DigiSim

原理としくみのミュージアム

真空管ラジオ工房

電源オフ
無線工学 · 1925–1930年頃
アンテナから、音へ。
工房を準備しています…
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LC共振周波数 kHz
同調容量 pF
音声増幅管プレート電流 mA
ホーンへの電気入力 mW
信号をたどる
DIGISIM · 研究ノート

この再構成が表すもの

資料に基づく教育用の再構成であり、認証されたデジタルツインではありません。以前の展示は、製品として作られた特定のラジオを示しておらず、実測した部品図面もありませんでした。そこで、作り直したこの受信機は、むき出しのブレッドボードという特徴を残しつつ、01Aを2本使う一貫した回路を採用しています。メーカーが公表した事実、写真に記録された真空管の標本、計算で求めた形状、明示的に仮定したモデルパラメーターを区別しています。特定されていない実物のラジオと外観が厳密に一致するかどうかは、確認できません。

修正した点

以前の展示作り直した後の動作
アンテナが、同調回路の同じ端子で共通帰線に接続されていました。独立した一次巻線が、アンテナを同調二次巻線に結合します。アンテナが共通線に短絡することはありません。
4ピンの電池管タイプの真空管が、ヒーターと陰極を別々に持つ形で描かれていました。直熱型の01A:途切れのないV字フィラメントが陰極で、プレート、グリッド、2本のフィラメント接続を備えます。
受信機の挙動は、ガウス型の周波数窓を使ってウェブストリームのゲインを選ぶものでした。AM実験室は、負荷時のLC応答、非線形のグリッド電流整流、グリッドコンデンサの電荷、三極管のプレート特性則、実際の負荷方程式を使います。
グリッドコンデンサとグリッドリーク抵抗は描かれていましたが、その検波動作は計算されていませんでした。高周波(RF)を厳密に扱うオシロスコープは、Cgとグリッド電流を積分します。対話操作用の音声回路は、搬送波周期で平均した非線形検波を使います。
検波管1本が、根拠のある電力収支なしに、汎用のコーンスピーカーを駆動していました。2本目の01A、1:3の段間トランス、負のグリッドバイアス電源、高感度のマグネチックホーンが、音声経路の全体を構成します。
トランスの二次側リード線が、取り付け脚で終わっていました。絶縁された4つのトランス端子が、独立した2つの巻線につながります。ホーンは出力管のプレート回路に接続し、架空の出力トランス段はありません。
電子が、ランダムな確率に従ってグリッドで消えることがありました。速度を落としたトレーサーは、フィラメントから出てプレートへ向かいます。トレーサーの密度は、計算したプレート電流に従います。軌道は説明用で、パーティクル・イン・セル法による計算ではありません。
見えている巻数や寸法には、回路との関係を示す資料上の根拠がありませんでした。コイルは97回巻きで、平均半径22 mm、巻線長55 mmです。コンデンサは、可動羽根10枚、固定羽根11枚、0.40 mmの空気ギャップを備えます。
インターネット音声、表示される信号、人工的な動きが、混同されやすい状態でした。インターネット再生は、ブラウザーの標準機能を使う別系統の仕組みです。その音声を測定した高周波とは主張せず、取得できないネットワーク音声の代わりに、合成したホーンの動きを見せることもありません。

電気的な仕様

基準とする真空管は01A型です。5 V、0.25 Aの直熱型フィラメント、μ = 8、90 V / −4.5 Vで相互コンダクタンス約725 µS、プレート電流2.5 mAです。検波器は、45 Vの電源、250 pFの結合コンデンサ、フィラメントの正極端子に戻した0.25–5 MΩ可変のグリッドリーク抵抗を使い、メーカーが公表した検波器の推奨範囲に収まっています。1 nFのマイカコンデンサが、検波管プレートの高周波をバイパスします。オシロスコープに表示する高周波周期平均のプレート波形は、巻線の直流負荷1 kΩによる別個の診断値です。動作中の受信機には、トランスとバイパスの動特性が含まれます。

独立した2個の4 Ωフィラメント用レオスタットが、6 Vの蓄電池電圧を、加熱したフィラメント1本あたり5 Vに下げます。B電源には45 Vと90 Vのタップがあります。C電源は、F−の共通点に対して−4.5 Vを与えます。T1は、巻数比1:3、一次側の励磁インダクタンス25 H、一次側の直流抵抗1 kΩです。500 kΩの音量ポテンショメーターが、二次側の負荷になります。V2は有極型のマグネチックホーンを駆動し、これを2 kΩの銅抵抗、1 Hのインダクタンス、可逆的な磁気駆動部で表しています。出力管の実際の無信号時プレート電圧は約85.75 V、電流は2.125 mAです。データシートの90 V / 2.5 mAの点を、この負荷時の動作点の代わりに使うことはしていません。

f₀ = 1 / (2π√LC) · |H| = 1 / √[1 + Q²(f/f₀ − f₀/f)²] · C(θ) = 41 pF + 334 pF × overlap。形状から求めた、重なり(overlap)による容量変化幅は333.8 pFで、334 pFは回路上の公称値です。L = 240 µH、負荷時のQ = 48で、同調範囲はおよそ530.5–1604.4 kHzです。見えている巻線は、Wheelerの単層コイルの式による約240 µHという見積もりと整合します。

