電子工作

スペクトラムアナライザ

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 ずいぶん前に素敵なデバイスが出ていたのですが手をつけられず放置。

MSGEQ7
 MSGEQ7

 Mixed SIgnal Integration(MSI)からリリースされている7バンドグラフィックイコライザー表示用フィルターのデバイスMSGEQ7です。
 内部に63Hz/160Hz/400Hz/1kHz/2.5kHZ/6.25kHz/16kHzのバンドパスフィルターが内蔵されていて外部信号の制御でそれらの値を出力ピンからマルチプレックスされて得ることができます。
 外部から信号線で制御は必要になりますが、複雑なバンドパスフィルターをいくつも組む必要なく簡単に7バンドのスペクトラムアナライザーを作ることができます。
 便利なところはACアナログ信号をそのまま入力できるところです。また、入力0.3Vppに対して4Vの出力が得られますので前段で増幅回路を入れる必要はありません。逆に2Vppの音楽信号を扱うのであれば、入力レベルを調整する半固定抵抗を入れなければならないのではないでしょうか。

 これまた、Arduinoのライブラリがあるようですのでそちらの調査も含めて試作してみようと思います。

MAX7219カスケード

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 カスケード接続で来るのでライブラリと動作の確認。

MAX7219カスケード接続
 MAX7219カスケード接続

 今回使っているMAX7219はカスケード接続する事によって複数のデバイスを接続・制御できるようになっています。具体的にはDINに入力されてきてあふれたものはDOUTから出力して自分の後ろにつながっているデバイスに流し込める仕様です。
 平たく言うとシリアルレジスタが直列に並んでいる感じでしょうか。

 使っているトライアウト用のMAX7219ボードはその辺りも実装されていて、接続する反対側に出力用のピンヘッダが用意されていてカスケード接続を行う事ができるようになっています。

 使っているライブラリLedControlも複数個の制御を行う事を前提にしてあって、LEDの店頭制御を行うsetRow/setCoulumメソッドはデバイスの番号を指定する使用になっています(省略不可なので1つだけならデバイス番号0を指定)。
 複数制御を行った時のレスポンスがどれぐらいになるのか確かめたかったので、実際にターゲットにする予定と同じ2つのデバイスを接続して操作してみました。
 こちらの制御を掛けるプログラムの表示用データも16列分用意して対応します。
 0番目(右側)にはこの前と同じランダムなパターンを書込み、1番目(左側)に8×8でつくった「な」の文字パターンを表示させてみました。

 そこそこの速度で動作するようでしたので、このまま次のステップに進めようと思います。

MAX7219さらに再び

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 以前のモジュールでやっと動作テスト。

MAX7219+Aruduino nano
 Arduino nano + MAX7219

 世の中、先人達がいろいろしてくれるおかげでMAX7219も制御のためのライブラリが多数ありまして、その中のLedcontrolを使わせていただきました。
 特定列や行だけのデータを書き換えできるようにライブラリ中に縦8×横8の全てのビットのデータを保持するためのバッファーをもっていて、表示データの8×8ビット中の任意のLEDのビットもオン・オフが出来るようになっています。
 他にも明るさや表示桁数の制限など、MAX7219の持っている全ての機能を操作できる関数が用意されていて大変便利です。

 MAX7219は用途として7セグメントLED8桁のドライバーを想定していますが、このようにマトリックスタイプのLED表示器も操作できます。どちらもカソード・コモンの使い方をしますので、そのようにマトリックスLEDの配線を行う必要がありますので注意が必要です。例え行と列を逆に配線してしまってもライブラリでは1行又は1列のどちらでも操作できますので使う側からすると大した差は感じないかもしれません。

 とりあえず先日入手したArduino nano I/Oボードを利用してMAX7912モジュールと結線し、ライブラリのチュートリアルとして自前の表示バッファにランダムな値をセットして全LEDのデータを流して1秒毎に書き換えるプログラムを書いて、ダウンロードして動作確認してみました。
 ついでに明るさの制御も混ぜたりしてライブラリでの動作確認を済ませました。

 さて、次はアナログ入力をレベルメータ的に表示させるルーチンに進みます。

nano再び

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 以前購入した中華なnanoのテストベッド。

nano I/O基板
 nano I/O基板

 片列15ピンという中途半端なピン数からちょうどのソケットが入手し辛く(秋月電子通商では取り扱いあります)、大阪で普通に手に入る16ピンを使って基板を作ろうかと悩み続けてかなり経過してしまいました。
 そんな悩みを抱えている人は世の中にも多数あったようで、このようなI/Oボードが発売されているのを見つけて取り寄せてみました。例によって中華なヤツ(笑)ですが自分でボードを同じように組み立てる場合の部品代に比べても激安です。

