■タグ「レイアウト」

■NJM2073ギターアンプ

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ミニギターアンプとしてはLM386を使用したスモーキーアンプが有名です。私も自作したものを使っていたのですが、大きい音を出そうとするとどうしても歪んでしまいます。そこで、ある程度大きいクリーン音が出るミニアンプを自作することにしました。一応ミニサイズということで、卓上に置けて9V電池駆動可能なものにします。

まず電力効率がよいD級アンプを考え、PAM8408というICを試しました。しかしギターを繋いでみると、過大入力時にミュートがかかるらしく音が途切れ途切れになりうまくいきませんでした。他にもいろいろとD級アンプICはありますが、新たに購入するのが面倒だったので、昔何かのついでに買っていたNJM2073Sを使うことにしました。

NJM2073は、LM386と同程度のゲイン・出力の回路が2つ入っているパワーアンプICです。TDA2822という互換品もあります。BTL動作だと9V、8Ω負荷で3W以上出力がありそうです。スピーカーは出力に余裕があるものがよいだろうと思い、秋月電子の8Ω10Wのものにしました。

▽回路図
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簡単なオーバードライブ回路を前段に入れてスイッチで切り替えるようにしています(※トーンを上げすぎると発振するかもしれません)。プリアンプ部分は単なるフェンダー型トーン回路です。NJM2073の電圧利得が高い(+44dB)ため、ゲインはあまり上げなくても大丈夫だと思います。

パワーアンプは今後変更するかもしれないので別基板にしました。通常、出力には発振防止のための抵抗とコンデンサ(Zobelフィルタというらしい)を入れます。データシートでは抵抗が1Ωですが、歪みやすい気がしたので10Ωにしました。コンデンサはありあわせの100nFですが問題ないようです。NJM2073「S」(SIP9ピンパッケージ)は生産中止品で、「D」(DIP8ピン)とピン番号が違うので間違えやすいです。

▽レイアウト
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▽PCB
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ケースはタカチMB-3(90×60×125mm)です。スピーカー部分の穴あけ精度はイマイチですが、円状なのでそれほどズレが気になりません。意外と内部スペースがあるので、スピーカーの配置は真ん中でもよかった気がします。

どのくらいの音量かマイク録音して調べてみました。クリーン音のまま出せる音量は、ドレッドノートサイズのアコギをストロークしたときと大体同じくらいでした。歪むくらい音量を上げていくと、ケース自体が振動してジワジワ移動し始めます。大きい音を出すには、やはり頑丈なケースが必要となるようです。まぁそれなりの音量でクリーン音が出すという目的は達成できました。今後テスト用アンプとして使っていく見込みです。

■RasPd2 ハードウェア編

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Raspberry Pi Zeroを使い、コンパクトなデジタルエフェクターを作りました。今回はLCDがなく、単機能エフェクターとして使うことを想定しています。オーディオインターフェイスはUSBではなくI2Sで通信するとレイテンシーが低減できるようで、WM8731というICを使用しました。レイテンシー実測値は7msとほとんどリアルタイムに近いレベルとなりました。

WM8731については、別記事に記載しています。
WM8731 設定メモ
Raspberry Pi Zeroでもほとんど設定は同じですが、ADC High Pass Filterはオンにするとノイズが増えたためオフにしました。音量は Master 56(-9dB) Capture 87(+9dB) です。

SN比を稼ぐため、RasPd1のときには外部回路で入力前増幅→出力後減衰を行っていました。WM8731のデータシートを見てみると、IC内部でアナログな増幅・減衰ができるため外部回路は入力バッファのみとしました。電源電圧が3.3Vと低いですが、+9dB(2.8倍)程度までは歪まないだろうと思います。

▽回路図
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出力のコンデンサが100uFと大きい値なのはイヤホンを直接繋ぐためでしたが、誤って大出力になったとき危険なのでイヤホンでのテストはしない方がいいでしょう。各スイッチには少し面倒ですがチャタリング防止の抵抗やコンデンサを入れています。とりあえずたくさんコントロールを準備したという感じで、割り当てをどうするかは未定です。WM8731への接続に入っている抵抗(ダンピング抵抗)はありあわせの22Ωにしましたが、役割はあまり理解していません。

