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文系のための真空管入門 part3 整流管編

文系のための真空管入門3
【3本のうちどれが整流管でしょうか?】

整流管は、上の画像の30(右側)です。この整流管30は、プリ管10と同様に一卵性双生児の構造とされており、1台のアンプに1本が標準的な実装です。 整流管30は、プリ管10と似た構造をしていますが、機能が全く違います。

まさに、別モノです。 整流管30には、グリッドと呼ばれる電極が無いため、プリ管やパワー管のように音楽信号を増幅する機能がありません。整流管30は、交流電源から直流電源を作るための整流作用を有しています。

正確には、整流管30の整流作用は、全波整流作用です。

全波というくらいですから、「半波」という声が聞こえましたが、その通り、あります。その話をすると混乱するので、全波整流ということで続けます。

整流管30は、携帯電話機のACアダプターの役目をしていると考えてもらうとわかりやすいと思います。 プリ管10やパワー管20が音楽信号を扱う音楽屋だとすれば、整流管30は、電源屋です。 ここで、整流管の使用には歴史的な背景があります。

真空管には、直流電源(電池等の電源)が不可欠で、1920年代の真空管ラジオの電源は、大きくて重い電池でした。ところが、真空管の消費電力が大きいため電池を頻繁に交換しなければならず、コストも手間もかかるため、一部の金持ちにしか普及しませんでした。 そこで、注目されたのが、当時、各家庭に普及しつつあった交流電源(今のコンセントAC電源です)です。

この交流電源を真空管アンプに直接使うことはできませんが、整流管を使えば、交流電源から直流電源を作ることができます。これで、重くて高価な電池とは永久におさらばできます。 そして、真空管ラジオに整流管を搭載したモデルが次々と開発され、交流電源さえあれば、一般家庭でもラジオ放送を楽しめるということで、爆発的に普及しました。このように、整流管は、ラジオ放送の普及に重要な役目を果たしたのでした。

なお、真空管アンプによっては、整流管30に代えて、シリコンダイオード等の半導体整流器(ソリッドタイプともいう)が使われている場合がありますので、整流管が見つからなくてもご心配に及びません。

 

整流管 5U4GB EHの構成

整流管

最後は、整流管30の構成です。 整流管もプリ管も基本的な構成はほとんど同じですが、決定的に違う点があります。 それは、整流管には、増幅作用はなく、整流作用がある点です。

【ここでのポイント】 整流管は、プリ管と同様にプレートが2つある。 つまり、一卵性双生児の構成だ。

ものはついでですから、整流管についても、特許明細書風に構成を説明してみましょう。

上記画像の整流管30(Rectifier Tube)において、ピン31(Base Pin)は、5本の棒状導体であって、円周上に所定角度をもって等角配置されるようにハカマ32(Base)の底部に垂設されている。これらのピン31は、整流管30内部の各電極と電気的に接続されており、使用時に真空管ソケット(図示略)に挿通される。

第1プレート33a(First Plate)および第2プレート33b(Second Plate)は、整流管30の内部であって、中心軸に沿って平行配設された電極であり、ピン31のうち所定の2本のピンと電気的に接続されている。 第1絶縁支持板34(First Insulating Spacer)および第2絶縁支持板35(Second Insulating Speacer)は、絶縁性を有するマイカからなる略円板状部材であり、各周縁部が整流管30の内周面に接するように配設されている。

これらの第1絶縁支持板34および第2絶縁支持板35は、整流管30の軸方向に対して直角をなし、かつ第1プレート33aおよび第2プレート33bを挟持するように対向配設されている。 ゲッター部材36(Getter Material)は、バリウム等の金属が円環状に形成されてなり、支持部材を介して第2絶縁支持板35の上方に平行をなすように設けられている。ゲッター37(Getter)は、ゲッター部材36への高周波加熱により整流管30の頂部の内周面に形成された金属皮膜であり、整流管30内部で発生するガスを吸収する役目をしている。

ここまで来れば、つぎに何を説明するかは容易に予測がつくはずです。

整流管も一卵性双生児だとすれば、「あれ」しかありません。 整流管を電気的に測定すると、電気的特性としてエミッション効率(以下、エミッションと略称する)を数値で知ることができ、このエミッションに基づいて、整流管の良否を定量的に判定することができます。 エミッションとは、カンタンに言えば、整流管30内の電子(マイナスの極性をもった電気のツブ)の放出量です。

真空管アンプの電源をオンにすると、整流管30のヒータがオレンジ色に点灯します。 「真空管の灯を見ていると心が癒されるよな」というあのオレンジ光です。 見ている分には緩やかなときが流れていますが、整流管30内部では大変なことが起こっています。オレンジ色のヒータは、高温になるため、熱電子放出作用により、オレンジ部分からは大量の電子が放出されます。

これらの電子は、マイナスの極性をもっているため、プラスが大好きで、そのプラスの極性をもった例のプレートに向かって一斉に空間を移動します。 この電子流の放出量がエミッションと呼ばれ、この数値が一定値以下になると、その真空管の寿命と判定されます。

