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ヘッドフォンアンプ出力電力

目標 SPL に達するためにヘッドフォンを駆動するのに必要なアンプの出力電力、電圧、電流を計算します。

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公式

P = 10^((SPL − S)/10) mW, V = √(P × Z)

S — Headphone sensitivity (dB/mW)
Z — Headphone impedance (Ω)

仕組み

ヘッドフォンアンプの電力要件は、ヘッドフォンのインピーダンス（Z、Ω）と感度（S、ミリワットあたりのdB SPL）によって異なります。定格が 1 W/1 m のスピーカー感度とは異なり、ヘッドホンの感度はヘッドフォンに供給される 1 mW を基準とします。目標のSPLに達するのに必要な電力（ミリワット単位）は、p_MW = 10^ ((SPL_Target − S) /10) です。このことから、必要な RMS 電圧と電流は、オームの法則、つまり V_rms = √ (P_W × Z) と i_MA = (V_RMS/Z) × 1000 というオームの法則に従うことになります。高インピーダンスのヘッドフォン (150～600 Ω) には高い電圧振幅が必要ですが、低インピーダンスのIEM (8～32 Ω) には大きな電流が必要です。これが、高電圧レールを備えたデスクトップヘッドフォンアンプの方が、スマートフォンのDAC出力よりも平面磁気型および高インピーダンスのダイナミックヘッドフォンの方が優れている理由です。

計算例

ヘッドフォン: 300Ωのインピーダンス、100dB/mWの感度。目標音速:110 デシベル。
必要電力:
p_mW = 10^ ((110 − 100) /10) = 10^1.0 = 10 mW
P_W = 10/ 1000 = 0.010 W
必要な RMS 電圧:
V_RMS = √ (0.010 × 300) = √3.0 = 1.73 V
必要な電流:
i_MA = (1.73/300) × 1000 = 5.77 mA
一般的なスマートフォンの出力は最大1.0～1.5 V RMSなので、これらのヘッドフォンを約107～108 dBまで駆動できます。これは十分ですが、ヘッドルームは最小限に抑えられています。ピーク時には、300 Ω に対して少なくとも 2 V RMS を供給する専用のアンプを使用することを推奨します。

実践的なヒント

  • ✓ほとんどの家庭で快適な音量（約85 dB SPL）で使用する場合、必要な電力はごくわずかです（1 mW未満）。アンプの選択は、最大電力ではなく、低ノイズフロアと適切な電圧振幅を実現することに重点を置きます。
  • ✓経験則：目標のSPLに達するのに必要な電力の100倍であれば、20dBのヘッドルームが得られます。これは、クリッピングなしで過渡的なピークを出力するのに十分です。90 dB で 1 mW が必要な場合、100 mW のアンプを使用すると快適なヘッドルームが得られます。
  • ✓平面磁気ヘッドホン（HiFiMan、Audezeなど）は、通常20～60Ωですが、感度が低く（90～95dB/mW）、電流と電圧の両方を必要とします。これらのヘッドフォンアンプの最大のメリットは、専用のヘッドフォンアンプです。

よくある間違い

  • ✗感度単位の混合 — ヘッドフォンのデータシートには、感度がdB/mWまたはdB/V (1 V RMS) と記載されている場合があります。変換:感度をdB/Vで示した場合、dB/mW = dB/V − 10·log( 1000/Z) となります。300 Ω の場合:dB/mW = dB/V + 10·log( Z/1000) = dB/V − 5.2 dB
  • ✗聴覚障害のリスクがあるSPLをターゲットとする—耳の110 dB SPLは、NIOSHのガイドラインに従ってわずか1分間しか安全ではありません。推奨制限は8時間で85 dBです。計算ツールを使ってアンプがヘッドルームで100～105dBに達することを確認してください。出力を最大にするためではありません。
  • ✗アンプの出力インピーダンスを無視すると、出力インピーダンスの高いアンプ（>10 Ω）はヘッドフォンと分圧器を形成し、ヘッドフォンのインピーダンスがフラットではないため、電力供給が減少し、周波数応答が変化します。

よくある質問

スマートフォンは通常、高インピーダンスの負荷に1～1.5V RMSを出力します。100 dB/mWの300 Ωヘッドフォンの場合、1 VはP = 1²/300 = 3.3 mWとなり、100 + 10·log（3.3）≈105 dBが得られます。これは中程度に聞こえますが、ヘッドルームはほとんどありません。これを解決するのが、より高い電圧レールの専用アンプです。
インピーダンス（Ω）は、特定の電力レベルでヘッドフォンが必要とする電圧と電流を決定します。感度 (dB/mW) によって、その電力が音に変換される音量が決まります。高インピーダンスの高感度ヘッドフォンと低インピーダンスの低感度のヘッドフォンでは、必要なアンプ電力は同じでも、電圧レベルが大きく異なることがあります。
はい。平衡出力では、シングルエンド出力の電圧振幅が実質的に2倍になり、同じ負荷インピーダンスで供給される電力は4倍になります。これは、リスニングレベルに達するには高電圧を必要とするハイインピーダンスのヘッドフォンに特に役立ちます。

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