ノイズ対策のため、電源・GNDは4系統に分かれています。
 [アナログ9V電源・GND(バッファ用)]
   ↓
 [デジタル5V電源・GND(Raspberry Pi用)] → [アナログ3.3V電源・GND(WM8731用)]
   ↓
 [デジタル3.3V電源・GND(WM8731用)]

▽レイアウト
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▽PCB(横111.8mm縦73.7mm)
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あまり見慣れない水晶振動子というパーツがありますが、ケースが金属なので基板から少し浮かせて取り付けています。周波数の値はそんなに高精度のものでなくていいようです。WM8731には、シングルタイプのピンソケットを使うことでICの下にパーツを配置できるようにしています。レイアウト上部の基板間の配線は、着脱式にして後からの修正をしやすくしました。また、GND等のいくつかのジャンパーは基板の裏側(半田面)で配線しています。

今回もノイズには悩まされました。まずサーというホワイトノイズがRasPd1より多く出ていました。Raspberry Pi自体から電磁波的ノイズが出ているのかと思いアルミホイルでシールドしてみましたが効果なしでした。pedalSHIELD DUEのようにRチャネルに位相反転した入力を入れて、ノイズキャンセルしようとしましたがこれもダメでした(LとRでノイズの乗り方が違うようです)。結局電源を分離すると解決したため、ノイズ源はWM8731用アナログ電源だったようです。

その他にもギターを繋いだときに少しキーン&プツプツというノイズが出ていました。RasPd2内蔵のバッファを一旦外し、別電源のバッファを前段に繋いだ場合はほとんどノイズが消えたため、電源とGNDの取り方が原因と考えました。試行錯誤の結果、絶縁型のDC-DCコンバータを使用し、その出力部に各GNDを集めるというレイアウトになっています。

下写真のように基板を2枚重ねにしています。
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ケースは高さがあるHAMMOND1590BSです。発熱が心配ですが、裏フタをあけた状態ではCPU温度50℃程度で安定しているようです。そのうち無線接続可能なRaspberry Pi Zero Wに変更し、改めて長時間使用時の安定性を調べようと思います。



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■Nuverdrive+

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「Nutubeで作る自作エフェクター・コンテスト」で佳作を受賞したNuverdriveですが、フットスイッチを押したときのマイクロフォニックノイズが大きかったため作り直しました。もともとNuverdriveを小さいサイズにしたのはコンテスト審査でインパクトを与えるためだったので、今回の「プラス」バージョンが本来の姿といえます。

▽回路図
02_183_2nuverdrive_S.gif
変更点は以下の通りです。
<トーン追加>
この形のトーン回路(ただのローパスフィルタ)はCカーブのポットがよさそうです。ただちょうどいい値(2kCカーブ)が手に入りにくそうなので、1kBカーブにしました。可変幅は少ない感じです。
<トリマーを固定抵抗化>
歪みエフェクターなので、細かな調整は必要ないと考えました。Nutubeの個体差によってはほんの少しゲインが下がるかもしれません。
※修正しました(追記参照)。
<オペアンプ>
高音質な印象を与えるためOPA2134を使っていましたが、TL072でも全然問題ありません。
<3.3Vレギュレータ追加>
フィラメントにかかる電圧が安定するため、電池駆動が可能になりました。何Vまで低下しても大丈夫なのかはテストしていません。

▽レイアウト
02_183_3nuverdrive_L.png
▽PCB(横55.9mm縦22.9mm)
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マイクロフォニックノイズはまだ少しだけ出ている状態ですが、演奏中切り替えても特に気にならないレベルになりました。以下のような対策をしていますが、HAMMOND 1590Bサイズではこれが限界だろうと思います。
<シリコンワイヤー>
Nutube使用ガイドで柔らかい線材が推奨されていたため、シリコンワイヤーという線材を試しました。茹でたスパゲッティのような感触です。
<適度なスポンジ>
ぎゅうぎゅうにスポンジを詰めると振動がNutubeに伝わりやすくなる気がするため、ほんのり位置を固定する程度に詰めています。
<フジソクのスイッチ>
見た目は頼りない感じで、本来は足踏み用ではなさそうです。スイッチを押したときの感覚がかなりソフトになります。ただし、荒っぽく踏んだ場合は他のフットスイッチとあまり変わらないかなと思います。

トーン約半分の位置でNuverdriveと同じになります。Nuverdriveの音は下記イベント・レポートの動画で聴くことができます。
KORG / Nutube BUILDER SUMMITイベント・レポート

