■タグ「回路図」

■RasPd1 ハードウェア編

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Raspberry Pi 3とPure Data(Pd)を使ったデジタルエフェクターを作りました。名前は適当ですが「RasPd」(ラズピーディー)です。このシリーズが続くかわかりませんが、とりあえず1号機は完成ということにしておきます。

Raspberry Pi 3を選んだのは、ウェブ上での情報が多く、GUI環境があるというのは大きなメリットだと思ったためです。結局はレイテンシー低減のためGUIなしでやることになりましたが、やってみるとなんとか慣れてくるものです。実用的な設定でのレイテンシーは14msとまずまずの値となりました。

USBオーディオインターフェイスについては、別記事に記載しています。
Raspberry Pi 用USBオーディオインターフェースの選定

Plugable USBオーディオ変換アダプタには前段にバッファーが必要となります。デジタル用USB電源5Vでそのままバッファーを動かすとノイズが大きいため、バッファー用にアナログ用電源を用意します。今回は絶縁型DC-DCコンバータで5Vを12Vに昇圧しました。絶縁型DC-DCコンバータはA.GND(アナロググラウンド)とD.GND(デジタルグラウンド)が内部で繋がっていない状態となっていて、ノイズ低減が見込めます。他には9V程度の電源からUSB用5Vに降圧させる案も考えられますが、Raspberry Pi 3に使えそうな5V・2Aの絶縁型DC-DCコンバータは手に入りにくいと思います。

▽回路図、接続図
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電源は「USB5V電源→フィルタ→絶縁型DC-DCコンバータ→フィルター→アナログ用電源」という形になっています。スイッチング電源のフィルタにはインダクタを入れるのが普通ですが、可聴域ではあまり変わらないのと手持ちに適当なものがなかったため入れていません。消費電力が大きいオペアンプでは電圧が下がりすぎるので、フィルタの抵抗値は半分でもよいと思います。
※ずっと「キーン」というノイズに悩まされていたのですが、Raspberry Pi 3本体を新品に変えるとなくなりました。いろいろな実験をするうちにどこかが故障していたのだと思います。ですので通常はここまでノイズ対策をする必要はなさそうです。絶縁型でないDC-DCコンバータでもよいかもしれません。

USBオーディオの周辺回路が面倒な感じになっているのは、高域のプリエンファシス・デエンファシスを考えていた名残です。高域だけ増幅すると影響が出そうなエフェクト(コンプレッサー等)がある気がしたので、単に音量を増減するという形にしました。

「超小型LCDキャラクタディスプレイモジュール」「2色LED付スイッチ付ロータリーエンコーダ」(1色だけ利用)は秋月電子で販売しているものです。回路図は省略しましたが、データシートの通りチャタリング防止の抵抗やコンデンサを入れています。

▽コントロール割り当て
左スイッチ/ロータリーエンコーダ: エフェクト切替/パラメータ増減
中央スイッチ/ロータリーエンコーダ: エフェクト切替/パラメータ増減
右スイッチ/ロータリーエンコーダ: パラメータのページ切替、長押しでシャットダウン/パラメータ増減
左フットスイッチ: エフェクトオン・オフ、オン時左LED点灯
右フットスイッチ: 特殊機能(ブースト機能等)オン・オフ、オン時中央LED点灯
側面トグルスイッチ: 緊急時のバイパス用

現在はエフェクト単機能を切り替えて使用するプログラムとなっていますが、将来的には複数のエフェクトを繋いだパッチを切り替えて使用できるようにしたいと思います。そのためにはプログラミングはもちろん、スイッチやLCDも変更していく必要がありそうです。

■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
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▽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。
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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。
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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
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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)

■PINK LLAMA

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Red LlamaというエフェクターはCD4049というデジタル回路用のロジックICを使われています。この種類のICの歪みがどういうものか気になり製作してみることにしました。(名前はLlamaですが、ひよこのページのクランチドライブを元にしています。)

▽回路図
02_134_2pinkllsch.gif
バッファー→トーン回路→増幅(歪み)という構成になっています。74HCU04もCD4049と似たようなICです。MOS-FETが入っていて、真空管に比較的近い特性を持っているらしいです。
トーン回路は通常歪ませた後に入っていることが多いですが、今回は歪ませる前に持ってくるようにしました。ギターアンプのパワーアンプ部で歪ませるイメージです。またもSansampのトーン回路を流用しました。操作した感じでは特に低音の調整がしやすくなった気がします。
74HCU04は動作電圧が2~6Vなので電圧を9Vから下げなければいけません。単に下げるだけでは面白くないので、LM317を使って電圧を可変にしました。当初は外部ポットで電圧を変更して歪み調整しようとしましたが、操作性がイマイチだったので結局トリマーにしました。とりあえず私は3.5Vに調整しましたが、もっと低くすれば深く歪みます。

▽レイアウト
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▽PCB(横55.9mm縦45.7mm)
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LM317が大きいですが意外と余裕があるレイアウトになりました。最近は無理せずジャンパーを使うようにしています。シルバーマイカコンデンサが余っていたので使いましたが、やっぱりデカ過ぎです…

電源電圧の調節は思ったより応用が利きそうです。使用するギターの出力に合わせて変更したり、歪みの可変幅を変更したりできます。ただ肝心の歪みの違いは私の耳ではあまりわかりませんでした。

(2016年11月9日部品リスト・PCB追加)

■BOSS BD-2 Blues Driver

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なんとなく回路が面白そうだったので作りました。BOSS BD-2 Blues Driverです。部品数が多めで実機が高価でないためか、自作されている方は少ないような気がします。

▽回路図
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ライトバージョンということで、入力と出力のバッファ回路等を省いてトゥルーバイパス用になっています。電源部分の抵抗やコンデンサの値も多少違いますが、あまり出音には影響ないでしょう。

▽レイアウト
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▽PCB(横55.9mm縦48.3mm)
02_131_4BluesdLP.gif
元の回路図のC17(上の回路図のC12)は文字がつぶれていて判読しづらいですが、たぶん0.0068μFだと思います。歪みの調整幅が広いのは、ゲインにデュアルポットを使っているためなんですね。Youtubeで聞く限りではそれなりに実機の音を再現できているようです。

(2016年11月9日回路図・部品リスト・PCB追加)

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