2018年11月19日月曜日

アクティブスピーカーの自作 (3) 完結編

前回の記事で完成したはずのアクティブスピーカーですが、聞いているうちにいろいろと問題があることが分かってきました。小音量時はまあ良いのですが、大きな音を出すと音楽が崩壊気味になり、何かが共振しているような異音まで聞こえます…
大音量で正弦波をスイープさせながら手持ちのICレコーダー TASCAM DR-07で簡易的に周波数特性を測定してみると、案の定ひどいことになっていました。

というわけで、完成したばかりのスピーカーを改造していきます。
まずはエンクロージャー。15mmの板を使っているのに、思ったより箱が振動しているようです(単に音量上げすぎ)。
そこで東急ハンズに行って、断面が半円の棒と直角二等辺三角形の棒を1本ずつ買ってきました。

まあ安いものです。
スピーカーユニットを取り外して(鬼目ナットを使っているので安心)、吸音材も剥がし、上記の棒を切ってボンドでペタッと…


三角の棒は隅に、半円の棒は板の中央を横切るように貼り付けました。補強桟があるだけで高級スピーカーっぽい感じになりますね(超適当)。
これでエンクロージャーの補強は完了です。凹凸が増えたので、吸音材を貼りなおすのが大変でした。

次に、アルミケースの補強です。
アルミケースの底面(YM-150の黒い方)には何も取り付けていないので、叩くとカーンと響きます。正弦波を出力しながらいろいろと実験してみると、スピーカーで特定の周波数の音を出した時にこの底面が共振してしまうことが分かりました。特に、インシュレーターを敷くとケースの底面が完全に浮くのでひどい鳴りようです。
ケースの内側にブチルゴムを貼ると叩いたときの響きが鈍くなり、スピーカーを鳴らした時の違和感も消えました。合格。

これら2つの補強の効果はかなり大きく、大音量で鳴らした時の違和感が消え、細かい音がよく聞こえるようになって満足です。

片手間で作るつもりだったスピーカーの完成度が案外高くなってしまい、家から持ち出すのが惜しくなってしまいました。もう持ち出しましたが。

アクティブスピーカーの自作 (2)

今回は塗装について少し、そしてスピーカーに内蔵するアンプとDACについて。
前回の記事はこちら↓
アクティブスピーカーの自作 (1)

MDFは段ボールのような色で少々味気ないので、塗装をします。色付きの水性ニスを3度塗りしました。ニスはダイソーで買った安物ですが、なかなか渋い色に仕上がりました。刷毛の跡が木目のように見えるのは怪我の功名というべきか(本来MDFに木目はありません)。


塗装の乾燥を待つ間にDAC&アンプ作りを進めます。
押し入れを探して発見したNFJのPCM2704基板と中華TPA3118基板を使うことにしました。どちらもかなり前に買ってちょっと音を出して放置していたものです。ゴミと言われようが捨てずに取っておけばいいこともあるものですね(こうして部屋がジャンク品で埋まっていく)。
ケースは定番のタカチ YM-150です。


入力はUSB, RCA, ステレオミニの3系統と欲張りました。
各入力から入ってきたステレオの音声信号は、ロータリースイッチで選択されたあと10kΩの抵抗2本で合成されてモノラルとなり、ボリューム(A10kΩ)を通ってアンプに入ります。
アンプの電源は12VのACアダプタ、DACの電源はUSBバスパワーです。本当はDACの電源もACアダプタから取った方が良さそうですが、GNDの引き回しが若干面倒になるので妥協しました。

そして、またしてもいきなり完成後の画像です。途中経過の撮影はつい忘れがちになります…

今回はケースをエンクロージャーに密着させる都合上、基板を固定するためにケースにネジでスペーサーを取り付けることができません。そこで、アンプ基板は両面テープで直接ケースに固定し、DAC基板にはペテットを使用しました。ケースは木ネジでエンクロージャーに取り付けてあります。

さて、DACはほぼ基板の仕様通りのつくりですが、アンプ基板の方はいろいろと改造や部品の追加をしています。下に回路図を示します。DAC部は省略しました。

まずはゲインの変更。TPA3118では、2本の抵抗の組み合わせでゲインを決められます。今回使った基板では元々32dBにセットされていますが、これは高すぎるので20dBに変更しました。

