今計画中の自作ヘッドホンアンプの回路内で定電圧を作る必要があり、4.7Vのツェナーダイオードを使うつもりでいます。
ところが…ツェナーダイオードはノイズが多いから使いたくない！という話をよく聞きます。ツェナーのノイズを嫌って、LEDを定電圧素子として使う場合もあるようです。自作オーディオ界隈だとLED電源というのが有名ですね。
2018年1月9日火曜日
2018年1月5日金曜日
テルミンの設計と製作（4）完成
前回までの記事でテルミンの回路が全部できたので、ケースに組み込みました。
タカチのプラスチックケース TW11-5-22を使いました。
アンテナはBNCコネクタで接続するタイプで、取り外し・伸縮可能です。
電源には12V 100mA以上の適当なACアダプタが使えます。スイッチング式だと多かれ少なかれ出力にノイズが乗るので、トランス式のものが必要です。
動作させてみました。
このテルミンはスピーカーを内蔵していないので、外部のアンプを通して動画の右後ろに映っているスピーカーから音を出しています。
最初はエフェクターなしで、36秒頃からディストーション、50秒頃からディレイを入れています。
案外難しく、まだ曲を演奏する段階には至っていません。
アンテナと直列にコイルを入れると演奏しやすくなると聞いたのですが、いろいろなインダクタで実験してみても周波数可変範囲が狭くなるだけで全然演奏しやすくならなかったのでやめました。
最後に、全回路図を載せておきます。
メイン基板で1枚、エフェクター基板で1枚、基板に載っていない部品で1枚の計3枚です。
音声信号のラインにはトロイダルコアを使ったコモンモードフィルタ、電源ラインには市販のEMIフィルタを入れました。これらがないと、テルミンに繋いだ音声ケーブルや電源ケーブルに手を近づけるだけで微妙に音が変わってしまいます。
もうちょっと回路をブラッシュアップしたいところですが、動作に問題がないのでとりあえずよしとします。
秋葉原の店頭で手に入る部品しか使っていないので、部品の入手に困ることは今のところ無いはずです。ぜひ読者の皆様も作ってみてください。
おわり
タカチのプラスチックケース TW11-5-22を使いました。
アンテナはBNCコネクタで接続するタイプで、取り外し・伸縮可能です。
電源には12V 100mA以上の適当なACアダプタが使えます。スイッチング式だと多かれ少なかれ出力にノイズが乗るので、トランス式のものが必要です。
動作させてみました。
このテルミンはスピーカーを内蔵していないので、外部のアンプを通して動画の右後ろに映っているスピーカーから音を出しています。
最初はエフェクターなしで、36秒頃からディストーション、50秒頃からディレイを入れています。
案外難しく、まだ曲を演奏する段階には至っていません。
アンテナと直列にコイルを入れると演奏しやすくなると聞いたのですが、いろいろなインダクタで実験してみても周波数可変範囲が狭くなるだけで全然演奏しやすくならなかったのでやめました。
最後に、全回路図を載せておきます。
メイン基板で1枚、エフェクター基板で1枚、基板に載っていない部品で1枚の計3枚です。
メイン基板
エフェクター基板
基板外の配線図
もうちょっと回路をブラッシュアップしたいところですが、動作に問題がないのでとりあえずよしとします。
秋葉原の店頭で手に入る部品しか使っていないので、部品の入手に困ることは今のところ無いはずです。ぜひ読者の皆様も作ってみてください。
おわり
テルミンの設計と製作（3）エフェクター部
前回までの記事でテルミンは完成しているのですが、ただのテルミンでは面白くないのでエフェクターを内蔵させましょう！
…しかし楽器の演奏は全くやらないので、エフェクターを作ったことがないのは勿論、どんな種類のものがあるのかも全然知りませんでした。
そこでwebでいろいろなエフェクターについて調べたり試聴したりして、まずはディレイをつくることにしました。
ディレイ用のICとしては、秋月で買えるPT2399が便利です。早速これを買ってきてほぼデータシート通りの回路を組んだら、すんなり動いてくれました。ディレイ時間は約40mSから数百mSまで半固定抵抗で変えらるようにしました。
