人々が「アンプ」と呼ぶとき、彼らは通常ステレオコンポーネントまたは音楽機器について話します。しかし、これはオーディオアンプのスペクトルのほんの一部です。実際、私たちの周りにはアンプがあります。それらは、テレビ、コンピューター、ポータブルCDプレーヤー、およびスピーカーを使用して音を出す他のほとんどのデバイスにあります。
音は魅力的な現象です。何かが大気中で振動するとき、それはその周りの空気粒子を動かします。これらの空気粒子は、順番にそれらの周りの空気粒子を動かし、空気を通して振動のパルスを運びます。私たちの耳は、これらの気圧の変動を拾い上げ、脳が処理できる電気信号に変換します。
電子音響機器は基本的に同じように機能します。音を変化する電流として表します。大まかに言えば、この種のサウンド再生には3つのステップがあります。
- 音波はマイクの振動板を前後に動かし、マイクはこの動きを電気信号に変換します。電気信号は、音波の圧縮と希薄化を表すために変動します。
- レコーダーは、この電気信号をある種の媒体のパターンとして、たとえばテープ上の磁気インパルスとして、またはレコードの溝としてエンコードします。
- プレーヤー（テープデッキなど）は、このパターンを電気信号として再解釈し、この電気を使用してスピーカーコーンを前後に動かします。これにより、元々マイクで録音されていた気圧変動が再現されます。
ご覧のとおり、このシステムのすべての主要コンポーネントは基本的にトランスレータです。これらは信号を1つの形式で受け取り、別の形式に変換します。最終的に、音声信号は元の形式である物理的な音波に変換されます。
音波の微小な圧力変動をすべて記録するには、マイクの振動板が非常に敏感である必要があります。これは、それが非常に薄く、短い距離しか移動しないことを意味します。その結果、マイクはかなり小さな電流を生成します。
これは、プロセスのほとんどの段階で問題ありません。たとえば、レコーダーで使用するのに十分な強度があり、ワイヤーを介して簡単に送信できます。しかし、プロセスの最後のステップであるスピーカーコーンを前後に押すことはより困難です。これを行うには、同じパターンの電荷変動を維持しながら、より大きな電流が流れるようにオーディオ信号をブーストする必要があります。
これがアンプの仕事です。それは単にオーディオ信号のより強力なバージョンを生成します。この記事では、アンプが何をするのか、そしてどのようにそれを行うのかを見ていきます。アンプは非常に複雑なデバイスであり、何百もの小さな部品がありますが、最も基本的なコンポーネントを調べることで、アンプがどのように機能するかを明確に把握できます。この次のセクションでは、アンプの基本的な要素を見ていきます。
- それをポンプアップ
- 電子部品
- 電圧を上げる
それをポンプアップ
前のセクションでは、アンプの仕事は弱いオーディオ信号を受け取り、それをブーストしてスピーカーを駆動するのに十分強力な信号を生成することであることがわかりました。これはアンプ全体を考えると正確な説明ですが、アンプ内部のプロセスはもう少し複雑です。
実際には、アンプは入力信号に基づいてまったく新しい出力信号を生成します。これらの信号は、2つの別々の回路として理解できます。出力回路は、増幅器のによって生成された電源からエネルギーを引き込む、バッテリ又は電源コンセント。アンプが家庭用交流で電力を供給され、電荷の流れが方向を変える場合、電源はそれを直流に変換し、電荷は常に同じ方向に流れます。また、電源は電流を平滑化して、完全に均一で中断のない信号を生成します。出力回路の負荷（それが行う作業）はスピーカーコーンを動かしています。
入力回路は、電気的オーディオ信号テープに記録やマイクからで実行されています。その負荷は出力回路を変更しています。出力回路に変化する抵抗を適用して、元のオーディオ信号の電圧変動を再現します。
ほとんどのアンプでは、この負荷は元のオーディオ信号には負担が大きすぎます。このため、信号は最初にプリアンプによってブーストされます。プリアンプは、より強力な出力信号をパワーアンプに送信します。プリアンプは、アンプと同じ基本的な方法で動作します。入力回路は、電源によって生成された出力回路にさまざまな抵抗を適用します。一部のアンプシステムは、複数のプリアンプを使用して、高電圧出力信号を徐々に蓄積します。
では、アンプはこれをどのように行うのでしょうか？アンプの内部を調べて答えを探すと、複雑なワイヤーと回路コンポーネントの塊しか見つかりません。アンプは、オーディオ信号の各部分が正しく正確に表現されるようにするために、この手の込んだ設定が必要です。高忠実度の出力には、非常に正確な制御が必要です。
