3340VCOとAnVCOの音出し動画を撮ってみました。
意外とディスクリートのAnVCOもいいものだと思いました。
2024年12月31日火曜日
2023年2月28日火曜日
自作のアナログシンセでVCOの周波数変調を解説しました
自作のアナログシンセでVCOの周波数変調を解説しました。
ハードウェアを作ってはいるのですがなかなかお披露目する機会がないので、動画を作るのも良い経験になります。
LFO、EG、VCOでVCOを周波数変調してみました。
AnVCO←VCO回路についてです。
ArduinoLFO←LFO回路についてです。
ArEG←EG回路についてです。
2023年1月6日金曜日
2022年7月26日火曜日
AnVCO トランジスタの熱結合で銅箔テープを巻く効果(絶大？)
AnVCO1の熱結合 (エポキシのみ)
AnVCO2の熱結合 (銅箔テープ＋エポキシ)
銅は熱伝導率が良いため銅箔テープで巻くと結合度が上がることが期待できます。
実験
ドライヤーで熱風を当てて温度を上げて出力波形の周波数がどのように変化するか測定しました。
実験のようす
室温(27.8℃～28.0℃)で2台のAnVCOを220Hzのノコギリ波が出力されるように調整し、ドライヤーで熱風を120秒間当て、トランジスタ対の表面温度と出力信号の周波数を測定しました。
温度は自作のサーミスタ温度計でロギングし、周波数はテスタ(OWON B35)でロギングしました。
サーミスタはポリイミドテープでトランジスタ対の熱風が当たる逆側に貼り付けました。
また波形に変化があるか見るために、出力をオーディオインターフェイス(Behringer UMC404HD)に入力しWaveSpectraで録音しました。
時系列
時系列を横軸に取り、表面温度と出力信号の周波数をプロットしました。温度のデータと周波数のデータは同期していないため、ドライヤーのスイッチを入れ値が急に変わるところで合わせました。同じタイミングで値が急に変わることは実験時に目視して確認しています。横軸の目盛りの単位は秒です。
AnVCO1 (エポキシのみ)
AnVCO2 (銅箔テープ＋エポキシ)
銅箔テープで巻いたAnVCO2の方が元の周波数220Hz付近に戻るのが速くなっています。周波数の低下もAnVCO2の方が小さくなっています。
また、温度が上昇すると周波数が低下しますが、温度と周波数が比例しているわけでなく、急激に温度上昇した場合に大きく周波数が低下し、温度変化が少なくなると高温時でも周波数は220Hz付近に復帰しています。
表面温度 VS 周波数
表面温度軸と周波数軸でプロットしました。
AnVCO1 (エポキシのみ)
AnVCO2 (銅箔テープ＋エポキシ)
銅箔テープで巻いたVCO2の方が温度に対して周波数が安定しています。温度上昇時からの復帰が速いですね。また、温度と周波数が1対1対応しているわけではないことがわかります。
以上、まとめると、トランジスタ対を熱結合するときは銅箔テープで巻いた方が周波数安定度が向上すると言えそうです。
出力波形
録音した信号の波形ですが、温度が上昇しても波形の乱れは見られませんでした。
AnVCO2：周波数が下がった状態
メモ：
OWON B35は以前使っていたスマホHUAWEI P8 Liteでは専用アプリでBluetooth接続できますが、最近の端末(Google Pixel 3aやiPad Air2)では接続できません。Bluetoothのバージョンによるものだと思います。今回は退役したP8 Liteを使ってロギングしました。True RMSタイプのOWON B35TはBluetoothのバージョンが上なので新しい端末でも通信可能かも知れません。
2022年6月20日月曜日
VCOモジュール AnVCO 2台目製作
AnVCOの2台目を製作しました。
基板はVer.1.0のままですが、いくつかの点を改良しました。
改良点
オクターブ切り替えの分圧抵抗値を変更。
FINEつまみの分圧抵抗値を変更。
トランジスタの熱結合に銅箔テープを使用。
パネルデザインを変更。
Facebook等でアドバイスいただいた皆様ありがとうございます。
回路図
オクターブ切り替えの分圧抵抗値
反転増幅回路(U1B)の入力インピーダンスが低いため抵抗で分圧した電圧に影響が出ます。影響を少なくするために、1kΩオーダーで分圧していた回路を100Ωオーダーで分圧するように変更しました。(参考:VCOモジュール AnVCOの製作 その2 指数変換回路)
CV=1V
| オクターブ(V) | AnVCO1台め(Hz) | AnVCO2台め(Hz) |
|---|---|---|