これは簡単で面白くて良いですね。いろいろ遊べそうです。
ディレイだけだと2回路入りのオペアンプが1回路余っていてもったいないので、ついでにディストーションを実装することにしました。
いろいろなディストーション・エフェクターの回路図を見てみましたが、ダイオードで波形をクリップさせるタイプが一般的であるようです。
というわけで(?)、全然違うタイプのものを作ってみました。下に示す回路図の右上の部分です。
出力波形はダイオード式と全然違うので、音も違うでしょう。ディストーションと呼んでいいのかどうかは分かりませんが、歪んでいることには違いないのでディストーションということにしておきます。
できたエフェクター部の回路図です。
(2018年1月7日 図の高解像度化・赤文字の追加)
完成した基板はこんな感じです。
秋月のC基板にぴったり収まりました。
…しかし楽器の演奏は全くやらないので、エフェクターを作ったことがないのは勿論、どんな種類のものがあるのかも全然知りませんでした。
そこでwebでいろいろなエフェクターについて調べたり試聴したりして、まずはディレイをつくることにしました。
ディレイ用のICとしては、秋月で買えるPT2399が便利です。早速これを買ってきてほぼデータシート通りの回路を組んだら、すんなり動いてくれました。ディレイ時間は約40mSから数百mSまで半固定抵抗で変えらるようにしました。
これは簡単で面白くて良いですね。いろいろ遊べそうです。
ディレイだけだと2回路入りのオペアンプが1回路余っていてもったいないので、ついでにディストーションを実装することにしました。
いろいろなディストーション・エフェクターの回路図を見てみましたが、ダイオードで波形をクリップさせるタイプが一般的であるようです。
というわけで(?)、全然違うタイプのものを作ってみました。下に示す回路図の右上の部分です。
出力波形はダイオード式と全然違うので、音も違うでしょう。ディストーションと呼んでいいのかどうかは分かりませんが、歪んでいることには違いないのでディストーションということにしておきます。
できたエフェクター部の回路図です。
完成した基板はこんな感じです。
秋月のC基板にぴったり収まりました。
これでテルミンの基板は全部できたので、あとはケースに組み込んだら完成です。次回の記事はまとめ。
テルミンの設計と製作（2）低周波部
さて、今回はテルミンの低周波部について解説します。
高周波部はシミュレーション通りにいかないことも多く、いろいろと試行錯誤が必要で意外に面倒でしたが、低周波は大体思ったとおりに動いてくれるので気が楽ですね。
低周波部の回路はこんな感じです。
まず、前回触れたDBMの出力からです。
このDBMの3pin出力はエミッタフォロワなので、適当な抵抗を1本外付けしてやれば信号が取り出せます(※2pinからコレクタ出力も可能)。ここではデータシート通りの510Ωを使っています。
DBMの出力には高周波も含まれているので、まずはLPF（ローパスフィルタ）で音声信号だけを取り出します。出力電圧は100mVpp程度なので、オペアンプで適当に増幅します。
単電源なので反転増幅の方が楽に作れるはずですが、普段よく使う非反転増幅を何も考えずに採用してしまいました。
このあたりは疲れていたのか、全体的に適当で筋の悪い設計になっており若干恥ずかしいです。改良の余地があちこちにありますね。
まあいいでしょう。
さて、前回途中まで触れた音量調整についてです。
倍電圧整流でできた直流電圧をオペアンプで適当に増幅してやり、アナログフォトカプラに入れます。
アナログフォトカプラはLEDとCdSセルが向かい合わせになった素子で、電流の変化を抵抗値の変化に変換することができます。このCdSセル部をボリュームとして使えば音量制御はバッチリです。やったぜ。
フォトカプラ用のオペアンプには、入出力レールtoレールで±250mAまで出力できるAD8532を使いました。音量最大時にはフォトカプラのLEDに20mA程度流れます。
