オーディオプレート構想？の巻き。 2015.1.27
※願望みたいなネタなので興味があったら覗いてください。
色々な基板をつくって音だし確認をするのは、ほぼ１００％バラックの状態でおこないます。
配線のバグをみつけて修正し、またソフトのバグをみつけて、これもまた修正する。
音がでない原因に悩みながら、解決の糸口を探り、そして夜も明けようとするときに
音だしにこぎける。このときの一瞬はほんとに感無量であり、これが自作の楽しさの一つです。
で、その後に気がゆるんでやらかすのが、電源接続間違い、基板間の接触、
などなどのさまざまなトラブル。
折角音だしまでこぎつけて、ルンルン気分でいるのに、あっと言う間に悪夢がおとづれます。
「音がでない・・・・」
電源の接続ミスは致命的です。とくに正負を間違えようものなら一瞬でお陀仏。ロジックICなどは
結構大丈夫だったりしますが、集積度の高いICは損傷する確率が高いように感じます。
Renew FFASRCも電源の接続間違いをやらかして、SRC4392がお亡くなりになりました。
メモリーバッファーも電源の接続ミスを一度やらかしましたが、なんとか動いています。
これは奇跡にちかいでしょう。
さらに基板間の接触もやっかりです。DAC9018K2Mも音だしができてから、一瞬アナログ出力に
１２Vの電源が触れたのですが、その一瞬でES9018K2Mが損傷してしまいました。音はでなくなり、
素子が異常加熱してしまいます。こうなれば交換しかないのですが、素子の費用もさることならが
取替えの手間が大変です。
こういった事態は何度も経験しているのですが、そのたびに音だし専用のベース基板があればな〜と
おもったりします。ちょうど、基板が３〜４枚程度のっけつことができて電源が近くから供給できて、
ベース基板一つで完結するような構成のものです。音の入り口から出口までが一つのベース基板上
で完結です。
丁度こんな感じのベース基板です。
でも、なぜ実現しないかというと基板サイズが大きいのでかなりのコストがかかってしまいます。
それに、ほとんど何も無い（配線がほとんどない）板だけに近いので、作るのももったいない。
でも作らないと、また同じ過ちを繰り返してしまいそう・・・。
願望だけが、脳内で一人歩きしています・・・（笑）
必要な機能は
でも考えることは楽しいので、RA40トランスを使用することを前提に必要な機能を列挙してみましょう。
a)電源系統
４系統必要でしょう。
１．アンプ用電源１系統 正負１５V（非安定出力２２V含む）
２．ディジタル、DAC用電源３系統 それぞれ正電圧３．３〜5V
３系統のうち１＋２系統とはGNDが分離している電源系統です。
電圧レギュレータはLM31/337を使用します。1.5Aの容量があるのと
サーマルシャットダウンなどの保護機能が内蔵されているためです。
各系統の電源はスイッチでON/OFFできるようにする。
電源系統の元にはリレーをいれてOFFできるようにします。
これはデバッグのときに重要だと思います。
オプション的には電圧表示機能も追加です。
できれば電流計測もできるようにしたいところですが、すこし回路が複雑になってしまいます。どうしよう？
ホール素子での電流計のICがありますが、これなら簡単ですが結構なお値段がします。
電圧だけならPICにAD変換器が載っているのでこれをつかうと便利そうです。
電圧表示には超小型LCDをつかいましょう。基板の下にいれてもスペーサの
高さを高くすれば見えるでしょう。
ｃ）基板上のコネクタ類
１．入力
ＲＣＡコネクタは必須です。アナログ入力だけでなくSPDIF入力にも重宝するはずです。
あとはUSBかな。USBの場合は、それだけでもいいのですがやはり2704を搭載しておいて
USBから直接SPDIFに変換できるようにしておいてもよさそうです。それと、PCMに変換する
機能も必要かな？でもこれらはFFASRCを載せておけば大丈夫でしょうから、SPDIFだけでも
いいかもです。USBについてはコネクタだけ２個ほど搭載できるように。
２．出力
スピーカ出力用に端子があれば便利かな？
ヘッドホン出力用はコネクタがあればいいのですがヘッドホン用の基板コネクタが秋月には
ないようです。DIGIKEYにあるかな？
