2018年5月31日木曜日

PCM56P DACの製作

PCM56P(Jランク)を偶然2個入手したので、これを使ってオーディオ用DACを作ることにしました。以前作った3886アンプ8cmフルレンジスピーカーと合わせて自作サブシステムの構築を目指します。

PCM56Pはバーブラウン製の16bit DACで、初期のCDプレーヤーに使われていた古いICです。オーバーサンプリング無し(NOS)で自作される方も多いようですが、今回は8倍オーバーサンプリングを試してみることにします。

大まかなブロック図はこんな感じです。

PCM56P以外のICは全て秋月電子で手に入るものを使いました。
PD0052でS/PDIFから変換されたデータはデジタルフィルタ PD00601を経由してPCM56Pに入力されます。PCM56Pは電流出力・電圧出力どちらも可能ですが今回は電流出力モードで使い、オペアンプを2つ外付けしてI/V変換とLPFをやらせます。

秋月のB基板を2枚使い、DAI部分とDAC部分で基板を分けて製作しました。


特に失敗はなく、バラック状態で一発動作してラッキーでした。
ただし、左右の出力電圧差が15%ほどありました。ちょっと許容したくないズレですが、実はこれは異常ではありません。PCM56Pのデータシートには、左右の出力電流の誤差が±30%とあります。I/V変換の抵抗値を変更して調整しましょう。

回路図は下図のようになりました。
DAI部

DAC部

以下、部分ごとの解説です。

・S/PDIF入力部分
PD0052は3系統のS/PDIF入力が可能ですが、今回は光と同軸それぞれ1系統ずつとしました。同軸入力にはパルストランスを挟みました。
このICはTTLレベルの入力を要求するので、同軸ケーブルで送られてきた信号(0.5Vpp)をそのまま使うことはできなさそうです。今回は74HCU04を使ったありふれた回路によって5VppとしてからPD0052に入力します。

・DAI部分
PD0052はシュリンクDIP(足のピッチが1.778mm)で少し厄介です。ユニバーサル基板に斜めに実装しました。
PD0052

回路の定数はほとんどデータシート通りですが、PD0052のPLLまわりだけ音質改善を狙ってデータシートの使用例から若干変更してあります。
電源には6.3V 1Aのトランスを用い、7806で6Vに安定化したうえでLDOにより5Vまで落とすという2段レギュレータ方式を採用しました。LDOにはローノイズなNJM2863を4個使用しました。
NJM2863


・DAC部分
ノンスルーホール両面基板を使い、裏面のほとんどは銅箔テープによるベタGNDとしました。
上に書いた通り左右の音量差が大きかったので、片方のI/V変換抵抗を2kΩから1.8kΩに変更して大まかに合わせました。無負荷時の出力電圧は約4Vppです。

電源には16V 0.5Aのトランスを2個使用し、それぞれ正電源用・負電源用としました。オペアンプ用の安定化電源としてはいつものディスクリートレギュレータを採用しました。PCM56Pの電源は普通の三端子レギュレータ(7809と7909)ですが、デジタル系にはチップフェライトビーズ(ムラタ BLM18RK102SN1)を取り付けてみました。
ちなみにPCM56Pの負電源の電流は正電源の2倍以上になるので、負電源側のレギュレータにだけ小さなヒートシンクを付けています。

・保護リレー
完成したDACをケースに入れて試験していたら、電源ON/OFF時や入力が無い時にノイズが出ることが判明したので、出力にリレーを入れて対策することにしました。

じゅうぶんなスペースがないので、DAC基板の上にリレー制御基板を重ねる二階建て構造としました。
電源投入後約3秒間とPD0052がエラーになっている時(入力が無い時)は出力のリレーを切るようにしています。また、電源を切った時もDACへの電源供給が途絶える前にリレーが切れるので安心です。この回路のおかげでポップノイズの心配はなくなりました。

・ケースとパネル
ケースはタカチのYM-250にしました、私が今までに一番多く使ったアルミケースです。
もともと前面パネルには電源スイッチと入力切替スイッチしか付けていなかったのですが、さすがにシンプルすぎて寂しいので、入力データのサンプリング周波数をLEDで表示できるようにしてみました。といっても44.1kHzと48kHzの2通りだけです(32kHzも表示しようと思えばできますが、さすがにそんな音源聞かないので無視)。
文字は黒テープのネームランド(テプラのようなもの)で入れました。


