2019年10月21日月曜日

わたくしすっかりアナログ人間になってしまったようです。


今月もトラ技買ってしまいました。

なになにRISC-V & AIだと←ふ~ん、今月もパスかな

何?!付録のアナログウェアが「セラコン活用」だと?!←夕食は家で食うことにして購入

ウィーンブリッジ発振回路の2つの抵抗の誤差

ウィーンブリッジ発信回路の発振周波数を2連POTで制御するとき2つのチャンネル間の誤差がどれぐらい特性に影響を与えるか実験してみました。

シミュレーション回路図

R4とR5が2連POTです。実験のためR4=4.7kΩとし、R5は3.9kΩ+αΩのRを直列にして誤差を作ることにしました。
3.9kΩ+560Ω=4.46kΩ
3.9kΩ+680Ω=4.58kΩ
3.9kΩ+820Ω=4.72kΩ
3.9kΩ+1kΩ=4.9kΩ
3.9kΩ+1.2kΩ=5.1kΩ
過渡解析

R4とR5の誤差によって振幅が大きく変わります。OPAMPの正帰還に入っているバンド・パス・フィルターの選択度が誤差により変わるためでしょう。

バンド・パス・フィルター部分のみ取り出してシミュレーションしてみました。

シミュレーション回路図

過渡解析

バンド・パス・フィルター部の特性は誤差があってもそれほど大きく変わらないようですが、発振回路に入れると大きく影響するようです。

ブレッドボードで回路を組んで実験してみました。

ブレッドボード図


電源電圧: +9.05V / -9.03V
R1(5kΩ Trim)の抵抗値: 2.04kΩ

3.9kΩ+470Ω=4.37kΩ

3.9kΩ+560Ω=4.46kΩ

3.9kΩ+680Ω=4.58kΩ

3.9kΩ+820Ω=4.72kΩ

3.9kΩ+1kΩ=4.9kΩ

3.9kΩ+1.2kΩ=5.1kΩ

3.9kΩ+1.5kΩ=5.4kΩ

発振せず。

シミュレーションと似たような結果になりました。

出力振幅さえうまくカバーできれば2連POTのチャンネル間の誤差が多少大きくても発振してくれるようです。シミュレーション回路図のR4の値で増幅率を変えられるのである程度融通が利くと思います。

歪率は測定していませんが、波形を目で見た限りではそれほど歪んではいないようです。

オーソドックスなウィーンブリッジで低歪率を要求されることはそれほどないと思いますし。

2019年10月15日火曜日

USBヘッドホンアンプ:PCM2704_HPA ヘッドホン・アンプ部

ヘッドホン・アンプ部は「LME49600ヘッドホンアンプ Ver.2」をほぼそのまま使ってプリント基板を焼こうと思います。

CADはKiCADを使いました。使い方は主にトランジスタ技術2019年8月号を参考にしました。DVDがわかりやすいです。



回路図

サーボの無効化、帯域制限を半田ブリッジで設定できるようにしました。また入力をACカップリングできるようにしました。ACカップリング不要な場合はC5、C14をジャンパで短絡し、R3、R9を実装しないことで対応できます。

電源用の電解コンデンサーは2本並列にして容量を増やせるようにしました。

基板図

3Dビューワー機能があるので表示させました。




レイトレーシングするとなかなかリアルです。部品の配置の確認ができて便利ですね。

メモ:


KiCADはPNGなど画像ファイルにエキスポートできない?

2019年10月12日土曜日

USBヘッドホンアンプ:PCM2704_HPA ライン・アンプ部

PCM2704基板を使ったUSBヘッドホンアンプ、PCM2704_HPAという名前にしました。

PCM2704基板の出力にラインアンプ部をつけてWaveGeneで波形を出力し、オシロで観測しました。

回路図

OPAMPの入力インピーダンスを無視すると、ACカップリングはC=2.2uF、R=100kΩでカットオフ周波数は
fc = 1/(2πRC) ≒ 0.72Hz
です。