 

【ここでのポイント】 整流管では、電気的特性としてエミッションが測定される。

また、整流管のエミッションは、プリ管と同様に、プレート毎に測定されます。 そうです。プレート1つにつき、1つのエミッションが測定されます。

従って、上述した画像の整流管30を測定すると、第1プレート33aのエミッション(以下、第1エミッションと称する)と、第2プレートのエミッション(以下、第2エミッションと称する)という2つのエミッションが得られます。 ここで注意すべきは、第1エミッションと第2エミッションとは、同値ではなく、差がある場合がほとんどであるという点です。差の程度も整流管毎にバラツキがあります。

例えば、整流管のエミッションの最低値は、「800」ですが、実際には、800〜2500くらいの幅でばらついて分布しているのが普通です。 上述した画像の整流管30の例に当てはめると、第1プレート33aの第1エミッションが1500、第2プレート33bの第2エミッションが2000という差が500なんてことも普通にあります。

第1プレート33aと第2プレート33bとは、一卵性双生児のように見た目は同じですが、性格(エミッション)が違うのです。

もちろん、両エミッションの差が数%以内というものもありますが、このように差が少ないものは、「双極マッチ」または「双極マッチド」と呼ばれ、全体に占める割合は非常に少なくプリ管の中のサラブレッドと言うことができます。

一卵性双生児の例ですと、見た目も性格(エミッション)も同じというケースに該当します。

  • 【ここでのポイント1】 整流管は外見が同じでも、電気的特性(エミッション)の個体差が大きい。
  • 【ここでのポイント2】 整流管からは、2つのエミッションが測定できる。 2つのエミッションにバラツキがあるのがほとんどである。
  • 【ここでのポイント3】 整流管も、プリ管と同様に一卵性双生児のようで、二種類のタイプが存在する。 1つ目は、一卵性双生児で外見一緒だが、性格(エミッション)が別のタイプ。 2つ目は、一卵性双生児で外見も性格(エミッション)も一緒のタイプ。

エミッションがバラツく理由は、明快で、第1プレート33aと第2プレート33bとの機械的構造を寸分の狂いもなく製造することが難しいからです。手作り品のため、見た目は一でも、第1プレート33aと第2プレート33bとは、寸法が微妙に違うのです。

第1プレート33aと第2プレート33bとの機械的誤差が、電気的特性(エミッション)の誤差として表れてきます。 この辺の説明は、ゲインをエミッションと読み替えて、プリ管のパクリです。 整流管におけるエミッションのバラツキは、直流電源の質に影響を与え、ひいてはサウンドを左右します。できるだけ、バラツキが少ない整流管を使用することがサウンド改善の基本となります。

整流管のエミッションも、見た目では絶対にわかりません。 もしも、オレンジ色の点灯状態でわかる方がいたらそれは都市伝説です。 専用の測定器で測定するしか知る術はありません。

現行品 整流管

現行整流管
画像左から 5U4G Svetlana Sロゴ 5U4GB EH GZ34 JJ 5AR4 Sovtek 5AR4 TRONAL 5Y3GT Sovtek

つぎに、現行品の中から6種類のプリ管をご紹介しましょう。

これらの6本は、外見が違いますが、全て一卵性双生児の構成をなしており、全波整流作用を有しています。整流管を交換することによっても、サウンドを変化させることができます。 左から1本目は、まるでパワー管のような外見ですが、これもれっきとした整流管です。

 

ヴィンテージ 整流管

ヴィンテージ 整流管
画像左から 5U4GB RAYTHEON 初期ブラックプレート 5U4G RCA 初期ブラックプレート 5Y3GT KEN-RAD 初期ブラックプレート GZ34 Mullard ノコギリプレート ER280 RAYTHEON エンボス ボックスプレート ナス 180 Arcturus 青ナス

整流管にもヴィンテージ管があります。これらのヴィンテージ管も全て一卵性双生児の構成とされており、現行品と機能的になんら変わりはありませんが、ヴィンテージ管ならではのサウンドは格別です。 特に右の2本は、いつまでながめていても飽きません。

 

おまけ ソリッドタイプ 整流器(もはや整流管とは呼びません)

ソリッド整流器

画像は、上述した整流管(5AR4,5U4G,5Y3G等)と差し替えができる整流器で、ガラスを使った真空管ではありませんので、間違っても整流管とは呼ぶことはできません。 この整流器は、前述の画像でピン31とハカマ32からなるような構成でハカマ32の内部にシリコンダイオード(ダイオードブリッジ)を内蔵してなるソリッドタイプです。

整流管から整流器に交換した場合には、各真空管に供給される直流電圧が高めになるため、アンプ出力が高くなり、クリアなサウンドとなります。 逆に、この整流器から整流管に交換した場合には、各真空管に供給される直流電圧が低めになるため、やわらかなサウンドとなります。ギター真空管アンプでは、歪みやすくなります。

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