GOLD LION(GEC)etc.
ドイツ→Telefunken、Siemens、Valvo、RFT
オランダ→Amperex、etc.
日本→東芝、松下、日本電気、etc.

■ヘッドフォン、カートリッジ、真空管などオーディオ小物とは


真空管(しんくうかん)は、整流、発振、変調、検波、増幅などを行うために用いる電気、電子回路用の能動素子である。一般的にガラスや金属あるいはセラミックスなどで作られた容器内部に複数の電極を配置し、容器内部を真空もしくは低圧とし少量の稀ガスや水銀などを入れた構造を持つ。原理としては、電子を放出する電極(陰極)を高温にして熱電子放出効果により、陰極表面から比較的低い電圧により容易に電子を放出させ、この電子を電界や磁界により制御することにより、整流、発振、変調、検波、増幅などができる。
日本語では、真空管[1]、電子管[2]あるいは熱電子管[3]などと呼ばれる。アメリカ英語では「管」を「tube」、イギリスでは「valve」などと呼ばれる[4]。「電子管」は熱電子を利用しないものなど、より広い範囲の素子を指して使われることもある。
二極管が発明されたイギリスを中心とした欧州で主に、その電極の数により、二極管のことをダイオード[5]、三極管のことをトライオード[6]、四極管のことをテトロード[7]、五極管のことをペントード[8](以下同様)という。さらに二極管の中でも整流に用いるものを特にレクティファイア[9]と呼ぶこともある。
初期の真空管の、白熱電球と似た形状からとも、英語の「valve」からとも考えられるが、日本では「球」(きゅう、たま)とも呼ばれる。たとえば俗な言い方だが、ソリッドステートの(トランジスタの)アンプに対して真空管使用のものを「球(たま)のアンプ」と言うなど。また、セット(電気回路による装置)に使っている真空管の個数を称して「n球(きゅう)」という言い方をする。例えばスーパーヘテロダイン方式によるAMラジオ受信機の、代表的な構成の一つである真空管を5本使用しているものを、「五球スーパーラジオ」という。なお、真空管の代替として発明された半導体トランジスタを球と対比的に「石(いし)」「~石(せき)」と俗称している。
日本では広義に、真空もしくは低圧雰囲気空間における電界や磁界による電子の様々な振る舞いを利用する素子を総称する場合もある(蛍光灯などの光源目的としたものを除く)。すなわち、その容器内部を真空もしくは低圧とした構造から「真空管」の名を持ち、陰極線管(ブラウン管など)、プラズマディスプレイ、放射線源管(代表的なものとしてX線管)、放射線検出管(代表的なものとしてGM計数管)なども真空管のひとつである。
21世紀では、一般的な電気電子回路において汎用的(整流、変調、検波、増幅など)に用いる目的の素子としては、多くが半導体に置き換えられ、真空管はその役割をほぼ終えているが、半導体では実現が難しい高周波/大電力を扱う特殊な用途での増幅素子として現在でも使われており、日本でも放送局用、また防衛省向けとして製造されている。またオーディオアンプや楽器用アンプなどでは、現在も真空管による増幅回路がしばしば用いられるため、それらの用途のための真空管が現在も製造されている。
一方、特殊な真空管の一種であるマグネトロンは、強力なマイクロ波の発生源として、電子レンジやレーダーなどに使われ、現在でも大量生産されている。テレビ受像機などに用いるブラウン管も広義の真空管であり世界で量産されているが、薄型テレビへの移行から減少傾向にあり日本国内での生産はオシロスコープなどの測定機などを除き終了している。
他にも、X線を発生させるX線管や、高精度光計測に用いる光電子増倍管、核融合装置のマイクロ波発生源など、真空管は高度で先端的な用途に21世紀現在も使われている。プラズマディスプレイや蛍光表示管(VFD)などには、長年に渡り蓄積された関連技術が継承されている。
歴史[編集]