---以下2017年5月14日追記---
Nutubeを別の個体に差し替えたところ、変な歪み方になりました。たまたま今まで使っていた個体が大丈夫だっただけで、バイアス調整トリマーは必要なようです。回路図・レイアウト・PCB画像を修正しました。

■Nuverdrive

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Nutubeという新しい真空管が発売されましたので、久々にエフェクターを作りました。Nutubeを使ったオーバードライブなので、Nuverdrive(ニューバードライブ)という安直な名前です。

Nutubeで作る自作エフェクター・コンテストに応募してみようと思っています。回路図等の詳細はコンテスト審査後に公開する予定です。

---以上2016年11月27日記載、以下2017年1月17日追記---

▽回路図
※あまりオススメできる回路ではないので、参考程度としていただきたいと思います。
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まずせっかくの小型真空管なので、小さいケースに入れてみようと考えました。回路をできるだけシンプルにするため、使用ガイドのFETを省いて無理やり2段直結にしてみます。試行錯誤の結果、アノード抵抗1MΩぐらいでうまく動作してくれました。それでもゲインがトータルで10倍程度にしかならなかったため、前段にブースターを組み込みました。オペアンプはFET入力のもの(TL072等)であれば大丈夫です。バイアス調整トリマーは最もゲインが高くなる位置に調整しましたが、大体真ん中で問題ありません。

<フィラメントについて>
使用ガイドでは、わざわざレギュレータで3.3Vを作ってから抵抗→フィラメントとつないであります。この理由は、電源電圧が多少変動してもフィラメントにかかる電圧が変わらないようにするためだと思います。今回のエフェクターはレギュレータを使用していませんので、必ず安定化された9V電源を使用します(新品の電池を使用した場合、おそらくフィラメントの定格を超えてしまいます)。

▽レイアウト
02_155_3nuverdriveL.png
▽PCB(横35.6mm縦30.5mm)
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ケースはGarrettaudioのSize S(HAMMOND 1590A類似サイズ)です。一応Nutubeをスポンジではさんだのですが、フットスイッチのカチッという振動が伝わってマイクロフォニックノイズがかなり出てしまいます。Nutubeへの配線が短いのが原因だろうと思います。どうやらこの小さいケースでは無理があったようです。

音については確かに真空管っぽい歪みになっているように思います。しかしながら本当ならNutubeのみでゲインを稼ぎたいところです。エンドウ.氏の作例のようにNutubeを2個使えばよいのですが、それだとあまり小型にできないし、費用もかかります。ということで、新たにハイゲインタイプのNutubeが開発されることを期待したいです。

---以下2017年3月6日追記---

「Nutubeで作る自作エフェクター・コンテスト」で佳作を受賞しました。下記イベント・レポートの動画で音を聴くことができます。スイッチオン時にキーンというマイクロフォニックノイズも出ています。
KORG / Nutube BUILDER SUMMITイベント・レポート

Nutubeとスポンジを取り出した内部写真を撮りました。
02_155_5nuverdrivePP.jpg
Nutubeの向きを変えて配線を長くし、配線材を柔らかいものにすると少しはマイクロフォニックノイズが減るかもしれません。

波形も測定しました。
02_155_6nuverdriveW.gif
丸みを帯びた波形です。思ったより奇数次倍音が出ていました。

■TUBUNATOR

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オペアンプで歪ませたエフェクターが実は一番偶数次倍音が出るのではないかと思い製作してみました。ケースは以前作ったPINK LLAMAのものを流用しています。有名なピンク色のエフェクター、ARION TUBULATORをもじってTUBUNATORと名づけました。

▽回路図
02_137_2tubunSch.gif
PINK LLAMAの歪みの部分を変えただけです。歪みやすいように5.6Vに電圧を落としていますので、使えるオペアンプは限られてきます。たぶんFETを使ったICがいいだろうということでOPA2134を使用しました。バイアス電圧を変更できるようにトリマーをつけましたが、結局真ん中がいいかなと思ったので、あまり意味ないです。

▽レイアウト
02_137_3tubunL.png
▽PCB(横55.9mm縦45.7mm)
02_137_4tubunLP.gif

音を聞いた感じでは、なんとなく真空管の荒々しさが出ているような気がしています。いろいろオペアンプを変更して波形・倍音を測定してみたいと思います。

(2016年11月9日部品リスト・PCB追加)

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