Mixerの特性測定 電池駆動とACアダプタの差

MixerのRCAジャックをいじったので、ついでにWavespectaとWavegeneで特性を調べた

前回の「WaveGeneとWaveSpectraで周波数特性の測定」（http://dad8893.blogspot.jp/2015/01/wavegenewavespectra.html）
ではLINE出力に何もつながずにオープンで測定したが、今回はヘッドホン出力にRを負荷としてつないで測定した

レファレンスに使っているヘッドホンはSony MDR-CD900STで公称インピーダンスは63Ωなので負荷のRは68Ωにして測定

1kHzサイン波

ループバック

THD: 0.02139%
THD+N: 0.04508%

オーディオインターフェイス（TASCAM US-144MKII）の入力と出力を直結して測定

Mixerのヘッドホン出力（ACアダプター駆動）

THD: 0.02202%
THD+N: 0.05594%

ループバックの時と1kHzの基本波の信号レベルができるだけ同じになるように（-25.94dB）ヘッドホン出力のボリュームを調整した

THD（全高調波歪）は約0.0006ポイント増でほとんど誤差みたいなものだ
THD+N(全高調波歪＋ノイズ)で約0.01ポイントで若干ノイズが増えているようだ

また、40kHzのちょっと上に謎のノイズが現れている
ループバック時は目立って大きいわけではないので折り返し雑音みたいなデジタル由来のものではないと思う

あんまり良い測定環境ではないのでどこで40kHzちょっと上のノイズが発生しているのかよくわからない（＠＠；

ループバック時は自作の15cmの6φケーブルを使ったフォン―フォンケーブルで直結
測定時は負荷のRをブレッドボード上に組んでケーブルも合計1m以上引き回している

↑ブレッドボード周りで使ったもの

まあでも40kHz越えとかおっさんの耳には聞こえない周波数だし（ガキでも聞こえないが）いいか（＾ｑ＾；

Mixerのヘッドホン出力（電池駆動）

THD: 0.02115%
THD: 0.05276%

予想に反して可聴帯域ではACアダプター駆動でも電池駆動でもほとんど変わらん（＾ｑ＾；

使っているACアダプターは1000円もしないサイズの小さなものだし、特にノイズ対策もしていない

電源の安定化すらしていない

使ったACアダプター

唯一、ACアダプターから両電源を作るためにレールスプリッタ―のTLE2426を使って、ここで100uFの電解コンデンサーとTLE2426のノイズリダクション端子に1uFのフィルムコンデンサーをつないでいる

Mixerの電源ACアダプタ計画 （２）（http://dad8893.blogspot.jp/2014/09/mixerac_15.html）

これが案外効いてたりするのかも？

周波数特性

ループバック

Mixerのヘッドホン出力（ACアダプター駆動）

Mixerのヘッドホン出力（電池駆動）

「WaveGeneとWaveSpectraで周波数特性の測定」（http://dad8893.blogspot.jp/2015/01/wavegenewavespectra.html）
で、出力をオープンにして測定したときは差がなかったが、68Ωの負荷で測定すると結構ハイ落ちしている

回路には、入力で10uFの両極性の電解コンデンサーでACカップリングしているのでHPF的なものはあるがLPF的な要素はない

負荷をつなぐと出力電圧が下がるのでそれにあわせて増幅率を上げたりしているので
この辺が影響してるのかな？

まあ、そんなもんだということで気が向いたらオーディオ回路についても調べてみたいと思います

Mixerは半年以上常用してますが（常時ON）特に問題なく動いています（＾ｑ＾／

WaveGeneとWaveSpectraで周波数特性の測定

オシロスコープを買ったのに再びソフトウェア・オシロでの測定だ（＾ｑ＾；

信号源は今のところソフトウェアに頼るしかないので（ハードウェアもいずれ作りたいと思っているが）オシロスコープとの連携のテストも兼ねて・・・

efuさんが公開されているWaveGene(ファンクションジェネレータ)とWaveSpectra（スペアナ）を使って
オーディオ帯域の周波数特性が計測できる（http://efu.jp.net/soft/ws/fresp/meas_fresp.html）

