電子工作

コントロールアンプ用電源、半完成です。

　コントロールアンプ電源基板
　制御部が未実装

　前回から基板を切り出しして取り付け用の穴を開け、部品をハンダ付け、錫メッキ線（TCW）で結線して配線完了です。制御部分のPIC周辺が未実装なため、半完成といえます。

　中央上部が)+12V出力（V+/GND/V+）、右端が±5Vの出力端子です。
　左端のネジ止め端子に先般にTA2020-20アンプ用電源ユニットの増設した電源出力端子から給電してそれぞれの端子から+12V、±5Vがちゃんと出ている事を確認しました。

　各電源出力のノイズ　ともに無負荷で測定
　上 +12V /　下 -5V
　200μS/div, 100mV/div

　残留ノイズが多少あるように見えますが、ほとんどプローブに乗ってくるノイズと変わらない状態です。
　一般の不平衡のプローブだとスイッチング電源やDC-DCコンバータなどの同相ノイズは観察しにくいので、実際の-5V出力はあくまでも雰囲気というか目安と思った方が良いかもしれません。オシロスコープの差動プローブはそこそこのデジタルオシロが買えてしまうような目をむくほど高額なのでさすがに導入は無理です（苦笑）。

　これらの電源は基本的にソフトウェアでPQ12RF11の制御端子を使ってオン／オフできるようにします。そのため未実装のPIC制御部分向けの独立した+5V電源を実装する必要があります。こちらは常に通電してスタンバイ状態にして、待機電力を消費する部分になりますので低消費電力のレギュレータで給電します。

　さて、実際の電源制御部ですが、当初予定のPIC16F648Aでは実装面積が大きすぎて微妙に足りず、ピン数を減らしたPIC12F675に変更の予定です。もっとも18ピンのPIC16F648Aでは未使用ピンが多数できてしまいますからちょうどのデバイスに変更といえるでしょう。
　電源およびサラウンドの入力スイッチで２ピン、それぞれの動作表示兼制御で２ピンしか必要ありませんので、8PのPICにお出まししてもらいます。それほど凝った事をしませんのでインストラクションROM領域も1Kワードで充分です。
　デバイスにはシャントレギュレータ内蔵のPICであるPIC12HV615を採用する事も視野に入れています。こちらだと電源のための外付け回路が不要になり、内部で5Vを生成するため実装面積を小さくできます。

　ということで、これからプログラムの作成にかかる事になります。なんだか遠回りをしているような気分になってきましたが、なんとか音信号制御部の完成までこぎつけるよう精進です。

　コントロールアンプの素子に供給する電源部。悩んでます。

　コントロールアンプ電源部

　とりあえず部品配置の検討です。
　素子に供給する電圧をどうするかずっと悩み中。NJM2701Dは+12V、オーディオスイッチのNJM2520Dは+5V単電源でもOKみたいですし、TA7630Pは+12Vか両電源タイプでも可能（±4V〜±7V）なのです。

　+5Vと+12Vだけにしても良かったのですが、TA7630Pが±5Vの回路例がデータシートに記載されており、それを試してみる事にします。

　ということで+13V強から+12V、+5V、-5Vの3電源を生成する回路を作成します。
　12V系は４端子（出力制御つき）の低飽和型レギュレータであるPQ12RF11を（左の小さな方の放熱器のもの）、+5Vは7805（JRCのフルモールドタイプ、右の放熱器がついたもの）、-5VにTDKのDC-DCコンバータであるCB-3810を使用して製作を進めます。
　18ピンのソケットは電源制御、入力選択などの操作を行うためのPIC16F648Aのためのソケットです。写真撮影時配置していませんでしたが、制御端子などの出力を取り出すためのヘッダピンが追加になります。

　12V出力の低飽和レギュレータPQ12RF11、JRCの7805、DC-DCコンバータのCB-3810は全てデジットで購入しました。カウンター前の電源素子の前でずーっと悩んでいる人を見かけたら、きっと私です（笑）。ご注意いただく点ですが、CB-3810はすでに廃品種で、今の設計のDC-DCコンバータの方が低ノイズではないかと思いますが、価格で選択（涙）。