| 0 | 54.9 | 55.0 |
| 1 | 110.0 | 110.7 |
| 2 | 219.8 | 220.6 |
| 3 | 439.5 | 441.4 |
| 4 | 875.5 | 879.2 |
指数変換回路の調整が難しいためおおよその比較になりますが、抵抗値を下げた方が高域での結果が良好なようです。
FINEつまみの分圧抵抗値
FINEつまみを左いっぱいに回すと-1オクターブ、右いっぱいに回すと+1オクターブにしたいので抵抗値を変更できるようにR8とR11をピンソケットを使って実装しました。
CV=1V
オクターブスイッチ: 3
| R8、R11(kΩ) | FINEつまみ最小(Hz) | FINEつまみ最大(Hz) |
|---|---|---|
| 220k | 124.9 | 493.0 |
| 270k | 139.9 | 423.6 |
中点が220Hzなので110Hz～440Hzとなって欲しいところですが、正確に設定するには何か工夫をする必要がありそうです。
トランジスタの熱結合
エポキシ接着剤で固定する前に銅箔テープで巻きました。使った銅箔テープは粘着面も導通しているためそのまま巻くと抵抗のリード線がショートしてしまうため、リード線に熱収縮チューブを巻いて絶縁しました。
抵抗のリード線に熱収縮チューブを巻き付け
パーツを基板にはんだ付け
銅箔テープを巻き付け
絶縁を確認
エポキシ接着剤で固定
パネルデザインの変更
パネルに取り付けるパーツの並びを変更して、パネルサイズをHP12(60.6mm)からHP10(50.5mm)にスリム化できました。
まとめ
バラバラに製作したVCO(Antilog + NPNO Ver.1.2 SawVCO + Saw2Tri + Saw2Sqr)を含めてVCOを3台使えるようになりました。ユニゾンにすればそれぞれのチューニングの微妙なずれでうねりが現れ、いわゆる分厚い音が出せるようになりました。
3VCOそれぞれに別のCVを送れば3Polyです。Korg SQ-1のMIDI-CVコンバート機能と自作のMIDI_CVを組み合わせれば3Polyの演奏もできそうです。
メモ
この回路では、SCALEトリム(RV4)を右に回すとCV電圧に対する音階の幅が小さくなります。
これを忘れるといくらやっても調律できません。RV4を右に回すと抵抗が増えR18によって分圧されたトランジスタペアへの入力電圧が小さくなります。トリムのアシを入れ替えて逆向きにしたほうがわかりやすいかもしれません。
2022年3月22日火曜日
VCOモジュール AnVCOの製作 その5 仕上げ
パネル取り付け
ポリカーボネートを加工したパネルに取り付けました。穴あけにはアクリル専用ドリルビットを利用しています。ポリカーボネートでもバリがあまり出ず、鉄工用ドリルよりきれいに穿孔できます。割れてしまう心配も少ないです。穴径の調整には樹脂用リーマを使用。
アクリルドリルビット(アクリサンデー)と樹脂用リーマ(エーモン)
加工したポリカーボネート板(参考)
基板に取り付けたPOTの径はM7ですが、パネルはΦ8で穴を開けています。ピッタリのΦ7だと複数あるPOTの取付誤差や穴あけの誤差によりうまくはまらないことが多く、経験的にΦ8がおすすめです。
ロータリースイッチはAliExpressで販売されている基板取り付け型のものを使いました。小型で非常に安価です。5極のものは端子順が少々変則的なので「ジャック/プラグのピンアウト」に記載しました。
熱結合
指数変換回路のトランジスタペアと温度補償抵抗を熱結合しました。私は熱結合にコニシクイック5というエポキシ接着剤を使っています。硬化時間により種類がありますが、クイック5はある程度粘性があり、盛ったときに垂れてしまわないのでちょうど良いと思います。
調律後の出力周波数
CVに0V～+5Vの電圧を入力し出力周波数と制御電流を測定しました。制御電流は回路図Page2のJP2(TP_I_SINK)の端子間に流れる電流を測定しました。電流出力回路なのでテスタの内部インピーダンスによる影響は少ないですが、測定中は出力周波数が多少狂うので別々に測定しています。Coarse=3。
| CV(V) | OUT(Hz) | Isink(uA) |
|---|---|---|
| 0 | 110 | 5 |
| 0.5 | 156 | |
| 1 | 220 | 10 |
| 1.5 | 311 | |
| 2 | 440 | 20 |
| 2.5 | 622 | |
| 3 | 880 | 39.9 |
| 3.5 | 1245 | |
| 4 | 1759 | 79.9 |
