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バイアス調整シンドローム

ヴィンテージサウンド®への問い合わせでトップランキングに入るのが、「バイアス調整」に関するもので、代表的なものは次の通りです。

  • 「ギターアンプの真空管を交換したいが、バイアス調整が必要ですか。」
  • 「特性が揃ったマッチドの真空管を購入すれば、バイアス調整がいらないと言われたのですか。」
  • 「バイアス調整をしないとアンプが壊れますか。」
  • 「同じ規格・ブランドの真空管に交換すれば、バイアス調整は不要ですか。」
  • 「バイアス調整は自分でできますか。」
  • 「自分のアンプはバイアス調整不要と言われたのですが。」
  • 「純正管を使えばバイアス調整が不要と楽器店に言われました。」
  • etc.

私(ヴィンテージサウンド® 代表 佐々木 英明)は、これらの問題を「バイアス調整シンドローム」と呼んでおりますが、本コンテンツにて決着をつけたいと思います。

 

誤った情報の蔓延

お問い合わせ内容を見てみると、電子工学の知識がある方ならば、誤った情報が多数含まれていることに気づくはずです。

なぜ、バイアス調整に関する情報に誤りが多いのでしょうか。

主な原因は、つぎの3つです。

  1. 電子工学における「バイアス調整」の意味を知らない販売店(例えば、楽器店の文系店員)が噂レベルのあやふやな「バイアス調整」をお客様に説明してそれが広がったため。→販売店の知識不足
  2. メンテナンスも行っている販売店では、真空管交換に伴うバイアス調整も技術料として売り上げとなるため、ユーザに対して、「バイアス調整=専門家の聖域」ということで、バイアス調整に関する正確な情報を意図的に開示しないため。→販売店の聖域主義
  3. 本来、バイアス調整が必要な真空管アンプであるにもかかわらず、バイアス調整をせずに真空管を交換したら、たまたま、動作してしまったため、「真空管交換時のバイアス調整は不要だ」として、第三者に伝え、それが広まったため。→ユーザの知識不足

このように、販売店およびユーザの知識不足と、販売店の聖域主義で、噂が噂を呼ぶという負の連鎖で、バイアス調整に関して誤った情報が蔓延するにいたっているのです。

 

水道の蛇口とバイアス調整の以外な関係

ここで、第1級陸上無線技術士でもある私が電子工学の観点から、正確に「バイアス調整とはなんぞや」という説明をしたいと思います。もちろん、難解な数式等は登場させませんので、文系の方も安心してお読みください。

バイアス調整を一言で説明すると、無信号時に真空管に流れるプレート電流を所定値にするために、バイアス電圧を調整することです。

真空管には、バイアス電圧が常に加えられており、このバイアス電圧の大きさに応じたプレート電流が流れます。

ここまでは、良くある電気系解説書の記載で、もうギブアップしている方も多くいると思います。こういう記載をするから益々難解となってしまうのです。

ということで、ここからは、「誰でもわかるやさしいバイアス調整 超入門編」といきましょう。

ところで、「バイアス」っていったいなんでしょうか。人間にかかるストレスのようなものです。極論ですが、ストレスがまったく無いと、自由すぎてやがて自堕落的な生活となります。逆に、非常に強いストレスがかかると、極度の緊張状態により、精神的に追い詰められた生活となります。これらに対して、適度のストレスがあるほうが、生活にメリハリがつき、快適に生活することができます。

文学的に表現するならば、真空管にかかるストレスをバイアスと呼びます。ストレスが無くても、かかりすぎても真空管はうまく動いてくれません。 適度なストレスをかけてこそ、真空管は、心地よいサウンドを奏でてくれます。このことを覚えておいてください。

バイアス調整の説明は、水道の蛇口に例えると、非常にわかりやすくなります。すなわち、つぎのような対応関係となります。

真空管の場合 水道の蛇口の場合
バイアス電圧 蛇口の開度
プレート電流 蛇口からの水量

バイアス電圧は、蛇口の開度(開き具合)に相当し、プレート電流は、そのとき、蛇口から出る水の水量に相当します。

ここで、水道の蛇口からコップに水を注ぐ場面を想像してください。

蛇口を思いっきり開くと、勢い良く「ジャー」と水が放出されますが、コップの底面で反射された水が周囲に飛び散り水浸しになるも、コップにうまく水がたまりません。→バイアスが浅すぎる

