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PT2399 の実験(3)

2016/04/06 20:38
あれから放置していた PT2399Delay 回路のまとめです.
某販売店からキットで出ている回路の定数を変えるにとどめています.
(元はギター用なので、前述のクセのないフラットな周波数特性にしました)

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オマケとして遅延時間の電圧制御を試してみました.
Time VR の代わりに pcm1723 氏の「ベース結合型アンチログ回路」を使って電流を引っ張っています.
試作は、手もとに 4.7MΩ の抵抗がなかったので、2.2MΩ を直列にしています.
トランジスタは全て 2SC945 です.
1kΩ は、+3300ppm/℃ の抵抗で温度補償しています.

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制御電圧とクロック周波数の関係をグラフ化してみました.

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高い周波数で不安定になっているようですが、10MHz 以下で使うことが多いので問題ないでしょう.
分圧比を変えて、もう少し感度を下げたほうが使いやすいかも知れません.
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XR2206 VCO の実験(2)

2015/10/11 21:57
XR2206 の三角波出力をシンセでよく使われるノコギリ波にしてみました。

方法は、下図のように XR2206 の三角波と方形波を使って、ノコギリ波を作ります。
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三角波[1] の信号を 方形波[2] の「H」の期間に反転、[1] の上昇する電圧を下降させると周波数が倍になったノコギリ波[3] ができます。
この [3] に、方形波[2] を加算し、周波数の合ったノコギリ波[4] を作ります.

PCM1723 氏は、この方法を XR2206 の内部機能だけで実現されましたので、同様に抵抗と半固定VR を使って試させて頂きました。
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実際に作ってみると、三角波のレベルや傾きなどが変化するので、つなぎ合わすのに少し手間取りました。
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あと、指摘どおり、合わせている部分を拡大して見ると、少し(250nS 1V 程度のみ)glitch が出てました。
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ノコギリ波と三角波と切り替えるには、マルチプレクサIC を使えば実現できそうです。
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XR2206 VCO の実験(1)

2015/10/10 18:11
手もとにあった発振用IC XR2206VCO を作り、マイコンを使って周波数(周期)を測ってみました。

先ず、マイコンの Atmege328P に、参考にさせて頂いた PCM1723 氏と同じく、USB シリアル変換モジュールをつないで Arduino モドキをでっち上げ、ソフトウェアを書き込みました。
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測定結果は、PC のターミナルソフト Tera Term で読み取り、Excel でグラフ化しました。
また、指摘されていた様に 30 - 50 Hz 付近で glitch が出て(出力波形の立ち上がり部分に切れ目が入り)周波数の値が倍になったため、コンデンサを入れて鈍らせています。
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VCO は、Thomas Henry 氏の XR-VCO 回路です。
電源電圧は、±12V にしました。
高域補整は入れていません。
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ざっくり作った割りには?、予想以上の結果が出ました。
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PT2399 の実験(2)

2015/09/17 23:13
PT2399LPF を組み付けました。

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シミュレーションの結果です。

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青線がフィルタの最終出力です。
CR が 5段(5次)なので、-30dB/oct を確保しました。

製作には、手許に有ったキットの基板を利用しました。
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実際の周波数特性です。
設計どおり、フィルタが効いているようです。
遅延時間を決める VCO の抵抗を 1kΩ100kΩ で比べてみました。
前回と同じく、100kΩ では、6KHz 以上は出力されません。
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同様に入力信号 1kHz, 2kHz, 4kHz, 8kHz を見ました。

VCO 抵抗: 1kΩ のとき
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VCO 抵抗: 10KΩ のとき
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VCO 抵抗: 22KΩ のとき
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VCO 抵抗: 47KΩ のとき
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VCO 抵抗: 100KΩ のとき
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実際の音を聴いてみましたが、原音をミックスしているせいか、思ったほど籠もった音にはなりませんでした。
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チョッパー式フィルタの実験

