ボリウムの原理？

Question

こんばんは。

ラムサのPAパワーアンプのボリウムつまみを上げると、
ビュ、ビュ、ビュィーーン　て鳴るものですから、パワーのボリウムは
程ほどに絞ってプリのボリウムで調整して聞いています。

そんなことでいじくっている内に、ふと疑問が生じました。

Ｑ１．ボリウムの原理？
ライン出力の上げ下げをする仕組みなのでしょうか？
Ｑ２．質の良いボリウムと悪いボリウムの違いは何でしょうか？
Ｑ３．アッテネーターと言うのもボリウムの１種だと聞いたことがありますが、アンプのボリウムとどう違うのか？
Ｑ４．アンプのボリウムつまみは、－ｄＢ表示がされています。
－ｄＢだと音が聞こえないと思うのですが？
Ｑ５．これはついでですが、パッシブプリアンプのパッシブの意味は何でしょうか？
普通のプリアンプとの違いは何でしょうか？

以上、欲張り質問ですが　宜しくお願いします。

Yorkminster · Accepted Answer

適当に作った絵で説明が不十分でしたので、改めて...三角は増幅器と考えて下さい。白抜きの矢印は音声信号の流れを意味します。

まず、大原則を見ます。図(a)は、アンプを超簡単に概念化したものです。この場合、増幅器は、入力された信号の電圧を必ず100倍にします。したがって、2Vを入力すると、200Vが出力されます。このとき、負荷が8オームだとすると、オームの法則により、

I=E/R
I=200/8
I=25

となり、25Aもの大電流が流れてしまいます。したがって、電気エネルギー（ワット）は、

W=I*E
W=25*8
W=200

となり、200Wもの大出力となります。これでは使い物になりません。

ところで、オームの法則を思い出すと、概念的には図(b)のようになります。すなわち、この回路の電源電圧は3V、負荷は合計300オームですから、全体では

I=E/R
I=3/300
I=0.01

となり、10mAの電流が流れていることになります。この電流は、当然、両方の抵抗を等しく流れています。そうすると、各抵抗にかかっている電圧は、

E=I*R
E=0.01*100　および　E=0.01*200
E=1　および　E=2

と求まります。ゆえに、100オームの両端には1Vが、200オームの両端には2Vが、それぞれ表れることになります（テスターをお持ちであれば、これは簡単に確認できます）。このような回路を、「抵抗による分圧回路」といいます。

そうすると、電池のプラスをSIG、マイナスをGNDと置き換えれば、オーディオアンプでは図(c)のように考えれば良いこととなります。そもそも電圧とは、「ある基準に対する電気の強さ」といえますから、GNDを基準とすれば、図(a)では、「GNDに対する2V」を「GNDに対する200V」に増幅したと考えられます。すなわち、図(c)では、19Kオームと1Kオームとで分圧していますから、1Kオームの両端（GNDに対する入力電圧の高さ）には0.1Vが顕出することとなり、それを100倍に増幅すると（GNDに対する）10Vが得られることとなります。

したがって、最終的な出力電流は1.25A、出力ワットは12.5Wとなり、これなら比較的使いやすいといえます。

この、分圧回路だけを取り出すと、図(d)の左図のようになります。要するに、上の抵抗器としたの抵抗器の比率を自由に変えられれば良い訳ですから、真ん中の図のように、長い抵抗帯の上に棒状の物を滑らせて、任意の位置に設定できるようにすれば良い訳です。そして、上記の通り、分圧回路は、「基準電圧(GND)と入力電圧(SIG)との間」を取るものですから、上に音声信号を入力し、下はGNDに繋がなければなりません。

>> アースに逃がしている //

というと、少し語弊があります。

ごく単純に図(b)でいうと、100オームにも200オームにも10mAの電流が流れています。この電流は、電池のマイナス側（GND）へ向かっていますが、抵抗を通過する際に熱エネルギーに変換されています。すなわち、100オームには0.01A/1Vの電流・電圧が生じているので、10mWのエネルギーを消費し、熱を発していることになります。