　-5VがDC-DCコンバータということで電源のノイズが気になるため±5Vは1000μF/10Vでデカップリングをします。まだ高周波ノイズが多いようであれば、0.1μFの積層セラミックコンデンサーを追加して出力波形の観測を行い、改善を目指す予定。それでもダメならコモンモードチョークでしょうか。
　電解コンデンサは全てニチコンのUFWシリーズで1000μF。耐圧がそれぞれの場所で異なるため大きさが違います。

　まずは基板を目的サイズに切り出して、さくっと配線・ハンダ付けをして出力の確認を目指します。

　久々にゆっくり休みを取れたのでパネル加工をしました。

　電源部DC出力部

　コントロールアンプへ電源供給するために、DCジャックを１つ追加しました。２つのジャックの間は1mmφの錫めっき線で直結。電源基板からの出力を片方のジャックの端子部分に電源ラインを半田付けして２出力としました。

　と、簡単にすまないのがこの電源部（涙）。
　パネルを外すのは当然ですが、実装品であるDCジャックやヒューズホルダーは裏留め。従って、これらを外すには一度配線の半田付けを全て外してやらないとごっそり抜けないのです。
　ACインレットフィルタとスイッチの配線を外し、ヒューズホルダーの配線を外し、トランスの一次側の配線を外してやっとパネル実装部品が取り外せます。

　電気系を作業していたので、部品類をいったん片付けてから卓上ボール盤を置いて穴あけ。その後、ジャックの異型の穴を仕上げるのにヤスリでゴリゴリ。
　作業開始から片付け終わるまで穴一つで１時間以上かかりました。
　さすがに、もう、追加するものは無いはず。

　やっと入力から音量調整までの部分を進め始めました。

　コントロールアンプ基板
　おおまかな部品配置を決めている状態

　メインとなるのは先の記事で紹介した（ディスコンの）TA7630Pで、写真中央の16pソケットの部分が相当します。3Pのヘッダピン４つが音量、バランス、高音、低音のコントロール用ボリュームの接続用で、左右に並んだ2Pのヘッダピンが出力となります。

　入力を機械接点のスイッチ、たとえばロータリースイッチなどで切り替えることも考えたのですが、試してみたかったデバイスを使用してみることにしました。
　入力の切替は２入力１出力のオーディオスイッチである新日本無線のNJM2520Dを使用することにしました。上部にある２つの8Pソケットが相当します。
　全高調波歪率（THD）が0.01%(typ)と、TVやVTRなどの家電セット向けのデバイスですので、あまり音については期待できないかもしれませんが、まあ作った後から考えましょう（笑）。
　このデバイス、単電源+12Vで使えるので、TA7630Pに予定している+12Vと同じ電源で使いたい所ですが、入力切替の制御が+5V系であり、どうも電源電圧は+5Vを想定しているような感じです。
　したがって、この基板には+5Vと+12Vの電源供給か、TA7360Pのために±5Vを用意するか悩みどころです。

　もっと低歪実率（0.0009% typ）のデバイスであるNJM2752/2753/2754を試してみたい所ですが、取扱が日本橋では無さそうですのでJRCからサンプル取り寄せか代理店経由で購入、もしくはChip on stopで購入する必要があり、見送りしています。入手できれば、機会を見て載せ替えか基板を再作成して変更を試みてみます。

　とりあえず基板のおおよその要求サイズが解ったので、EAGLEを使って配線をシミュレートしてみます。もちろんTA7630PやNJM2520Dなどはライブラリを作成する必要がありますが、何度も紙の上で配線を検討するより遥かに楽ですからね。
　電源についてはまだまだ検討の余地があり、どうするか決定しなければなりません。はぁ。

　いざという時のために。

　ネジザウルスGT（PZ-58）

　こういう工具、要る時が来るとは思わないと中々購入しませんが、「いざという時のために」購入していました。エンジニアのネジザウルスGT（PZ-58）です。
　ネジザウルスシリーズはペンチの先端に特殊な形状を採用しており、ネジをがっちりとつかんで回します。また、このGTは頭の低いトラスネジにも対応しており、かなりガッツリとつかみかかります。