かいつまんで言うとスイープ波形をWaveGeneで再生してWaveSpectraでFFTして
周波数特性を見る

efuさんのところで公開されているスイープ波形をダウンロードしておいてWaveGeneでユーザー波形から読み込む

波形ファイルはサンプル長ごとにたくさんあるので
選んだ波形のサンプル長とWaveSpectaraのFFTの設定の「サンプルデータ数」を合わせて窓関数を「なし」に設定

一度把握すればかなり便利なツールだと思います

周波数特性

以前製作したMixer（http://dad8893.blogspot.jp/search/label/Mixer）の入出力を測定

最初にオーディオ・インターフェイスの入力と出力を直結した

↑上側の波形は見なくていいです

サンプリングレートは96,000Hzなので上限は48,000Hzだが43,000Hzあたりから結構急峻なLPFがかかっている

オーディオ・インターフェイスの出力をミキサーを経由して戻してやると

ほとんどかわらん（＾ｑ＾；

LINE出力はともかく、ヘッドホン出力は実際にヘッドホンをつないだ状態で計測しないとだめか
→今度やってみよう

ToDo:

ヘッドホンをつないで周波数特性を測定
WaveGeneで正弦波（ひずみ率、ノイズの測定）
オシロスコープで波形観測

Mixerの電源ACアダプタ計画 運用テスト中

ユニバーサル基板をカットして部品を実装した

220Ωと150Ωの抵抗をつないでテスト

4.5V / 220Ω　= だいたい20mA
4.5V / 150Ω = だいたい30mA

正負の電圧誤差は1%以内だった

最初、分圧前のプラス・マイナスを間違えて接続してしまって
TLE2426がかなり発熱した

長時間、間違えたままだと、たぶんぶっ壊れるだろう

普通につないでも負荷用の抵抗が結構発熱していたので、TLE2426が生きてただけでもありがたい


大丈夫そうになったので仮想グランド基板を電池と差し替えてテスト

これはすんなりいった

ユニバーサル基板から配線を直出しすると後の修正が大変なので
ピンヘッダに取り替えつつ

「（多分間違ってそうな）実体配線図」

を元にコネクタ類を配線。

ACアダプタをつないでドキドキしながらスイッチ・オン

ちゃんと、電源チェック用のLEDもついたし音もでた！ラッキ～（＾ｑ＾/

じゃあ、今まで使ってた電池に切り替えてと…

ん？LEDつかない？

え？音がでない？

なんかくさい

やべえ（＾ｑ＾；

DCプラグ引っこ抜くわｗｗｗｗ

電池も熱いしｗｗｗｗ

さわれないぐらい熱いわコレｗｗｗｗ

必死でその場にあったドライバーを使ってなんとか電池を外した。

電池ボックスは熱で一部トロけていた

改めて（あやしい）実体配線図を見ながら確認してみると
実体配線図ではなくて、現実の配線を間違っていた

3回路2接点のトグルスイッチは9Pで見た目はこうなっている

縦横間違えて配線してしまっていた

スイッチを切り替えた瞬間、電池が短絡（＾ｑ＾；

たとえ電池と言えども気を許してはいけないことを悟りました。

回路とエネループとスイッチは無事だったのは不幸中の幸いだった

今回はじめて台湾製じゃなくてミヤマのトグルスイッチを使ってみたが
ハンダ付けもしやすいし、信頼性の面でもプラス加点しておく

OPAMPを壊れてもいい（自分の中ではリファレンスOPAMPになりつつある）
TL072とNJM4556Aに差し替えて実験

消費電流は

ACアダプタ
  DC： だいたい21mA
  AC: だいたい0.18mA （入力する音声によって0.23mAぐらいにもなった）

エネループ
  正電源 だいたい20mA
  負電源 だいたい20mA

電流値は正電源→GND　+ GND→負電源 ではなくて、正電源→（GND)→負電源 と考えるとこうなるのか

ACアダプタの方が電圧が若干高いのでこんなもんか


部品を所定の位置におさめて運用テスト中

しばらくは、不在時や寝てる時は電源切るようにしないと危ないと思う

ACアダプタと電池電源の時のノイズや歪率の計測はそのうち

↓回路図等資料はこちらで公開しています