逆に、蛇口をほんの僅かしか開かないと、「チョロチョロ」としかコップに流入せず、コップ一杯になるまで時間がかかりイライラします。→バイアスが深すぎる

日常では、我々はこのように両極端な水道の使い方はしません。蛇口の塩梅を経験的に知っているので、蛇口からの水が適量となるように、蛇口をひねり、コップに水を注ぎます。→バイアスが適正

もうおわかりですね。

「適量の水が流れるように蛇口の開度を調整すること」が「バイアス調整」なのです。

実は、バイアス調整の原理はこんなに簡単なのです。難しくもなんともありません。

 

バイアスとバイアス調整の違い

バイアス調整について詳述する前に、「バイアス」および「バイアス調整」というテクニカルタームについて確認しておきましょう。両者は、似ているため、混同されがちですが、意味が全く異なります。

「バイアス」は、真空管に印加するバイアス電圧自体、または、バイアス電圧が印加されている状況を意味します。

「この真空管のバイアスはいくらだったけ」という意味は、正確には、バイアス電圧は何ボルトかということです。

「その真空管には、バイアスがかかっているのか?」という意味は、当該真空管にバイアス電圧が印加されているか否かということです。

一方、「バイアス調整」は、上述したバイアス電圧を調整することを意味します。具体的には、バイアス電圧を何ボルトに設定するかということです。ここで設定されたバイアス電圧に応じて、プレート電流が決定されます。つまり、バイアス電圧は、プレート電流を制御するための電圧なのです。

 

「バイアスが深い」、「バイアスが浅い」 って何?

「バイアスは電圧なのに、深い浅いはおかしいのでは?」と突っ込まれそうです。電気の世界では、電圧は、「電圧が高い」または「電圧が低い」という具合に、高低で定性的に表現されます。従って、「電圧が深い」とか「電圧が浅い」という表現は使いません。

これに対して、真空管の世界では、「バイアスが深い」、「バイアスが浅い」という表現が使われます。理由を知れば、言い当てて妙な表現です。

理由のキーワードは、マイナスの電圧です。バイアス電圧は、ごく一部の送信管を除いて、マイナスの電圧です。これに対して、プレート電圧は、プラスの電圧です。マイナスの電圧というと、イメージしにくいと思いますが、乾電池のプラス・マイナスの向きを逆にしたようなものと考えてください。

ここで、問題です。

バイアス電圧がマイナス30ボルト(−30V)と、マイナス10ボルト(−10V)とでは、どちらの電圧が高いでしょうか。

答えは、マイナス10ボルトのほうが高いです。

中学校の数学の正負を思い出してください。とは言うものの、マイナスのため、プラスの実世界に生きる我々には、直感的にはわかりにくいのです。従って、マイナスのバイアス電圧を高低で表現すると、ヒューマンエラーが発生しやすく、何かと不便です。

そこで、編み出された直感的な表現が、深浅です。

ここで、海面をゼロとして、上空がプラスで、海中がマイナスと考えると、マイナスのバイアス電圧が低いほど、深海となり、深くなります。一方、マイナスのバイアス電圧が高いほど、海面に近づき、浅くなります。このほうが直感であるため、我々にとって、わかりやすく、真空管用語として定着しています。

バイアス電圧の表現を整理しておきましょう。

バイアス電圧 正確な表現 真空管的表現
−30V 電圧が低い バイアスが深い
−10V 電圧が高い バイアスが浅い

 

 
バイアスの二大メジャー方式

米国野球のように、バイアスにも、メジャーやらマイナーがあります。

これまでの真空管工学の歴史においては、「真空管に対してどうやってバイアス電圧をかけるか」、すなわち、「水道の蛇口をどうやって回すか」という方式が大先輩たちによって考案されました。長い歴史の中で、様々なバイアス方式が登場しましたが、淘汰の末、現代まで継承され、使われているメジャー方式は、つぎの二つで、皆さんも一度は耳にしたことがあると思います。

  1. 自己バイアス方式
  2. 固定バイアス方式

上記二大メジャー方式のほかに、マイナー方式として共通定電流方式、独立定電流方式などがありますが、デメリットが多く、コンシューマ製品には、使われることはまずありませんので、知らなくても全く問題ありません。むしろ、余計な知識があると混乱しますので、きっぱりとマイナー方式は忘れてください。