2015/09/14 17:01
アナログ遅延素子 BBD が全盛の頃、伝達時に発生するノイズを取り除くために用いられたローパスフィルタの話しです。
ほとんどカットオフ周波数は固定でしたが、少しでも通過帯域をかせごうと BBD のクロック周波数(遅延時間)に追従した可変フィルタのものもあり、「チョッパー式フィルタ」とか FCF (Frequency Controlled Filter) などとよばれていました。
(日本国内の特許 1254705 号にもなっています)

回路は、RC (抵抗、コンデンサ)で構成するフィルタの抵抗部分を可聴周波数以上の高速でスイッチング(チョッピング)し、見かけ上の抵抗値を増やそうという考え方で、コンデンサのほうを切り替える流行の?「スイッチトキャパシタ」とは違います。
たとえば、スイッチングする ON / OFF の比率を同じ(duty 50%)にすると、全 ONduty 100%)の時に比べて総合的に半分しか ON の時間がないので、抵抗値が倍になったようにみえます。
制御は、クロックの周波数(周期)を一定にして ON の時間を変えるか、ON の時間を一定にして周波数(周期)を変えるかですが、BBD などではクロックの周波数に追従させるためにワンショットマルチ(微分回路)で一定の ON の時間を生成した後者が用いられていました。

そこで今回は、マイコン(AVR ATtiny44)でクロック信号を作りました。
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マイコン内部のタイマ/カウンタ 1PWM 機能を利用しています。
回路図とソフトウェアは割愛しますが、DIP-SW を読み取って周期を切り替える、いたって簡単な内容です。

出力波形は、画像のとおり(「1」〜「5」)です。
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"H" の期間を 1uS で一定させて、全体の周波数を 40kHz から 800kHz 内で切り替えています。

次にフィルタ部ですが、切り替え用のアナログスイッチ IC に 4016 が無かったため、手許に有ったマルチプレクサの 74HC4052 を使いました。
+5V の単一電源で動作させています。
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フィルタの構成は、2次のサレン・キー型ローパスフィルタです。
フィルタ部の RC が2ヶ所あるので、アナログスイッチも2回路使います。
ブレボでの実装のせいか、スイッチの OFF の期間が長いとハム音が強く出てきたので、ONOFF の論理を逆にしました。

クロック信号を「1」〜「5」に切り替えての周波数特性です。
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クロック信号の "L" の期間でスイッチが ON となるので、設定「1」が他の設定より見かけ上の抵抗値が下がり、高い周波数まで通ります。
(「1」のバアイ、高域で折り返しノイズが発生しました)
全体的に平坦部で少しレベルが変わるものの、素直な特性でした。

また、フィルタ部の R4R5 の値が低すぎると、2次歪が増えるので、ピンポイントが有るように思えます。
それに伴って C3C4 の値も変わります。
このあたり、アナログ回路の泥臭い!ところ?といえるでしょう。
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PT2399 の実験

2015/09/06 09:17
話題になった、エコー処理 ICPT2399 をちょこっと使ってみました。

IC の構成は、入力されたアナログ信号を A-D コンバータでビットストリームにデジタル変換し、内部の 44kbit RAM にためこんだ後、 D-A コンバータで再びアナログ信号に戻し、遅延時間を生み出しています。
BBD を連想させますね)
また、クロック発生の VCO も内蔵されていて、接続する抵抗値で遅延時間が可変出来るようになっています。

データシートに内部のブロック図が載っているので参考になりますが、実際の動作はどうなのか、先ずフィルタを組まずに調べてみました。

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遅延時間を決める VCO6番ピン)の抵抗 Rx1kΩ から 100KΩ までいくつか変えて、CLOCK_O5番ピン)のクロック周波数の変化をグラフ化しました。
周波数は約 20MHz から 60kHz くらいまで変化するので、遅延時間は約 40mS から 1000mS ほどです。

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MOD から COMP へと DEM からの平滑用コンデンサは、0.047uF としました。
積分回路を構成しているので、値を変えると高域の遮断周波数が変わります。