次に電源の電解コンデンサの交換。元々は正体不明の330uF/25Vが4つ付いていましたが、よく分からない電解コンは怖いので、これをニチコンKW 1000uF/50V 2つに取りかえました。特にKWというコンデンサが好きなわけではありません。偶然部品箱に在庫があったから使っただけです(これはツンデレではなく本当)。

さらに、出力LPFの見直し。もともとついていたLPFの定数はTPA3118のデータシート通りでしたが、これは全て取り外しました。そして、今回使うユニットのインピーダンス特性をできる限り忠実に再現した等価回路を使ってLTspiceで計算しなおした最適な定数を採用しました。定数変更のついでに部品もグレードアップしようということで、コンデンサはセラミックからフィルムに、インダクタは正体不明の小型SMD品から東光のデジタルアンプ用インダクタ A7503AY-100M に交換しました。

他にも、入力カップリングに付いていた特性の悪そうなセラミックコンデンサをPMLCAPに交換、電源にEMIフィルタ(村田 BNX012-01)を挿入、電源ON時のノイズ防止のためのMUTE回路(2SA1015使用)を追加…
ありあわせのものでできるだけササっと作ろうと思っていたのですが、ついつい色々と手を加えてしまいました。

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ここまででおおむね完成です。改めて全体像を。

どうでもいいことですが、真四角のはずのスピーカーが上の2枚の画像ではかなり歪んで見えますね。カメラのレンズが良くないようです。

このスピーカーをしばらく鳴らしてみると、欠点がいくつか見つかりました。次回はその修正について。
アクティブスピーカーの自作 (3) 完結編

アクティブスピーカーの自作 (1)

最近は大学で実験に明け暮れる日々を送っています。
薄暗い部屋に1人で座って待機と単純作業を繰り返すのが退屈なので音楽でも聞こうと思い立ちましたが、実験に使っているノートPC(私物)のスピーカーの音は最悪だし、イヤホン・ヘッドホンは周囲の音が聞こえず危険なので、スピーカーを自作して持っていくことにしました。

まず、今回のスピーカーの使用方法から満たすべき要件を考えてみます。
・実験室に持ち込む→省スペース→アンプ内蔵
・パソコンに繋いで使う→USB DAC内蔵
・「ながら聞き」に使用→音質はそこそこで良い

これらの要件と手持ちのパーツを突き合わせて考えた結果、8cmフルレンジユニットを使ったモノラルのアクティブスピーカーを作ることにしました。

完成したのがこちら(唐突)。


今回はユニットとエンクロージャーについて。

・ユニット
雑誌の付録だったFOSTEXのOMF800Pです。もちろん元々は2個セットだったのですが、だいぶ前に1個を事故で破壊してしまい残りの片方を持て余していたので、今回のモノラルスピーカー製作で活用できてちょうど良かったというわけです。

・エンクロージャー
15mm厚のMDFを使って作ったスリットバスレフ方式です。この方式は作るのが楽でいいですね。
板の購入と直線カットは東急ハンズ池袋店で、バッフルの円形カットや角のR加工、ユニット固定用の鬼目ナット埋込は自分で行いました。

ユニットをはめる穴をボール盤と自在錐で開けているところ

寸法は以下の通り(単位: mm)。
バッフル: 130 × 100
側板: 220 × 150
底板・天板: 100 × 150
バスレフポート: 100 × 120

吸音材は、コイズミ無線で一番安かったホワイトキューオン(10mm厚)です。側板をFクランプで留めた状態で何回か試聴した結果、底面・背面・右側面にこの吸音材を入れることにしました。フワフワした素材ですが、両面テープで案外しっかり固定できました。

板の接着にはごく普通の木工用ボンドを使っています。


次回はアンプとDAC部について。
アクティブスピーカーの自作 (2)