RCAコネクタはDAC出力などで必要でしょう。
ポップノイズを抑えるために、出力にはMUTE用リレーもつけられるようにしましょう。
それにしても、リレーが多くなるな〜。
そもそもはTK-80への憧れ
それにしても、大型になることがわかっている基板をなぜ作ろうとしているのか、
というより是非大型の基板を作ってみたい衝動にかられています。
過去にさかのぼると、電子工作に興味をもったのは小学生の高学年ころからだった記憶がある。
トランジスタをつかって初めて作ったのが「電気ビックリ箱」。いわるゆ高電圧を発生させてびりびりっとさせるやつである。
同時はその原理もわからなく、「初歩のラジオ」を見ながらラグ板に実体配線図通りにつくっただけの代物。
ようはトランジスタで発振させて、トランスを介して高電圧を発生させるというものである。
それを嬉しそうにつくって、小学校の担任の先生にしかけた覚えがある。
そのころはトランジスタはショーケースに中に鎮座していて、結構貴重品だった。
つかったトランジスタは2SC372だったような気がします。
電子工作に興味をもつと頻繁におとづれたのが京都の寺町。少し遠いが自転車でもよく行った。行きつけのお店は
ヒエン堂やニノミヤ無線。谷山無線なんかも電子部品があったな〜。当時は電子部品をおいている店が多かった。
いまはいったい寺町ってどうなっているんだろう？ここしばらくは足を踏み入れたこともありません。
もっぱら日本橋か、秋葉原か？いやどちらかといえば通販が圧倒的に多いです。
で、よくおとづれたヒエン堂にTK-80といボードマイコンがおいてあって、少年の目にはものすごく興味のあるものに
映りました。１枚のボードにたくさんのゲジゲジ（IC)がのっていて、７ＳＥＧLEDと１６進キーボードがものすごく
斬新な感じです。
TK-80 当時の憧れ。
しばらくして、ＴＫ−８０ＢＳなるものがでてベーシックなる言語が登場。お店をおとづれては
１０ ＬＥＴ Ａ＝２
２０ ＬＥＴ Ｂ＝３
３０ ＬＥＴ Ｃ＝Ａ＋Ｂ
４０ ＰＲＩＮＴ Ａ，Ｂ，Ｃ
ＲＵＮ
２，３，５
ＯＫ
いまから思えばものすごく簡単なプログラムですが店先で入力して、楽しんでました。なんか、マイコンって別世界の代物でしたね。
さて、じつはこのＴＫ−８０が構想中のオーティオプレートと深い関係あります。
少年のころにみたＴＫ−８０のような大型の基板に一式の機能が載っていて、それにスペーサとゴム足がついていて
スタンドアロンとして威容を放つ姿にものすごくあこがれたこともあり、それらを実現したくなったというわけです。
ベース基板サイズは
大きくてもおよそ横幅２５cm程度、奥行きは２０cm以内に納めましょう。
とりつける基板と基板の間は１ｃｍ程度あけることを想定します。もうすこし離したほうがいいかな？
接続の多くはコネクタが便利そうです。
コネクタを探そう！！ 2015.2.2
この基板にはライトアングルで取り付ける部品が必然的に多くなります。
ということで、手に入りそうなものを探してみました。
１．RCAコネクタ
これは秋月から手にはいりそうです。
２．3.5mmヘッドホン端子
これも秋月から手にはいりそうです。
３．６mmヘッドホン端子
これは秋月では見当たらないです。DIGIKEYをたぐればいくつかでてきました。
とりあえず、これあたりが取り付け易いかな？
４．スピーカ端子
これはいるかどうかわかりませんが、取り付けられるといいかもしれません。
５．ボリューム
電子ボリューム機能を搭載している基板も多いので、これも取り付けられると便利でしょう。
必要なものを現物の確認のために発注しておきましょう。
色々と入ってきました。 2015.2.15
秋月とディジキーに注文していた部品が到着しました。
実物を見ながら配置を考えていきましょう。
秋月から入ってきたRCAコネクタ類です。
これはディジキーから購入。結構高いです。
こんな情報をいただきました。
 |
お、安いですね。ディジキーで買ったコネクタは500円近くしますが。これは１００円ちょっとです。ちょっと悩んじゃうな〜。
このタイプの基板取り付けタイプがあればべストですが。。。。。。。折角購入したので、DIGIKEYのものを使って設計しましょう。