アナログフォトカプラの代わりにFETを使うのも良さそうです(むしろそれが普通か)。
というわけで、音声信号はアナログフォトカプラ内のCdSセルを使ったボリュームと普通の可変抵抗を通り、もう一度オペアンプによるバッファを経由して出力されます。出力のオペアンプは安くてパワフルなNJM4556Aを使っており、直接イヤホン・ヘッドホンを駆動することもできます。
メイン基板はこんなところでしょう。ここまでがテルミンの主要部分でした。
製作風景を1枚。
やらせ写真です(工作中の机がこんなにきれいなわけがない)。
次回はエフェクター基板について書きます。
テルミンの設計と製作（1）高周波部
テルミンを作りました。
テルミンは1919年にロシアで発明された世界最古の電子楽器です。
本体に手を触れず、空間中で手を動かすことによって音程と音量を制御します。
現代ではマイコンと距離センサがあれば似たようなものが簡単に作れると思いますが、今回はあえてアナログ回路で伝統的テルミンを作ってみることにしました。
さて、距離センサを使わないならば空間中の手の動きをどうやって検知するのか？
言われてみれば簡単なことで、高周波発振器を使います。
高周波発振回路にアンテナを付けてその周囲で手を動かすと、静電容量の変化によって発振周波数が若干動きます。この周波数変化を使って音程や音量を変化させるのが伝統的なテルミンです。単純そうに見えるテルミンですが、実は中身は高周波回路なんですね。
というわけで、まず音程制御部からです。
約455kHzの発振回路が2つあります。ひとつはセラミック発振で、もうひとつはLC発振です。
セラミック発振の周波数は固定されているのですがLC発振器にはアンテナが付いており、これに手を近づけると静電容量によって発振周波数が若干下がります。
この2つの発振器の出力をNJM2594というIC(DBM)に突っ込んで、2つの発振周波数の差の周波数を取り出します。これがテルミンの音の周波数になります。
例えばセラミック発振の周波数が455kHzでLC発振の周波数が453kHzだった場合、
455-453=2kHzの音が出るという具合です。
では具体的に回路を見ていきます。
まずはDBMまわりからです。
DBMの電源には、あらゆる箇所で使われているLPF(ローパスフィルタ: 上の図中のR7とC7)に加えてダイオード(D1)が入っています。これは電源電圧をDBMの推奨動作条件[1]の範囲内まで落とすためです。
DBMの入出力インピーダンス整合は特にやっていませんが、動作に問題はありませんでした。
また、DBMへの入力は5pin(セラミック発振側)を600mVpp以下, 7pin(LC発振側)を100mVpp以下に抑えたほうが良いようです[2]。セラミック発振側の電圧についてはIFT(T2)のコアを適当に回し、あえてIFTの共振周波数を外してやることで調整できます。邪道ですね。
またLC発振側については、おかしなIFTの使い方をしています(上の図中のT1)。ここではIFTの共振は非常にブロードで、単なる降圧トランス的な働きになっています。ますます邪道感が高まってますね。このIFTで発振回路の出力を大体100mVppに落としています。
音程制御部はだいたいこんな感じです。
次に音量制御です。
ここでは、周波数の変化を抵抗値の変化に変換する回路が必要になります。
まず、周波数変化を電圧変化に変換するため下の図のような回路を作ってみました。
LC発振回路がひとつあります。周波数は470kHz程度です。音量制御部の発振器と同様にアンテナが付いており、手を近づけると発振周波数が下がります。
発振回路の出力にはBPF(バンドパスフィルタ）が付いています。三端子のセラミックフィルタを使いたかったのですが、適当な周波数のものが入手できなかったのでセラミック発振子とコンデンサ2個を使って構成しました。
さらに、BPFの後に倍電圧整流&平滑回路を設けてBPFの出力を直流にします。
ここまでで、発振周波数の変化が直流電圧の変化に変換される回路ができました。