エジソンが白熱電球の実験中に発見したエジソン効果(1884年)が端緒となり、その後フレミングが発明(1904年)した素子が2極真空管(二極管)で、3極真空管(三極管)は、リー・ド・フォレストが発明(1906年)した。 既に白熱電球の製造技術があり、リー・ド・フォレストの真空管はウェスタン・エレクトリック社でもリー・ド・フォレストの特許のもとに生産に移され、1914年 には三極管は電話回線のリピーター回路に汎用されタイプM(101A)が製造された[10]。1915年のバージニア、アーリントン間の大陸横断電話回線の実験においては、550本の真空管が使われたとされている。使われた真空管はタイプL、タイプW、タイプSであった。アメリカ軍ではフレミングバルブを使っていたこともありフランス製の通信機を使っていたが、第一次世界大戦末期フランスからのRチューブの供給が滞るようになり、急遽、タイプJ(203A)から耐震構造化した受信用検波増幅管であるVT-1が、タイプL(101B)を元にタイプKの後継管として送信用5W型発振変調管であるタイプE(VT-2)[11]が製造された[12]。1929年には5極管(UY-247[13])が登場し、1935年に画期的なメタルビーム管(6L6)が登場、これにより基本となる真空管技術が完成した[14]。ENIAC など初期のコンピュータには大量の真空管が使用され、寿命の揃った真空管を大量に調達するのが製作上の難関のひとつだった。
しかし、
原理的に熱電子源(フィラメントやヒーター)が必要なので消費電力が大きく、発熱する。
フィラメントやヒータを有するため寿命が短い(数千時間程度)。
真空管そのものや、これを用いる機器の小型化や耐震性に問題がある。
などの理由から、トランジスタが発明され、1960年代以降、トランジスタの生産歩留まりが高まって安価になると、放送、通信分野の機器においては、次第にトランジスタに取って代わられることとなった。その結果、主回路に真空管を使用したテレビ受像機やラジオ受信機は、1970年代に入ると生産が中止された。なお直接的な欠点ではないが、トランジスタではコンプリメンタリの素子が得られるという特長があるが、真空管では原理上単一の極性のものしか得られないことも理由の一つであった。
1976年に起きた「ベレンコ中尉亡命事件」でMiG-25の機体検証が行なわれた際、通信機を始めとする電子機器類に真空管が使用されていた事から「ソ連は遅れている」との評が立った。深読みとしては真空管は電磁パルス(EMP)耐性が半導体素子に比べて高いため、核兵器の使用法の一つとして当時想定されていた、核爆発によって発生するEMPによる電子攻撃に耐えるためとも推測された。しかし実際のところは、MiG-25が開発された当時は、まだトランジスタ技術が成熟しておらず、大電流に耐えられる製品は西側にさえ存在していなかったので、レーダーに大出力を求めた場合には単純に真空管しか選択肢がなかった。また当時の西側の戦闘機にも真空管が多用されていた。おかげで600kW[15]の大出力を得たMiG-25のレーダーは、妨害電波に打ち勝つ能力を得ており、電子戦において極めて有利になっていた。 尚、2013年現在も一部の戦闘機等の航空機には当時の真空管機器が搭載されており、航空自衛隊では部品の入手難により随時、半導体を使用した機器に置き換えられている。他国では同様の理由により電子機器の共食い整備[16]が生じている場合もある。
形態[編集]
真空管の形状(左からナス管、ST管、GT管、mT管)
 メタル管(RCA 6L6)
  ニュービスタ管
おおむね6つの形態がある。
ナス管(1930年代まで)
ST管(1930年代~1950年代)
GT管(1940年代~1950年代)
mT(ミニチュアあるいはミニアチュア)管(1950年代~末期)
サブミニチュア(ミニアチュア)管(1960年代~末期 1941年にRCA社で補聴器用に開発、1942年に試作・量産開始された近接信管に使用された事で有名)
ニュービスタ[17]管 (1960年代~末期)
ST管は上部のくびれ形状[18]下部のテーパー形状[19]から「ST管」と呼ばれるようになったとされている。俗称は「ダルマ管」である。この他に外装を金属としたメタル管がある。メタル管は金属の筒で覆われているため、外から内部を見ることはできず、放熱効率を高めるため一般的に黒く塗装されている。メタル管は大文字を使いMT管と表記することがある。これはミニチュア管と区別するためである。さらに1本で2本分の働きを持たせた複合管(双三極管・三極五極管など)がある。
複合管 (双三極管、2個のプレートが見える)
サブミニチュア管
mT管以降の小型真空管は、機器単体に多くの真空管を利用するようになり、その小型化、多様化需要によって主力となったものである。
ただ、小型の真空管そのものは真空管実用化の初期にはすでに作られており、1919年頃には「ピーナッツ・チューブ」と呼ばれる、mT管よりも若干大きめの真空管、WE-215Aが登場している。しかしこれは初期の真空管の使用が電池(蓄電池や乾電池)に頼っていたことから、その主な目的は節電であり、WE-215Aなどは「経済管」とも呼ばれていた。
