音源とオーディオの電子工作（予定）

2015年4月6日月曜日

タブレットのファンクションジェネレータ出力用のLPF でけた＆いろいろ測定

基板は両面テープで固定しようかと思ってたが、ケーブル類がクッションになってずれないので固定していない

電池だけは、その辺にあった緩衝材の切れ端をつめて固定した

↑入出力用のケーブルをつなぐとこんな感じ

ステレオミニプラグ・ジャックを使っているが、回路が1chだけなのでジャックのケース側のRチャンネルの端子には何もつないでいない

2ch構成ならほとんどヘッドホンアンプみたいな感じだ（＾ｑ＾；

ケース内配線図

測定してみた結果

9V電池は新品のにして測定した

VCC: 8.48V
仮想GND: 4.23V (VCCから見ると4.25V 変位-10mV)

Tabletの充電中はノイズがのる

マイクロUSB経由でタブレットに付属のACアダプタ（みたいなやつ）経由で充電すると
出力波形にノイズがのるようだ

充電中

赤色がタブレットの出力、黄色がLPFのOUTPUTジャックからの出力

充電しないとき

充電中は波形にヒゲみたいのが出てLPFを通しても取り切れないようだ

矩形波の出力はきつい

Android アプリのKeuwl Dual Channel Function Generatorで矩形波を出力した

1kHz 矩形波

1kHzでもかなりリプルがのっているし立ち上がり/立下りも80uSぐらいある

波形の線が2重になっているのはジッター（後述）

10kHz 矩形波

10kHzになるとHLとかHHLLとかが順番に出力されてなんとなく矩形波？みたいにしてるんだと思う

周波数の帳尻合わせしている感じだ

20kHz 矩形波

もはや矩形波ではなくサイン波になっている

サンプリングレートが44.1kHzなのでしかたない（＾ｑ＾；

オシロの方もサイン関数で計測ポイントを補完しているらしいがサンプリングレートが50MS/sなので20kHz程度では関係ない

そもそもOWON SDS7102は1GS/sまで出せるので表示サイズの関係で50MS/sまでサンプリングレートを（オシロが勝手に）落としている

矩形波はインパルス関数やステップ関数みたいなのコミで、素直にマイコンのデジタル出力でやったほうがよさそうだ

Arduinoでインパルス波生成（http://dad8893.blogspot.jp/2014/12/arduino.html）

アプリによって出力波形が違う

使いやすそうな2つのAndroidの波形生成アプリで1kHzの矩形波を出力してPCのWaveSpectraで比較した

Keuwl Dual Channel Function Generator

FuncGen

WaveSpectraの表示値でできるだけ同じ値になるようにAndoroidのアプリの出力レベルを調整した

FFTした特性があきらかに違う

矩形波は理屈としては基本波＋偶数の倍音を足していった波形なので（数学的なことはよくわかりません（＾ｑ＾； FuncGenの方が正しい矩形波を出しているような気がする

なんでこんな違いがでるのかよくわからないが（＠＠

いずれにせよ矩形波に関してはどちらも信用しない方がよさそうだ

ジッター

動画で見ないとわからないとおもうのでキャプってYoutubeにあげた

キャプチャーソフトのフレームレートが少ないのでわかりずらいかもしれないですが波形が左右に揺れている

ジッターがFuncGenの方が少ない感じがするのでWaveSpectaraでFFTした特性の違いは
波形の揺れの影響もあるのかな？

ジッターは1kHz矩形波のキャプ画で見てもリプルの1波形のずれみたいだ

100uS/divなのでずれは20uSとプラスちょっと

1/20uS = 50kHz

なので周波数に直すと50kHzとマイナスちょっと

サンプリングレートの44.1kHzで誤差が現れてるいるような感じです

アナログフィルタなら矩形波の立下りが~~右肩下がりになまるはずなのに~~ 立ち上がりを左右反転したみたいにオーバーシュートしてる感じになっている

<追記:2015.04.11>アナログフィルタなら立下りは「し」みたいな感じになるのか</>

デジタルフィルタならこういう特性になるのかな？

先読み処理できればこういう波形も作れそうだが・・・

ま、Andoroidアプリの矩形波は闇が深そうなのでいったん切り上げます（＾ｑ＾；

OPA2134とNJM4580の差

OPA2134とNJM4580を差し替えて1kHzの矩形波出力した

あやしいKeuwlの方ですがやっと差がでました（＾ｑ＾；

NJM4580

OPA2134

タブレットからの出力はだいたい22kHzまでなので20kHz以上はばっさり切れていた方がいい

FFTした周波数特性を見ると20kHzより上に注目するとOPA2134は-120dB程度で抑えられているがNJM4580は-110dB程度まで高調波歪っぽい波形が現れている

ノイズが増えているという感じではなくて高調波歪っぽいので
音楽を聴くときにどっちがいいかわからないが
今回は計測器として使うのでOPA2134を採用することにします

2015年4月4日土曜日

タブレットのファンクションジェネレータ出力用のLPF 製作途中

半日ぐらいで終わりそうなので基板のはんだ付けをした

基板設計図は多少変更

OPAMPをOPA2134とNJM4580に交換して波形を見てみた

NJM4580

OPA2134

ブレッドボードで実験した時は仮想GNDの電位がかなりずれていたが
ユニバーサル基板で組んだら、電源のデカップリング用のCを220uFから100uFに下げたにもかかわらず電位のずれが減った

前のブレッドボード図を見ると配線がおかしかったところがあった

これが原因かも（＾ｑ＾；

WaveSpectraで歪率の測定

NJM4580

OPA2134

単一のサイン波だとほとんど変わらないなあ・・・

透明な小さなケースにもなんとか収まりそうだ

タブレットのファンクションジェネレーターのアプリは2ch出力できるが
スペース的に2ch入れるのはきつそうなので今回は1chのみのフィルター＆増幅回路としておきます

ソフトオシロで計測したりヘッドホンで音楽を聴く分にはこんなフィルターはいらないかもしれないが
（オーディオインターフェイスやヘッドホンが自然とLPFとなってくれる）
オシロに入力するための隙間的デバイスということで（＾ｑ＾；

ケースに穴開けて完成させてから矩形波やノコギリ波でももう少し確認してみたいと思います

2015年4月1日水曜日

タブレットのファンクションジェネレータ出力用のLPFの設計

「タブレットから波形出力」→「実験回路」→「オシロスコープ」とか
「タブレットから波形出力」→「実験回路」→「オーディオインターフェイス」→「ソフトオシロ」
という構成はフィルターみたいな入出力を必要とする実験回路のテストをするためには便利だ

なのでまじめに追い込むことにした

10uHのインダクタで縛ってしまうとRCLフィルタの共振周波数は

f0 = 1/(2*pi*√(L * C))

になるらしいので、Excelでシミュレーションしてみた

1uFのフィルムコンデンサを買いだめしているのでこれを使って
50kHz前後でカットオフする方向で実験した

LTSpiceでシミュレーション

この回路構成だとRの値を変えるとQ値が変わって50kHz前後の挙動が変わる

できるだけ20kHzあたりまで影響を与えないで前回やったように1MHz前後に出ている高調波歪を切りたいのでRは6.8Ωから5.6Ωの間ぐらいがよさそうだ

L1に使う10uHのインダクタをLCRメーターのDE-5000（http://dad8893.blogspot.jp/2014/05/lcr-de-5000.html）で特性を見てみたが、ESRは1kHz～100kHzまで0.05Ωぐらいだったのでこれは無視できるレベルだと思う

手持ちのRでちょうどいい値のものがないので10Ω×2で5Ωにして実験