ヘッドフォンアンプの意義

Question

ヘッドフォンアンプについて3つほど質問なのですが

(1)音質が向上すると言われていますがなぜ音質が向上するのでしょうか？

(2)その向上とは、味付け的な意味合いではなく、分解能や、低音の締りなど基本性能的な向上をするのでしょうか？

(3)よく高級ヘッドホンにアンプが必要と言われる理由の
「鳴らしきる」とは何なのでしょうか？なぜ高級なヘッドホンだとアンプが必要になるのでしょうか


以上、つまらない質問ですみませんが、色々調べてもいまいち（特に(2)、(3)が）わかりませんでした。
よろしければお答えくださいです。

Yorkminster · Accepted Answer

>> アンプで駆動する事で音量を取るということと、プレイヤー側でボリュームを上げて音量を取るということは、振動板が慣性によって勝手に動くのを止める力という点等で、音質的には異なってくるということでしょうか？ //

そういうことです。

音量が取れるか（余裕があるか）というのは、主に電源電圧の問題といえます。

一般的なアンプは、定電圧回路といって、「入力された電圧をn倍に増幅する（その結果、何アンペアの電流が流れるかは知ったこっちゃない）」という動作をします。n倍したときに、電源の電圧を越えると歪んでしまいます。また、たとえば64オームのヘッドホンに1Vをかけると0.0156A=15.6mAの電流が流れるので、15.6mWの出力が必要ということですが、もし10mAまでしか電流を取り出せない回路だと、過電流で故障してしまいます。

ゆえに、高電圧・大電流に耐えるアンプほど大音量に耐える（出力に余裕がある）ということになります。

「振動板が慣性によって勝手に動くのを止める力」のことを、オーディオ用語では「ダンピングファクタ」といいます。

ダイナミック型スピーカー（スピーカーもヘッドホンも、たいていの機種はダイナミック型スピーカーに分類されます）は、振動板＝重りをバネで吊るした形をしています。そして、電磁石の作用で振動板を前後に移動させます。

たとえばアンプの出力が1V＝スピーカーへの入力が1Vのとき、振動板が1mm前に出ると仮定すると、ほんらい、出力が0Vになった瞬間に元の位置に制止しなければなりません。しかし、元の位置に戻るときの慣性で、戻りすぎる＝後ろに行ってしまうことがあります。しかも、電磁石なので、このときスピーカーが発電機として働いてしまいます。

これを止めるいちばん良い方法は、スピーカーの入力端子をショートすることです。プラス側に1Vの電圧が出ているとすると、マイナス側は相対的に-1Vになっているということなので、ショートすれば0Vになって、振動板が0位置から動かなくなるからです。

そこで、アンプの出力端子のプラスとマイナスが、0Vから動じない安定性をもっていれば、振動板は直ちに制止し、起電力も吸収してしまうことができます。

このようなダンピングファクタ（DF）は、「アンプの内部抵抗」という言葉で言い表されることもあります。つまり、抵抗があるということは、電流が流れにくい＝反応が悪い＝DFが下がる＝不要な振動が発生する、ということです。

一般的なパワーアンプでは、内部抵抗は、1オームに満たないごくわずかな値です（トランジスタの場合。真空管アンプではもっと大きいのが一般的）。DFは、スピーカーのインピーダンス（たとえば8オーム）を内部抵抗（たとえば0.2オーム）で割った値なので、8/0.2=40と求まります。

そこで、220オームの抵抗を挟んだとすると、ヘッドホン（たとえば64オーム）から見たアンプの内部抵抗は220.2オームになるので、DFは0.3まで悪化します。DFは、10～20程度は必要とされているので、いかに抵抗の存在が問題かが分かります。

もっとも、スピーカーとヘッドホンとでは振動板の質量が何10倍も違うので、慣性のエネルギーも圧倒的に変わります。したがって、DFが1を割り込むようなことがあっても、制動が効かなくて締まりのない音になるかといわれれば、必ずしもそういうわけではありません。

もう1つは、スリューレート（SR）と呼ばれる性能の問題があります。これは、どんなヘッドホンを繋ぐかに関係なく、アンプ自身の性能の話です。

SRとは、入力された信号に対する反応の良さを表します。たとえば、一瞬で0Vから1Vまで立ち上がる信号を入力したとき、出力が0Vから1Vになるまでにどれだけの時間がかかるか、という話です（逆も同じ）。

ポータブルプレーヤーの内蔵ヘッドホンアンプのSRがどのくらいかは分かりませんが、一般的に、高級なヘッドホンアンプに使われているICは、SRが高く、また低周波から高周波まで安定して増幅できるものが使われている例が多くあります。