発熱する真空管では無理な小型化は望ましいものではなく(激しい温度変化による材料の大きな膨張伸縮により、特に電極部に損傷が生じやすく、この部分からの外気侵入が問題となる)、その後間もなく電灯が普及し、電灯線(交流電源)による使用が一般化したことから、メタル管が登場した1935年以降、一部の目的を除き、民需には主にST管、軍需には主にメタル管という状態になった。
真空管はRCA社のメタル管により技術的にほぼ完成されたものとなったが、メタル管は軍需により開発されたものであり、コスト高であった。そこで低コストでメタル管に劣らない諸特性を持つものとしてGT管[20]が考案され、主に民需用として用いられた。 GT管は米国ではかなり普及したが、日本では太平洋戦争の影響と特許の関係であまり生産されず、戦後、ST管から直接、mT管へとその需要が移行した。
第二次世界大戦後の本格的な需要により、真空管本体とピンを一体としたmT管が主力となり、世界各国で広く生産された。その後、ピンを廃してリード線をそのまま真空管本体から引き出すことにより、さらに小型化したサブミニチュア管が作られた。
そしてトランジスタとの市場競争となった末期のニュービスタ管は、プリント基板に搭載して使用する目的のため、当時のトランジスタと同じ程度の大きさまで小型化が進められた。
なお、現在[いつ?]も生産が続けられているオーディオ用真空管(後述)などでは、オリジナルのものはメタル管やGT管であっても、ガラス管部がST管形状となっているものなどもある。
特徴[編集]
真空管の役割は21世紀になってほぼ終焉しているが、高周波大電力(10GHz・1kW以上)の用途では2013年現在でも真空管が用いられている。主な特長・長所は次の通りである。
キャリアが自由空間中の電子であるため、キャリア移動度が高い。
強電界が加えられるのが真空中であるため、構造によっては高い耐電圧を確保できる。
構造が単純で、絶縁破壊等による不可逆的な損傷が少ない(ごく短時間なら定格を多少超えても破損しにくい)。
一方で、短所は次の通りである。
素子(特に内部のフィラメントやヒータ)の消費電力が大きく寿命が短い(通常の製品で1000時間程度)。
トランジスタに比べて素子単価が高い。
機械的な振動や衝撃に弱い。


ヘッドフォン
オーディオテクニカ ATH-A500 密閉型ヘッドフォン
ヘッドフォンまたはヘッドホン(英: headphone(s))は、再生装置や受信機から出力された電気信号を、耳(鼓膜)に近接した発音体(スピーカーなど)を用いて音波(可聴音)に変換する装置である。
全世界共通の明確な分類はなく、今日、両耳に当てる形状のものはおおむねステレオフォン、耳に差し込む形状のものはイヤフォン(earphone(s))、マイクを備えたものはヘッドセットなどと呼ばれる。なお過去の日本のNHK規格ではイヤフォンとヘッドフォンの区別はされず、ヘッドバンドを有し両耳に当てる形状のものは両耳載頭型イヤホンとされ、さらにステレオ型、モノラル型として分けられていた[1]。
オーディオ系の常として、製品ごとに性能・品質・表現性に大きく差がある。これは、用途に応じて設計を変えているからである。
たとえば、モニター用ヘッドフォンだけをとっても、「スタジオモニター用」「マイナスワン用」「ロケ用」それぞれに合わせた製品があり[2][3]、リスニング用となると、想定される好みに応じて、あらゆる方式で設計がなされている。
接続方法の多様化[編集]
ヘッドフォンは、通常、コネクタ(ジャックとプラグ)を用いて音響機器と分離できるようになっている。代表的な例がiPodなどの携帯型オーディオやMP3プレーヤーなどのデジタルオーディオプレーヤー、携帯電話、CDプレーヤー、パソコンである。
接続端子は、古くから直径6.3mmのステレオプラグ(コネクタ)が用いられているほか、ポータブルオーディオに代表されるような小型機器への接続要請から、3.5mmのステレオミニプラグ(コネクタ)やさらに小型の専用端子などが用いられる場合も多い。また、またミニプラグ・標準プラグの両方に対応させるため、変換プラグが付属しているものも多い。
2013年現在では、ケーブルでつながっていたヘッドフォン(聴取者側)と音響機器を物理的に切り離すために、FM変調でのアナログ伝送、Bluetooth、Wi-Fiなどの無線や赤外線を用いて、基本ユニットが音声信号を送信したものをヘッドフォン側で受信することでコードレス(ワイヤレス)にしたものもある。このようなタイプは、音声信号復調を行なう電子回路に電源供給が必要になるため、ヘッドフォン側に一次電池あるいは二次電池を内蔵することになり、重量あるいは体積が大きくなる傾向がある。