| 4.5 | 2484 | |
| 5 | 3510 | 159.8 |
オクターブ切り替えスイッチ
オクターブを切り替えて出力周波数を測定しました。CV=1V。
| Coarse | Out(Hz) |
|---|---|
| 1 | 55 |
| 2 | 110 |
| 3 | 220 |
| 4 | 439 |
| 5 | 874 |
オクターブ切り替えは高域になると多少ズレるようです。
2022年3月21日月曜日
VCOモジュール AnVCOの製作 その4 波形変換回路
基板全体のはんだ付けが終わったところ
ノコギリ波→三角波変換回路
回路図 Page4
実質NPNトランジスタ一発の回路ですが、これでノコギリ波を三角波に変換できます。RV8 (Shape)を回して、三角波の頂点のズレがなくなるように調整します。
頂点がずれている COARSE=3 CV=+1V
頂点が重なり三角波に COUASE=3 CV=+1V
ノコギリ波→矩形波変換回路
回路図 Page5
U5Bをコンパレータとして使ってノコギリ波を矩形波に変換します。閾値を変化させることによってパルス幅可変としています。
PW(パルス幅)の閾値を設定するR40、R43はC&Tで決めました。ともに47kΩにするとPW=15%～85%程度に設定できます。矩形波変換回路は、特に調整するところはありません。
PW=Min COUASE=3 CV=+1V
PW=Max COARSE=3 CV=+1V
メモ
三角波変換回路(Page4)の初段のボルテージフォロアは冗長。
ノコギリ波変換回路(Page5)の終段のボルテージフォロアは冗長。
PW(RV10)の端子順が逆。
参考
2022年3月20日日曜日
VCOモジュール AnVCOの製作 その3 ノコギリ波発生回路
ノコギリ波発生回路
ノコギリ波発生回路まではんだ付けしたところ
回路図 Page3
Page3がノコギリ波発生回路です。Q3がオフのときは、定電流源のI_SINKより電流が流れ出しC8に電荷が蓄えられます。
Q = it
なので、電流iが一定なら電荷Qは時間tに比例します。また、
Q = CV
V = Q / C
なので電圧Vは電荷Qに比例します。したがって、電流iが一定ならば電圧Vは時間tに比例し、C8の下側の電位は時間とともに直線的に低下していきます。
U2Aのコンパレータが閾値を超えるとQ3をオンにしてC8から急峻に電荷を抜き、C8の下側の電位は+5Vに戻ります。
U2Bは出力振幅が-5V～+5Vとなるようにするアンプです。バッファとしての役割も兼ねています。
C8は安定性が求められるのでポリプロピレンを使いまいした。他の素材のフィルムコンデンサに比べると大型になりますが、0.01uF程度ならいずれも小型です。
回路図に誤りがあり、SyncInが使えません。R23、J10のSyncinは実装していません。
ノコギリ波発生回路の調整
調整のようす
ノコギリ波のみとなりますが、実際に波形を出力できるので調律を行います。今回はCOARSE_SWが3(真ん中)、CVが+1Vのとき220Hzとなるようにしました。
FINE(RV2)を中点に合わせ、COARSE_SW(J8)のPIN3とPIN6(COM)を短絡しておきます。
CVに+1Vを入力。
出力が220HzとなるようにINPUT_ADJ(RV3)を回す。※INPUT_ADJ低い場合発振しない。
CVに0Vを入力
出力が110HzとなるようにSCALE(RV4)を回す。
CVに+3Vを入力。
出力が880HzとなるようにRV7を回す。
CVに+1Vを入力。
COARSE_SWの接続を切り替えて55Hz、110Hz、220Hz…となるようにRV1を回す。
CV=+1V → 220Hz
CV=0V → 110Hz
CV=+3V → 880Hz
メモ
SincInの回路図が間違っているので修正する。SyncInはU2Aの反転端子に接続。コンパレータの閾値電位を変化させるもの。
LineFMは指数変換回路に含める。
参考
2022年3月18日金曜日
VCOモジュール AnVCOの製作 その2 指数変換回路
指数変換回路
指数変換回路まではんだ付けしたところ
回路図 Page2
Page2が指数変換回路で、1Vの電圧差が2倍の電流値となるように、入力されたCV値を指数変換して出力する回路です。I_SINKが電流出力のポイントでこの回路に向かって電流が流れます。
Page2の(A)の部分とPage3のR27をはんだ付けします。(B)、(C)の部分はCVを変調するものなので後回しにします。
