オーディオパワーアンプ

オーディオパワーアンプ（またはパワーアンプ）は、ラジオ受信機やエレキギターのピックアップからの信号など、低電力の電子オーディオ信号を、スピーカーやヘッドホンを駆動するのに十分なレベルまで増幅します。オーディオパワーアンプは、音響システム、拡声システム、ホームオーディオシステム、ギターアンプなどの楽器用アンプなど、あらゆる種類の音響システムに搭載されています。これは、信号がスピーカーに送られる前の、一般的なオーディオ再生チェーンにおける最後の電子回路です。

このようなチェーンの前段は低電力オーディオアンプで、信号のプリアンプ、イコライゼーション、さまざまな入力信号のミキシングなどのタスクを実行します。入力には、レコードプレーヤー、CDプレーヤー、デジタルオーディオプレーヤー、カセットプレーヤーなど、さまざまなオーディオソースを使用できます。ほとんどのオーディオパワーアンプは、ラインレベルの低レベル入力を必要とします。

エレキギターからの信号など、オーディオパワーアンプへの入力信号は数百マイクロワット程度ですが、クロックラジオなどの小型家電製品では数ワット、ホームステレオシステムでは数十ワットから数百ワット、ナイトクラブのサウンドシステムでは数千ワット、大規模なロックコンサートのサウンドシステムでは数万ワットの出力になります。パワーアンプは単体ユニットとして販売されており、通常はオーディオ愛好家やサウンドシステム専門家といったハイファイオーディオマニア市場（ニッチ市場）を対象としていますが、プリメインアンプ、レシーバー、クロックラジオ、ブームボックス、テレビなどの多くの家電オーディオ製品には、プリアンプとパワーアンプの両方が1つの筐体に収められています。

オーディオアンプは、1912 年頃にリー・デ・フォレストによって発明されました。これは、彼が1907 年に最初の実用的な増幅電気部品である三極真空管(または英国英語では「バルブ」) を発明したことによって可能になりました。三極管は、フィラメントからプレートへの電子の流れを変調できる制御グリッドを備えた 3 端子デバイスでした。三極真空アンプは、最初のAM ラジオを作るために使用されました。^{[ 2 ]}初期のオーディオパワーアンプは真空管に基づいており、これらのいくつかは、非常に高いオーディオ品質を実現しました (たとえば、 1947 ～ 1949 年のウィリアムソンアンプ)。

トランジスタを用いたオーディオ用パワーアンプは、1960年代後半に安価なトランジスタが広く普及したことで実用化されました。1970年代以降、現代のオーディオアンプのほとんどは、特にバイポーラ接合トランジスタ（BJT）と金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）といった固体トランジスタをベースとしています。トランジスタを用いたアンプは、真空管アンプに比べて軽量で信頼性が高く、メンテナンスも少なくて済みます。

MOSFETは1955年から1960年の間にベル研究所で発明されました。 ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} 1974年に東北大学の西澤淳一によってオーディオ用パワーMOSFETに応用されました。[ ^{9 ]パワー}MOSFETはすぐにヤマハによってハイファイオーディオアンプ用に製造されました。JVC 、パイオニア株式会社、ソニー、東芝も1974年にパワーMOSFETを使用したアンプの製造を開始しました。 ^{[ 9 ]} 1977年に日立はパワーMOSFETの一種であるLDMOS （横方向拡散MOS）を発表しました。日立は1977年から1983年の間、唯一のLDMOSメーカーであり、その間LDMOSはHH Electronics（Vシリーズ）やAshly Audioなどのメーカーのオーディオパワーアンプに使用され、音楽や公共放送システムに使用されました。^{[ 9 ]}クラスDアンプは、 1980年代半ばに低コストで高速スイッチングのMOSFETが利用可能になったことで成功を収めました。^{[ 10 ]}多くのトランジスタアンプは、その歪み曲線が真空管に近いことから、パワー部にMOSFETデバイスを使用しています。^{[ 11 ]}

2010年代においても、真空管アンプや、いわゆる「温かみのある」真空管サウンドを好むオーディオ愛好家、ミュージシャン（特にエレキギター奏者、エレキベース奏者、ハモンドオルガン奏者、フェンダーローズエレクトリックピアノ奏者など）、オーディオエンジニア、音楽プロデューサーは依然として存在する。

オーディオパワーアンプの主要な設計パラメータは、周波数特性、ゲイン、ノイズ、歪みです。これらは相互に依存しており、ゲインを上げるとノイズと歪みが増加するという望ましくない現象がしばしば発生します。負帰還はゲインを低下させますが、同時に歪みも低減します。ほとんどのオーディオアンプは、 AB級動作のリニアアンプです。