入力信号を 20Hz から 20kHz までをスイープした周波数特性です。
VCO 抵抗が、青: 1kΩ ,緑: 22kΩ ,黄: 47kΩ ,赤: 100KΩ のとき)
グラフではノイズを描いてますが、100KΩ では、6kHz 以上は出力されません。

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つぎに、入力信号を 1kHz, 2kHz, 4kHz, 8kHz と固定周波数に変えて、歪みや雑音成分を見ました。

VCO 抵抗: 1kΩ のとき
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VCO 抵抗: 10KΩ のとき
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VCO 抵抗: 100KΩ のとき
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ざっくりと特性が判りましたので、フィルタを設計する時の参考にしたいと思います。
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若気の至り 「山下シンセ」の製作

2014/12/29 18:51
シンセサイザー製作のきっかけは、当時の製作記事.
特に、『初歩のラジオ』の19771月号から連載された山下春生さんの記事が判りやすくて、製作の原動力になりました.(後に「山下シンセ」と呼ばれます)

先ずは、電源部の製作から始めました.
当時まだ三端子レギュレータも出始めの頃、モトローラ製はピンが金メッキされていました.
これで簡単に ±15V が確保できました.

次は、実際に音が出したいので記事の順番どおり VCO にかかりました.
ユニバーサル基板でいくつか作った後、基板を起こしました.
実際に製作を始めた頃、記事では LFO 辺りまで行っていたので、低域で安定動作するように VCO にも FET をかましています.
アンチログ部のオペアンプはイイ物?を使うと異常発振を起こし、オシロで見るとノコギリ波に細かなサイン波が乗ることがありました.
あ、波形確認のオシロは、TRIO CO-1303D です.
(今も健在でラックの角に鎮座しています)
波形から想像できなかったのが Sync の音.凄く衝撃的でした.
奮発して 2-VCO にした甲斐がありました.
波形整形も LFO 同様 FET とダイオード圧縮変換のサイン波まで試しましたが、その基板が見つかりません.
そんなこんなで、実際に組み込んだ基板とパネルです.
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パネルのデザインは、お気づきのように当時憧れだった RolandSystem700 に似せています.
(当時、シンセのカタログも大阪に出向いたりしていろいろ集めました)

次に、VCA.
記事には動作原理も解説されていましたので、良い教材になりました.
この頃、デュアル型のオペアンプが入手し易くなってきたし、Bi-FET なオペアンプがいくつかのメーカから出て来たりして VCA でも LF356 を使っています.
実際に連載に気付いたのはこのあたりで、電源部と VCO の記事は出版社のコピーサービスで取り寄せました.
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やはり電圧制御となると ADSR を試してみたくなります.
Dual EG を一気に作りました.
使用している部品もスチコンとかタンタルとか贅沢です.
IC もオリジナルメーカーにこだわった(つもり).
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これで連続した発振音から楽器らしい音になり、ずいぶん楽しみました.
サイレン音を出したら家人から怒られたり..(苦笑)

このあたりで、2接点のキーボード(伸光の44鍵)を買ったのですが、探しても見つかりませんでした..
未だ抵抗も並べておらず、新品同様だったはず.

実は、TK-80 を持っていたので、この頃 2ch CV/Gate のシーケンサを作って、何曲か打ち込んで自動演奏させています.
(順番が逆??)
参考にしたのは、『I/O』の解説記事だったと思うのですが、またの機会に探してみます.
(そんなわけで、後に MC-8 が出てもあまり驚きませんでした)
シーケンサもこのあと 6502 マイコン用の 8ch 版を作りましたが、画面上の入力ソフトまでテが回らないまま、お蔵入りになってしまいました.

話しを戻して、次に VCF です.
ここでも出始めた TL072C を使っています.
基板は、加工が容易なグリーンエポキシに替えました.
(上京の折、マルカで買ったと思います)
VCF をつなぐと、一気にシンセらしい音になりました.
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つぎの LFO の部品も揃えてパネルレイアウトも考えていたのですが、いろいろ有って?このあとは「絵に描いた餅」状態で30年以上寝かすことになります.
今回、撮影用にモジュールをひさしぶりに木枠から外しました.