SPターミナルは・・・
買ってみたのはいいのだけど、おもった以上に大きかったです。どうしよう？
ちょっとこの大きさだとパスだな〜。
思った以上に大きかったです。ちょっと採用はパス。でも１００円と安い！！！
とりあえず
色々な配置を試してみましょう。
まずは電源放熱板を右に集中配置
基板の大きさはA4サイズを基本として考えると、なかなか奥（図では上側）に電源部を配置しづらいということもあって、右に集中配置してみました。
でも、これだと基板までの距離が長くなるところもあるし、配線がかなりこんがらがりそうな予感です。
ということで、途中で予定変更。
この配置は右側の電源から左の基板まで距離があるな〜。
こんな配置はどうだろう？
放熱板を左右に分けて配置です。右側はパワー系（１５V以上）の電源用で、左側がディジタル系（3.3V,5V)の電源です。
上図に比べて放熱板が一つ減っているので、ディジタル系の電源は３系統です。おそらく、電圧としては3.3Vが２系統、5Vが１系統になるかな？
あるいは5V２系統、3.3V位置系統のどちらでもいけるようにしましょう。
こんな感じはどうだろう？USB-AUDIOとRaspberrryPiの取り付けピッチもある孔を追加しました。
これで行きましょう！
とりあえず孔配置はこれでいきましょう。
これから、この孔を避けて部品配置をしていく必要があります。
ブロックコンデンサより通常のリードタイプのコンデンサの方がいいかな？
まだまだ検討中。LCDも取り付けるパターンを追加です。
まだまだ検討中・・・・。
どんどん描いていきましょう！ 2015.2.7
部品配置を微修正しながら描いていきます。
あ、USBコネクタ忘れてる！！ RasPiの電源供給に必要なので、どこかにスペース設けなくっちゃ。
光出力のコネクタは不要なので、それを省きましょう。
どんどん描いていきます。
ほぼパターンは完成かな？ 2015.2.7
こんな感じで完成です。
より詳細はここで。
機能を整理しましょう 2015.2.10
まず基板のパターンはこんな感じです。試作に出していますが、すでに間違い２発見でorz. まあ、致命的ではないのでスルーです（笑）。
でも、まだまだ見つかるかもしれないな〜。
こんなパターンです。
基本的にこの基板は電源基板オンリーになります。回路図は下図のようになりますが、３系統の電源に分かれています。
それぞれのGNDはすべて分離されています。
電源部分の回路図。 |
基板上での回路の配置は下記のようになっています。
V1 POWER
これは３．３Vあるいは５Vの単一出力になりますが、大電流出力を意識した部分です。
V2 POWER
これは３．３Vと５Vの２出力になります。ディジタルとDACアナログを意識した出力になっています。
また、この電源系統からリレーの駆動や制御用マイコンのPICの電源供給を行っているのでメイン電源でもあります。
V3,4 POWER
いわゆるアナログ電源です。非安定出力である２２V程度の出力と、OPアンプ用の１５V正負電源が得られるようになっています。
基板上のブロックはこんな感じです。
基板周囲の構成の備忘録
１．電源ON/OFF
電源については、V1〜V4まですべて個別にON/OFFできるようにしています。さらに一括ON/OFFも考えています。
電源ＯＮ／ＯＦＦはマイコン制御予定です。これはミュートリレーの制御もふくむためですが、折角マイコンを搭載するので、
電源ＯＮも時間差をもって順次ＯＮするモードや、さらに電源ＯＮ時に急激に電圧が下がる（負荷基板に問題がある）場合
などは緊急遮断するような機能も設けたいと思っています。なんせ、バラック動作確認用の電源基板ですから。
電源スイッチはそれぞれの系統個別に設けています。
２．アナログアウトプット
スピーカ端子（ネジ端子）とプリアウト（ＲＣＡ）、ヘッドホン出力端子（3.5mm、6.3mm)そしてボリューム（A,Bカーブの両方のVR)
を搭載しています。スピーカ端子とプリアウトについてはミュート用のリレーを搭載しています。これはマイコンで制御しますが、
電源ON後の約３秒後にONするように動作させます。
３．アナログＩＯ
これは汎用のアナログ入出力ＲＣＡです。
３．ディジタルＩＯ
