（マイク）プリアンプのデザインがオペアンプゲインを最大60 dBに制限する傾向があるのはなぜですか？

録音品質の多くのマイクプリアンプを見ると、オペアンプ（ディスクリートまたはIC）を使用するすべてのデザインで、オペアンプが提供するゲインが最大約60dBに制限されていることがわかりました。ほとんどのプリアンプは別のステージ（トランスまたは別のオペアンプ）を使用して70dbまたは80dBに到達しますが、最初のオペアンプを使用してそこに到達しないのはなぜでしょうか。私が理解していることから、いくつかの利点があります：

• 電圧ゲインが上がるにつれて、信号対雑音比が向上し、
• よりシンプルなオーディオパス、
• 部品とコストの削減。

60dBを超えるオペアンプの安定性と関係がありますか？

これが典型的な回路図です。R12はゲインを40.1dBに制限します。私はこれらの式を使用しています：

THAT-Corp製の完全なマイクプリアンプICも最大ゲインが60dBであることに気付きました。

ゲイン/帯域幅積は、おそらく60dB（1,000倍）で50KHzの帯域幅が必要なので、約50MHzのゲイン/帯域幅積が必要です（さらに、HF歪みが小さくなります）... 80dBにすると、500MHzのGBPが必要になりますDCの近くで低ノイズを抑えたい場合は困難になります（そして、低ゲインで安定するために本当に悪いニュースを得ています）。

また、ノイズはゲインが最初の20または30dBのステージのノイズに完全に支配されていることを考慮してください（数学を実行してください）、最初の30dBのゲインが低域で発生するように分割することについて多くのことが言われています低Zソースと低1 / Fノイズ用に設計されたノイズステージ。GBPの数MHzのみを必要とし、奇妙なソースインピーダンスでも簡単に安定します。次に、残りを2番目の段階で行います（ノイズの問題が少なく、既知のソースインピーダンスがある場合）。

もう1つの難しい点は、1つのノブゲインコントロールを使用する場合、意味のある制御則がますますトリッキーになることです。たぶん3桁で、逆ログポットにそれ以上の範囲を持たせることは非常に困難です。

GBW（ゲイン帯域幅積）の問題があるため、単一ステージで良好なパフォーマンスが得られる可能性は低いです。帯域幅をきしむだけでは十分ではなく、歪みを軽減し、フラットな応答で正確な再現を得るのに十分なゲインが必要です（ただし、約10kHz以上での歪みは人間の聴覚にとっては重要ではありません）。もちろん、それぞれより合理的なゲインを持ついくつかのステージを常に持つことができます。帯域幅は-3dBポイントで定義され（出力は通過帯域の端で電力が半分になる）、オーディオマニアの規格では正確にフラットではないことに注意してください。

$\text{nV}/\sqrt {\text {Hz}}$場合、変圧器の入力段は、本質的にノイズのない電圧のステップアップを提供します（入力インピーダンスを巻数比の2乗だけ下げることを犠牲にします）。

リボンマイクなどの非常に低い電圧源も低インピーダンスになる傾向があるため、これは良いトレードオフです。

かなり高いドレイン電流で動作する複数のJFETなどのディスクリートを使用することにより、非常に低いノイズ性能を得る他の方法があります。これにより、理想的にはJFETの数の平方根でノイズを減らすことができますが、入力容量は並列のJFETの数に比例するため、改善よりも悪影響が速くなります。

（マイク）プリアンプの設計がオペアンプゲインを最大60 dBに制限する傾向があるのはなぜですか？

マイクやその他のオーディオデバイスが生成する範囲全体の良好な全体像：-

ここから撮った写真。

ご覧のとおり、スタジオマイク（タイプによって異なります）は、-60 dBm（600 ohmに対して0 dBm = 0.775ボルト）から-20 dBmの範囲の出力を生成できます。これは、1 kHzで1パスカルの標準入力圧力レベル用です。

