Antilog-NPNO Ver.1.2の製作 SawVCOと結合

Antilog-NPNO Ver.1.1の問題点を改善したVer.1.2を製作しました。

回路図

基板図

改善点

• CV直入力の端子を設けた。
• BIASとScaleを設定するトリム(RV3、RV4)を横型にしてラックにマウントした状態でも調整しやすくした。
• SawVCOと接続するコネクタを後ろ側にまとめ、配線しやすくした。
• トランジスタ差動ペア(Q1、Q2)の間隔を狭め熱結合しやすくした。
• 基板取付POT(RV1、RV2)のフットプリント(1-2-3)が逆だったのを修正。
• BIAS値を測定するテストポイント(TP_ADJ)を設けた。
• 基板上にVIAを開け表裏のベタGNDのインピーダンスを下げた。

などです。

また、R15に温度補償抵抗(3300ppm/℃)を用い、Q1、Q2、R1をエポキシ接着剤(コニシ/クイック5)で熱結合しました。

OPアンプはFET入力のNJM072Dを使用しています。

プリント基板

パネルに取付

SawVCO Ver.1.0(左)とAntilog-NPNO Ver.1.2(右)

ERK01にマウント

ラックにマウントして簡単に調整してCV対出力周波数を測定しました。

CV=0V

CV=1V

CV=2V

CV=3V

CV=4V

CV=5V

CV[V]	Code	理論値[Hz}	測定値[Hz]	誤差[Hz]	誤差[%]
0	A0	55	52.1	-2.9	-5.3%
1	A1	110	108.9	-1.1	-1.0%
2	A2	220	222.4	2.4	1.1%
3	A3	440	454.3	14.3	3.3%
4	A4	880	928.8	48.8	5.5%
5	A5	1760	1912.7	152.7	8.7%

Scaleが少し広いようですが、Ver.1.1より調整しやすくなりました。もう少し追い込めるかな？

メモ

RV1、RV2の位置がラックの上面に対して下すぎるのでパネル上面がやや間延びしています。POTの位置を上にずらすか、基板の外形に切り欠けを入れるか。

SawVCO(アナログVCO)とNucleo-DCO(デジタルVCO)の出力波形の比較

VCOとして使っているNucleo-DCOと今回製作したSawVCOの出力波形を比較しました。

Nucleo-DCOの筐体

ホコリ被っていますw

Nucleo-DCOの主な仕様は、

• Nucleo F767ZIベース
• 内蔵12bitDACより出力
• サンプリングレート62.5kHz
• 6次ベッセル特性VCVS LPF(fc=20kHz)

ノコギリ波@110Hz(A1)を出力し、Behringer UMC404HD(32bit/192kHz)に入力してWaveSpectraでFFTしました。

SawVCO

Nucleo-DCO

Nucleo-DCO LPFなし

スペクトラムを比較するとアナログVCOのSawVCOの綺麗さがひときわ目立ちます。帯域が高周波数まですっと伸びており、倍音の間の谷の部分が30dB程低くなっています。

SawVCOとNucleo-DCOでは、同じノコギリ波でもVCFやVCAを通すと質感が異なりますがこの周波数特性が影響しているのだろうと思います。正直ここまで違うとは思っていませんでした。

 

SawVCO、Antilog-NPNO ユーロラックにマウント

調律(V/Oct)がうまくいかないままですが、SawVCOとAntilog-NPNOをERK01にマウントしました。

音出ししてみると、音源が単一であれば音程が狂っていてもそれなりに聴こえます。VCOとしてデジタル音源のNucleo-DCOを使っていましたが、アナログ音源のSawVCOにすげ替えると質感が異なることがわかりました。1VCOでも低音域では野太い音がします。音程の問題はまだ残っていますが、Moogっぽいベース音源として使えそうです。

ラック・マウント用パネル

SawVCO、Antilog-NPNOともHP6(横幅30mm)で加工しました。いつもより薄型です。

出力波形

パネル上のFine/Coarseつまみで周波数を調整できます。CV=1Vとして約55Hz(A0)になるようにつまみを調節して測定しました。

LinFMにサイン波を入力して周波数変調しました。変調波が基本はより低周波数の場合、変調波の電圧に対して基本波の間隔が伸び縮みし、周波数が変調されているのがわかります。

変調波=100Hz

変調波=10Hz

基板上の部品配置

ラックにマウントするとV/Octのスケールを設定する多回転トリムが回しにくい位置にあります。横型の多回転トリムにしてもう少し後ろ側に移動すればマウントした状態でも調整できそうです。

テスト実装のためQIピンを使いましたが、背が高くキツキツです。右隣のTLF01の基板で使ってるJST/XHコネクタは圧着が少しむずかしいですが、コンパクトで背も低くて便利です。普通のピンソケットやQIピンのメスも挿せるのでよく使っています。