なんか古い作品を引っ張り出して、思い出話になってしまいました.
来年は、Analog2.0 も含めて、少しずつでもアナログシンセを作って行こうと思います.
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DSPエフェクタモジュールのまとめ

2014/10/22 20:11
仕掛かりだったDSPエフェクタモジュール回路をブレッドボードを空けたいこともあって基板に組み込みました.

基板は、秋月のBタイプ(95×72mm)を使い、次のように「表示/操作基板」と下段の「アナログ基板」に分けました.
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「アナログ基板」の背面にDSPエフェクタモジュールが付きます.
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「アナログ基板」の部品配置です.
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ウラの配線.スルーホールを利用して両面を使います.
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DSPエフェクタモジュールを合体.
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基板の配線が済んで、「表示/操作基板」と合体.
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通電チェック.うまく表示されました.
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続いて、音声ケーブルを付けてオーディオチェック.
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1KHz 入力、"effect off" でのノイズの分布です.
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100均のppケースを用意しました.ちょっと大きめ.
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おさめてみると、こんなカンジになりました.入出力がクロスしたので後でジャックの位置を入れ替えました(苦笑)
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電源として使用するACアダプタも余裕でケース内におさまります(笑)

ちょいとゴチャつきましたが、回路図です.
「アナログ基板」
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「表示/操作基板」
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これで一段落です.
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【訂正】

2014/10/09 18:45
「DSPエフェクタモジュールの表示部(2)」で、液晶モジュール電源ピンへの配線が間違っていましたので、回路図を修正して差し替えました.
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ATmega1284P への換装(2)

2014/09/25 23:37
ふと、自作資料を読み返してみると、変換基板のピン番号の割り振りが、思っているのと違っているのに気付き、嫌な汗が噴き出ました(苦笑)
調べてみると、空きピンだと思って GND に落としていたピンが、なんと、Reset でした(爆)
何を思い違いしてたのでしょうね..

で、変換基板上のパスコンの配線を修正.
ついでに、ISP を標準の?6P に変更しました.

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変更後、Atmel Studio 6.2 と、先日購入した Ateml ICE Basic で、デバイス情報を確認しました.

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その後、実際に mega1284P 版に変更したソフトを書き込んで動作させてみると、うまく音が出ました.
割込みクロックの周期が合っていないのか、1オクターブ?ずれてしまいましたが..

次回は、本格的に ICE を使ったデバッグに挑戦したいと思います.

やれやれ..
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シモンズ5型(VCO 編2)

2014/09/25 23:09
気になったので、オリジナルな 1458 でも調べてみました.
VCO の入力電圧の設定に、今回は、ブレボ上の半固定 VR ではなく、素早く設定が出来るように「シグナルソース」を引っ張り出しました.
(電圧源だけでなく電流源としても使えます)

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8V を出力しているところ.

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1458 は、いくつかのメーカのものを用意しました.

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で、取っ替え引っ替えした結果です.
LF353 > RC4558 > RC1458 の順に、周波数との直線性も出力電圧の変動も特性が悪くなっています.
予想どおり、というか、カタログのスペックがそのまま反映される結果になりました.

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ただ、実際にこれらの特性がどう聞こえるのか、次に予定しているエンベロープ回路との組み合わせが楽しみです.
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シモンズ5型(VCO 編)

2014/09/15 21:08
AVRマイコン換装時のクロックの発振状態がよろしくないようなので、動作確認用の部品が来るまで、「シモンズ5型」回路を実験してみることにしました.

まずは、電圧制御発振回路 VCO をブレッドボードに組みました.

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電源は、±12V で動作させました.

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オペアンプは手許に LF353NRC4558DD が有ったので、差し替えて、特性を比べてみました.