計算しているもの、仮定しているもの

計算しているもの:LC同調と通過帯域。搬送波とAMの両側波帯に対する複素LCフィルタリング。オシロスコープでの、高周波グリッド電流とコンデンサに関する陽的なキルヒホッフの電流則(KCL)。動作中の受信機での、搬送波周期で平均したグリッドリーク動作。非線形なプレート特性と負荷の交点。トランスの励磁電流、巻線抵抗、500 kΩの二次側負荷、一次側に反映される正グリッド電流。フィラメントの電気的・熱的なウォームアップ。ホーンの可逆的な力と逆起電力。振動板の動き、および電力と、仮定に基づく機械的パワー。

仮定または局所的にフィッティングしたもの:負荷時のQ、一次側の結合、グリッド電流の初速度による裾、熱損失の定数、段間トランスの磁気パラメーター、ホーン駆動部の定数。三極管の特性則は、メーカーが示す90 V / −4.5 Vの動作点とその傾きに対する、経験的な局所フィッティングです。特性曲線群の全体にフィッティングしたSPICE用の真空管モデルではありません。直熱型フィラメントに沿って分布する電位は、F−を明示した電圧基準として、この集中定数の経験的特性で表しています。

解いていないもの:自己無撞着な三次元のマクスウェル/ポアソン/空間電荷の場、実測した設置条件に基づくアンテナの放射と負荷、鉄心のヒステリシスや飽和、製造公差、ハムや雑音のスペクトル、特定のホーンの音響インピーダンスや校正された音圧。増幅器とホーンは小信号での学習を想定しており、非常に強い駆動は、標本で検証した範囲を超えます。電場の矢印は、向きだけを示します。電子の大きさと速さ、振動板の変位は拡大しています。分解表示の位置は表示上のずらしであり、動作時の形状として使うことは決してありません。

音声:実験室の音は、回路が落ち着いた後、数値的に解いた振動板の速度から合成します。聴取用のゲインは校正していないことを明示し、バッファーの切り替えではクリック音を抑えています。パラメーターに応じた検波、ひずみ、故障時の挙動は保たれますが、室内の音圧を予測するものではありません。インターネット局はHTMLのaudio要素で直接再生するため、クロスオリジンのWeb Audio解析を許可していない放送局にも対応できます。聴取モードでは、各プリセットに安定した仮想ダイヤル位置があります。なめらかな捕捉窓が、ブラウザーが再生する放送の音量と、別に合成してフィルターをかけた雑音を混ぜ合わせます。局から外れているとき、およびストリームが接続中、バッファリング中、利用不可のときは、雑音が途切れず続きます。雑音が消えていくのは、再生可能な放送音声をブラウザーが報告した後だけです。仮想のスロットと雑音はインターフェースの挙動であり、測定した高周波の周波数でも、熱力学的な雑音計算でもありません。これらのストリームについて、オシロスコープによる測定や人工的な振動板の動きを示しているとは主張しません。

材料と構造の参考資料

2本の真空管には、写真に記録された44 mm × 99 mmの201A型の標本に近い、球形(グローブ型)の外囲器を使っています。内部の形状は、Antique Wireless Associationのアーカイブが所蔵する、メーカーのP-60プレート、グリッド、フィラメントの構造図面に従っています。扁平なニッケル製の陽極(プレート)、26回巻きのグリッド、細いV字フィラメント、マイカの支持板、ばね式の支持具です。資料で確認できるこれらの内部構造を、年代の古い球形の外囲器と組み合わせている点は、明示的な歴史的・教育用の再構成であり、計測学的に検証した標本ではありません。木材、黒色フェノール樹脂、エナメル銅線、マイカ、ニッケル、真鍮、施釉陶磁器、ゴム、ファイバーボードには、それぞれ異なる物理ベースの材質応答を使っています。細かな摩耗や仕上げは、手続き的に生成した代表的な表現です。

検証の記録

受信機は近くの放送局を常に準備し、再接続することなく、同調に応じて番組と雑音を混ぜます。元の再構成では、この受信エンジンが受信とライフサイクルに関する決定論的なケース20件に、実験室の音声が状態に関するケース10件に合格しました。いずれも制御されたメディアの代役(テストダブル)を使って実行したもので、ブラウザーによるデコードや音響の測定ではありません。ミュージアムのページは同じ回路モデルを実行し、その数値を、ミュージアム独自のテストで元の再構成と比較しています。リモートのストリームを初めて再生するときは、やはりネットワークデータ、デコード、ブラウザーの許可に左右されます。