電圧変化を抵抗値の変化に変換する部分については次回の低周波編で書きます。
【注意】
音量制御と音程制御の発振周波数を同じにすれば定数がそのまま流用できて楽ですが、やめたほうが良いようです。私も最初は両方455kHzにしたのですが、引き込みが起こって音程と音量が常に同時に変化するようになってしまいました。
なお、この引き込みはアンテナ経由で起こるようで、どれだけ基板上のセパレーションを良くしても意味がありません。
次回は低周波部についての記事です。
【参考資料】
[1] NJM2594 データシート
https://www.njr.co.jp/products/semicon/PDF/NJM2594_J.pdf
[2] 電子うさぎ NJM2594を検証してみた！使えるDBMまとめ
https://xn--p8jqu4215bemxd.com/archives/2229
【続き】
テルミンの設計と製作(2)低周波部
テルミンの設計と製作(3)エフェクター部
テルミンの設計と製作(4)完成
テルミンは1919年にロシアで発明された世界最古の電子楽器です。
本体に手を触れず、空間中で手を動かすことによって音程と音量を制御します。
現代ではマイコンと距離センサがあれば似たようなものが簡単に作れると思いますが、今回はあえてアナログ回路で伝統的テルミンを作ってみることにしました。
さて、距離センサを使わないならば空間中の手の動きをどうやって検知するのか？
言われてみれば簡単なことで、高周波発振器を使います。
高周波発振回路にアンテナを付けてその周囲で手を動かすと、静電容量の変化によって発振周波数が若干動きます。この周波数変化を使って音程や音量を変化させるのが伝統的なテルミンです。単純そうに見えるテルミンですが、実は中身は高周波回路なんですね。
というわけで、まず音程制御部からです。
約455kHzの発振回路が2つあります。ひとつはセラミック発振で、もうひとつはLC発振です。
セラミック発振の周波数は固定されているのですがLC発振器にはアンテナが付いており、これに手を近づけると静電容量によって発振周波数が若干下がります。
この2つの発振器の出力をNJM2594というIC(DBM)に突っ込んで、2つの発振周波数の差の周波数を取り出します。これがテルミンの音の周波数になります。
例えばセラミック発振の周波数が455kHzでLC発振の周波数が453kHzだった場合、
455-453=2kHzの音が出るという具合です。
では具体的に回路を見ていきます。
まずはDBMまわりからです。
DBMの電源には、あらゆる箇所で使われているLPF(ローパスフィルタ: 上の図中のR7とC7)に加えてダイオード(D1)が入っています。これは電源電圧をDBMの推奨動作条件[1]の範囲内まで落とすためです。
DBMの入出力インピーダンス整合は特にやっていませんが、動作に問題はありませんでした。
また、DBMへの入力は5pin(セラミック発振側)を600mVpp以下, 7pin(LC発振側)を100mVpp以下に抑えたほうが良いようです[2]。セラミック発振側の電圧についてはIFT(T2)のコアを適当に回し、あえてIFTの共振周波数を外してやることで調整できます。邪道ですね。
またLC発振側については、おかしなIFTの使い方をしています(上の図中のT1)。ここではIFTの共振は非常にブロードで、単なる降圧トランス的な働きになっています。ますます邪道感が高まってますね。このIFTで発振回路の出力を大体100mVppに落としています。
音程制御部はだいたいこんな感じです。
次に音量制御です。
ここでは、周波数の変化を抵抗値の変化に変換する回路が必要になります。
まず、周波数変化を電圧変化に変換するため下の図のような回路を作ってみました。
LC発振回路がひとつあります。周波数は470kHz程度です。音量制御部の発振器と同様にアンテナが付いており、手を近づけると発振周波数が下がります。