汎用のディジタル入出力です。といってもほとんど入力です。光入力、ＳＰＤＩＦ入力、ＵＳＢ（これはRasPi用の電源出力）、そしてDSD/PCM入力端子です。
４．LCD表示、制御スイッチ
DAC基板類にはLCDと制御スイッチを使うものがありますので、そのコントロール用のＬＣＤ／スイッチ類も搭載できるようにしました。
５．周波数カウンター
ＰＩＣマイコンを単にリレー制御だけにつかうのも勿体ないので、ディジタル信号（ＬＲＣＫあるいはＢＣＫ）の周波数判定もできるように
しました。まあ、半分おまけです。
すでに製作にかかっているので、納品待ちです。
基板が到着しました。 2015.2.15
いや〜でかいです。A4サイズ用紙とほぼ同じですが、いざ基板ができあがるとその大きさにちょっと感動してしまいます。
デカイ基板です。
部品は問題なく取り付くかな？
機構部品が問題なくとりつくかが心配ですが、
一番気になっていたヘッドホン端子はストレスなく収まりました。
まずヘッドホン端子はOKです。
RCA端子？
すこしプラピンのピッチがずれたみたいです。そのままでは収まりませんでした。
すこしずれちゃいました。
ということで、プラピンの外側をカッタナイフですこし削りとってはめ込めました。
逆にピッタリはまり込むので収まりがいいかな？(ポジティブシンキングです）。
すこし削って基板にはまるようにします。
裏からみると削った形状がよくわかるとおもいます。
機構部品をとりつけてみました。勿論、すべてを取り付ける必要はないのですが、
あるほうがなにかとかっこいいです（笑）
機構部品を取り付けてみました。
どんどん取り付けていきましょう！2015.2.16
部品を取り付けていくと同時に、間違いも発見していきます。大きな基板なので、見逃したのでしょう。
いづれもGNDへの接続無しのミスです。
１．C10,C11のGND接続抜け
C10,C11のGND接続が抜けていました。本来はこのコンデンサは不要なのですが、パターンがある以上取り付けておかないと
間抜けな感じになるので取り付けておきましょう。C10のGNDは近くのベタ面のレジストを削って取り付けました。
C11は半田面から近くのGNDパターンへジャンパーを飛ばしました。
C10,C11のGND接続が抜けていました。 C10はこんな感じでとりつけました。
C11は近くのGNDパターンに接続です。
２．ジャンパーピン M1〜M４のGND接続抜け
PICの動作モードの設定ジャンパーのGND接続も抜けていました。これも近くのGNDパターンへ接続です。
GNDへの接続が抜けていました。 近くのGNDパターンへ接続します。
完成！
すべての部品が取り付いたわけではありませんが、とりあえず完成です。
電源コンデンサはアナログ部は4700uF/50Vのブロックタイプを使いました。ディジタル部は3300uF/35Vのリードタイプを用いています。
とりあえず完成です。
スペーサも調達！
この基板ではスペーサも大量につかうので、ヒロスギ計器より購入しました。
50個以上買う必要がありますが、１個20円以下ですので店頭よりも安いです。
35mmのスペーサが必要でしたが、あとあと使いにくいこともあるので15mmと20mmのスペーサを
連結してつかうつもりです。ちなみに35mmのスペーサと15mm＋20mmの場合では２円しか違いが
ないので、うれしいところです。
スペーサも調達しました。
こんなんも買ってしまいました。 2015.2.17
最近、秋月の新製品にRaspberry Pi 2が出ていたので買ってしまいました。RSコンポを覗いてみたら
在庫切れだったので、少々高いですが秋月で買いました。といっても秋月は消費税がないので同じくらいかな？
まあ、よしとしましょう。
Raspberry Pi ２を買ってしまいました。
メモリーも増えて高速にもなっているようです。
しかしRaspberry PiもすでにBを１台、B+を２台、さらにこの２も買ってしまって計４台。
いったいどのように使おうか・・・(笑）。
まあ、それはおいおい考えるとして、このオーディオプレート基板はRaspberry
Piにも対応させています。
Raspberry Piも取り付くようにも孔があけてあります。
