2019年3月15日金曜日

UcD180HGをケースに組み込む

タイトル通りです。
安くてちょうど良いサイズの金属ケースを探し、ラジオデパートのエスエス無線でタカチの新製品 MB30-12-20を購入しました。



音量調整可能で一応プリメインアンプということになっていますが、入力がXLR 1系統のみというストイックな仕様です。元々RCAも付ける予定だったのですが、面倒になったのでやめました。

中身はこんな感じです。

以前プリアンプ用に作ったアッテネータをそのまま流用しています。UcDの専用スイッチング電源はアルミケース(リード P-202)におさめてあるので見えません。そのケースの上に乗っているのがプリアンプ用の電源回路です。

音は多少柔らかめに感じますが、低音はD級らしくスッキリした感じで良いです。ツイーターに耳を近づけてもノイズは全く聞こえません。
今後最低でも2年間はこれを使い続けるつもりです。


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オマケ: 製作途中のひとコマ
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UcD180HGモジュールの改造

前回の記事で気になった点を中心に、UcD180HGモジュールの改造を行います。
需要が極めて小さそうな記事ですが、自分用の備忘録ということで。

プリアンプのゲイン変更

前回の記事にも載せましたが、プリアンプ部の回路図は下の通りです。
※回路図と基板の部品番号は対応していません。
上の回路図のR11を外し、ゲインを14.6dBから一気に0dBに下げました。
外した抵抗は下の画像の赤丸の部分です。


これでモジュール全体のゲインは約11dBとなり、私が住んでいるような狭小住宅でも使いやすくなりました。

プリアンプの電源

UcD180HGのプリアンプの定電圧電源は簡単な無帰還式で、しかもその上流がスイッチング電源です。回路図を再掲します。
製造元のhypex社はこの電源回路の特性の悪さなど百も承知で、オプションとして "HxR" と称する高性能なレギュレータを販売しています。見たところ、HxRはLEDを定電圧源として用いるタイプの帰還式レギュレータのようですが、詳細は不明です。というのも、今回私は60ユーロ(15ユーロ×4個)を惜しんでHxRレギュレータの購入を見送ったからです。デフォルトの電源回路が悪くなさそうならそのまま無改造で使うつもりでしたが結局気になってしまったので、簡単なトランス電源を作ってみました。



以前プリアンプで採用したような高速ディスクリート電源を採用しデカップリングの電解コンデンサを省略…するつもりでしたが、面倒になったので三端子レギュレータを二段重ねにしてごまかしました。まさに妥協の産物。
例によって負電源は省略していますが正電源と同じ構成です。

以下、プリアンプ用外部電源をUcD180HGモジュールに接続する方法です。
まず、オンボードのレギュレータからの電力供給を断つため基板上のR68とR69(0Ω抵抗)を取り外します。次に、HxRレギュレータを追加するために用意されているスルーホールに外部電源を接続します。
正電源と負電源それぞれについて基板の画像を載せておきます。正電源と負電源ではピン配置が違うので要注意です。



コンデンサ

入力カップリングをポリエステルフィルム (0.68μF 100V) からPMLCAP (2.2μF 25V) に、オペアンプのデカップリングをSu'scon MF 22μF 63Vから東信 UTWRZ 100μF 25V + PMLCAP 0.1μF 50Vに変更しました。
デカップリングのほうはPMLCAP(3216サイズ)が大きすぎるため少々トリッキーな実装になってしまいました。電解コンデンサを基板の裏側に取り付け、表側のベタGNDのレジストを削ってPMLCAPをハンダ付けしてあります。


取り外したコンデンサ達

余談ですが、UcD180HGとSMPS400A180(UcD専用電源)に使われている電解コンデンサはほぼ全てSu'scon製です。公式サイトによるとSu'sconブランドは1978年に創業された台湾のメーカー KUAN KUN ELECTRONICのものだそうです。まあまあまともそうなメーカーに見えますがどうなのでしょうか。

改造後の基板の画像を下に示します。

次回はこのモジュールをケースに組み込みます。

2019年3月14日木曜日

UcD180HGのプリアンプ回路

UcDアンプ単体では入力インピーダンスが低すぎるそうで、UcD180HGではUcDアンプの前段にオペアンプを用いたプリアンプが付いています。
このプリアンプ(とその電源)の回路図を基板から起こしてみました。
※回路図と基板の部品番号は対応していません。