 Arduino nanoをボードのソケットに挿した状態で全てのI/Oが引き出されており、デジタル系とアナログ系にまとめられている他に、I2Cとシリアル通信のピンは別のヘッダにも使いやすいように取出されて並んでいます。
 信号ピンの取出しヘッダにはGNDと+5Vも並んでいて使いやすそうです。
 また3.3V電源系もレギュレータで別途取り出しされていて、3.3V系の電源が必要な場合のためかこれも別途ヘッダが用意されています。
 さらに通常のArduino Unoと同じ位置・ピン配置のスルーホールも用意されていて、これを使ってシールドを使う事も出来るようになっています(ピンソケットは別途用意してハンダ付けする必要はありますが)。
 大容量の外部I/O操作にも堪えられるようにDCジャックによる外部電源供給もできるなど、至れり尽くせりなI/Oボードです。

 とりあえずはこれで試作を進めていく事にします。

NOISE TOASTER #3

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 メイン基板を製作しました。

メイン基板
 メイン基板

 MFOSサイトのNOISE TOASTERのページに掲載されている基板部品定数の図(PC Board Values)を参照しながら部品を実装していきます。
 抵抗約70本、コンデンサー25本、トランジスタ類10本にICソケット3つをハンダ付けして実装します。久しぶりに部品点数100点を超える基板の製作はやりがいがありました(時間がかかったとも言いますが)。
 秋月キットなので抵抗類は秋月販売の1/2Wカーボン抵抗ですが、常売している定数以外は別途仕入れているようで抵抗の足の長さが違う物が混じっていました。トランジスタ類ですが、なぜか海外製TO-92パッケージのトランジスタが一気に増えたのかと思えば、このキットに使われている物がバッチリ揃えられていました。
 ICソケットは一般的な板バネタイプだったので丸ピンタイプに変更しようかと一瞬悩みましたが、抜き挿しを頻繁にするはずも無いのでそのまま実装。

 基板jはMFOSのパターンをそのまま踏襲しており、サイトに掲載されている追加改造のための部品取付けパターンもそのまま同じように作り込まれていました。
(追加改造は外部VCO/VCF制御、アンプICのLF386のゲイン増強対応です)

 パネルとの配線数がかなりありますが、コネクター接続を想定していないピッチなため直接配線をする必要があります(サイトでも直接配線になっています)。電源も含めて30本程度の配線が「かなり」面倒くさそうです(苦笑)。

 パネルとの配線のやる気を出すために先に筐体を作ろうかと予定しています。

NOISE TOASTER #2

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 フロントパネル裏の配線を済ませました。

フロントパネル配線
 フロントパネル配線

 MOFS NOISE TOASTERのページにあるFront Panel Wiringを参照しながらパネル裏の配線を行います。
 見栄えを気にせず最短距離で配線しても良かったのですが、チェックする時になんだかややこしくなりそうだったのでこのようになりました。長い引き回しでプラプラしそうな配線の固定は便利小物(#8)で紹介したポリイミドテープです。耐熱性は不要なのですが、いわゆる電工用のビニルテープは経年変化で粘着材がしつこくねっとりしてしまいますのでテープの接着剤が強すぎず、弱すぎず、劣化も少ないことから使っています。

 やっぱり筐体内配線などの導線による配線は、基板製作と別に時間がかかりますね。

電源ユニット(3.3V)

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 以前に電源をモジュール化して製作したものの電圧違い。

電源ユニット
 昇圧電源ユニット
 手前が3.3V出力で、奥が以前作成した5V出力

 以前に電源ユニットだけ分離したポータブルヘッドホンアンプの筐体を作成していたのですが、アンプ基板を作るにあたって製作しようと思っていたデバイスが電源3.3Vだったため着手できず状態が続いていたので先に電源ユニットを新たに製作しました。

 先の電源と同じくNiH電池日本直列の2.4Vを元にしてPFMステップアップDC/DCコンバーターであるHT7733Aを使って3.3Vを生成します。
 デバイスがHT7750AからHT7733Aに替わった事と電圧が違う事からLEDの電流制限抵抗の定数を変更していますが、それ以外の部品は全て同じです。このままでは見分けがすぐにつかないのでマーカーシールを貼って区別する予定です。