ということで、単に「出力が大きい」ことと、「DFやSRが良い」こととは、意味が異なります。

jupitan · Answer

アンプのヘッドホン出力には普通、抵抗が一本入っています。（出力を下げる為）
実はこれがくせもの？で、同時に音質を劣化させているのです。
基本、ヘッドホンを鳴らすのにスピーカーを駆動させるような大出力はいりません。つまり、繊細な音質のための専用の小出力パワーアンプが一番よいのですね。
そういった意味で専用のアンプが最適と思われますが、まあ普通のプリメインアンプには必ずヘッドホンジャックが付いていますので手っ取り早く聴けるのと、あとプリアンプやＣＤプレーヤー等には一応専用のヘッドホンアンプが付いています。（と言っても専用のヘッドホンアンプには音質的に遥かに劣りますが）

DAV · Answer

インピーダンスが低い質量のあるスピーカーを大音量で駆動するパワーアンプと、インピーダンスが高い軽量な振動系のヘッドフォーンを小音量で駆動するヘッドフォーンアンプは目的が異なりますので当然設計が根本から違ってきます。

高級型ヘッドフォーンは、据置型（またはこれに準じたポータブル型）のヘッドフォーンアンプを使いませんと性能を充分発揮できません。

システムは構成要素の性能のバランスが大事です。一カ所でもバランスが揃っていないところがありますと、システム全体としてはバランスの悪いところのレベルで押さえられてしまって他の性能の良い部分は無駄になってしまいます。（一カ所いじると他が気になってまた替えたくなるというオーデイオ泥沼説もこのあたりが原因です。）

Yorkminster · Answer

科学的な理由を細かく説明し始めると長くなるので、大ざっぱに。ただし、最低限、中学理科の知識であるオームの法則は理解しておられることを前提にします。

(1)
この点については、ポータブルプレーヤーに繋ぐヘッドホンアンプ（HPA）の場合と、据置型のHPAとに分けて考える必要があります。

前者の場合、バッテリ寿命との兼ね合いから、プレーヤーからは余り大きな出力を取れません（出力電圧が低いので、出力電流量も小さくなる）。ポータブルプレーヤー向けのイヤホンなどは、インピーダンス（抵抗）が16オーム～32オームくらいに抑えてあるので、それなりの音量が得られます。しかし、家庭用・業務用のヘッドホンは、60～300オームくらいなので、余裕がありません。

そこで、出力電圧を高くし、電流量を確保できるHPAを使うことで、そのようなヘッドホンでも十分余裕を持って駆動できるようにしよう、ということです。

後者の場合、一般的なアンプはスピーカーを駆動することを前提にしています。スピーカーの振動板は数10グラム～数100グラムもあり、これを1秒間に数100回も動かすので、莫大なエネルギーが必要です。しかし、ヘッドホンの振動板は1グラムもないので、このままではボリュームをちょっと上げただけで聞くに堪えないほどの大音量になってしまいます。

そこで、一般的なアンプのヘッドホン出力には、200オーム～300オームくらいの抵抗器が直列に入っています。そうすると、60オームのヘッドホンに対しては、出力が1/3～1/5くらいになるので、扱いやすくなるというわけです。

ただ、これは、ヘッドホンから見るとアンプとの間に余計な物が挟まっていることになり、またアンプから見ても通常より数10倍も抵抗値の高いものを駆動することになるので、理想的な状態ではありません。

そのため、専用のHPAを使うことで、ヘッドホンにとっても、アンプにとっても、ベストの状態で鳴らせるようにしよう、ということです。

(2)
上記の通り、科学的に見ても意味があります。もっとも、パーツ1つでかなり大きく音が変わることもあるので、純粋に科学的に良くなる、という訳ではありません。

(3)
ヘッドホンについて見ると、「より正確に駆動できている状態」といえるでしょう。上記(1)のように、「アンプから電流が流れ出しにくい状態」というのは（前者・後者のどちらも）、ヘッドホンの振動板が慣性によって勝手に動くのを止める力も弱いということを意味します。

アンプについて見ると、特にポータブルプレーヤーのように余裕のない状態だと、歪みやノイズが出やすくなることがあり、音質が劣化する可能性があります。

HPAを使うことで、これら不都合を回避できます。

「高級なヘッドホンだとアンプが必要になる」というのは、上述のように、ポータブルプレーヤー向けのイヤホンなどは、高くても2万円くらいまでが売れ筋だと思われますが、家庭用・業務用では3万円を超えるものもザラにあるので、「家庭用・業務用＝インピーダンスが高い＝鳴らしにくい＝比較的高価」ということでしょう。

ヘッドフォンアンプの意義

アンプのヘッドホン出力には普通、抵抗が一本入っています。

科学的な理由を細かく説明し始めると長くなるので、大ざっぱに。

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