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グラフの横軸が入力電圧、縦軸の左が出力周波数、右が出力電圧の目盛りを振りました.
特性線は、青系統LF353N赤系統RC4558DD です.

周波数に関しては、RC4558DD は入力電圧が高くなると、発振周波数が延びなやみ詰まっています.
ただ、LF353N のような高域まで比例特性を保ったほうが良いのか、実際に音を出してみるまで判りません..

出力電圧に関しても、RC4558DD では変動が大きくなりました.
この変化も VCFVCA を通ったあとの聴感上で如何聞こえるのか楽しみです.

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ATmega1284P への換装

2014/08/24 23:47
新しい変換基板に ATmega1284P を載せました
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今回は、パスコンにラジアルリード型でなく 2012 サイズのチップコンデンサを使いました
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下の水晶発振子も 20MHz に変更したので、次回は通電してソフトウェアの変更です
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ヘッダーピンの切断

2014/08/22 20:44
長く連なっているヘッダピンを切断(折る)時にうまくいかず、隣のピンをダメにしてしまう事が多々ありました

話しのついでに?調べてみたところ、なにやら剪定バサミがイイとのこと
さっそくポチったのが届きましたので、使用感などを書き留めておきます

品物は、こちら
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赤いから3倍.. (そんなことはないです)
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刃の先端部分
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ちょいと斜めから見た
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両刃を下のプラスチックの台で受ける ってカンジでしょうか

実際に、ヘッダピンを切断してみると..
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宣伝文句どおり、難なく軽い力で「プチッ!」と切断出来ました
気になっていた切り口もさすがに両刃切り、ほとんど跡が残りません
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参考までに、いままでのニッパーです(苦笑)
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ATmega32 からの換装

2014/08/21 09:56
データシートを何気に見ていて現在 AVR シンセに使っている ATmega32 ATmega1284 のピン配置がほとんど同じであるのに気付きました
換装すると
プログラムエリアのフラッシュメモリが 32kB128kB
SRAM 2kB16kB
EEPROM1kB4kB
クロック周波数が 16MHz → 20MHz
と、一気に増えます

以前使ってた変換基板もあまっていたので、前回同様に実装します

AVR シンセから基板を取り出して、作業開始

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画像左下が、ATmega1284P です
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温故知新(1)

2014/06/21 22:46
特許のページから昔の回路をながめてみましょう.

先人さんたちが、今までにいろいろ考案されています.
製品に使われた回路やボツになった回路、見ていて飽きません..

今回は、(R社の)
シンセサイザーのエンベロープ回路を取り上げてみました.

http://www.ipdl.inpit.go.jp/Tokujitu/tokujitu.htm
の 「1」特許・実用新案公報DB より 「文献種別 」と 「文献番号」 を入力します.

A 1979-102117 エンベロープ形成回路
A 1979-123020 エンベロープ形成回路
A 1980-012901 エンベロープ形成回路
A 1980-155396 VCA を用いたエンベロープ形成回路
U 1979-118134 エンベロープ形成回路
U 1980-087587 包絡線制御回路
U 1981-013296 エンベロープ信号発生回路
U 1981-102593 電子楽器のエンベロープ信号発生装置

他にも見つかると思います.
時間の有る時にまた..
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DSPエフェクタモジュールのアナログ回路(1)

2014/05/01 16:01
取り急ぎ、ブレッドボードに組んでいる試作を回路図にまとめました.

構成は、モノラル入力でステレオ出力です.
原音をそれぞれのチャネルに 1 : 1 でミックスしています.
(スイッチで mute するとモジュールからの出力が無音となり原音のみになります)

電源は、5V 単一で、手許にあったレールスプリッタ IC で「擬似 GND」を作りました.
オペアンプは、NJM272D を使ってます.

効果(エフェクト音)によってはレベルが大きくなることが有るようなので、ボリュームを付加したいところです.

効果切り替えのロータリエンコーダもチャタリングから1クリックで2つ進んだりするので、フィルタの付加など工夫が必要です.