　特殊形状の溝がネジをがっつり掴む

　で、実際に登場する羽目になったのがこれ。

　錆びて固着したネジ

　幸いにしてプラスドライバーの穴は生きていたのでなんとか回そうとしてもびくともせず。CRC5-56攻撃にもひるまず、かなり頑固です。
　ネジザウルスで掴んでぐりぐりしてスプレーオイルとドライバーで叩くなどあの手この手でやっと外しました。ドライバーとスプレーオイルだけでは無理でしたね、さすがに。

　不幸にもこの腐食具合からご想像の通り、修理しようとした機器（洗濯機）はかなりの劣化により修理して使い続けるよりも新しい製品と交換（買い替え）した方が安全と決断して廃棄となりましたが、それでもある程度は状況が見えたので納得の状態。まあ、10年以上動いてくれていたので良しとしましょう。

　それでもかなりの力をかけてまわせるのはすごい工具です。
　あんまりお世話にならないのが一番なんですが。

　市販の電子ボリュームICが多数出回っていますがプログラムを組まないとならないのでちょっと手抜きしてみます。

　TA7630P
　すでにディスコンだが一部流通在庫が残っているようだ

　ちょっと現在では手に入り辛いのですが、手持ちにあったTOSHIBAのTA7630Pを使って音量／バランス／低音／高音を調整する回路を組んで行きます。
　それぞれの調整は制御端子に加える電圧で制御を行う完全アナログ制御なので、調整できる項目ごとにボリュームを外部接続するため、パネルはボリュームのオンパレードになります。

　電源は片電源の場合、12Vを想定されているようです。
　先の3DサラウンドICであるNJU2701も同じですので、電源を同一のラインで使用することが出来そうです。
　どちらにせよTA2020-20アンプのための電源は非安定化のACアダプタですので、低飽和電圧（LDO）のレギュレータICを用いて定電圧電源を組む必要があるのは間違い無さそうです。

　次段の3Dサラウンド回路や入力切替の回路などとのDC成分カットのためのカップリングコンデンサをそれぞれの回路につけてしまうと２段のコンデンサ結合になってしまうので、省略できる箇所は外してしまわなければなりません。

　基板が完成し通電チェックが完了。

　サラウンド基板オモテ（部品面）

　前回の部品は位置決定からまた部品変更。
　フィルタ回路向けのニッセイのポリエステルフィルムコンデンサーですが、定格を見ると「273Z」となっていて実装前に確認すると許容誤差が大きすぎる事が判明。データシートによるとここは許容誤差±5%が指定されているので「Ｊ」ランクのものを使用しなければなりません。
　「Ｚ」ランクはー20%～＋50%とかなり誤差範囲が大きいので、今回の定数に厳密さを求める内部フィルタ回路の外付けコンデンサーには使えません。
　仕方がありませんので手持ちの0.027μFのフィルムコンデンサーに実装を変更。

　電源ラインは写真のようにー（GND）を両端に、＋を中央の３ピンのヘッダピンからQIコネクタで供給。基板の空きが多少ありますので、通電インジケータを付けてみたいところですが、電源ラインの最大供給電流があまり大きく取れませんので実装するかどうか検討中。

　サラウンド基板ウラ（半田面）

　裏面は入出力ラインのGND側の線を一点アースにするべく信号側を配線後にポリイミドテープで絶縁の後、さらに安全を見てポリウレタン線（UEW）を使って配線しました。
　それ以外の配線で音質とあまり関係なさそうなモード設定スイッチの配線と、サラウンド量決定のボリューム端子へのヘッダピンの配線を耐熱ビニル線で配線しました。

　一応、電源ラインの異常が無いか確認ののち、３ピンのQIコネクタで電源ラインを供給して通電テストをしました。
　ショートピン赤（SW1）はHIに、黒（SW2）はLOにしてステレオサラウンドモードの状態にしてあります。
　ショートピンではなくスイッチなら3Pのトグルスイッチなどでモード決定を行うことになりますが、ワンチップCPUなどで制御の場合は中央の1PだけをHI/LOにすることでモード決定を行うことになります。実際の制御の場合はSW2はHIで固定、SW1をHIでエフェクト・オンにでき、LOでバイパスの動作となります。

　ちょっと引っ張り感があり、恐縮なのですが実際の進行がこれぐらいなのでご容赦を。
　この後は周辺のコネクタ配線を作製して実際に音楽信号を流してみて、どのような変化を得るのか試してみたいと思います。