上の画像の上段が今回のDACです。下段は電流帰還プリアンプ


ケースの内部はこんな感じです。


では出力波形を見てみましょう。以下の画像は全て出力をRCAケーブルでオシロスコープに直結したときの波形です。

1kHz 正弦波 フルスケール


1kHz 正弦波 -20dB
波形が太く見えるのはオシロスコープ自体のノイズのせいです。


1kHz 矩形波 フルスケール


20kHz 正弦波 フルスケール

波形は特に問題なさそうですね。

さて、サブシステムで使う予定であるこのDACですが、音質評価のためにはやはり一度メインシステムに組み込んでみるしかないでしょう。下のような構成で聴いてみました。


普段はN-70Aの内蔵DAC(ES9016S 8パラ)を使っていますが、その音とは根本的に違う雰囲気をすぐに感じることができました。
ゴリゴリした音が飛び出してくる感じ、とでも言えばいいでしょうか…滑らかさが無いかわりに、ガッチリした力強さがあります。
とにかく音質を言葉で表すというのは難しくてどんどん詩的な表現になっていきがちなのでこのあたりにとどめておきますが、なかなか最近のDACでは出ないような音に仕上がったのではないかと思います。

今後このDACは以下のようなシステムに組み込んで使っていく予定です。

2018年5月7日月曜日

スイッチング電源を使ったLM3886アンプの製作

大型連休はどこへ行っても人が多くて疲れるので、出かける気になりません。引きこもって工作をしていました。
作ったのは、タイトルの通りスイッチング電源を使ったLM3886アンプ。
だいぶ前(確か去年の忘年会の時?)にツイッターのフォロワーさんからいただいた3886用の基板を放置してしまっていたので、これを活用しました。
いきなり完成品の画像から紹介します。

 前面

背面 

使用中( ・ㅂ・)و!

3系統(RCA×2, ミニプラグ×1)の入力を備えた便利なアンプに仕上がりました。
さらに遊び心を加えて、小型スピーカーで重厚な音が出せる低音ブースト機能(当然ON/OFF可)、見て楽しめるLEDレベルメーターを装備してみました。

少し焦点が合わせきれない感じの緩めな音で、立体感も不足しています。しかし落ち着いて聞ける音なので、これはこれで悪くないものと思います。遊びのつもりで付けた低音ブースト機能も案外良い感じで、小型スピーカーを使う際は重宝しそうです。
スイッチング電源なのでギスギスした音になるかと思いましたがそうでもないようです。国産のエントリークラスのプリメインアンプとなら十分張り合えそうな気がします。

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中身はこんな感じ。配線が汚くて若干恥ずかしいですが…


左から、入力切替&低音ブースト基板、アンプ基板(×2)、電源基板です。上の写真ではほとんど見えていませんが、電源基板の手前にレベルメーター基板が立っています。


・電源
今回使ったスイッチング電源はノートPC用のACアダプタから取り出したものですが、やはりノイズが多くて苦労しました。音質以前に、スピーカーから出るジリジリ…という音がかなり気になるレベルでした。上の画像はノイズ対策途中のものですが、このあと電源基板をしっかりシールドしたり配線の引き回しを変えたりして、最終的にはほぼノイズが気にならない実用的なレベルにすることができました。


・レベルメーター

上の画像はレベルメーター基板の裏側。配線を楽にするため、両面基板を使ってLM3915を表と裏に1個ずつ付けました。LM3915にはオーディオ信号を直接入れています。回路はICのデータシート通り。フルスケール1.25Vです。


・低音ブースト機能
オペアンプを使って実装するつもりでしたが、面倒になったので抵抗とコンデンサだけを使った簡単なものにしました。



単体での計算上は低域+6dBですが、実際には後段のインピーダンスも関係してくるのでそんなには持ち上がりません。実際は恐らく+4dBくらいだろうと思います。


・LED
LEDの取り付け方は以前のプリアンプと同じで、ブラケット等は使いませんでした。


今回は超高輝度LED(OptoSupply OS5YKA3131A)を試してみました。これを普通に使うと明るすぎ、また光が広がらないのでインジケータには不向きです。しかし表面を紙やすりで磨くとすりガラスのようになって光が拡散しやすくなるので、電流さえ絞れば(今回は0.1mA程度)インジケータとして使えるようになります。上の画像でも、横方向までしっかり光が広がっていることが分かりますね。
また、今回は本体の底面にもLEDを取り付けてみました(この記事の一番上の画像参照)。特に実用的な意味はないのですが、雰囲気が出るかなと…