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DSPエフェクタモジュールの表示部(2)

2014/04/21 19:19
表示部分を7セグメントLED から16文字×2行の液晶表示に変えてみました.
DSP モジュールからの信号をマイコン ATtiny44 で受けて、液晶モジュールを制御しています.
DSP モジュール内部にはもともと液晶モジュールをドライブ出来る機能があるのかも知れませんが..)

回路は、以下のとおりです.
液晶モジュールはバックライトが赤色のタイプを選び、シリコンダイオード1本で電圧を下げています.

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プログラムは文字データが多いので、ROM エリアの利用率は 98.5% とほぼ使い切ってしまいました.
ハードウェア的にもピンをほとんで使っていて、双方ともギリギリで収まったといったカンジです.

これで、ひとまずどんなエフェクトの処理になっているか、判るようになりました.

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次回は、アナログ回路をまとめたいと思います.
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DSPエフェクタモジュールの表示部

2014/02/10 23:50
資料によると、モジュールからは 74HC595 で受けるように SPI(3線シリアル)で表示データが出力されています.

 Pin 7 - STB (Latch out)
 Pin 12 - DATA (Data out)
 Pin 13 - SCK (Clock out)

そこで、ロジックアナライザを使って実際のデータを調べてみました.
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何やら2種類の 16bit データを繰り返し出力しています.
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解析してみると、[ 27 ] や[ 29 ] が表示される時は、16進表記で

0E, 5B = [ 2 ]    0D, 07 = [ 7 ]
-------------------------------
0E, 5B = [ 2 ]    0D, 6F = [ 9 ]

と、上位8ビット
0D (00001101) で一の位、
0E (00001110) で十の位を切り替えています.

下位8ビットは、それぞれ7セグメント ( a, b, c, d, e, f, g, dp )に対応しています.

という結果で、資料に描かれている回路図では HC595出力論理を反転しないと表示されないことが判りました.

そこで、7セグメントLED をアノードコモンからカソードコモンに替えて、回路図を描き直しました.
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実際に製作して表示させてみました.
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ロータリーエンコーダのスイッチを押して Mute した時は、dp だけになります.
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でもやはり、数字だけではエフェクタの処理が分かりづらいので、マイコンで受けて液晶(文字)表示にしたいところです.
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DSPエフェクタモジュールの試食

2014/02/05 19:58
ごぶさたしてます.
ブログの再開です.

Analog2.0 も次の VCA からなんですけど、エフェクタ用の DSP モジュールが手に入ったので、少しいじってみることにしました.

型番は BTSE-99FX で、99種類のエフェクト処理が出来るようです.
(ギャレットさんで¥3,300 でした)

ネット上には製作例が上がってなくて、「人柱」かな?
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資料として上がっている内容がどうも不親切、どこまで使えることやら..

先ず、資料のピン番号の振り方と実際のピン番号が違っています..
資料では CN1CN3 に分けて、それぞれに 1 から 8 までの番号を振っていますが、実際のモジュールでは 1 から 16 までの通し番号になっています.

「ま連番だろうな」とエイヤで組み上げてしまいました.
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入出力部分に使った OP アンプは NJM2732D で、単電源(5V)にレールスプリッタの TLE2426CLP でゲタをはかせています.
増幅度は×1にしました.

エフェクト効果を切り替えるロータリエンコーダは、2色LED付スイッチ付で、ブレボのピッチに合う変換基板を使っています.

表示部分は、HC595 で受けるように SPI で出ているようで、ここは後で調べます.

で、電源オン!
音声信号を入力すると、何やらリバーブ音が出ました.
ロータリエンコーダを回すと、いろんなエフェクト音に切り替わりますが、表示部が無いので手探り状態..
音質は悪くありませんし、残響によっては、ステレオ効果も出ているようです.

ロータリエンコーダのスイッチを押すと、ミュートで音が切れます.
資料の回路図には描かれていませんが、今までの遅延素子同様、原音と効果音をミックスするのが良いようです.
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