　とりあえず基板を切り出して部品配置を決定。

　サラウンド基板部品配置（ほぼ決定）
　基板固定用のネジ穴が未加工

　部品配置はいろいろと検討の結果、前回の記事の掲載時から変更しています。
　サラウンドのモードを決めるショートピンの位置を変更して電源側の配線を優先するレイアウトにしました。モード決定のショートピンは特に音質に関係ないと思いますので、デバイスから離して、設定をしやすい位置へ移動。
　電源のデカップリングに使用していたOSコンはモジュール内で共通使用する12V電源回路の出力部に使うためNichicon FWシリーズの100μF/16Vへ変更。かなりスペース的に余裕が出ました。

　外部との接続は全てヘッダピンを使用してQIコネクタを使って結線します。
　電源だけは逆挿し防止のために３ピンにしており、中央を＋にし、左右をGNDにすることで慌てて向きを反対にしても問題が出ないようにします。自分自身を疑ってかかるフール・プルーフの設計だとこうなります。
　電源ラインは＋１本に対してGND２本なので三つ編みにする予定。

　今回のデバイスであるNJM2701Dではデバイスの全高調波歪（THD）が0.1%（Typ.）あり、最大0.5%となっています。この手のエフェクトを掛けて歪みがどうこう言うレベルの話ではないと思いますが、超低歪のオペアンプだと0.0003%なんてありますので、それから比べるとお話にならないレベルであることは確かです。

　部品配置が決まりましたのでいよいよ配線を行います。
　主たる配線はTCW（錫メッキ線）0.6φの予定です。どうも世の中、単線の方が良いらしいので。でも錫メッキ線はハンダのノリが悪いのです。経時変化で表面酸化が起こってしまうので、フラックスを塗らないと厳しい場合が多くなかなか気を遣います。

　皿うどんは長崎です。こちらはサラウンド。いや、もういいですか（笑）。

　基板部品配置検討中

　シリコンハウスで販売していた3Dオーディオプロセッサである新日本無線のデバイスNJM2701D（DIP品）を使ってコントロールアンプのエフェクト部を作り始めました。
　実際に試験運用して楽しければプリアンプモジュールの筐体に組み入れますし、そうでなければエフェクト系の別モジュール筐体に仕立て上げるつもりです。

　回路はメーカーのデータシートに準拠。記載の定格は応用回路のページを元にしています。
　音声信号の入出力は有極の電解コンデンサーが掲載されていましたが、ここは音質に一番関わりそうだったのでせめてと思いMUSEのESシリーズバイポーラ10μF/50Vを使用。
　内部電圧を作るVREFINの1μF/50Vや、サラウンド量の調節を行うボリュームのACデカップリングの10μF/50VをニチコンのFWシリーズを使用、電源のデカップリングである100μF/16VをOSコンの100μF/20Vで構成。
　それ以外の音質と関係無さそうな部品であるモード切り替えスイッチの回路に接続されているコンデンサーは通常のニチコンの85℃の標準品であるVRシリーズを使用していますし、プルアップ抵抗の10kΩも普通のカーボン抵抗で済ませています。

　デバイスの実装はICソケットを使わずにそのままハンダ付けで実装を行うのがスジですが、実験中に飛ばしたりすると取り替えが面倒なのでリーフタイプ電極のICソケットで実装の予定。

　信号入出力はネジ止め端子にしたい所ですが、実装面積が大きくなるので、ヘッダピンとQIコネクターによる接続を前提として進めます。一応入出力の接続線はGNDと信号側の２本線のツイストペアでつなぐ予定で配置を検討。

　電源端子や入出力の端子の位置が非常に使いやすい位置に設定されているデバイスなので外部との接続はしやすいのですが、逆に電源まわりと周囲の信号とのGNDの配線をどうするか悩み中。
　さらにTA2020-20アンプの電源部から電源供給を考えていますが、デバイスの絶対最大定格が14Vとちょっとシビアなため、12V出力の低電圧ドロップ（LDO）の三端子レギュレータを用いて安定化する必要がありそうですので別基板で電源を用意する予定。