以上、今回こだわったポイントを中心に紹介しました。
最後に全回路図を載せておきます。

このアンプは以前作った8cm フルレンジスピーカーと組み合わせて使うつもりです。


【更新履歴】
2018年5月8日 回路図を追加

2018年4月25日水曜日

ノートPC(東芝 PT75-78MHXR)のHDD交換

東芝のノートパソコン  dynabook PT75-78MHXRのHDDの使用時間が長くなってきたので、交換してみました。
もともと内蔵されていたのはHGSTのHTS541010A9E680(1TB 9.5mm)でした。換装用に買ってきたのは、それとほぼ同スペックの東芝 MQ01ABD100です。
SSDを使えばだいぶ高速化できそうですが、今回は特にスペック向上の必要がないのでこれでじゅうぶんです。

さて、まず内蔵HDDのクローンを作る必要があります。
SATA-USB変換アダプタを使って新しいHDDをPCに接続し、定番ソフトであるEaseUS Todo Backupを用いてパソコンの内蔵HDDをクローンしました。この手順については他に詳しいサイトがあるので省略します。
クローンは1時間未満で完了しました。

次に、パソコンを分解してHDDを交換する作業です。

上の画像の矢印で示した11か所のネジを外すと、電池と裏蓋が取れます。
裏蓋はツメでも固定されているので、マイナスドライバーなどを使って慎重に外しましょう。まあ、最終的にはまたネジで固定するのですから多少ツメが折れても大した問題はありませんが。


上の画像の左下、水色の枠に囲まれているのがHDDです。その右上にはRAM増設用の空きスロットも見えますね。

このHDDはネジどめされておらず、水色のゴムに挟まれて軽く固定されているだけでした。これを交換して裏蓋を閉じなおしたら作業は完了です。

HDDの交換後はじめて起動した時だけ多少時間がかかったようでしたが、OSや各ソフトのライセンス認証などを求められることもなく、以前と同じように動いています。

このパソコンは実家に送って、もうしばらく活躍してもらう予定です。


2018年4月24日火曜日

NAS(I-O DATA HDL-RA2HF)の不調とその解決

昨日、突然ネットワークオーディオが不調になりました。今日直せたので、やったことを書いておきます。

【忙しい人のための概要】
・NAS内の音楽が再生できない不具合が発生
・Twonky Serverのデータベース再構築で不具合解消
・不具合の原因は(恐らく)NAS内の音楽ファイルのタグをPCから直接編集したこと


【詳細】
I-O DATAのHDL-RA2HFというNASをPioneerのN-70Aというネットワークプレーヤーに繋いで使っているのですが、このNAS内の音源が再生できなくなってしまいました。


上の画像はN-70Aの画面。
NAS自体は認識されているのですが、この画面から先に進もうとするとプレーヤーがフリーズし、リモコン操作もスマホアプリからの操作も受け付けなくなってしまうという状態でした。

このNASはまだ導入から1ヶ月も経っていませんし前日までは快調だったので、まずはプレーヤーかネットワーク関連機器の異常を疑いました。しかし、プレーヤーを初期化したりスイッチングハブを交換したりしても全く状況は変わりませんでした。
そうなるとあとはNASが怪しい…ということで、試しに手持ちのWindows PCを即席DLNAサーバに仕立ててプレーヤーに繋いでみると、普通に音楽が聴けたのです。

これで、システム不調の原因がNASであることはわかりました。

↑問題のNAS

パソコンのエクスプローラーからNAS内のファイルを見ることはできていたので、問題はNASに入っているTwonky Serverだろうと見当を付けました。しかし単にTwonky Serverを再起動するだけでは直らず、どうしたものかと思っていろいろ調べていたときに目についたのがオリオスペックのこの記事。

QNAPのTwonky Serverメンテナンス「データベースの再構築」オリオスペック
http://www.oliospec.com/blog/?p=521

ファイルを移動したりタグを編集したりした場合、データベースを再構築しておかないと再生に不具合が出ることがあるというようなことが書いてあります。

そういえば…不具合が起きる前の日にパソコンのエクスプローラーからNAS内の音楽ファイルのタグを直接編集したのでした。これが不具合の原因では?と思い、早速上のURLにある方法でデータベースの再構築を試してみたら、あっさり不具合は解消されました。

ネットワークオーディオは思わぬトラブルが多くて面倒なところもありますが、その利便性と音は捨てがたいものです。今後もオーディオはNASを中心にやっていくつもりです。