2018年9月24日月曜日

KX3をJARDで保証認定…トラブルあり

米国メーカーの無線機であるKX3に技適番号は無いので、日本で使うためには保証認定が必要です。
保証認定を行っている会社にはTSSとJARDがありますが、今回はJARDを選んでみました。かつてSST-20(第2送信機)をTSSで保証してもらったので、今度はJARDを試してみようと思ったのです。

KX3が届いた翌日に電子申請による基本保証の申し込みを行うと、6日後にメールで返信がありました。そこには私の単純ミスに対する指摘がいくつかあったほか、衝撃の一文が記されていました。
50MHz帯においては、新スプリアス規格を満足していませんので、BPFを送信機系統図に記載してください。
接続されたBPFフィルターの型番を送信機系統図内に記載してください。
これは寝耳に水でした。まず「BPFフィルター」って重複表現だろ…というのはどうでもいいとして、今までにKX3の保証認定を受けた人からBPFが必要などという話は聞いたことがなかったものですから。
しかもスプリアス規格をどのように逸脱しているのか書かれていないので、どのような特性のBPFを取り付ければよいのかも分かりません。そもそもKX3のスペック表によると50MHz帯における高調波・スプリアス成分は-60dBc未満であり、スプリアス基準を満たしているはずなのに…

せっかくの小型機ですから、どうにかして外付けBPF無しで保証を受けたいものです。そのための方法をいくつか考えて下の表にまとめてみました(クリックで拡大)。


上の表中の方法の中から、まずはお手軽で低リスクな③と④を試してみることにしました。以下のような趣旨の文章をメールで送りました。
これまでに御社やTSSで同機種の保証認定を受けた人から、そのような指摘は無かったと聞いていますが、審査基準に何らかの変更があったのでしょうか。
また、本機種の取扱説明書には、Harmonic / Spurious Outputsは50MHzで-60dBc未満であると記されています。これが正しければ日本の新スプリアス基準は満たされているように思われますがいかがでしょうか。
このメールを送って待つこと3日、ようやくJARDから返信がありました。さて私のガバガバな反論に対して何を言われるのかとドキドキしながら開封すると…
この度は、当協会の行うアマチュア局の保証をご利用いただき誠にありがとうございました。
保証の審査の結果、本日付けで保証を行いましたので、保証書(PDFファイル)をこのメールに添付いたします。
えぇ…(困惑)
あんなに自信ありげに(?)スプリアス規格不適合と断言しておきながら、ちょっと反論されると何も言わずにすぐ保証してしまうとは一体どうしたことでしょうか。この件についてはエレクラフト社に協力をお願いするメールまで用意していたので、拍子抜けしてしまいました。
保証を受けたのでこれ以上の質問などはしませんでしたが、ちょっと不思議な話でした。

最後に、時系列で出来事をまとめておきます。申請から保証までにかかった日数は9日でした。

9月12日保証願書を提出(電子申請)
9月18日JARDからスプリアス等について問い合わせ
こちらから反論
9月21日保証書の到着


2018年9月17日月曜日

KX3用ハンドマイクの自作

ELECRAFT KX3の純正ハンドマイクは69.95ドルもします。高すぎると感じたので買いませんでした。


ちょっと調べてみると、純正ハンドマイクの代わりに他社のマイクを改造したりパソコン用のマイクを使ったりする方法が提案されているのが見つかります。今回はそのどちらでもなく、イチからハンドマイクを作ってみました。


回路はECMエレメントを使ったマイクの回路と制御回路の2つに分かれています。純正品とほぼ同じ回路で、見るべきところは何もないと言っていいでしょう。ほぼ使ったことのない周波数UP/DOWNスイッチも一応付けておきました。使用したECMは秋月でWM-61A相当品として売られている50円のもの (リードピン付き)です 。


スイッチ以外の部品は全て両面ノンスルーホールのユニバーサル基板上に実装しました。0.33μFのコンデンサが異常に大きいのは無視してください。こんなものでなく、普通のマイラか電解コンデンサあたりで良いと思います。
最初は基板を使わず空中配線にしようかと思っていましたが、その場合はマイクエレメントをケースにうまく固定する方法を考える必要があって逆に面倒になりそうだったのでやめました。

