最大出力(W)を変えるってどうやってるの？

ギターアンプには最大出力※１を変える機能を持ったものがあります。これらはどういった仕組みで実現しているのでしょうか？その種類を上げて説明してみます。

私が知っているのは以下の５種類です。
　１）　アッテネーター（減衰器）を用いる方法　※２
　２）　出力段のプレート電圧を変える方法
　３）　出力管を五極管接続と三極管接続に切り替える方法
　４）　出力管の本数を変える方法
　５）　出力管の入力を制限する方法
それでは順番に見ていきましょう。

※１　最大出力に付いては先の投稿「最大出力(W)ってなに？」をご覧ください。
※２　アッテネータ―やロードボックスのなど名称でいろいろなメーカーから工夫された沢山の製品が出ています。ここではアンプに内蔵された比較的簡単なものに付いて説明させていただきます。

１）　アッテネーター（減衰器）を用いる方法

本来スピーカーを付ける部分にアッテネータ―を付けその先にスピーカーを付けます。
アッテネータ―とは減衰器のことです。

アンプから出力される波形の形を維持したまま大きさを変えることが出来ます。出力段の真空管で歪ませて使いたい場合は、アッテネーターで大きく絞り込めるこちらのタイプ一択になります。ただしアンプからみて繋がって見えるのはスピーカーではなく純粋な抵抗となるので、どうしても音のニュアンスが変わります。また、回路の都合上、無段階に大きさを変えることが出来ません（市販の外付けアッテネータ―ではこの辺りを工夫したものがあります）。

図１－３Ａと図１－３Ｂに回路図での様子を示してみました。一般的なアッテネータ―は抵抗で構成されます。抵抗には大きな電流が流れるため、抵抗の外形も大きくなります。

※　本資料中の回路は、これ以降も簡潔に表現するためにバイアスや抵抗を省略しています。

２）　出力段のプレート電圧を変える方法

内部にある出力管のプレート電圧を可変する方法です。緑の部分に出力管があります。

プレートの電圧を下げることで出力管から出る波形の大きさの最大値が小さくなり、最大出力を抑えることが出来ます。ただし、プレート電圧を変えたからと言ってアンプの増幅率は大きく変わりません。信号が小さい時（緑の波形）では、電圧を下げても音の大きさも大きく変わりません。実際には帰還回路※３の働きによってさらに差が小さくなります。

※３　帰還回路に付いては別の機会に説明させていただきます。

図２－３Ａと図２－３Ｂに回路図の様子を示してみました。切り替えのスイッチでプレート電圧が切り替えられるようになっています（本図ではスイッチは略させていただきました）。

電圧を下げた時の最大出力の変化を確認してみましょう。ここでは出力トランスの一次側インピーダンスを仮に１．４ＫΩとおいています。プレート電圧が無信号時４５０Ｖの時には、信号が入ると４５０Ｖを中心に最大で０Ｖから９００Ｖまで振れます。※４　これ以上の電圧では上下がクランプされた波形になります。
最大出力＝プレート電圧(実効値)　Ｘ　　プレート電流(実効値)
　　　　＝プレート電圧(実効値)　Ｘ　（プレート電圧(実効値)/ １．４ＫΩ）
　　　　＝900Vpp / 2 / √２ 　Ｘ　{ ( 900Vpp / 2 / √２)  / 1.4ＫΩ }
　　　　＝72W　
同様にプレート電圧を３００Ｖまで下げた場合を同様に計算すると
最大出力＝32W　　になります。
プレート電圧は半分まで下がっていませんが最大出力は半分程度まで下がる事が分かります。

　※４　実際にはプレート電圧は０Ｖまで下がりません。また９００Ｖまで上がりません。計算は概算になります。

３）　出力管を五極管接続と三極管接続に切り替える方法

出力管を五極管から三極管に切り替えることで最大出力を抑えます。

三極管接続ではプレートの電圧が下まで落ちなくなっており、結果最大出力を抑えることが出来ます。アンプの増幅率も落ちますので同じボリュームツマミの位置で音が小さくなりますが、帰還回路の働きもあって大きくは変わらず感覚的にほとんど違いは分からないでしょう。