これと同様に、ボリューム（アッテネータ）も、音声信号の一部を熱エネルギーに変換することで減衰させている訳です。

負帰還については、正しく説明しようとするとけっこう難しいので、極めていい加減な説明で誤魔化すことにします。ごく単純化すると（極めて不正確ですが）、図(d)のようになります。結論だけいえば、出力の一部を入力側に戻すことで、「増幅率を変化させる」ものです（なぜ戻ったものが再び増幅されないのか、という疑問があるかも知れませんが、それを説明し始めるとさらに冗長になるので、ここでは「そういうものだ」と思っておいて下さい）。

ここでは、増幅器の上に1個の抵抗器があります。これを通して、音声信号の一部を戻している訳です。したがって、この抵抗器を分圧回路に置き換えれば、戻す量を自由に選択できることとなります。

無帰還アンプというのは、このような帰還回路（単純にいえば上についている抵抗器）を持たないアンプをいいます。負帰還のメリットは非常に多いのですが、音質面ではデメリットもある、という説があって、その立場で作成されているのが無帰還アンプです。

この点については、「ボリュームの原理」という点から外れるので、ここではこれ以上立ち入りません。

Yorkminster · Answer

図の添付に失敗したようなので、外部の画像掲示板で...

参考URL：http://www.kujinet.jp/roompic/imgbbs/imgbbs.cgi?bbstype=2&mode=msgview&thno=212

Yorkminster · Answer

Q1.
「ボリューム」というのは、厳密にいえば2種類ほどに分類できます。

1つは、他の回答者が指摘されている通り、「入力電圧を分圧して増幅器に入る信号レベルを下げる装置」です。これは、増幅器（(a)の三角）の増幅率（ゲイン）が一定であることを前提としたものです。機能的には、アッテネータと同等です。

すなわち、(a)で示す通り、Sig（シグナル）とGND（グラウンド）間の電位差が音声信号であり、これを分圧すれば任意の電圧を得ることができますから、ボリュームを(b)のように考えれば良いことになります。この例では、信号を5:25に分圧していますから、増幅器に入るのは全体の25/30=5/6ということであり、逆にいえば「1/6分減衰させた」ということです。

これに対して、増幅器のゲイン自体を調整する「ボリューム」もあります。これは、単純にいえば、負帰還量を変化させることで行われています（図(c)）。

すなわち、「ボリューム」というのは、いわゆる「アッテネータ」を指す
場合もありますが、それに限られず、回路設計によっては他の方式の「ボリューム」もあり得る、ということです（なので、ボリュームはアッテネータの廉価版、というのは必ずしも正しくありません）。

Q2.
「アッテネータ方式」「ゲイン可変方式」の違いを問わず、「偏差が少ないこと」が1つの条件といえます。また、耐久性が高いことも1つの条件です。

「アッテネータ方式」に限っては、No.3の回答者が示されているような、固定抵抗切替型を最高とする人もいますが、コストに対する物理的な性能の向上は、それほど大きくありません（自己満足の世界に近い。もちろん、オーディオ自体が自己満足の世界なので、それはそれで構いませんが）。

Q3.
上述の通り、「アッテネータ」は「ボリュームの一種」です。多くのアンプのボリュームは「アッテネータ方式」ですが、そうでないボリュームを持ったアンプもあります。

Q4.
上記Q1への回答でも触れていますが、アッテネータの場合には「減衰させる」という意味なので、「-dB」で間違いありません。その場合、「ボリュームを上げる」と「マイナスする量が減る」ような表示になっているはずです（例えば、マイナス無限大～マイナス40～マイナス5～という具合）。

Q5.
通常、プリアンプを回路図で表すと、(a)のように表記できます（現実にはパワーアンプも同じですが）。ここで増幅回路が入っているのは、出力電流を十分に確保するためです。