2018年4月14日土曜日

カンタンLED調光回路

PWMでLEDの調光をする回路を作りました。ありあわせの部品でサッと工作。


2回路入りのコンパレータ(LM393)のうち1回路で三角波を作り、もう1回路でそれを適当な電圧と比較してパルスを作ります。ついでに、LEDをどっさり制御できるようFETにスイッチングをさせます。
上図中のRV1で周波数を約100Hzから300Hzまで、RV2でデューティ比を0%から100%まで変化させることができます。今回は実験用回路なので周波数も可変にしてみましたが、まあ単に調光するだけなら周波数は固定でいいでしょう。


基板の切れ端に組みました。
試しに、超高輝度青色LED(OptoSupply OSB56A5111A)を10個並べて制御してみます。LEDに流れる電流は合計で100mA程度でしょうか。電源は5V 3AのACアダプタです。


上の動画中でいじっているのはデューティ比だけです。周波数を変えても見た目には変化が分かりません。

最後に、上と同じ5V電源を使い50Ωの負荷をかけたとき(電流100mA)の負荷両端の波形を載せておきます。
特に問題ないようですね。ヨカッタヨカッタ

約100Hz, デューティ比25%

約100Hz, デューティ比50%

約100Hz, デューティ比75%

約300Hz, デューティ比50%

常時ON

常時OFF

以上です。

2018年4月10日火曜日

プリメインアンプのパワーアンプ化改造 (YAMAHA A-S801)

激安セパレートアンプ計画。
ヤマハのA-S801というプリメインアンプをパワーアンプ化します。

今まで、このアンプにはパーツ単位での改造をいろいろ施してきました。カップリングコンデンサをニチコンのFWからルビコンのPMLCAPに変えたり、帰還抵抗を金属箔抵抗(アルファ・エレクトロニクスのFLCX)にしたり…こんなことでも結構音は変わるものですね。
今回はパーツ単位の交換ではなくもう少し大規模な改造になりますが、必要に応じて簡単に元に戻せるような手法を取りたいと思います。

さて、このアンプの信号経路の大まかなブロック図(筆者作成: 間違いあるかも)は大体こんな感じです。クリックで拡大できます。



どうも必要以上にゴチャゴチャしているように見えるんですよね。
アナログスイッチIC、オーディオプロセッサICや安いオペアンプ、そして1段ごとに入っているカップリングコンデンサ。これらは製品を便利に(あるいは扱いやすく)してくれる反面、音質には間違いなく悪影響を与えていることでしょう。
最低限の機能だけ残して有象無象の回路は全部取っ払ってしまいたくなりますね。
こんなふうに…


しかし、これだとさすがに不便すぎる気がします。一応プリメインアンプとしての機能も残しておこうと考えたのでやめました。
そして考えたのがこちら。


CD入力とフォノ入力の基板を取り外し、その跡地に新たな入力端子とリレーを組み込みます。
これなら音量調整などの余計な回路をバイパスしてパワーアンプとして使えますし、従来通りプリメインとして使うこともできます。これでいきましょう。

さっそく取り外したCD&フォノ入力基板がこちら。


2mmピッチの16ピンコネクタで親基板と繋がっていました。


親切にも、親基板にはコネクタのピンアサインが書いてあります。
このコネクタを使って新しい基板を固定しリレーの駆動に必要な電圧をもらってきたいのですが、同じものの入手は難しそうです。秋月にある2mmピッチのピンソケットで代用することにします。

ところで上の親基板の写真からも分かる通り、CD&フォノ入力基板に供給されていた電源は±7Vです。オペアンプしか乗っていない基板なので、電圧を2倍くらいに上げたほうが音も性能も良くなるのでは?と思っていましたが、この電圧にはちゃんと意味がありました。隣の基板に載っているROHMのオーディオプロセッサICの動作条件が±6.5~7.5Vなのです。±7VというのはこのICと電源を共用しているために生まれた制約の結果でした。

…電源のコストダウンに少しがっかりしましたが、気を取り直して次に進みましょう。
新設する入力端子と既存端子の切り替え用リレーには5V駆動のEA2-5NCR(ラジオデパート3階で購入)を使用しました。親基板からもらってくる電圧が+7Vなので、手持ちのLDOを使って5Vに落とします。
まあ、抵抗をコイルと直列に入れてリレーに約5Vがかかるようにするという簡易的な方法でも良いと思います。
できたリレー基板はすぐアンプに取り付けてしまったので、基板単体での写真はありません。

さて基板はできましたが、リレーのコントロールはどうしましょう?
このアンプは入力をリモコンで切り替えられるようになっています。その信号を引っ張ってきて使えればカッコいいですが今回はそこまでやらず、アンプの背面にある余った穴(もとCD入力端子があったところ)にスイッチを取り付けて済ますことにしました。