図３－３Ａと図３－３Ｂに回路図での様子を示してみました。スクリーングリッドの接続先をプレートに接続することで三極管接続になります。切り替えはスイッチで行います。

どうして三極管接続にするとプレート電圧が落ち難くなるのでしょう。
図３－４Ａと図３－４Ｂに五極管接続と三極管接続の違いを特性図※５で表してみました。
図３－４Ａは五極管の特性です。プレート電圧が４５０Ｖで０ｍＡとプレート電圧が０Ｖで３００ｍＡの所を線で結んでいます。プレート電圧の最小は、グリッド電圧の最大値０Ｖとの交点になりますから５０Ｖが最小となります。プシュプル回路の波形は上下がだいたい対象になります。従いましてプレートの信号振幅は最大で８００Ｖｐｐです。
図３ー４Ｂは三極管接続の特性です。五極管接続の時と同様に４５０Ｖで０ｍＡと０Ｖで３００ｍＡの所を線で結んでいます。プレート電圧の最小も、五極管の時と同様にグリッド電圧の最大値０Ｖとの交点になりますから２２０Ｖが最小となります。従いましてプレートの信号振幅は最大で４６０Ｖｐｐです。
結果、最大出力振幅は４６０Ｖ/８００Ｖに、最大出力は前の式V X I = V X (V/R) = V^2 / R から（４６０Ｖ/８００Ｖ）^２に減少します。

※５ 特性図はGE社規格表 ６L6-GCより引用させていただきました。

４）　出力管の本数を変える方法

出力管の本数を切り替えます。だからといて出力管を抜き差しする必要はありません。スイッチで本数を切り替える仕組みになっています。

出力管の本数を変えただけでは最大出力は変えられません。仕組みはこの後に説明しますがアンプの増幅率も落ちますので同じボリュームツマミの位置で音が小さくなりますが、帰還回路の働きもあって大きくは変わらず感覚的にほとんど違いは分からないでしょう。

図４－３Ａと図４－３Ｂは出力管を２本から４本にした時の回路を示しました。よく見ていただきたいのですが、真空管を増やしただけではありません。８Ωのスピーカーを１６Ωのスピーカーを接続するところに繋いでいます。４Ωのスピーカーを使っているように見える訳です。ところでトランスを変えてはいませんから、一次側と二次側のインピーダンスの比は変わりません。従って一次側のインピーダンスは半分の０．７ＫΩになります。この時の電圧振幅９００Ｖｐｐは変わりません。１．４ＫΩから０．７ＫΩに負荷が小さくなってプレート電流を２倍引かなくてはなりませんから真空管の本数を２倍にしたと考えることも出来ます。
この時
最大出力＝プレート電圧(実効値)　Ｘ　　プレート電流(実効値)
　　　　＝プレート電圧(実効値)　Ｘ　{プレート電圧(実効値)/ 0.7ＫΩ }
　　　　＝900V / 2 / √２ X　{ ( 900V / 2 / √２ ) / 0.7ＫΩ }
　　　　＝144W　　※６

　※６　実際にはプレート電圧は０Ｖまで下がりませんし、また９００Ｖまで上がりません。結果真空管６L6を使った場合で２本の時に５０Ｗ、４本で１００Ｗ程度になります。

５）　出力管の入力を制限する方法

出力管に入る前の信号の大きさを制限して最大出力を変えます。

最大出力の大きさを連続的に変えることが出来ます。ただしプレートの電圧を変える例と同様アンプの増幅率は大きく変わりません。信号が小さい時（緑の波形）では、電圧を下げても音の大きさも大きくは変わりません。

図５－３Ａと図５－３Ｂに回路を示しました。出力管の前に振幅を制限するための三極管を配置します。この三極管には信号は通らず電流源として働き、前段の振幅の最大値を抑えて最終的な最大出力を制限します。

以上見てきたように最大出力をコントロールする方法はいろいろあります。ただしボリュームを例えば９時にした状態で最大出力を切り替えても、アッテネータ方式を除いてその時の音の大きさはあまり変わらない点に注意が必要です。実際のアンプではいろいろと工夫されたものがありますので、それぞれのアンプで確認してみてください。