二大メジャー方式のみを理解すれば、バイアス調整については完璧です。従って、以下では、自己バイアス方式と固定バイアス方式に絞って説明します。

 

自己バイアス方式とは

自己バイアス方式と聞くと、「自分でバイアス電圧をかける」様子が想像されます。このようなイメージで正解です。蛇口の話で説明すると、自分の蛇口から出た水のエネルギーの一部を使って、蛇口を開けるという方式が自己バイアス方式です。

概念的には、自己バイアス方式においては、水力発電のように、蛇口から出た水のエネルギーの一部を電力に変換し、この電力で、蛇口に直結されたモータを駆動することにより、蛇口を開けているのです。

ここで、水量が増えると、蛇口を閉める方向に作用し、逆に、水量が減ると、蛇口を開ける方向に作用することにより、水量が一定となるように制御が働きます。

実際の真空管においては、真空管を流れるプレート電流(水)をカソード抵抗に流し、このカソード抵抗に生じる逆起電力を「バイアス電圧」として真空管にかけることにより、プレート電流を調整しているのです。

ここで、プレート電流が流れすぎると、バイアス電圧が深くなり、プレート電流が減る方向に作用し、逆に、プレート電流が減ると、バイアス電圧が浅くなり、プレート電流が増える方向に作用し、プレート電流が変化した場合、一定となるように制御が働きます。

このように、自動的にバイアス電圧を制御していることから、自己バイアス方式をオートバイアス方式と呼ぶ場合があります。

一見すると、自己バイアス方式は、いいことだらけのようですが、欠点もあります。上述したように、真空管からのエネルギーの一部を使ってしまうため、その分だけ出力パワーが減ります。

また、オートバイアス方式という名称から、特性が揃っていない複数の真空管を使っても、特性をそろえてくれるという誤解がありますが、そこまではやってくれません。従って、自己バイアス方式であっても、特性が揃った真空管を使うことがベストサウンドを作るためのセオリーであることに変わりはありません。

自己バイアス方式は、プリ管(12AX7,12AU7等)に採用されています。すなわち、プリ管の場合には、バイアス電圧を自動的に調整してくれるため、外部からバイアス調整をする必要がありません。というか、プリ管回路には、バイアス調整をする部分がありませんので、バイアス調整はできません。

従って、プリ管の交換に際しては、バイアス調整が不要であることから、プリ管を単純に差し替えるだけで、使用することができます。

万が一、「プリ管の交換時にもバイアス調整が必要だ」と販売店等に言われた場合には、誤った情報ですから、その販売店とのおつきあいは避けたほうが無難です。プリ管交換のみという単純作業で、バイアス調整料(1万円前後)を請求する販売店は論外です。

販売店の技術スキルを判断するには、バイアス調整に関する質問するのが一番わかりやすいと思います。バイアス調整の知識は、真空管の基本中の基本ですので、バイアス調整について正確に答えられないような販売店は、アルファベットのABCが言えないようなものです。

また、自己バイアス方式は、主として小型の真空管アンプにおけるパワー管(EL34,EL84,6L6等)にも採用されています。

従って、パワー管の自己バイアス方式を採用している真空管アンプの場合、パワー管の交換時には、バイアス調整は不要となりますので、特性が揃ったパワー管に差し替えするだけで、完了です。なお、この場合、バイアス調整が不要ですが、交換前後で真空管の特性が異なると、サウンドが変化します。これを変化させるか、維持させるかにより、サウンドをデザインをすることができます。

 

固定バイアス方式とは(part 1)

上述した「自己バイアス方式」が「自分でバイアス電圧をかける方式」であるのに対して、この「固定バイアス方式」は、「他人に自己バイアス電圧をかけてもらう方式」です。

いわば、「自己バイアス方式」は、自力本願型で、「固定バイアス方式」は、他力本願型です。

具体的には、固定バイアス方式では、バイアス電圧専用の別電源(以下、バイアス専用電源と称する)が必要となります。このバイアス専用電源のことを他人と表現していますが、実際には、同じアンプ内に設けられる電源の一種です。

ここで、勘の良い方ですと「一種ということは他にもあるのか?」と思ったはずです。パワー管に固定バイアス方式を採用している真空管アンプには、三種類の電源が必要となります。