この穴の直径は約10.5mmです。スイッチは6mmか12mmの穴に取り付けるように作られているものが多く、この穴に丁度よく取り付けられるものを見つけるのに少し苦労しました。結局採用したのはミヤマ電器のDS-282(門田無線で購入)。取付穴径10.2mmのオルタネート押しボタンスイッチです。

新設するRCAジャックを選ぶときにも穴の径に注意する必要があります。上の画像に写っているRCAジャック(私がいつも使っている安物)は小さすぎて固定困難だったので、ちょっと大きなものを買ってきてフォノ端子の跡地に取り付けました。確かトモカのC-60だったと思います。



そうそう、もうひとつ重要なポイントがありました。シャーシアースの取り方です。
アマチュアの自作アンプ界隈ではGNDをシャーシに落とすのは1か所というのが当たり前のようになっていますが、製品ではかならずしもそうではないようです。この機種では少なくともアナログ入力部の2か所でGNDがシャーシに落ちていました。そのポイントは、CD入力端子とTUNER入力端子の下のネジです。(ちなみに、PHONO入力端子付近のGNDは小さいCとRを介してシャーシに接続されていたりします。)

ということで、まずは私も元々の接続を踏襲して新設入力端子のGNDを直接シャーシに落としてみました。まあこれでも普通に動作はします。無音時のノイズは改造前と同じレベルです。
次に、やはりGNDループが何となく気持ち悪いので新入力端子のGNDをシャーシから浮かせてみました。すると、無音時のノイズが圧倒的に減ったことにすぐ気づきました。やはりGNDを2点でシャーシに落としてあったのは(少なくともノイズの面では)良くなかったようです。ツイーターに耳を当ててやっと「サー」という音がかすかに聞こえる程度のローノイズになりました。
ちなみに、ここで残る1か所のGNDも浮かせてしまうと保護回路が働いてアンプが動かなくなるので要注意です。

改造後の内部の様子。

入力には軽くLPFを入れました。

パワーアンプ直結入力を試してみると、プリメインアンプとして使った場合とは全く違う音に驚かされます。ザラザラした感じ、こもった感じが一掃され、霧が晴れたような音です。立体感もマシマシ!
特に低音の解像度アップは著しく、だらけていたベースがより明確に聞こえるようになりました(低音が強くなったという意味ではない)。
とにかく、今までコンデンサを交換したりしてチマチマ改造していたのは一体何だったのかと思えるほどの変化がありました。

現在は自作プリアンプと組み合わせて楽しんでいます。


2018年4月7日土曜日

RTL-SDR用 簡易アップコンバータの製作

数百円で買えるUSBワンセグチューナーを広帯域受信機として使う "RTL-SDR" が数年前から人気です。
しかし、元がワンセグチューナーなだけあって低い周波数(中波や短波)が受信できないのが欠点でした。そこで、簡単なアップコンバータを作ってみました。

回路図は下の通り。特に目新しい部分はありません。


定番ICであるNE612を使い、アンテナから入ってきた信号の周波数を50MHz上げる回路です。例えば1MHzの信号が入力されたら、51MHzの信号を出力します。
強力なFM/AM放送による混変調等を防ぐため、カットオフ約35MHzのLPFと約2MHzのHPFを設けました。LPFのコイルはアミドンのトロイダルコア T-50-6 に適当な線を8回巻いて作りました。HPFのコイルは手抜きで、マイクロインダクタです。このコンバータで中波を聞くこともあるでしょうから、HPFにはスイッチを付けてスルーできるようにしました。
フィルタ部以外の定数は適当に決めているので、特にこの回路図通りにする必要はありません。

ユニバーサル基板+銅箔テープによるベタGNDで作って、アルミケース(タカチ YM-100)に入れました。


回路が簡単なので基板はすぐできたのですが、例のごとくケース加工に時間を取られました。
入力端子はM型、出力端子はSMAにしました。
早速、SDRと組み合わせて使ってみます…が、なんとこの段階でRTL-SDRの紛失に気付いたので、SDRplay RSP1を用いてテストしました。RSP1はコンバータなどなくても長波から受信できるのですが…


810kHzのAFNを50.810MHzで受信しているところ。
アンテナがあまりにショボい(1mくらいの導線を屋内に置いただけ)ので中波放送くらいしか聞こえませんでしたが、きちんと動作していることは確認できました。
今度無線部室でまともなアンテナに繋いで試してみたいものです。