Q1、Q2はVBEがマッチングしたものを使用します。(参考:「トランジスタ選別」) R18は3300ppmの温度補償抵抗を用います。
Q1、Q2、R18は熱結合します。エポキシ接着剤(コニシクイック5など)などで固めますが、熱結合しなくても動作確認はできるので全体のはんだ付けが終わってからで良いと思います。
JP2(TP_I_SINK)は電流を測定するためのジャンパで、実際に動かすときはジャンパピンで短絡します。ここまででアンチログ回路の動作確認しておきます。
回路図のように、TP_I_SINKを開放し「TP_+12V」→「1kΩの抵抗」→「TP_I_SINK:Pin2」となるように配線してTP_I_SINK:Pin2の電位を測定します。
測定のようす
※画面からは切れていますが、ICクリップで1kΩの抵抗をつないでいます。
J1(CV)にノコギリ波を入力しRV3(INPUT_ADJ)を回していくとTP_I_SINK:Pin2に次のような波形が現れるのを確認できます。
C1:TP_I_SINK C2:CV入力
逆向きの指数カーブが得られればOKです。正確な調律はノコギリ波発生回路をはんだ付けしてから行います。
CV変調回路
(B)の部分は1オクターブごとに音程を切り替えるスイッチです。「ADJ 4V->」とあるポイントが+4VになるようにRV1を調整しておきます。1V刻みの電圧値がCVに加えられます。
(C)の部分はCV変調入力のレベルを設定するものです。J9(MOD1、MOD2)に信号を入れてI_SINKの指数カーブが変化することを確認します。
オクターブ切り替えスイッチ
反転加算回路に入力する前でもきっちり1V刻みで設定できますが、反転加算回路の入力インピーダンスがR15の470kΩであるため電圧降下します。このためノコギリ波発生回路の出力信号の周波数を測定しながらRV1を調整する必要があります。
また、入力インピーダンスの影響を少なくするには、分圧用の抵抗(R12～R16など)の抵抗値を小さくしたり、バッファを入れるなどすると良いと思います。
1kΩで分圧しているところを100Ωで分圧するように変更した場合、分圧回路に流れる電流は次の通りになります。
I = V / R = 12V / 1.2kΩ = 10mA
この電流は無駄に消費されることになります。バッファとしてNJM072Dを使うと消費電流は3mA程度です。
メモ：
機能的に考えると、Page3の+5V電源とLinerFMはアンチログ回路に含めるべき。
R15とR22のシルクのリファレンス名が逆。
RV1(オクターブ切り替えスイッチ調整用)の端子順が逆。
TP_1(TP_CV)は反転加算回路のサミングポイントで必ず0Vになるので不要。TP_2も反転増幅回路の仮想GNDなので不要。
指数変換回路のVREFは+5Vなので、電源のテストポイントはTP_+12VではなくTP_+5Vを設けてテストした方がよい。ついでなので負電源のテストポイント(TP_-12V)も設ける？
FINEつまみの可変域は、COARSEつまみ3の位置、CV=0V(220Hz)で、-0.809V～+0.686V、127.8Hz～362.3Hzとなった。-1オクターブ～+1オクターブにしたいので再考。
トランジスタの熱結合はエポキシで固める前に銅箔テープで巻いておくと良いそうです。トランジスタのパッケージをダイぎりぎりまで削り込んでやるとさらに結合度が上がります。
2022年3月14日月曜日
VCOモジュール AnVCOの製作 その1 電源回路
analog2.0を参考にして、VCOに必要な回路を個別に製作してきました。
これらを1枚の基板にまとめたVCOモジュールを製作します。
回路図
回路規模がそこそこ大きいのでKiCAD 5の階層機能を利用しました。製作途中にいくつか問題点を見つけたので、順次記します。
最上位層(電源回路含む) Page1
指数変換回路 Page2
ノコギリ波発生回路 Page3
ノコギリ波→三角波変換回路 Page4
ノコギリ波→矩形波変換回路 Page5
プリント基板
製造はfusionPCBに依頼しました。100mm×100mmを超えると製造費がかなり高くなるので100mm×100mmギリギリに収めています。
電源回路
機能ごとに回路が分かれているので順を追ってはんだ付けしました。最初は電源回路です。
回路図 Page1
①の部分が電源回路です。EuroRackの電源コネクタ(16Pin)を接続し以下の項目をチェックします。
- LED(赤、青、緑)が点灯するか。
- TP3の電位が+12V程度か。
- 各OPアンプの電源端子が+12V、-12Vになっているか。
次回以降に続きます。
登録:
投稿 (Atom)