  1. 一つ目は、ヒーター(フィラメント)電源で、真空管のオレンジ色に光る電極(ヒータまたはフィラメント)に電圧を供給するための電源です。ヒーター電源の電圧は、使用する真空管により様々ですが、12AX7,12AU7等は12.6Vで、EL34,KT88,6L6等は6.3Vです。ヒーター電源は、通常、交流電源ですが、直熱管には直流電源が使われる場合があります。
  2. 二つ目は、プレート電源で、真空管のプレート電極にプレート電圧を供給するための直流電源です。プレート電圧は、例えば、約200〜1000Vという高電圧で、使用真空管や設計思想により、最適な値が設計者により決定されます。
  3. 三つ目は、上述したバイアス専用電源で、真空管のグリッド電極にバイアス電圧(前述したように、一部の送信管を除き、マイナスの直流電圧)を印加するための直流電源です。

一方、パワー管に対して、自己バイアス方式を採用している真空管アンプでは、ヒータ電源およびプレート電源の二つがあれば良く、バイアス専用電源が不要となるため、電源回路を簡易化することができるというメリットがあります。このようなメリットより、小型の真空管アンプに採用される場合が多いのです。

固定バイアス方式が他力本願型で、別電源のバイアス専用電源からバイアス電圧を真空管へ供給することまでは理解できたと思いますが、腑に落ちないのが「固定」というキーワードです。「固定」というと、調整できないというイメージがあり、バイアス調整と固定バイアスとは矛盾する感じがします。

固定というと、物理的な状態を指すため、電気にはなじまない感じもします。固定なのに、なんでバイアス調整なんだと思ったはずです。かくゆう私も、そうでした。未だに、しっくりこない名称だと個人的には思っています。

固定バイアス方式の場合には、真空管の動作に関係なく、一定のバイアス電圧(例えば、−48V)が真空管に(固定的に?)印加されています。

つまり、真空管が熱暴走して大電流が流れようと、真空管が突然死して、オレンジ光が消えようと、またまた大地震が発生しようと、一切おかまい無しの涼しい顔で、一定のバイアス電圧を印加しつづけます。そんな、揺るがない石のような硬い意思を感じさせるバイアス専用電源の態度を「固定」と比喩しているのでしょう。きっと。

これに対して、自己バイアス方式の場合には、真空管のご機嫌を常に伺っており、熱暴走しそうになれば、バイアス電圧を低く(バイアスを深く)してプレート電流を小さくし、やる気がなくなれば、バイアス電圧を高く(バイアスを浅く)してプレート電流を大きくし、という具合に、固定バイアス方式とは対照的です。まるで、子供をあやしている親のようです。

 

固定バイアス方式とは(part 2) メサブギー編

固定バイアス方式におけるバイアス専用電源には、二種類あります。

バイアス専用電源種別 適用例
電圧可変型 固定バイアス方式を採用しているほとんどの真空管アンプ
電圧固定型 有名なものとしては、メサブギーのギターアンプ

電圧可変型は、真空管に印加されるバイアス電圧を可変することができるタイプであって、固定バイアス方式を採用しているほとんどの真空管アンプ(オーディオアンプ、ギターアンプ)に用いられているバイアス専用電源のタイプです。

具体的には、可変抵抗器(ポット、トリマ抵抗、ボリューム)を回すことで、バイアス電圧を自在に調整することができます。

何を隠そう、マイナスドライバー等で可変抵抗器を回しながら、バイアス電圧を調整する行為そのものが、真空管アンプユーザの悩みの種である「バイアス調整」だったのです。拍子抜けするくらいに簡単な行為です。

一方、電圧固定型は、バイアス電圧が固定(例えば、−51V)のタイプで、可変抵抗器がありません。従って、外部からバイアス電圧を変えることができません。固定バイアス方式における電圧固定型は、前述した自己バイアス方式とも違いますので注意してください。あくまで、電圧固定型は、固定バイアス方式の電源タイプです。