ケースにはタカチのSW-75Bを採用しました。既製品のハンドマイクと違って真四角なので手になじみにくいのは仕方がありません。
ポップガード(息などによるノイズを軽減する部品)として、どこかでもらった要らないエコバッグから切り取った黒い不織布を使ってみました。これはペラペラの安物なので音を過度にこもらせてしまうこともないでしょう。この布はケースとパンチングメタルの間に挟まるかたちで固定されています。パンチングメタルもポップガードとして機能しますが、今回はどちらかというと見た目を良くするために採用したものです。




製作途中の写真撮影を全くしていなかったので文字ばかりの説明になってしまいました。上は完成直後、KX3に繋いでみたときの画像。まだ免許が来ていないので電波は出せませんが、試しにパワーを出さず(一応ダミーロードも繋いで)送信音をモニターしてみたところ、正常に動作しており音質も悪くないようでした。周波数UP/DOWNスイッチも特に問題なく使えました。

8000円ほどする純正マイクの代用品が1000円以下で用意できて満足です。しかもそこに工作の楽しみまで付いてくるので実質無料のようなもの(謎計算)。
このマイクで早く交信してみたいです。

〈参考にしたページ〉
Elecraft® MH3 microphone
http://www.elecraft.com/manual/MH3%20Rev%20A.pdf

KX3 Microphone - Reverse engineering
http://reflector.sota.org.uk/t/kx3-microphone-reverse-engineering/10429

2018年9月11日火曜日

ELECRAFT KX3の組み立て

KX3を組み立てていきます。


組み立ては50ページほどのASSEMBLY MANUAL(組立説明書)を見ながら行うことになります。当然全て英語ですが、そう難しいことが書いてあるわけではなく図もたくさん載っているので、抵抗なく読み進められました。


ハンダ付け不要・ほぼドライバーだけで組み立てられると聞いて簡単だろうと思っていたのですが、ちょっと見当違いでした。確かに技術的に難しい部分は全くありませんが、とにかくネジやワッシャーがやたらと多くて面倒です。数だけでなく種類も多いので、組み立てを始める前にネジ類はきちんと分類しておいたほうがいいですね。




ネジを間違える・BNCコネクタがパネルにどうしてもはまらずパネルをヤスリで削る等のちょっとしたハプニングがいくつかありましたが、3時間半ほどで完成しました。これはツイッターを見ながらダラダラ作業した結果なので、集中して取り組めばもっと早くできるでしょう。


手のひらサイズと言えるかどうか、ギリギリの大きさです。
今のところまともなアンテナが無いので、とりあえず動作確認のために適当な導線を用意して中波放送を聞いてみました。


さて、保証認定の書類を用意せねば…

ELECRAFT KX3を購入

ELECRAFTのポータブルHF/VHF機、KX3を購入しました。

日本では代理店のエレクトロデザイン(EDC)からの購入が一般的だと思いますが、1円でも安くあげたかった私はELECRAFT社から直接購入しました。エレクトロデザインに輸入代行を頼むより1万円ほど安く買えました。
配送手段はUSPS Priority Mail Internationalとし、支払いはPaypalで行いました。

荷物の行方はUSPSと日本郵便の両方のwebサイトで確認できます。


注文を入れたのが9月6日の夜で配達されたのが9月11日ですから、5日間で届いたことになります。荷物の受け取り時に税金6000円と通関料200円を払いました。
今回KX3を買うにあたって輸入代行か個人輸入か少し迷ったのですが、個人輸入をやってみると簡単で安くて早く、輸入代行を頼む意味はあまり無いんじゃないかと思いました。英語が分からない人にとってはエレクトロデザインの日本語サポートは魅力的ではあるのでしょうが…(ただし日本語サポートを受けるには輸入代行価格にかなりの上乗せが必要)。



主な内容物を広げてみました。今回購入したのはキット版なので、KX3はバラバラの状態で入っています。オプションはルーフィングフィルタだけにしました(マイクすらない…)。
上の画像には写っていませんが、5MHz帯送信不可の証明書も入っていました。特に頼まなくても、日本向けに出荷されるKX3は全て5MHzの送信ができないようになっているそうです。

次回は組み立てです。