アンプのすべての部品は重要ですが、アンプがどのように機能するかを理解するために、それぞれを調べる必要はありません。アンプの機能に不可欠な要素はごくわずかです。次のセクションでは、これらの要素が非常に基本的なアンプ設計でどのように組み合わされるかを見ていきます。
電子部品
ほとんどのアンプの心臓部のコンポーネントはトランジスタです。トランジスタの主な要素は半導体であり、電流を伝導する能力が異なる材料です。典型的には、半導体は、次のような不良導体で作られているシリコンあった、不純物（原子他の材料の）がそれに添加しました。不純物を加えるプロセスはドーピングと呼ばれます。
純粋なシリコンでは、すべてのシリコン原子が隣接するシリコン原子と完全に結合し、電流を伝導するための自由電子を残しません。ドープされたシリコンでは、原子を追加するとバランスが変化し、自由電子が追加されるか、電子が移動できる穴が作成されます。電子が穴から穴へ移動すると電荷が移動するため、これらの追加のいずれかによって材料の導電性が高まります。（完全な説明については、半導体のしくみを参照してください。）
N型半導体は、余分な電子（負の電荷を持つ）によって特徴付けられます。P型半導体には、（正電荷を持つ）余分な正孔が豊富にあります。
基本的なバイポーラ接合トランジスタを中心に構築された増幅器を見てみましょう。この種のトランジスタは、3つの半導体層で構成されています。この場合、2つのn型半導体の間に挟まれたp型半導体です。この構造は、下の図に示すように、バーとして最もよく表されます（最近のトランジスタの実際の設計は少し異なります）。
最初のn型層はエミッターと呼ばれ、p型層はベースと呼ばれ、2番目のn型層はコレクターと呼ばれます。出力回路（スピーカを駆動する回路）は、トランジスタのエミッタとコレクタの電極に接続されています。入力回路はエミッタとベースに接続します。
n型層の自由電子は当然p型層の穴を埋めたいと思っています。自由電子は正孔よりもはるかに多いため、正孔はすぐにいっぱいになります。これにより、n型材料とp型材料の境界に空乏ゾーンが作成されます。空乏ゾーンでは、半導体材料は元の絶縁状態に戻ります。つまり、すべての穴が埋められているため、自由電子や電子のための空きスペースがなく、電荷が流れません。枯渇ゾーンが厚い場合、2つの電極間に強い電圧差があっても、エミッタからコレクタに移動する電荷はごくわずかです。
次のセクションでは、この状況を変えるために何ができるかを見ていきます。
電圧を上げる
枯渇ゾーンが厚い場合は、ベース電極の電圧を上げることができます。この電極の電圧は、入力電流によって直接制御されます。入力電流が流れているとき、ベース電極は比較的正の電荷を持っているため、エミッタから電子を引き寄せます。これにより、いくつかの穴が解放され、枯渇ゾーンが縮小します。枯渇ゾーンが減少すると、電荷がエミッタからコレクタに移動しやすくなり、トランジスタの導電性が高まります。空乏ゾーンのサイズ、したがってトランジスタの導電率は、ベース電極の電圧によって決まります。このように、ベース電極での変動する入力電流は、コレクタ電極での電流出力を変化させます。この出力はスピーカーを駆動します。
このコンテンツは、このデバイスと互換性がありません。
このような単一のトランジスタは、増幅器の1つの「ステージ」を表します。一般的なアンプにはいくつかのブーストステージがあり、最終ステージがスピーカーを駆動します。
小さなアンプ（たとえば、スピーカーフォンのアンプ）では、最終段階で生成される電力はわずか0.5ワットです。家庭用ステレオアンプでは、最終段階で数百ワットが生成される場合があります。屋外コンサートで使用されるアンプは、数千ワットを生成できます。
優れたアンプの目標は、歪みをできるだけ少なくすることです。スピーカーを駆動する最終信号は、数回ブーストされたとしても、元の入力信号を可能な限り模倣する必要があります。
この基本的なアプローチは、オーディオ信号だけでなく、あらゆる種類のものを増幅するために使用できます。電流によって運ばれる可能性のあるもの（たとえば、ラジオやビデオ信号）は、同様の方法で増幅することができます。しかし、オーディオアンプは何よりも人々の注目を集めているようです。サウンド愛好家は、他の仕様の中でも、電力定格、インピーダンス、忠実度に影響を与えるデザインのバリエーションに魅了されています。
アンプの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