すなわち、抵抗は「電流を流れにくくする素子」ですから、ただアッテネータが入るだけだと、信号レベルが下がって、ノイズレベルはそのままなので、音質が悪化します。そこで、増幅回路を後に置くことで、信号レベルを維持する仕掛けです（本当はもっと複雑ですが、簡略化して述べています）。

しかし、増幅回路、すなわち「能動素子（能動＝active）」を使うと音質が変わる（ストレートな音でなくなる等）、という説が根強くあって、これを排除したがる人がいます。そういう人のために、「能動素子を持たないアッテネータ（受動素子＝passive）だけのプリアンプ」という意味で、パッシブプリというカテゴリが存在します。

もっとも、パッシブプリでも「使う抵抗によって音質が変わる」というのは定説化しているので、「パッシブである必要性」はなく、要するに「どんな音が好きか」というレベルの話（自己満足の世界）に帰着するといって良いでしょう（パッシブプリが無意味とか、普通のプリアンプの方が良いとかいう話ではなくて、手段はともかく自分の聞きたい音がするならパッシブでも何でも好きにすりゃいいじゃないか、という話）。

total1001 · Answer

ボリウムはアッテネーターからの派生とでも言いましょうか、出だしはアッテネーターです。分かりやすく言い換えれば廉価版みたいなものかと。
一度関連URLをご覧になってください。まず値段にびっくりするでしょうけど。ずらずら付いている抵抗が一目盛り分でその数だけ音量が変更出来ます。

音声信号をそのまま通過させると音量が大きすぎるので、抵抗を通す事で信号を減衰させると言うのが元々の目的。
なので元の信号から何デシベル減衰させたかを示すため、Q4ようなマイナスの表現をします。

後はパッシブの意味ですが、オーディオ用途でも自動車用語などと同じようにパッシブに対する語句はアクティブです。
アクティブは能動的、パッシブは受動的な意味で理解されると宜しいかと思います。

と言っても分かりづらいでしょうけど、アクティブはプリ部で電気的に信号を増幅させアッテネーターで減衰させているが、パッシブは電気的増幅をせずにアッテネーターで信号を減衰させているだけ。
と言うのが動作の差異でしょうかね。

参考URL：http://ns.tachyon.co.jp/~sichoya/bpkit/att/att.html

otonokazu · Answer

>Ｑ２．質の良いボリウムと悪いボリウムの違いは何でしょうか？

高級なボリュームになる程、左右の誤差が少なくなるようです。
ギャングエラーと言うやつです。

TinyPine · Answer

Ｑ１．ボリウムの原理？
ライン出力の上げ下げをする仕組みなのでしょうか？
前段である程度増幅された信号とグランド間に可変抵抗器を入れ、その中間の信号(最大信号～グランド)の信号を取り出し、更に後段で増幅する。

Ｑ２．質の良いボリウムと悪いボリウムの違いは何でしょうか？
部品や回路の差かなぁ。

Ｑ３．アッテネーターと言うのもボリウムの１種だと聞いたことがありますが、アンプのボリウムとどう違うのか？
アッテネーターは減衰器だから、その意味ではボリウムと同じでしょうね。　

Ｑ４．アンプのボリウムつまみは、－ｄＢ表示がされています。
－ｄＢだと音が聞こえないと思うのですが？
Q1で述べた様に、ボリュムでは原信号より大きくは出来ません。
その意味ではその部品だけ考えれば減衰器。だから最大で0db、小さくするには-db

Ｑ５．これはついでですが、パッシブプリアンプのパッシブの意味は何でしょうか？
普通のプリアンプとの違いは何でしょうか？
知りません。

ボリウムの原理？

適当に作った絵で説明が不十分でしたので、改めて...三角は増幅器と考えて下さい。

図の添付に失敗したようなので、外部の画像掲示板で...

Q1.

この回答への補足

ボリウムはアッテネーターからの派生とでも言いましょうか、出だしはアッテネーターです。

>Ｑ２．質の良いボリウムと悪いボリウムの違いは何でしょうか？

Ｑ１．ボリウムの原理？

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