　プリアンプとして構成するなら入力／出力に各一組あれば済みますが、せめて複数ソースを切り替えたいという思いもありますので、入力側は最低でも２系統は用意したいところです。入力切替も半導体のセレクタ素子を使うか、ロータリースイッチなどの機械的スイッチを使うかも悩みどころです。
　入力端子が多い＝筐体パネル加工が面倒になる、なので悩ましい所ですがそこは仕方の無い事だと諦めましょう。

　シリコンハウス・オヤジ部主宰のクラフトオーディオファンの集いに参加しました。


　入口の案内看板

　会場は共立電子産業本社１Ｆのセミナールーム。


　会場の製品ブース
　手前から2つ目が新製品のWP-7202Bシングルバスレフスピーカユニット

　シリコンハウスがリリースしているクラフトオーディオファン向けの製品が、会場に並べて置かれておりました。店頭では触ることができませんが、ここでは手に取って基板の裏を見たりいろいろと観察することができ、大変参考になりました。
　シリコンハウス共立ブログの告知記事はこちら。


　セミナー中

　セミナーはプレゼン形式で行われました。講師は今回のオーディオ用PCの開発元である、カメオコンピュータカンパニーの古島氏。

再生機器はシリコンハウスオンパレードです（笑）。

再生PC：	CaMeo#3
再生ライン：	USB出力→ USB同軸オーディオコンバータキット（WP-2704USB）改*1→ オーディオ用ステレオDAコンバータ（WP-9193DAC）改*2→ オーディオ用Lパット型2連アッテネータ を使用したアッテネータ→ 20W+20Wデュアルモノラルアンプキット（WP-3110F）→ モニタスピーカ JBL4312

＊１	源発振の水晶発振子を温度補償型高精度オシレーターに付け替えているのと、バスパワー電源を使用せず独立の安定化電源で5Vおよび3.3Vの供給を行っています
＊２	完成基板上のコンデンサーをWIMAに付け替えた上、出力端子を外付けするためにプリント基板上の端子を取り外して外部端子へ配線としています

　セミナーの内容なのですが、OSにWindows、MacOS、Linuxをとりあげて比較。MacOSを昔から使っている身ということで特別MacOSに肩を持つ訳ではありませんが、Windowsのオーディオ処理環境はかなり悪いというのがよく解りました。カーネルミキサーはクソだと（笑）。
　通常はMac OS XでiTunesを利用して256kbps/44.1kHz/VBR/AACで聴いているので環境や、例え44.1KHz/16bitステレオで同一条件でエンコードしたとしてもエンコードソフトなどで音が変わるようだという点が貴重な情報でした。
　感覚的にはデジタル出力の場合はジッタの発生と、エラー訂正によるデータ化け、伝送ラインの信号劣化によるデータの欠落などは思い至りますが、実際はこれらの複合的な要因で音が変化してしまうという事があるそうです。

　今回のオーディオ用PCのコンセプトはデジタル出力までを如何に奇麗にするか、です。USBからのデジタルストリーム・アウトから先のD/Aコンバータなどはユーザの好きなものを使ってもらい、その前段をスムーズかつ美しい音のデータを取り出すための点を追求したマシンだそうです。
　MacOSもOS X Serverではできるのですが、オーディオPCはLinuxPCにマウスとキーボードを接続せずともVNCクライアントソフトを使ってリモート操作できるというのはコロンブスの卵的発想でした。この手法を使えばオーディオ専用PCにモニタを接続していなくても再生・停止の他にほとんどの操作が作業用の別PCやiPadでできますので、さらにオーディオ機器としての体裁を高めることができます。オーディオコンポーネントにキーボードとマウスはやはり余計な機器だと感じていたので非常に共感できる部分でした。

　実際の試聴ですが、音の出口のアンプとスピーカーがかなりハイエンドなので、自宅システムと比べようも無い気もしますが、想像をはるかに超えるクリアな音。これくらいならお金を突っ込むか、と思わせる魅力的な音でした。

　今後もまたクラフトオーディオのセミナーは開催されるようですので、またお邪魔してみようかと思います。　

　今回の貴重な機会をご用意いただいたカメオコンピュータカンパニーの古島氏とスタッフの方、さらに会場をご用意いただいたシリコンハウスのスタッフの方々にこの場を借りて御礼申し上げます。