ElectroArtさんのUSB−DACも取り付く孔があります。
電源確認！あれ？
電源は大丈夫だろうと思っていたら、3.3Vラインに10Vの出力がでています。どうやらLM317の配線を一部間違えたようです。
もう〜なんでこんなところ間違うの？と言いたいところですが、自分の間違いなのでここは反省。
パターンは大きいので修正は簡単です。IC2の近くのパターンを１箇所切って、裏側でジャンパー線を1本飛ばしました。
間違い発見。IC２の周辺のパターンを１箇所切断。 裏面側で一本ジャンパーを飛ばします。
これで電源はOKです。各ラインとも正常な電圧になりました。ピッタシの値ではありませんが、抵抗の誤差もありますから
この値ならまったく問題なしです。ちなみに、ここまでの作業はトランスではなくて、DC電源をトランス入力に加えて確認していました。
DC電源には電流計もあるので、万が一の場合には異常がすぐに発見できますからね。
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| 5Vライン |
3.3Vライン |
-15Vライン |
15Vライン |
トランスを接続しよう！
RA40トランスを接続してみました。これで電源の電圧も念のため測定してOKでした。それにしてもトランスが小さく見えます。
RA40トランスが小さく見えるな〜
さてさて、どのように基板を配置するかな？
よし！
使う基板がきまりました。
まずはメモリーバッファーを搭載します。理由はDAIとしてFFASRCを使用するからです。本来はジッタクリーナを搭載した
Renew FFASRCを使うべきところですが、Renew FFASRCの完成版を希望される方がおられたので最近、嫁入りしました。
ということで、手元にあったFFASRCを搭載しました。
最初にＲｅｎｅｗ Memory Bufferを搭載します。
その上にFFASRCを搭載しました。
DACは最近つくったDAC9018K2Mを使用することにしました。
DACを搭載です。
アンプはどうしようか考えました。できればRenew HPAなどがあればスピーカにもつなげられたのですが、完成品は
別のケースに入ってしまっています。ということで、ヘッドホンアンプにもつかえる高精度電子ボリュームを使用することにしました。
この電子ボリュームはアンプ部がディスクリート構成になっているので、駆動力も結構あります。
電子ボリュームのボリュームはオーディオプレート基板に搭載した可変抵抗を使用します。
高精度電子ボリュームを搭載です。
こんな感じで収まりました。
全部の基板を接続し終わったケーブルを整えて完成です。といっても、すぐに構成は変わりそうです。
それが、このオーディオプレートのいいところですからね。
こんなバージョンでできました。
早速試聴です！
試聴にはお気に入りのナンバーから選曲です。
スイッチをONすると、電源のリレーがカチカチと動作し、最後にMUTE用のリレーが動作して音が鳴り出しました。
パワーアンプではない高精度電子ボリュームですが、ヘッドホンの駆動力は十分です。
バラックで聞いているより、はるかに安定感のある音がします。それよりなにより、どこかをショートさせないかに
びくびくしなくてもいいので、精神衛生面もいいです（笑）。
お気に入りのアオーティストです。
話はすこしそれますが・・・
秋月電子VSヒロスギ計器？
そういえば秋月電子もスペーサを販売しています。15mm,20mmの長さのものは1個で買うと30円ですが
数量割りがあって100個単位だとそれぞれ17円、19円です。じつはこの値段はヒロスギ計器の値段と
まったく同じということに気づきました。ただ、異なるのはヒロスギ計器は全体に消費税(8%)がかかります。
今回15mm,20mmの長さをそれぞれ100個づつ購入しましたが、合計で3600＊1.08＝3,888円でした。
なお、ヒロスギ計器では2000円以上購入すれば送料無料です。それに対して、秋月電子だと消費税込
なので3600円ですが送料500円が別にかかりますので合計4100円になります。さて、どっちがお得か？
結論的には、他に秋月で買い物があるのなら秋月で、スペーサだけ購入するならヒロスギ計器（ただし消
