プリアンプのポイントは何ですか？

私はギターアンプのコンテキストで話していますが、この質問はあらゆるタイプのオーディオアンプに関係があると思います。

アンプの回路図では、2段階の増幅がよく見られます。最初に、信号はプリアンプ回路で少し増幅され、次にパワーアンプ回路で再び増幅されます。

これは私にとって冗長なようです。1つの大きなゲイン増幅ではなく、2つの小さなステップで信号を増幅する点は何ですか？

私の最初の考えは、この多段増幅が信号からの不要なノイズを減らすのに役立つかということでした。しかし、それについて考えれば考えるほど意味がありません。確かに、第2段階でもノイズが増幅されるからです。

オーディオ機器では、ほとんどの信号操作を「ラインレベル」と呼ばれる標準レベルで行うと便利です。これには、ミキシング、イコライゼーション、圧縮などが含まれます。

一部の信号ソース（マイク、ギターピックアップなど）は、本質的にラインレベル出力を生成しないため、プリアンプを使用して信号をそのレベルにブーストします。一部の信号ソース（レコードプレーヤー）では、ブーストだけでなく、周波数応答を平坦化するための特別なイコライゼーションも必要です。

次に、すべての信号処理が完了した後、2つ目の「パワー」アンプを使用してスピーカーを駆動します。

この種類のモジュール性により、信号ソース、処理段階、およびさまざまな種類のスピーカーを自由に組み合わせて一致させることができます。

早くて汚い答え：

バッファリングが1つの理由です。モノ間の相互接続は、多くの容量を持ち、駆動するために（比較的）多くの電流を必要とします。

ノイズ耐性は別のものです。このシナリオについて考えてみましょう。たとえば、10mVのノイズを拾うワイヤを介して信号を送信し、それを100倍に増幅します。合計ノイズ、1000mV あなたの代わりに、10倍で、それを増幅した場合でも、その後、別の10倍で増幅し、その後、それはノイズ10mVのを取得し、ワイヤを通してそれを送る、あなたの全信号増幅がまだ100倍ですが、あなたの全ノイズはわずか100mVです。

一連の増幅器をカスケード接続すると、合計ノイズ係数は、Friisの式与えられます

ご覧のとおり、特定のステージのノイズ係数は、前のすべてのステージのゲイン積で除算されます。したがって、ノイズに関しては、最初の段階が最も重要です。そのため、シグナルチェーンの最初のコンポーネントとして低ノイズのプリアンプステージがあります。この構成には、電力増幅器の雑音指数を心配する必要がないという追加の利点があります。

プリアンプとパワーアンプ用のボックスが別々になっている主な理由は、グランド電流と磁気結合です。[数値例があります。20KHzでスピーカーに6アンペアで、この回答の最後に、プリアンプはパワーアンプからわずか10cmです]

同じ PCB 上にプリアンプとパワーアンプを構築したとします。何故なの？

スピーカー電流の一部はGROUNDを流れており、最終的に入力信号と結合します。

この「結合」を最小限に抑えるには、PCBを長くして薄くし、PowerAmpグラウンドがPreAmpグラウンドから遠く離れるようにします。

これを改善する方法は？プリアンプとパワーアンプの間に長く細い領域を使用します。

極端な場合、同軸ケーブルは細長い領域を提供し、入力電流と出力電流の非常に小さな結合を保証します。

たとえば 、MOSFETに対するJFETの利点は何ですか、またはJFETがまだ使用されているのはなぜですか？

ビニールレコードのムービングマグネットカートリッジからの低ミリボルト信号、またはムービングコイルカートリッジからの0.5ミリボルトが100ボルト近くのオーディオ出力に増幅された場合、システム全体で〜100,000：1の絶縁が必要です。そして、そのアイソレーションでも、ユニティの信号ノイズ比のみを提供し、発振をほとんど防止しません。信号対フィードバックの比率が80dBの場合、アイソレーションはさらに10,000：1から1パーツあたり10億まで改善する必要があります。

^{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}

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（磁場）クロストーク/フィードバックはどれほど悪い可能性がありますか？出力電流が20,000Hzで6アンペアのピークであると仮定します。dI / dTは6 * d（sin（2 * pi * 20,000 * Time））/ dT = 6 * 2 * pi * 20,000 * cos（2 * pi * 20000 * T）

または、dI / dT = 700,000アンペア/秒。

プリアンプ入力（カートリッジから1ミリボルトの信号があり、少なくとも10,000：1のSNRまたはトーンフィードバックが必要であり、0.1マイクロボルトのフィードバックが望ましいフロアであることに注意してください）がスピーカー出力から0.1メートルであると仮定します。