1970年代までは、ほとんどのアンプは真空管を使用していました。1970年代には、真空管アンプは軽量で信頼性が高く、メンテナンスの手間が少ないトランジスタベースのアンプに徐々に置き換えられていきました。それでも、真空管プリアンプは、ホームオーディオ愛好家、オーディオエンジニアや音楽プロデューサー（スタジオ録音でマイク信号を「温める」ために真空管プリアンプを使用する）、エレキギター奏者、エレキベース奏者、ハモンドオルガン奏者など、ニッチな市場では今でも販売されています。これらの奏者のうち少数派は、真空管プリアンプ、真空管パワーアンプ、真空管エフェクトユニットを使い続けています。ライブサウンドやスタジオでのトラックのモニタリングを行うオーディオエンジニアやオーディオ愛好家は、通常、歪みが最も少ないアンプを求めますが、ブルース、ロック、ヘビーメタルなどのジャンルのエレキ楽器奏者は、真空管アンプを強くプッシュしたときに自然に発生するオーバードライブを好むため、真空管アンプを使用しています。

クラスABアンプよりもはるかに効率の良いクラスDアンプは、軽量で発熱量も少ないため、現在では民生用オーディオ製品、ベースアンプ、音響システム機器などに広く使用されていますが、多少のノイズが発生する場合があります。

CDプレーヤーやDVDプレーヤー、ラジオ受信機、テープデッキなどの最新のデジタル機器は、ラインレベルで既に「フラット」な信号を出力するため、プリアンプは音量調節とソースセレクターとしての役割以外には必要ありません。独立したプリアンプの代わりに、パッシブな音量調節とスイッチングコントロールを使用する方法があり、これらはパワーアンプに統合されてプリメインアンプとして使用されることもあります。

プリアンプに続く増幅の最終段階は出力段であり、トランジスタや真空管に最も高い性能が要求されます。そのため、出力デバイス（シングルエンド三極管アンプなどのシングルエンド出力段の場合）またはデバイス（プッシュプル出力段の場合）に関する設計上の選択、例えば出力デバイスの動作クラスなどは、パワーアンプ全体の特性を表すものとして捉えられることがよくあります。例えば、クラスBアンプでは、高出力デバイスのみが各サイクルの半分だけカットオフ動作し、その他のデバイス（差動アンプ、電圧アンプ、場合によってはドライバトランジスタなど）はクラスAで動作します。トランスレス出力段では、デバイスは基本的に電源と出力負荷（スピーカーなど）に直列に接続され、場合によっては大きなコンデンサや小さな抵抗を介して接続されます。

重要な用途としては、拡声システム、劇場やコンサートの音響システム、ステレオやホームシアターシステムなどの家庭用システムなどが挙げられます。ギターアンプやエレクトリックキーボードアンプなどの楽器用アンプもオーディオパワーアンプを使用します。楽器用アンプのパワーアンプは、プリアンプ、トーンコントロール、電子エフェクトを内蔵した単一のアンプヘッドに統合されている場合もあります。これらのコンポーネントは、木製のスピーカーキャビネットに取り付けられ、「コンボアンプ」として機能します。独自の演奏ニーズや非常に強力な増幅を必要とするミュージシャンは、19インチのロードケースに取り付けられた個別のラックマウントプリアンプ、イコライザー、パワーアンプを使用してカスタムセットアップを作成する場合があります。

パワーアンプは単体ユニットとして販売されており、ハイファイオーディオ愛好家やPAシステム（拡声システム）および音響補強システムの設計者が使用しています。ハイファイオーディオ愛好家は、左右のスピーカーを駆動するためのステレオパワーアンプと、サブウーファーを駆動するためのシングルチャンネル（モノラル）パワーアンプを使用する場合があります。音響補強環境で使用されるパワーアンプの数は、会場の規模によって異なります。小さなコーヒーハウスでは、1台のパワーアンプで2台のPAスピーカーを駆動する場合があります。ナイトクラブでは、メインスピーカー用に複数のパワーアンプ、モニタースピーカー（バンドの方向を向く）用に1台以上のパワーアンプ、サブウーファー用にもう1台のパワーアンプを使用する場合があります。スタジアムコンサートでは、ラックに多数のパワーアンプが設置されている場合があります。テレビ、ブームボックス、ホームシアターサウンドシステム、カシオやヤマハの電子キーボード、 「コンボ」ギターアンプ、カーステレオなどのほとんどの民生用電子機器の音響製品には、メイン製品のシャーシ内にパワーアンプが組み込まれています。

• FETアンプ– 電界効果トランジスタを使用したデバイス 
• 楽器用アンプ– 楽器で使用するためのスピーカー付きアンプ 
• OCLアンプ– 直接結合型コンデンサレス出力のオーディオアンプ