https://github.com/ryood/Mixer

Mixerの電源ACアダプタ計画 （２）

電池ボックスをずらして部品を並べてみた

なんとかいけるかな？

コンデンサがジャックやスイッチと干渉するかもしれないので
画像とは180°回転させて、上下逆で取り付ける予定

できるだけ高さを抑えるためと穴あけ箇所を減らすために
ネジ止めではなく、必殺の両面テープ固定にする

ACアダプタをつけて実用していくつもりなので
0.3Aのポリスイッチを追加した

基板設計図はPasSはやめてEagleで作りなおした

Eagleは回路図とリンクしているので何かと安心感がある

フリー版だと2層までという制限があって、2層もあれば十分だろと思っていたが
ユニバーサル基板だとキツイ時がある

被覆ありの配線材で配線すれば3層でも4層でもいける

基本的に100Milピッチの配線で縛られるからついつい多層配線をやってしまいたくなる

がまんがまん（＾ｑ＾；


ケース加工図

新たに開ける穴は、DCジャックと電源切り替え用の2箇所

配線図はなんだか訳がわからない状態になった

配線しながら逐一チェックを怠らないようにしないとダメだろう

絶対どっか間違えてるはずだ。


1uFのフィルムコンデンサをもう1種類仕入れてみた。

Wimaというドイツのメーカーのもの

オーディオ用コンデンサとしてよく使われているみたいだが
マルツのフィルムコンデンサーとパッケージはほぼ一緒

LCRメーターで特性を測ってみた

Wima： メタライズド・ポリエステルフィルム 63V @124円 共立
 tanδ 0.003
 982.2nF (誤差 1.76%) 

マルツ： プラスチックフィルム 100V @77円（値下げされたみたいだ） マルツ
 tanδ 0.003
 1020.3nF (誤差 2.03%)

ルビコン： メタライズド・ポリプロピレンフィルム 450V @80円 秋月
 tanδ 0.000
 995.8nF （誤差 0.42%)

特性的にはWimaもマルツも似たような感じだ。
ルビコンのポリプロピレンは特性はいいんだがいかんせん馬鹿でかい。

左から、Wima、マルツ、ルビコン

今回はTLE2426のノイズリダクションPinに入れるのでマルツのを使うことにする
（積セラの1uFが手持ちにないし、アルミ電解よりはよい結果が得られそうなので）

推測だがWimaのもマルツのもオーディオ用のカップリングコンデンサーに使ってもたいして音質は変わらない気がする

積セラやアルミ電解なら特性も違うし分からないでもないが
それより設計ミスやハンダ不良の方が大問題だ

コミケでの試聴用にヘッドホンアンプをもう一個作ろうかと思っているのでその時試してみたいと思う。

Mixerの電源ACアダプタ計画

ヒューズが届いたのでMixerの消費電流を測ってみた

無負荷
負電源 27.4mA
正電源 27.5mA 

負荷あり（Stereo 1ch入力、アクティブ・スピーカーにLine出力）
負電源 27.4mA
正電源 27.5mA

ヘッドホン出力（上記＋ヘッドホン出力・フルボリューム）
負電源 27.4mA
正電源 27.4mA

というわけで、負荷にかかわらず消費電流は一定らしい

こんだけ一定だと、計測方法がなんか間違ってるかもしれないが
実際エネループで運用している結果と大きな差はない

前回、エネループだと1日ぐらいしかもたないと書いたが（http://dad8893.blogspot.jp/2014/09/mixer.html）
充電されて届いたのでそのまま使った結果でした

フル充電して使ったら3日ぐらいもった。

エネループの定格で計算すると

1900mAh ÷ 27.5mA = （だいたい）69h = （だいたい）2.76日

大体3日だ。


なので、TLE2426（定格±20mA、絶対定格±80mA）でもギリギリ大丈夫かもしれない

TLE2426の電源電圧に対して取れる電流は

http://www14.ocn.ne.jp/~mi-take/TLE2426VirtualGroundPower/VirtualGroundPow.html#decision