費税が秋月の送料を超える6250円以内）ということでしょうか。なお秋月電子のスペーサは株式会社MYG製です。
こちらもスペーサ専門メーカのようです。調べてみると100個以上なら直販もしているようです。
15mm,20mmでそれぞれ16円、18円です。ヒロスギよりそれぞれ１円安いですね。100個づつ買えば200円の差です。
なお送料は4000円以上なら無料ですが、それ以下だと600円かかります。大量に買うならこちらかもしれません。
ちなみに千石電商だと15mm,20mmは１個単位だとそれぞれ32円,37円で、100個単位だとそれぞれ2163円、
2415円です。秋月、ヒロスギ直販に比べてすこしお高めです。こちらはヒロスギ計器のものをつかっているようです。
なお、スペーサ会社の規模をみてみると、こんな感じ。
ヒロスギ計器：資本金5000万円、会社設立昭和55年（1980年）
株式会社MYG：資本金300万円、会社設立平成23年（2011年）
ヒロスギ計器は横浜に工場があるようですが、MYGさんは、海外委託生産のような感じです。
最近の円安だと大変だろうな〜と思ったり。
すこし整理
回路と基板周辺の機構部の関連を整理です。
１．電源部分
1-1.V1系統
V１系統は3.3Vあるいは５Ｖの電源を供給する部分です。おもにディジタルの電源供給を想定しています。
V1の出力電圧はVSEL2開放で5V、短絡で3.3Vになります。
V1系統の電源回路
V1系統の電源はAC1へトランスを結線します。
V1系統の出力端子です。
1-２.V２系統
V2系統は3.3Vおよび５Ｖの２電源を供給する部分です。おもにDAC関連のディジタル、DACアナログの電源供給を想定しています。
なおV0出力は非安定部の出力端子になります（あまり使うことはないでしょう）。
V2系統の回路図
V２系統の電源はAC２へトランスを結線します。
V２系統の出力端子です。すこし多めに設けています。
1-３.V３系統
V3系統は正負電源を供給します。非安定出力（V３)と安定化出力（V4)を設けています。
V３系統の電源はAC３へトランスを結線します。センタータップ付きのトランスを接続します。
左側が非安定出力（V3)です。無負荷時でおよそ２３Vの正負電源を得ることができます。
右側が安定出力（V４)です。１５Vの正負電源を得ることができます。オペアンプなどのアナログ電源用です。
２．入出力
２−１．ディジタル入出力部
光入力モジュールの電源はVSEL1で3.3Vあるいは5Vを選択します。
ディジタル入出力部
２−２．アナログ入出力部
２−３．VR部
２−４．アナログ出力部
ゴム足がとどきました。 2015.2.24
こんなんもamazonで買えるんですね。送料の方が高い・・・・・。
amazonで買えます。
ついでなので、７個とりつけました。これだけつければ基板のしなりもほとんどありません。
高さはこんな感じ。
ちょっと組み替え！ 2015.2.25
スピーカを鳴らせそうなアンプを探していたら、お気楽ヘッドホンアンプが見つかりましたので、
これを乗せることにしました。スピーカを駆動するにあたって、ヘッドホンアンプの出力保護抵抗は短絡させて
スピーカの低負荷にも対応できるようにしておきます。
お気楽ヘッドホンアンプに乗せかえました。これは電子ボリュームつきです。
スピーカへの結線は右端のターミナルから接続します。
スピーカも準備しましょう！
ディスクトップ環境のスピーカはいままで小さいスピーカをつかっていましたが、すこし大きめのスピーカをもってきました。
ＯＮＫＹＯのＤ２０２Ａです。
Ｄ202Ａを鳴らせられるようにしました。
CS4398を聞いてみましょう！
最近取り組んでいるＤＡＣとしてCS4398があるので、このアナログ出力を接続して視聴してみました。
もともとはDAC4398の開発環境を整えるのが目的でしたが、せっかくDACを載せたので音を出したくなってしまいました。
初めて音を聞いた印象は「端正な感じだなあ！」という印象です。
まあ、これからアンプの変えていけば雰囲気も変わるでしょう。
でも、なかなか期待させる音です。これからが楽しみです。
CS4398を搭載したDACを接続して聞いてみましょう！
（つづく、かな？）