 やっと3.3V系のヘッドホンアンプ専用デバイスをいろいろと確かめられそうです。

NOISE TOASTER #1

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 いよいよ製作始めました。

フロントパネル
 フロントパネル

 まずはハンダ付け作業の必要がないフロントパネルパーツの組み付け作業です。
 フロントパネルにボリューム10語、スイッチ11個、6.3mmジャックおよびLFOの動作インジケーターのLEDを取り付けます。
 ネジで締め付けるボリュームとスイッチはどちらも締め付けナットの径が大きく、ラジオペンチなどでは作業が辛いのでボックスレンチ(小物工具(#29)でご紹介)を使います。これがあると楽に締め付け作業をすることができますので、財布に余裕がある方は購入をご検討する事をおすすめします。
 ほとんどボックスレンチで対応できたのですがエンベロープジェネレーターのマニュアルゲートに使うプッシュスイッチだけはボックスレンチのセットにあるサイズよりも小さいので小物工具(#13)でご紹介したレンチの7mm側を使って締め付けを行いました。

スイッチ取付
 スイッチ取付の状態

 スイッチ類はフロントパネルからオフセットして取り付けると出っ張り部分が目立たなくなってかっこ良くなりますので、このように2つ目のナット位置をずらしてパネルに取付けます。

パネル背面
 パネル背面

 とりあえずパネルへの部品の組み付けを全て終えたのでこの後はテキストを参照しながら直付けの部品を含めて配線作業となります。MFOS NOISE TOASTERの基板〜パネル間配線はコネクタ接続ではありませんので、その部分を残してフロントパネル部分のみで完結する部分の配線を進める事にします。

小物工具(#29)

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 実は前から購入していたもの。

ボックスレンチ
 ボックスレンチ(セット)
 8x9mm, 10x11mm, 12x14mm

 今までもエフェクター製作時にお世話になってきていましたが、ご紹介するのを失念していたもの。
 ボリュームやスイッチなどの薄いナット類を締め付ける時に絶大な威力を発揮します。ラジオペンチなどで代用できなくも無いのですが、パネルを傷つけたりするおそれもほとんどありませんし、なにより確実にしっかりと締め付けすることができ、ハンドルを横に倒して使う事でかなり強い力で締め付け・弛め作業を行うことができます。
 ボックスレンチはセットになった物があり、必要時に個別に買い足すよりもお得で一度にそろうのでセット物の方がお勧めです。

 よく使うものとして
 6.3mmφジャック類(対辺12mm)
 16φボリューム(対辺10mm)
 トグルスイッチ(対辺8mm)
 があります。

 エフェクターでは特に10mmと12mmを使う事が多く、重宝しています。

 以前に作ったものが存外に良かったのでちょっと変更してみました。

3石ディスクリートヘッドホンアンプ基板
 3石ディスクリートヘッドホンアンプ基板

 元記事では終段のトランジスタが2SA950/2SC2120だったものを、最近リリースされたデバイスに変更してみました。トランジスタは東芝のオーディオアンプ終段用のバイポーラトランジスタTTA004B/TTC004Bです。
 TO-92やらTO-220のパッケージをどんどん廃止して表面実装デバイスに切り替えているご時勢にあえてハンダ付けできるパッケージ(TO-126N)にPNP/NPNのコンプリメンタリで揃えて出してくるあたり、なにか吹っ切れたような潔さを感じます。

新旧基板
 新旧基板(旧:左、新:右)

 もともと奇麗な音のするアンプだったのですが、聴き比べてみると低音がさらに増強されグッと深みの増した音になりました。元のパーツ構成と違う部分は終段のトランジスタ以外には抵抗類をすべて金属皮膜1%のものに変更し、フィルムコンデンサをニッセイのメタライズドポリエステルフィルムコンデンサMTFにしています。終段に並列に入っていたコンデンサもOS-CONにしてみました。本当はタンタル電解が良いのでしょうが、故障時にショートモードになるのでオープンモードになるコンデンサにしてしまいました。
 抵抗類を変更したのが要因かとも思われますが、少し音が硬くなった印象を受けるものの数値的解析をしていませんが高音特性や立ち上がり特性が改善されたのでは無いかと推測されます。
 定数違いは出力段の抵抗を10Ωから8.2Ωに変更してみました。電源デカップリングコンデンサの2200μFの大きさが違うのは旧基板は耐圧16Vで新基板が耐圧25Vなせいです。狙った訳では無く単なる買い間違い(苦笑)。高さが違いますがケースに入るので良しとしましょうか。まあコンデンサは耐圧が大きい方が性能が良いらしいですのでこれで良いかと。

 やっぱり変な癖も無く聴き疲れしないアンプです。ダイヤフラムの大きいヘッドホンでもパワフルに鳴らしてくれます。終段のトランジスタは思ったより高い温度になりますのでダイオードはちゃんと熱結合しておく事をお勧めします。
 こちらと旧基板と両方常用するためにもうひとつ筐体を製作し、2台運用してやろうかと思うくらいですね。

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