さんが、計算くださっていた。

エネループは規格では1.2Vだがフル充電した実測値は1.4Vちょっとだった

3本直列なので4.2V

余裕を見て±4.5V、許容損失(TA=85℃)が、403mWで流せる電流を計算すると

403mW ÷ 4.5V = （だいたい）90mA
403mW ÷ 9.0V = （だいたい）45mA

になった。

なので、TLE2426でいくことにする（しくじっても発火することはなさそう）

※↑これ多分間違ってます。あとで考える

電池の位置をずらせばギリギリ収まるか？

基板実装用のDCジャックもあるのでもう少し実装方法も考える

レールスプリッター TLE2426

Mixerをエネループで使ってるが、1日ちょっとしかモタないみたいだ

電池の入れ替えがめんどくさいのでここはACアダプタからも給電できるように
改造することにする

ACアダプタ×２というのも気分的に嫌なので前買っておいたTLE2426を使ってみることにする

仕様では±20mAが定格なのでちょっと足りないかもしれない

ちゃんとした消費電流も調べないといけないがテスタのヒューズをとばしてしまっているので発注しておいた

負荷抵抗が220Ωの時

V+, V- 8.97V
V+, GND 4.49V
V-, GND 4.46V

だいたい±20mA流している計算になる

負荷抵抗が47Ωの時

V+, V- 8.00V
V+, GND 4.00V
V-, GND 4.01V

このとき±80mA

絶対定格が80mAなので危険だが、一応やってみた

電流があんまり取れないが部品点数が少なく済むのがメリットだ


電池とACアダプタの切り替えは普通はDCジャックのスイッチでGNDを切り替えるとこだが
電池が3本づつ計6本の両電源なのでちょっとややこしい

6本9Vにしてレイルスプリッターに入れるというのもなんか本末転倒のようで気が進まない

3回路のトグルスイッチで切り替えることにしようかと今のところ考えている

（2014.09.15修正）

• 電池正電源 - GND - OFF
• 電池負電源 - GND - OFF
• OFF       -  DC- - DC+
  
• 電池正電源のプラス － Mixer基板へ － OFF
• 電池負電源のマイナス － Mixer基板へ － OFF
• OFF － 仮想グランド基板へ － DCジャックのプラス

の計3回路

Mixerの消費電力

Mixerを常時スイッチONの状態で連続使用している

新品の状態から大体3日と少しでだめになる
使用後の電圧を測ったら1.0Vぐらいだった

単3のアルカリ電池は2000mAhぐらいらしいので消費電流は

2000mAh / 80 h = だいたい25mA

になるのかな？

この内インジゲータ用の青色LEDに5mAぐらい流してるので

実質20mAだと思う（ヘッドホンは使っていない）


ダイソーでちょうど6本108円で売ってるが
ランニングコストは月1000円ぐらいになるので洒落にならない

なのでエネループで運用することにする

電池を大量廃棄するのもしのびないし

予備も含めて12本必要なのでまあまあいい値段がするが
3ヶ月で元はとれる計算だ

そのうち、ACアダプタと電池駆動を切り替えられるように改造するかも

ヘッドホンで聴くと
ACアダプタが電源だとおっさんの耳でもかなりノイズが気になりますし

Mixer でけた

やっぱPOTが原因でした。

外してハンダ付けしなおしてチェックしてという作業を繰り返すのは
とても時間がかかる

こういうのはもう2度としたくない

最初に抵抗値をチェックしなかったのが悪いのかもしれない

やっぱ怪しいのでこいつらはゴミ箱の刑に処す。

もったいないが再利用はしたくない

そして秋月の二連POTはもう二度と使わない（安いけど）

OPAMPを差し替えて音出ししてるが
特性のいいOPAMPは発振するみたいだ
いわゆるじゃじゃ馬

位相補償なしで1倍以下の増幅はさすがにきついのか

やっぱ安定して働いてくれるのはOPA2134すなあ

Mixer 配線は終わった

泣きそうになりながら配線した。
時間なさすぎ。

うまく動いてくれればこのまま実用できそうだが


どうもボリューム関係がおかしい。
4chあってこのうち1chと3chがおかしい。

片チャンネルの音量が絞れなかったり、音がでなかったり。

追い込んでいくと、どうもPOTの抵抗値があやしい

こいつら

テスターで測ると明らかにRチャンネルだけ変だ。
Lチャンネルはちゃんとしてる

この2chだけがおかしいので、POTの不良なのか？
ハンダ付けの時に熱を入れすぎたか、締めるときに力入れすぎたか
前はシャフトを金ノコでぶった切っても大体平気だったんだが