V_magnetic_induce =（2.0e-7 *面積/距離）* dI / dT

また、入力ループ領域（グランドへの信号）は1cm x 4cmであると仮定します。

次に、数学を実行します。私たちが望む覚えLESSよりも0.1マイクロボルトのフィードバックを。

Vinduce *** = 2e-7ヘンリー/メートル*（犠牲ループ面積= 1cm * 4cm）/ 10cm * 700,000

Vinduce = 2e-7 * 0.0004meter / 0.1meter * 700,000

Vinduce = 2e-7 * 0.004 * 7e + 5

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 7 = 56 e-3 = 56ミリボルト。[違う！数学エラー]

Vinduce = 2e-7 * 4e-3 * 7e + 5 = 56e-5 = 560e-6 = 0.56ミリボルト[7e-5であった。7e + 5に修正]

Powerampliferをプリアンプの近くに置くことによって生じる磁気フィードバックは、0.56mV / 0.1マイクロボルト、つまり「クリーン」な音楽が許容できるものよりも5,600倍強力です。（いくつかの論文は、耳のco牛が-106dBcを聞くことができると言っています。これは、20倍の清潔さの別の要因が必要であることを示唆しています）

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設計者はこれらのシステムの忠実度をどのように改善できますか？スチールケースの金属スラブ; 出力信号（織物マルチワイヤスピーカーケーブルを使用）およびボックスへの電力線ケーブル配線用のツイストペア配線。Returnのすぐ隣に信号をルーティングするPCBレイアウト。緩い信号/グランド配線を回避する同軸ケーブル、代わりにプラグとPCBのプラグを使用して、信号電流とグランド電流の分離を最小限にします。最小面積のトランスミッターループを実現するために、スピーカー出力端子の近くに配置されたPowerAmps内の大きな電荷貯蔵庫 整流器ダイオードと共にインダクタを使用する電源。ダイオードのサージを遅くし、衝撃的な（高速エッジ）120Hzの電力の流れの邪悪な「歌う」音を避けます。

*** Vinduceは、dI / dTを持つアグレッサ/トランスミッタ電流を運ぶ長い直線ワイヤと、ビクティム/レシーバ回路の矩形ループ間の結合の非自然対数近似を使用します。誘導のファラデーの法則とビオ・サバールの法則の組み合わせからの方程式は、

Vinduce = [MU0 * MUr * LoopArea /（2 * pi * Distance_wire_to_Loop）] * dI / dT

また、自然対数を必要とする2次効果は無視します。

これは、ワイヤとループの間の最悪の場合のカップリングも想定しています。したがって、ワイヤはループの平面内にあります。この方程式の素晴らしい点は、3つの自由度（実際には4：電界強度、表皮深さによって制御されるため、プリアンプシャーシにスチールが必要）の発見です。自由度は

（1）ワイヤとループ間の方向

（2）ループ領域、したがって、ツイストペアまたは慎重なPCBレイアウトまたは同軸ケーブルの使用

（3）PowerAmp / PA_powersupply / Preamp_powersupplyと実際のプリアンプおよび/またはその入力同軸ケーブルとの間隔を広げます。

（4）「dI / dT」。（a）アグレッサの立ち上がり時間をフィルタリングするか、（b）主電流強度を下げる、または（c）銅のスラブまたは鉄またはスチールのシートを使用して、オーディオ信号磁場フィードバック; 非常に低い周波数には、非常に厚い銅（60Hzには8mmの厚さが必要）または薄い鉄/鋼の箱が必要です。

したがって、この式を使用して、治癒的アプローチを提案できます。

すでに述べたことに加えて、ギターアンプでは、意図した使用シナリオでは、アンプをオーバードライブすることで意図的に歪みを導入することがよくあります。ゲインブロックが1つしかない場合は、全体としてオーバードライブしない限りオーバードライブする可能性はありません。結果として、アンプとスピーカーの摩耗が加速し、ウィンドウバスティング、隣人耳障りな反社会的な音量で演奏する必要があります。

非ギタリスト向け：歪んだモード（「オーバードライブ」）は、pling-pling-pling音だけでなく、buzz-buzz-buzzとwhee-whee-wheeのサウンドが必要な場合に必要なものです。

ある程度、別々のプリアンプの使用は歴史的な二日酔いです。

当時、民生用オーディオシステムは、おそらくチューナーが組み込まれたターンテーブルとテープデッキで構成されていました。特に興味深いのは、ビニール入力でした。これは、リモートのフラットな周波数応答ではありませんでした。したがって、異なるコンポーネントには異なる増幅チェーンが必要でした。入力増幅/周波数補償/トーン制御をパワーアンプとは別のユニットに分離することが一般的になり、電子機器チェーン全体を交換することなく、所望の性能レベルのミキシングとマッチングが可能になりました。

最近では、ターンテーブルはかなりニッチな市場であり、テープレコーダーはソリッドステートソースに置き換わっているため、再生したいデバイスはすべて、マイクを除く例外的にライン出力レベルとフラットな周波数応答を備えています。ほとんどの場合、本当に熱心なオーディオマニアを除いて、個別のプリアンプはあまり必要ありません（そして、その市場にはかなりのステータス/ブランド要素があるようです）。