電気的なテストは、モデルの方程式と、操作を加えたときの応答を確認するものです。仮定したすべてのパラメーターが、実物の受信機に対してどれだけ正確かを立証するものではありません。2026年10月8日に行った、範囲を限った転送チェックでは、33局すべてのアドレスがデータを返しました。内訳は、MP3またはAACの音声応答が30件、HLSのプレイリストが3件です。転送できることは、デコード、長時間の稼働、世界中からのアクセスを約束するものではありません。ライブ再生の状態は、実際のブラウザーのメディアイベントから得ています。HLSの3つのプリセットには、ネイティブHLSが必要です。放送局自身のプレーヤーへのリンクは、引き続き利用できます。

一次資料と標本資料

  1. 01-A型のメーカーデータシート、1935年5月1日 — 動作定格、ピン配置、グリッド検波器に関する推奨事項。
  2. 201A型のメーカー原資料 — 当時の直熱型フィラメントの構造と動作。
  3. The Valve Museum、201A型の標本 — 写真に記録された球形の外囲器。直径44 mm、ピンを除く高さ99 mm。
  4. Antique Wireless Associationのアーカイブ — 工場の構造図面の原本。標準化通知(Standardizing Notice)3-1-201-A、1930年6月。Antique Wireless Associationの厚意による。
  5. 放送局一覧には、放送局が自ら公開しているストリームアドレスだけを掲載しています。各局のプレーヤーへのリンクを、その横に添えています。

資料の確認:2026年10月8日(UTC)。形状、テクスチャ、AM実験室はページ内で計算します。ネットワーク接続が必要なのは、放送局を聴くときと参考資料を開くときだけです。

連続的な同調

電源を入れると、現在の局と隣接する局を準備します。最近使った接続は利用可能なまま保たれ、ブラウザーが再生するストリームは最大5本です。同調をずらすと番組と雑音のレベルが変わりますが、その間も各ストリームは進み続けます。準備済みの局に戻ると、新たに接続することなく、すぐに音量が変わります。

局の近くでは、番組と雑音が一緒に聞こえます。両者のレベルは、通常のプリセットでは片側12 kHzの範囲にわたって連続的に変化し、カスタムの局位置がもっと近い場合は、その幅を狭めます。準備済みの局の中心に合わせると、雑音は消えます。準備できていないリモート局を初めて選ぶときは、やはりネットワークデータとデコードが必要です。バッファリングや局の障害が起きたときも雑音に戻り、その状態は操作部に表示されます。

この仮想的な受信カーブと生成した雑音は、聴取のための操作上の仕組みであり、測定した高周波の選択度でも、熱雑音の解でもありません。インターネットストリームは、フィラメントのウォームアップとは無関係に、ブラウザーで再生されます。AM実験室は、これとは別の、資料に基づく回路を解き続けます。

16項目の数値受け入れチェックを見る
  1. 合格 · 真空管の公称動作点と小信号での傾き
  2. 合格 · LCのスケール、コンデンサの単調性、ダイヤルの逆算
  3. 合格 · 負荷時の共振回路が、期待どおりの半電力帯域幅を持つ
  4. 合格 · 非線形プレートソルバーが、動作範囲全体で負荷線に従う
  5. 合格 · トランスは、電力を生み出さずにインピーダンスと電圧を変換する
  6. 合格 · 陽的に解く980 kHzのグリッド検波器が整流し、コンデンサのキルヒホッフ電流則(KCL)を満たす
  7. 合格 · 高周波の時間刻みを細かくしても、平均検波値の変化は1パーセント未満
  8. 合格 · 高周波オシロスコープは電源・アンテナ・検波器の操作に従い、プレート電流を作り出さない
  9. 合格 · フィラメント回路が、直熱型フィラメント1本あたり5 V / 0.25 Aに収束する
  10. 合格 · 検波器、増幅器、ホーンが、通電した音声経路を構成する
  11. 合格 · アンテナなし、検波器の開放、変調ゼロ、音量ゼロで、定常的な音声が抑えられる
  12. 合格 · 同調をずらすと、局の選択だけでなく、検波信号そのものが変わる
  13. 合格 · 強い駆動でのグリッド導通は有限にとどまり、トランスの負荷になる
  14. 合格 · 磁気駆動部が、力と逆起電力の可逆的なエネルギー収支を守る
  15. 合格 · インターネット音声は、低周波(AF)モニター入力として報告される
  16. 合格 · AM実験室の音は、数値計算したホーンの動きから生成される

これらのテストは、上に述べた仮定の範囲内で、実装した方程式と操作への挙動を検証するものです。実物のラジオを測定したものではありません。数値記録の全体は、この展示の保存された元ページとともに保管しています。

電気経路の全体

真空管は2本。電源は3系統。