D/Aコンバータを内蔵し、デジタルオーディオケーブルの入力を可能にしたものもある。DVDプレーヤーなどからアンプを介さず再生する他、パソコンのサウンドカードあるいはオンボードのデジタル端子に接続する利用法がある。」ダイナミック型[編集]
ダイナミックスピーカーと同じ構造で、磁石の作る磁界の中で音声電流が流れるコイル(ボイスコイル:voice coil)にローレンツ力が発生し、コイルに取り付けた振動板を振動させる方式である。ダイナミック型は、電流に対するローレンツ力を線形にする設計が可能であり、無電流のときコイルに力が発生せず振動系の支持を柔らかくできるため、低歪と広い再生周波数帯域が両立できる非常に優れた方式である。原理構造上、安価な大量生産向きでもあることから、今日、ヘッドフォンの最も一般的な方式となっている。
世界初のダイナミック型ヘッドフォンは1937年、ドイツのEugen Beyerが作った。現在でもbeyerdynamic社は主要メーカーの一つである。
インピーダンスは16〜70Ω程度のものが一般的である。インピーダンスが高いほど、機器を変えずに同じボリュームでも、実際に出力される音量が小さくなっていく傾向にある。そのためポータブル機器向けのものは16〜30Ω程度の低インピーダンスのものとされていることが多い。なお、ヘッドフォンのインピーダンスはIECの規定で、1(kHz)の交流印加時のものを示すものとされており、典型的なダイナミック型であれば、R+jXであるから、これよりも低い周波数では低く(例えば直流を加えた場合には純抵抗成分Rのみになる)高い周波数では高くなる。
マグネチック型[編集]
磁石に取り付けた固定コイルに電流を流し、磁石の吸引力を変化させて振動板を兼ねる鉄片を振動させる方式。吸引力が非線形なため歪が出やすく、鉄片が磁石に吸着してしまわないように振動系を固く支持する必要があるため、周波数帯域が狭くなるという原理上の欠点がある。
最も簡便であり、音質も音声情報を認識する最低限のものであるためヘッドフォンとは区別されることも多い。一般に片耳モノラルイヤホンであり、その場合は丸みを帯びた開口部を外耳道に数ミリ挿入する。外耳道の入口で支持するだけのため脱落しやすい。
バランスド・アーマチュア型[編集]
Westone社製バランスド・アーマチュア型イヤホンの上級モデル
高域用、中域用、低域用の3つのドライバーを搭載する。
マグネチック型とほぼ同じだが、マグネチック型が鉄片を直接振動板として用いるのに対して、こちらは鉄片の振動を細い棒(ドライブロッド)で振動板に伝えて振動させる点が異なる。戦前から昭和の中頃までテレビ・ラジオの個別聴取のために使用されてきたマグネチックスピーカーと全く同じ原理である。
ダイナミック型と比較すると、吸引力が非線形なため歪が出やすく、鉄片が磁石に吸着してしまわないように振動系を固く支持する必要があるため、周波数帯域が狭くなるという原理上の欠点がある。しかし、ダイナミック型より小型化が容易なことから、音質よりも小型化が要求される外耳道挿入型補聴器等によく用いられている。
イヤホン(日本ではインナーイヤー型ヘッドフォンと称される)の高級タイプでは、低域用・中域用・高域用など専用ドライバーに分けて、周波数帯域が狭いなどの原理上の欠点をある程度改善した製品が開発されている。
ハイブリッド型[編集]
低域用にダイナミック型ドライバー、中域用・高域用にバランスドアーマチュア型ドライバーを組み合わせた方式。
圧電型[編集]
薄い圧電体を2枚の金属板で挟み、これに音声電圧を加えることによって圧電効果(ピエゾ効果)による振動を発生させる方式である。インピーダンスが高過ぎて通常のアンプとは合わないため、動作させるためには専用機器を使う必要がある。歪や再生周波数帯域の点でダイナミック型に劣るため、2013年現在、生産しているメーカーは皆無に等しい。圧電体がロッシェル塩であればクリスタル型、圧電セラミックであればセラミック型となる。
クリスタル型[編集]
そもそもは、ロッシェル塩の逆圧電効果を利用したものである。ロッシェル塩は正圧電効果のある物質であり、クリスタルイヤホンはそのままでクリスタルマイクにもなる。ロッシェル塩は電場により伸縮する。このことから高い入力インピーダンスとし、微弱な電力で音を発生させることができるため、初期の鉱石ラジオなどでは必須のイヤホンであった。近年まで学習教材用などとして製造されていたが、ロッシェル塩には潮解性があり、耐久性に難があることから、近年は「クリスタル(イヤホン)」と謳っていてもセラミック型とされているものがほとんどである。2013年現在、ロッシェル塩を用いたイヤホン、マイクを製造しているメーカーはない。