また、電圧固定型は、ギターアンプとして有名なメサブギーで採用されているタイプで、バイアス調整シンドロームに混乱を招く要因となっているタイプです。

すなわち、ヴィンテージサウンド®への問い合わせのうち、メサブギー関連の質問はつぎの2つです。

  1. 「メサブギーはバイアス調整が必要と聞いたのですが・・・・・。」
  2. 「メサブギーはバイアス調整ができないと聞いたのですが・・・・・。」

さて、2つのうちどれが正解でしょうか。上述した電圧固定型であることがヒントです。

正解は、2番目です。

メサブギーは、固定バイアス方式における電圧固定型ですから、バイアス電圧が固定で、調整することができません。バイアス調整したくても、できないのです。

メサブギーの販売店でパワー管交換を依頼し、その作業をご覧いただいた方ならおわかりだと思いますが、メサブギーにおいては、単純に、パワー管を新品に交換するだけです。上述した電圧可変型のように、マイナスドライバーで可変抵抗器を回すようなこともしません。

 

固定バイアス方式とは(Part 3) メサブギー交換編

メサブギーの場合には、固定バイアス方式(電圧固定型)の採用により、パワー管交換時であっても、バイアス調整が不要である旨を説明いたしました。

さて、実際には、どのような仕組みでそれを実現しているのでしょうか。

簡単に言うと、アンプ本体側の設定に合わせてセレクトした真空管を純正管として用意し、これを販売しているのです。アンプ本体側の設定に真空管を合わせるという点では、ヴィンテージサウンド®で実施しているバイアスフリー倶楽部の逆バイアス調整と技術的コンセプトが同じです。

但し、メサブギーと逆バイアス調整とでは、精度に大きな相違があります。メサブギーの場合には、パワー管のセレクトランクは、プレート電流に応じて3段階ほどしかありません。

グリーン、イエロー等の色で分けていますが、グリーンといっても、ある一定の幅(誤差)がありますので、同じグリーンでも、電気的特性(プレート電流)にバラつきが生じます。従って、同じグリーンに交換しても、厳密には、同一特性とはならない場合が確率的に高いのです。

これに対して、逆バイアス調整では、真空管試験器でプレート電流をピンポイントで測定し、この正確なプレート電流にあわせて真空管をセレクトしますので、格段に精度が高いと言うことができます。逆バイアス調整は、バイアス方式を問わないため、メサブギーのオーナー様にもご利用いただくことができます。

メサブギーの3段階に対して、10段階のセレクトをしているのが、グルーヴチューブのレーティングシステムです。10段階のほうが、精度が高いことは確かですが、ピンポイントで測定する逆バイアス調整には遠く及びません。

メサブギーの固定バイアス方式(電圧固定型)には、メリット、デメリットがあります。

【メリット1】 メンテナンス性の向上
バイアス調整を不要としたことで、パワー管交換を伴うメンテナンス性を飛躍的に高めることができる。

【メリット2】 メンテナンスコストの削減
バイアス調整費用(1万円前後)が発生しないため、メンテナンスコストを削減することができる。

【メリット3】 メーカー主導のサウンドコントロールが可能
純正管を使い続けることで、メーカーが設計当初に意図したサウンドがほぼ維持されるため、メーカー主導でサウンドをコントロールすることができる。

 

【デメリット1】 純正管が高価
メサブギーの真空管は、一般的に高価です。確かに、試験をしてセレクトをしているのですが、私共から見れば、試験項目やセレクト方法にはそんなに大差はありません。むしろ、エージングをきっちりした上で、セレクトすることが肝要です。

【デメリット2】 純正管の呪縛
メサブギーでは、技術的スキルが無いと、純正管だけを使い続けることになり、他ブランドのパワー管を試すことができません。いわば、純正管の呪縛から抜け出せないシステムです。但し、純正管のサウンドが気に入っているのであれば、もちろん、何ら問題はありません。

言ってみれば、純正管サウンドは、メーカーからの押し付けにもなりかねません。サウンドの好みは、一人一人違うため、様々なブランドのパワー管を試して、好みのサウンドにカスタマイズするのが理想的です。しかしながら、純正管の種類が非常に少ないため、メサブギーオーナーに選択の余地がほとんど無いのが現状です。

ヴィンテージサウンド®のバイアスフリー倶楽部(無料)をご利用いたければ、メサブギーオーナーも、他ブランドのパワー管を容易に試していただくことができ、サウンドデザインの選択肢を増やすことができます。実際に、メサブギーオーナーからのご相談も数多くお受けしておりますので、安心してお電話ください。

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