真空管とは、限りなく真空に近い状態の容器(ガラスや金属等)の内部に電極を封入し、電子を放出する電極(陰極)を高温(ヒーターやフィラメントにて)にして、陰極表面から電子を放出させ、この電子をグリッド(制御格子)で電圧制御し、発振、変調、検波、増幅などの作用を行うことができる電子管(電子バルブ)の総称です。
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当ページでは、真空管初心者の方々に、「そもそも真空管とは、何?」という所から解説してまいります。真空管の構造や原理、真空管の種類や用途を含め、複雑そうでありながら、実はそうではない真空管のお話です。
真空管とは
簡単に言うと、電子を放射する金属板(フィラメント)と、その動きを電圧で操作する金属板の入ったガラス管で、小さい音楽信号を大きく心地良い音に増幅するための電子管と言えば分かりやすいでしょうか。
真空管技術の始まり
真空管は、1884年にエジソンが最初に2極真空管の特許を取得しました。
白熱電球の中に別の電極を設け、フィラメントに対してプラスの電圧を掛けると電流が流れる事を発見したことに始まります。
電球を長時間使用していると、炭素フィラメントが蒸発して電球の内面が黒く汚れ、その現象を防止するのが目的で、電球の内部に金属板を設置して陽極側に接続したときに汚れを防止でき、陰極に接続したら効果がなかったことを確認しました。これを「エジソン効果」と云います。しかし、その現象が何故起こるか分ってはいませんでした。
2極真空管の応用
下って1904年フレミングは、マルコーニと電磁波の検出器の共同研究を実施することとなり、2極真空管を発明します。エジソン効果をテストしてみたところ、十分に満足の行く結果が得られることがわかりました。
2極真空管は、フィラメントとプレートの2つの電極で構成されています。この2極真空管は検波器として使われ、それまでの無線電信用コヒーラ検波器に変わり安定な動作を得る事が出来ました。しかし鉱石検波器に比べフィラメントの寿命が短く、電源が必要なことから高価になる等、当時はまだ実用には乏しく一般には普及しませんでした。
3極真空管と増幅作用
1906年、デ・フォレストは3極真空管の特許を取得しています。それはフレミングの2極真空管のフィラメントと電極版(プレート)の間に金属線(グリッド)を入れたもので、電気信号を大きくする増幅作用がある画期的なものでしたが、当時は増幅作用に気づきませんでした。
その後、1912年に3極真空管に増幅作用があることを発見しました。
その後、アメリカ(GE)で真空管の素材の改善によって真空管が発生するノイズを低減することや、フィラメントの長寿化(100から200時間)に成功しました。これによって真空管の実用化が整備され以後、発展して行きました。
真空管の近代史
真空管は、19世紀末より研究開発が始まり、20世紀最初に実用化(三極管)され、無線、電話、ラジオ用として使用されその後、オーディオ、テレビ等多くの分野で使われていました。
その後、低周波用途用(オーディオ、電話等)、高周波用途用(無線、産業用等)共に高出力化が進み、安定して高出力が取り出せるよう、四極管、五極管(ビーム管)等が開発されて行きます。(レントゲン用、]線管や、電子レンジのマグネトロンも特殊用途用の真空管です)
また、ほぼ同時期に小型化への研究開発が始まり、電球に似たグローブ管(ナス管)からST管、GT管(Glass Tube)、MT管(Miniature Tube)と小型化され、生産コストも抑えられ 価格も安くなって行きます。
その結果、高価で大きく、重かった真空管アンプ、ラジオ等の真空管製品が小型化及び低価格になり、製品の販売が促進され真空管が一般化しました。
真空管からトランジスタへ
50年代にダイオードやトランジスタ等の半導体が登場すると、費電力が少なさ発熱量の少なさ、寿命の長さ、質量の小ささ等の理由から、真空管からの置き換えが急速に進み、オーディオ、真空管アンプ等用途、特殊用途用以外では使われなくなって行きました。
アメリカでは、コスト削減等の理由からその生産をカナダ、メキシコ、オーストラリア等移し、また、旧西ヨーロッパ諸国でも、同じ理由からその生産を、旧東ヨーロッパ諸国に移し特殊用途用を除いて、ともに80年代最初に生産を終了してしまいました。
日本でもほぼ同じ時期に生産を終了しています。しかし、その時代の真空管は大量に生産され、現在でもビンテージ管と呼ばれ一般に流通(少々割高ですが)しています。
真空管の変遷
一方、旧東ヨーロッパ諸国やロシア、中国では独自の進化を続け、現在でも生産が続けられています。なかには、旧西側諸国にも負けない品質や音質の、オーディオ用真空管を生産するメーカーも出ています。
この様に、真空管が実用されてから100年程しか経っていません。と、言う事で近年、真空管アンプの回路などは新しい回路が発表されています。
トランスやコンデンサーの周辺パーツ等も音質的にも性能的にも高性能な物が開発され、真空管アンプで最新の半導体アンプに負けない音を出すアンプも登場しています。
「真空管」=古臭くて悪い音と言うのは、過去の物になっています。是非、先入観を捨てて自分の耳で真空管アンプの音をお確かめください。