基板間配線用の端子は横型(L字)にしてラックに対して後ろ側にまとめれば、すっきりと配線できそうです。

 

SawVCOとAntilog-NPNO PCB版を結合

プリント基板で製作したSawVCOとAntilog-NPNOを結合しました。

この回路はAnalog2.0を元に実験させていただいております。

Analog2.0 https://gaje.jp/analog20/

テスト接続図

SawVCO 回路図

Antilog-NPNO 回路図

Antilog-NPNOの仕様を決めるときCVを直に入力する系統を忘れていて、テストではModulationに入力し、Mod_Level(POT)を最大にして測定しました。

V/Octですので1V毎に出力波形(ノコギリ波)の周波数が1オクターブ変化します。入力電圧対出力周波数の割り当ては以下のようにしました。

入力電圧	出力周波数	音階
0V	55Hz	A0
1V	110Hz	A1
2V	220Hz	A2
3V	440Hz	A3
4V	880Hz	A4
5V	1,760Hz	A5

まず基準となる周波数を2V→220HzとしてAntilog-NPNOのRV3(Input_Adj)でバイアス値を調整、その後入力電圧を変化させて出力周波数が音階に合うように、Antilog-NPNOのRV4(Amplitude)を調整しました。

しかし実際にやってみると、この調整は非常に難しいです。出力周波数がなかなか安定しません。クラシカルな「楽器」の製作と調律を行っているような感じです。

IN = 0V →   69.4Hz

IN = 1V →  123.6Hz

IN = 2V →  223.6Hz

IN = 3V →  402.7Hz

IN = 4V →  712.9Hz

IN = 5V → 1260.5Hz

Analog Discovery 2を使っているので、測定環境はかなり恵まれていると思いますがそれでも難しい。特に指数関数の底の調整幅が小さく1V/Octに届きませんでした。

ADCでCVを拾ってデジタル処理したほうがはるかに楽に正確なVCOを製作できますが、これもまた経験です。

今回はひとまずこのまま音出し(ラックにマウント)までやってしまうつもりです。

改善策

指数関数の底を決めるRV4+R12の調整幅を大きくする。

廉価版の多回転トリムを使っているので、高品質なものに変更。

Q1、Q2、R13を熱結合する。

アナログVCO SawVCOの製作 その2

テスト実装しました。

アンチログ回路はAntilog-NPNOのユニバーサル基板版でテストしました。

SawVCO 回路図

Antilog-NPNO 回路図

OPアンプ: TL072IP

電源: ERK01_PSU ±12V

Cutoff POT: 10kΩ/B

出力電流はAntilog-NPNOのR14(1kΩ)の端子電圧を測定して求めました。

入力電圧: 10.05V

VR14=253.5[mV]→Ictrl=253.5[uA]

fO=5.4113kHz

入力電圧: 0V

VR14=48.7[mV]→Ictrl=48.7[uA]

fO=1.0765kHz

入力電圧: -10.05V

VR14=9.4[mV]→Ictrl=9.4[uA]

fO=206.48Hz

Vppは測定値は15V程度になっていますが、ノコギリ波の山の部分にひげが出ているためで、振幅はシミュレーションと同じく±5V程度になっています。

出力周波数は、200Hz～5kHz程度です。出力周波数はSawVCOのC8の値やアンチログ回路の吸い込み電流などで変更可能です。

Liner_FM変調

菊水Model459から正弦波を出力し、SavVCOのLiner_FMに入力して変調をかけました。

ch1:出力 ch2:入力(Liner_FM)

アナログVCO SawVCOの製作

Analog2.0のVCOを参考にしてノコギリ波出力のVCOを製作することにしました。

参考

「Analog2.0 Wiki」

以前、VCOのコアの部分をブレッドボードで実験しました。

「Analog VCOの構想 のこぎり波編」

「Analog VCO のこぎり波編 ブレッドボードで実験」

実製作前にあらためてブレッドボードで動作確認をしました。

シミュレーション回路

出力波形

出力は±5Vのノコギリ波です。

ブレッドボードで実験

ブレッドボード図

ブレッドボードでの実験はアンチログ回路は以前ユニバーサル基板で製作したAntilog-NPNOを利用しました。

PCB製造

アンチログ回路は他の実験でも使えるように、ノコギリ波VCO回路本体とアンチログ回路を別基板にしました。

今回はPCBgogoに製造を依頼しました。fusionPCBと比べるとPaypalの利用代が$2かかりますが、トータルの金額ではほとんど差はないと思います。製造品質も主にスルーホールの部品を使うような場合は特に気になる点はありません。

配送はOCSで2968円、到着まで7日でした。

メモ

SawVCOのC1のシルクの位置が見にくい。

端子類の「G」表示位置がわかりにくい。