ブレッドボード図


サイン波


サイン波 20Hz

サイン波 100Hz

サイン波 1kHz

サイン波 10kHz

サイン波 20kHz

20Hz~20kHzまで、ほぼ1Vp-pでサイン波が出力されています。フォーマットは16bit/48kHzですが、20kHzでも波形のガタガタがあまり出ていません。PCM2704内部でオーバーサンプリング+デジタル・フィルタの処理が行われているためです。

参考:NOS(オーバーサンプリングなし)DACのTDA1543の出力 

矩形波とノコギリ波


矩形波 1kHz

矩形波 10kHz

ノコギリ波 1kHz

ノコギリ波 10kHz

サンプリングレートが48kHzなので、サンプリング周期は約20usです。

サイン波はデジタルフィルタのおかげでキレイな波形が出力されますが、矩形波とノコギリ波では波形が崩れます。

2019年10月7日月曜日

USBヘッドホンアンプの構想

パソコン内蔵のオーディオインターフェースはなぜだかUSBオーディオインターフェース(TASCAM US-144MKII)を同時使用するとノイズが激しいので、別口でUSBヘッドホンアンプを作ろうと思います。

大体の感じ

少し細かく

「USB DAC」は「ヘッドホン・アンプ製作事例集」の付録に付いていたPCM2704基板、「HP AMP」は自作したLME49600ヘッドホンアンプを使う予定です。



電源は、LME49600ヘッドホンアンプ用に作った「±9V安定化電源」をそのまま使う予定です。


上からTASCAM US-144MKII、LME49600ヘッドホンアンプ、±9V安定化電源 、Mixer です。

LME49600ヘッドホンアンプだけケースのサイズが違っておさまりが悪いので、同じタカチのYM-200で統一したいと思います。

2019年10月4日金曜日

MIDI CV Converter MIDI_CV_CONVのノイズを探る

自作のMIDI-CVコンバーターのMIDI_CV_CONV と自作のオーディオミキサーのMIX0401 の電源を、自作のACアダプター分配器を使って電源を共有すると激しいノイズが発生します。


赤色の⇒が電源供給の方向です。

MIX0401とMIDI_CV_CONVの電源をACアダプター分配器 で共有せずに、MIX0401のみ単独の電源を使うとノイズがなくなります。

WaveSpectaraで測定


耳で聞こえるレベルのノイズなので、無音の状態にしてWaveSpectraでFFTしてもノイズがはっきりと測定できました。

MIDI信号をMIDI_CV_CONVに入力してMIX0401の入力レベルはすべて0、出力レベルは中点に設定して測定です。

Audio I/F: TASCAM US-144MKII

MIX0401とMIDI_CV_CONVでACアダプター分配器を使って電源(DC9V)を共有

激しくノイズが乗っている状態です。

MIX0401のみ単独のACアダプター(DC12V)を使用

個別のACアダプターを使うといやなノイズは聞こえなくなります。

MIX0401の内蔵電池電源を使用

バッテリー駆動だと、ノイズはさらに低減されます。

電源ラインにフィルター的なものを入れてみる。


MIX0401とMIDI_CV_CONVで電源を共有しつつ、電源ラインに「ノイズ低減」効果が期待できそうなものを入れて測定してみました。


画像の上が普通のDC-DCケーブルで、下側が経路中にインダクタやフィルタを入れられるようにしたものです。


左上から右下に

1) コモンモードチョーク EV20-1,0-02-3M9
2) EMIフィル BMX016-70
3) インダクタ 1mH
4) インダクタ 100mH

インダクタは秋月で購入した太陽誘電のアキシャルリードインダクタで、1mHより100mHのほうが外形が小さい。

効果があったのは100mHのインダクタでした。

1) コモンモードチョーク EV20-1,0-02-3M9

2) EMIフィル BMX016-70 

3) インダクタ 1mH

4) インダクタ 100mH

電源ラインの可聴帯域のノイズなので純粋にインダクタンスが高い方がノイズが減るのだと思います。

メモ:


MIDI_CVコンバーターはどうやらノイズ源。

2019年9月26日木曜日

アナログ・ファンクションジェネレーターとデジタル・ファンクションジェネレーターの比較

アナログの菊水のMODEL 459は出力がBNC端子で適当なケーブルがなかったので出力をきちんと測定していませんでした。片方がBNC、片方がICクリップのケーブルを作って、自作のデジタル・ファンクションジェネレーターのPCM5102A_FG(+4次バターワースLPF)と出力を比較してみました。


秋月でBNCコネクタを2種購入。




赤いラインが入っている方が秋月の通販コード「C-08868」で、もう一方が「C-08869」です。どちらもメーカーは「JIARONG Electronics LTD.」となっています。赤ラインが150円、無印が110円でした。

比べると赤ラインの方が若干作りがいいかな?という感じです。コネクタに差し込む感触も赤ラインの方が若干きつい感じです。

今回は無印の方を使いました。

ケーブルの作成。


取り扱いしやすいようにケーブルは4φのソフトタイプのシールドケーブルにしました。


はんだ付けはせず、ねじ止めとカシメで取り付け。


はみ出しているシールド線をニッパーでカット


ICクリップ側


仕上がり


ケーブル長は2mにしました。

オシロで波形測定


MODEL 459


サイン波で1kHz/±1Vp-pになるように調節して波形を切り替えて測定しました。

サイン波

正側の頂点あたりでヒゲがみられます。

三角波

矩形波

アナログ的に出力周波数・振幅を設定するので、きっちり合わせるのは難しいです。

PCM5102A_FG


こちらも、サイン波で1kHz/±1Vp-pになるように調節して波形を切り替えて測定しました。

サイン波

ノコギリ波

サイン波で比較すると、MODEL 459の方が若干線の太さが細くなっています。高周波数でいらない帯域が出ていないためだと思います。

WaveSpectraでTHD+Nの測定


WindowsのWaveSpectraでFFTしてTHD+Nを測定しました。

Audio I/F: TASCAM US-144MKII

MODEL 459

PCM5102A_FG

MODEL 459は、全高調波歪が約0.2%、+ノイズが約0.9%、PCM5102A_FGは、全高調波歪が約0.05%、+ノイズが約0.08%。

かなり残念な成績です。高調波歪だけでなくAC電源由来と思われる低周波数でのノイズも大きく出ています。

逆に言えば、自作のPCM5102A_FGは操作性を含めて、かなり優秀なファンクションジェネレーターと言えると思います。PSoC 5LPとI2S DACのPCM5102Aを使って、ほとんど暗中模索で作った割にはよくできたな~と今更ながら我ながら(^q^/

WaveSpectraでFFTした結果15kHzあたりに出ているピークはMODEL 459、PCM5102A_FG両方に出ているのでPCM5102A固有の問題ではなさそうなこともわかりました。

MODEL 459は内部で多数の調整箇所があるので、校正すればもっと良い結果になるかもしれません。(手順書も何もないので手出しできませんが・・・)

オシロでFFT


500kHzまでの高帯域でのノイズの測定です。

MODEL 459 (~500kHz)

PCM_5102A_FG (~500kHz)

PCM5102A_FGでは275kHz、300kHz、400kHz、450kHzあたりにピークが現れていますが、MODEL 459はおとなしい。

さらに高帯域の250MHzまでのノイズです。

MODEL 459 (~250MHz)

PCM_5102A_FG (~250MHz)

こちらもPCM5102A_FGではピークが出ていますが、MODEL 459は静かです。

メモ:


ここ1~2年ほど、音としてアナログの良さを実感してきましたが、こういった正確さ、精密さを要求される場面ではデジタルが断然有利なようです。デジタルも捨てたもんではないな~と再認識しました。

MODEL 459は使いどころが難しそうですが、メリットは高周波数でのノイズが出ないこと、出力振幅が大きくとれることでしょうか。

PCM5102A_FGも出力部のフィルター/アンプの性能を上げられれば、この点でもアナログ・ファンクションジェネレーターに追いつけるかもしれません。

低歪、低ノイズの1kHzのサイン波だけを出力するのに特化したアナログ発振器も使いでがあるかも?