ライン入力レベルは通常約0 dBmであるため、一般的なマイクロフォンプリアンプのゲイン範囲は20 dB〜60 dBです。

多くのオペアンプ回路は、無限ゲインオペアンプを含む理想的なコンポーネントを使用して構築した場合、既知の有限ゲインが得られるように設計されています。実際には、このような回路は常に理想的でないコンポーネントで構成され、その動作は理想的なコンポーネントから得られるものとは完全には一致しません。非常に基本的なアンプを検討してください。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

理想的なコンポーネントを使用する場合、ゲインは（R1 + R2）/ R2になります。これを「名目ゲイン」と呼びます。実際の回路では、オペアンプの開ループゲインが一定の場合、ゲインは1 /（R2 /（R1 + R2）+ 1 / opAmpGain）になります。オペアンプの開ループゲインが（R1 + R2）/ R2よりもはるかに大きい場合、1 / opAmpGainはR2 /（R1 + R2）に比べて非常に小さくなり、その正確な値は重要ではありません。ずっと。さらに、周波数や、さらに悪いことに入力電圧などの要因によって開ループゲインが変化する場合でも、回路の最大および最小ゲインは比較的近くなります。たとえば、開ループゲインが500xから1000000Xの間で変動する可能性がある場合、回路の正味のゲインは約9.8xから10xの範囲になります。用途によっては理想的なものよりも多くのバリエーションがありますが、それでもかなり小さいものです。

R1が99Kに変更された場合（公称ゲインを10倍から100倍に変更）、オペアンプの実際のゲインに対する回路の感度は10倍以上に増加します。オペアンプの実際のゲインに同じ変動があると、回路の正味ゲインは約83倍から100倍の範囲になります。これは、はるかに大きな変動です。代わりに、以下に示す回路を10倍のゲインで2番目のコピーとカスケードすると、得られる回路のゲインは約96倍から100倍の範囲になります。その回路のコピーを1つ使用する場合よりも相対的な不確実性は大きくなりますが、1ステージで100倍のゲインを達成しようとする場合よりもはるかに小さくなります。

60dBのゲインは、1000：1の電圧ゲインを伴います。オーディオ周波数で実用的な1000：1の公称ゲインを実現するのに十分な高い開ループゲインを備えた1つのオペアンプは、仕様がわずかに劣る2つのオペアンプよりも安くなる可能性がありますが、そのような高いゲインでうまく機能するオペアンプは、はるかに高価になります。あるレベルのゲインでは、2つの安価なアンプを使用するほうが、1つのアンプを使用するよりも実用的で、高いゲインで十分に機能します。

60 dBは、マイクから1 mVが1 V出力になることを意味します。これは、マイクを増幅して「ラインレベル」入力に送りたい最大値です。ほとんどのマイクは、通常のサウンドレベルに対して数mVの出力を生成します。

ゲイン帯域幅積に関する他の優れた答えに加えて、別の問題があります。ゲインが大きすぎると、入力オペアンプが入力オフセット電圧のために飽和する可能性があります。多くのミキサーボードは、最初のゲインステージに5532オペアンプを使用しています。0.5mVの標準オフセット電圧がありますが、全温度範囲で5mVに達する可能性があります。60dBのゲインでは、5mVの入力オフセットが出力で5VのDCオフセットになります。5532の標準ゲイン帯域幅積も10MHzなので、ゲインが60dBの場合、帯域幅は最大10kHzです。

ゲインが多い場合、ノイズも多くなる傾向があります。プリアンプの後、より多くのゲインを得るためにローパスアクティブフィルターを使用し、高周波プリアンプの出力ノイズの一部を除去するのが好きです。私はOPA2134オペアンプを使用しています。これは、Linkwitz Labの優れたアクティブフィルター設計のアドバイスから学びました。最大周波数が低くない限り、単一ステージで使用するゲインは60dB未満です。2つの40dBステージが良いでしょう。