電源回路

電源回路は単純な無帰還タイプで、あまり特性は良くなさそうです。しかも大元がスイッチング電源ですから、なおさらこの粗末さが気になります。
上の回路図では負電源を省略していますが、正電源と同等のものです。
電源回路

プリアンプ回路

アンプ回路のほうもありふれたものです。使われているオペアンプLM4562はLME49720とほぼ同等のものらしく、悪くなさそうです。
ゲインは5.4倍 (≒14.6dB)です。モジュール全体のゲインが公称26dBなので、UcDアンプ自体のゲインは約11.4dBであることが分かります。私のように狭い部屋で鳴らす分には26dBのゲインは過大ですから、何か工夫してゲインを下げたいところです。

次回は、このモジュールに多少の改造を加えます。

UcDアンプモジュールを購入

オランダのhypex社から、D級アンプモジュール UcD180HGとその電源SMPS400A180を2個ずつ購入しました。

UcDとは

UcDはUniversal class Dの略で、自励式のD級アンプです。出力フィルタの後からフィードバックをかけており、負荷のインピーダンス特性に依らず平坦な周波数特性を得ることができます。日本では、マランツのHD-AMP1に採用されていることが知られています。

出力フィルタの後からフィードバックをかけるD級アンプ回路自体はそこまで珍しくはないと思いますが、UcDは(完成品でなく)モジュール単体で容易かつ安価に入手でき、その特性と音の良さが明らかになっていることから、ライトな電子工作と所謂ピュアオーディオを併せて楽しむ層を中心に人気があるようです。なお、UcDの上位版としてNcoreというのもあります。

購入から到着まで

1月30日の朝にUcDモジュールの製造元であるhypex社の通販サイトで上記のアンプと電源モジュールを注文したところ、その日の夜(現地時間の午前)にUPS WORLDWIDE EXPEDITEDで発送されました。


届いたのは1週間後の2月6日。HSコードは8504.90で関税は無し、消費税は1700円でした。本体価格320ユーロ、送料48.39ユーロと合わせて、かかった合計額は5万円弱となりました。




次回はこのモジュールについて詳しく見ていきます。

2019年1月9日水曜日

オシロスコープ (RIGOL DS1054Z) をPCに接続する

RIGOLのオシロスコープ DS1054ZとパソコンをUSB接続して使ってみました。

背面の凹んだ部分にUSBのタイプB端子があります。LANの端子もありますが今回は使いません。

必要なソフトは、UltraSigmaとUltraScopeの2つです。おそらくオシロスコープの付属CDに入っていたと思うのですが、そのCDを紛失してしまったのでRIGOLのwebサイトからダウンロードしました。

上のURLからダウンロードしたRARファイルを解凍するとインストーラが出てくるので適当にインストールします。

インストールが完了したらオシロスコープをパソコンに接続し、まずUltraSigmaを起動します。

上の画像のような画面が出てきます(シリアルナンバー等が含まれるため一部を加工済、他の画像についても同じ)。オシロスコープが正しく接続されていれば、その型番が表示されます。上の画像では若干違う型番が表示されている気もしますが問題ありません(1054Zユーザーの方ならその理由は察しが付くはず…)。

型番を選択した状態でキーボードの "p" キーを押すとオシロの画面キャプチャができます。画像の保存先は右上のSetting(スパナのアイコン)からInstrument Print Screenのタブで変更可能。ちなみにデフォルトはCドライブのProgramData(隠しフォルダ!)でした。
UltraSigmaの機能の中で、今のところ私が分かったのはこれ位です。
オシロ本体にさしたUSBメモリにスクリーンショットを保存すると日時が記録されないのが難点でしたが、このソフトを使えばちゃんと作成日時が残るので良いですね。


さて、次はUltraScopeを使ってみます。
UltraSigmaのホーム画面でオシロの型番を選択し右クリックすると、下の画像のようにメニューが出てきます。
UltraScopeが既にインストールされていれば、このメニューから起動できます。

上の画像はUltraScopeの基本画面です。
オシロスコープの本体で可能な操作は大抵(全て?)このソフトでもできるようです。操作感は直感的だと思います。

各種測定

FFT


このオシロをパソコンに接続することのメリットとして、大画面で波形等が見やすくなること、込み入った設定を素早く変更できることなどが挙げられるでしょう。パソコンに繋げておいて損はなさそうです。
ただし、このオシロでは測定端子とUSBのGNDが共通であるということは意識しておく必要があります。USBアイソレータを挟めば安心ですね。

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