とりあえず秋月じゃないところで新品のPOTを発注した
交換するかどうかは時間との折り合い

最悪ステレオ2ch＋モノラル1chあればコミケの展示に支障はなさそうなので
今日は手を付けないでおいた

正常なチャンネルで特性を見てみた

アルミケースに入れたおかげでハム音は軽減できた

むき出しの状態だと-95dBぐらい出てたが、ケースに入れたら-110dBぐらいまでになった

15kHzぐらいで出てた謎のノイズもなくなった

ケースえらい！

Mixer ケース加工

部品が揃ったのでケースに穴あけした
所定位置に部品を置いてみたが
ほんとにこれ配線できるのかと不安になってきた

当たり前だが撚り線にすると到達距離がめっちゃ短くなるのに気づいた
と言って基板から出てる線材のハンダ付けのし直しは避けたい

GND線と撚り線にして入力端子からPOTまでつなごうと思ってたんだが
もうちょっと考えて決めることにする

やっぱ基板から出てる線材はコネクタとかピンにしたほうがいいのかなあ

Mixer仮組み

納期（？）に追われて先に余裕ありそうなケースを発注してしまったが
仮組みをしておかないと不安なので組んでみた

基板から出てる線は余裕見て長めにしてたつもりなんだが
電源スイッチと基板の間がどうもギリギリっぽい

業界では手戻りと言って禁じ手だが
なんとかできそうな配線なので
足りなかったら配線しなおしてみる

お金もらってる仕事ならなんとか言い訳して逃れたいところである（＾ｑ＾；

Mixerオーディオ特性計測

部品がしばらく届きそうにないので、念のため入出力をチェックした。

計測システム(笑)

ファンクションジェネレータ

• タブレット： Asus ME173X
• アプリ： Function Generator (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.keuwl.functiongenerator)

ソフトオシロ

• オーディオI/F: TASCAM US-144MKII
• ソフト： WebSpectra (http://www.ne.jp/asahi/fa/efu/soft/ws/ws.html)

結果

入力(Ch-1 L Channel) 1kHz サイン波

-22.41dB
THD: 0.00464%
THD+N: 0.02635%

Line出力(L Channel)

-22.25dB
THD: 0.00513%
THD+N: 0.02921%

Headphone出力(L Channlel) ボリュームを3時の方向で計測

-18.28dB
THD: 0.00739%
THD+N: 0.02208%


Line出力では

-22.25[dB] - (-22.41[dB]) = 0.16[dB]

なので、約1.02倍？
設計値だと0.8倍のはずなんだが、ま、いいか。
入力ボリュームをフルにしてこの値なのでパッシブ・アッテネーターと思えばまあ我慢できるか。

高調波歪は大して増えていない。
関西なので60Hzのハムとその高調波歪が乗っている。
アルミケースに入れたらもうちょっとマシになることを期待。

15kHzあたりのノイズは何かわからないけど、気が向いたら追い込むことにする。

ヘッドホン出力は歪が出ない3時の方向のボリュームで計測

-18.28[dB] - (-22.41[dB]) = 4.13[dB]

なので、約1.6倍？

これ以上増幅率を上げると歪み出すので、電源電圧が±4.5Vだとこのへんが限界なのか

みのむしクリップでバラックで組んでると配線がわけがわからない状態になるので
ケースに入れてからもう少し反省してみる。

Mixerに光明が見えてきた（かも？）

前回のEagleの基板設計でまたミスがあったが
接地用の抵抗は無事ハンダ付けできた。

Eagleのエラーチェック機能もちゃんと使わないとだめかな

全チャンネルの音出しチェックして、周波数応答をとってみたが
まあ大丈夫そうだというレベルだ

ブレッドボードの試作結果と比べると出力が数デシベル上がっているし
ハイ落ちもない

ちょいちょいノイズが乗る時があるのでまたなんかヘマしてるかもしれないが
もう時間がないのでケースに収める方向で考えはじめる

だめだったらあきらめて市販のミキサー買えばいいですし


Line出力のゲインだが
A特性のPOTの中点でゲインが入力＝出力になるように考えてみたら
22kΩにしていたところを68kΩにすればよさそうだ

よさそうなんだが、配線が混みいってるところなので
ちょっと手が出しづらい。

足りない部品（ケースとか）を取り寄せつつもう少しチェックしてみる