静電型[編集]
スタックス(STAX)社製イヤースピーカーの廉価モデル。右側の箱は駆動用のアンプ
コンデンサ型またはエレクトロスタティック型とも呼ぶ。背極(ステーター)のごく近傍に薄い導体の膜(振動膜)をおく。振動膜に直流電圧(バイアス電圧)をかけ、背極に音声の交流電圧をかけると静電力の変化によって振動膜が振動する。通常は背極を2枚用意し、その間に振動膜を置く(プッシュプル方式)。背極には空気を流通させる穴をあける。電圧に対して線形な静電力が振動膜の全面にほぼ均一に発生するため、低歪でしかも周波数特性に有害な分割振動が起こりにくいという特長がある。しかし、一般にヘッドフォンの振動板は小さくて分割振動が起こりにくいので、良く設計されたダイナミック型が静電型に劣る原理的な理由はない。よく振動板の質量が歪の原因であるようにいわれるが、質量には非線形要素がないので歪とは無関係である。静電型は高い電圧を必要とするため、また抵抗負荷ではないため専用のアンプが必要である。日本のスタックスが静電型ヘッドフォンを製造販売しており、同社ではイヤー・スピーカーと呼ぶ。
構造[編集]
ヘッドホンの構造は逆相音処理の原理的方法の違いから大きく2つに分けられ、それぞれ次のような特徴がある。
オープンエアー型(開放型)
発音部分の背面が開放されているもの。振動板の裏側から発生する、180°位相反転した音波(逆相音)を無限に広い空間に拡散させて処理するタイプのものである。いわゆるスピーカーボックス(エンクロージャー)で言えば、後面開放(ダイポール)型である。外音を遮断するものは、原理的に薄い振動板1枚だけであるため、外音が良く聞こえる。一般に高音が良く伸び音がこもらない反面、低音はやや弱い。これは低音の逆相音が高音のそれと比べてよく回折するため、表側により多く回り込み、低音の正相音をより強く打ち消してしまうためである。はっきりとした強い低音を得るためには、イヤパッドなど発音部分の表裏を分ける部分の遮音性を特に高める必要がある。また、音漏れが大きいのも難点である。DJなど、同時に外の音を聞くことが要求される場合にも用いられる。
密閉型(クローズド型)
発音部分の背面を密閉したもの。振動板の裏側から発生する逆相音を内部で減衰消滅させるタイプのものである。いわゆるスピーカーボックス(エンクロージャー)で言えば、密閉型もしくはバスレフ型である。スピーカーとは違い、ヘッドフォンでは、背面の容積(空間)を十分とすることができないことから、発音器が非力な場合、振動板の動きが制限され、低音の少ない詰まった音(こもった音)になりやすい。このことからダイナミック型では、発音器に強力なマグネットを使用する、あるいはバスレフ型として対応する。遮音性が高いため、外部の音を遮断することを重視する場合には好んで用いられる。ヘッドフォン自体の音もよく遮断することから、公共の場で利用するヘッドホンに用いられるほか、(マイクロフォンとヘッドフォンが接近するため不要なモニタ音が収音されがちな)ヴォーカル録音等のモニタにも愛用される。
聴力測定用ヘッドフォンのように理想的に作れば、開放型も密閉型も「同じ音」になる。一般に言われる「音の傾向」は、意図的に作られているものである。例えばゼンハイザーの開放型ヘッドホンは低音が強調され、オーディオテクニカの密閉型ヘッドホンは高音が強調されて鳴る傾向があるが、これは各メーカーの考えの違い、すなわち各メーカーの対象としているカスタマーニーズがそれぞれ違うためであることがほとんどである。コンピュータシミュレーションがヘッドフォン設計にも取り入れられるようになって以降、音の傾向はカスタマーニーズに合わせて細かく調整されるようになっている。また、各メーカーの代表的な機種の音だけが取り上げられ、「メーカーのクセ」と思われていることが多いが、実際には、同じメーカーのものでも、機種によって音が全く違うことがほとんどで、多くの場合、実聴しないと音の傾向はわからない。また遮音性・音漏れについても密閉型だから高いとは必ずしも言えない。これはその他に例えば「半開放型」のものがあるが、分類上は密閉型とされているといったことがあるためである。

※説明文はwikipediaを抜粋参照しています。

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