発振回路の出力にはBPF(バンドパスフィルタ）が付いています。三端子のセラミックフィルタを使いたかったのですが、適当な周波数のものが入手できなかったのでセラミック発振子とコンデンサ2個を使って構成しました。
さらに、BPFの後に倍電圧整流&平滑回路を設けてBPFの出力を直流にします。
ここまでで、発振周波数の変化が直流電圧の変化に変換される回路ができました。
電圧変化を抵抗値の変化に変換する部分については次回の低周波編で書きます。
【注意】
音量制御と音程制御の発振周波数を同じにすれば定数がそのまま流用できて楽ですが、やめたほうが良いようです。私も最初は両方455kHzにしたのですが、引き込みが起こって音程と音量が常に同時に変化するようになってしまいました。
なお、この引き込みはアンテナ経由で起こるようで、どれだけ基板上のセパレーションを良くしても意味がありません。
次回は低周波部についての記事です。
【参考資料】
[1] NJM2594 データシート
https://www.njr.co.jp/products/semicon/PDF/NJM2594_J.pdf
[2] 電子うさぎ NJM2594を検証してみた！使えるDBMまとめ
https://xn--p8jqu4215bemxd.com/archives/2229
【続き】
テルミンの設計と製作(2)低周波部
テルミンの設計と製作(3)エフェクター部
テルミンの設計と製作(4)完成
2018年1月2日火曜日
QSOパーティ移動運用
あけましておめでとうございます。
毎年恒例のQSOパーティに合わせ、ハンディ機を持って移動運用に行ってきました。
本当は朝から運用するつもりだったのですが、初売りに行ったり昼寝したりしていたら遅くなってしまい、運用地に着いたのは13時半頃でした。
場所は広島市西区の山の中腹です。標高は150m程度。
去年のQSOパーティで使った三脚やロッドアンテナ(RH-770)は東京に置いてきてしまったので、屋根馬を使って立てた塩ビ管に1mほどのモービルホイップを取り付けて運用しました。
終始0.5Wでの運用でしたが2mのFMでCQを出すとよく呼ばれ、1時間半ほどで20局と交信
しました(4エリア18局、5エリア2局)。中学生の頃からお世話になっていた方々とも久しぶりに交信できてよかったです。
よく晴れていて暖かかったので、コートも脱いで気持ちよく運用できました。
そして帰る途中、運用地から少し下ったところにある公園で偶然JR4DHK局とお会いできました。デジタルモードやフリーライセンス無線に関する様々なお話をうかがったり設備を見せていただいたりして、特にD-STARに興味が湧いてきているところです。アイボールありがとうございました。
というわけで、6回目(多分)のQSOパーティを楽しんできました。これからログを提出しようと思います。
毎年恒例のQSOパーティに合わせ、ハンディ機を持って移動運用に行ってきました。
本当は朝から運用するつもりだったのですが、初売りに行ったり昼寝したりしていたら遅くなってしまい、運用地に着いたのは13時半頃でした。
場所は広島市西区の山の中腹です。標高は150m程度。
去年のQSOパーティで使った三脚やロッドアンテナ(RH-770)は東京に置いてきてしまったので、屋根馬を使って立てた塩ビ管に1mほどのモービルホイップを取り付けて運用しました。
終始0.5Wでの運用でしたが2mのFMでCQを出すとよく呼ばれ、1時間半ほどで20局と交信
しました(4エリア18局、5エリア2局)。中学生の頃からお世話になっていた方々とも久しぶりに交信できてよかったです。
よく晴れていて暖かかったので、コートも脱いで気持ちよく運用できました。
そして帰る途中、運用地から少し下ったところにある公園で偶然JR4DHK局とお会いできました。デジタルモードやフリーライセンス無線に関する様々なお話をうかがったり設備を見せていただいたりして、特にD-STARに興味が湧いてきているところです。アイボールありがとうございました。
というわけで、6回目(多分)のQSOパーティを楽しんできました。これからログを提出しようと思います。
登録:
投稿 (Atom)