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■NJM2073ギターアンプ
ミニギターアンプとしてはLM386を使用したスモーキーアンプが有名です。私も自作したものを使っていたのですが、大きい音を出そうとするとどうしても歪んでしまいます。そこで、ある程度大きいクリーン音が出るミニアンプを自作することにしました。一応ミニサイズということで、卓上に置けて9V電池駆動可能なものにします。
まず電力効率がよいD級アンプを考え、PAM8408というICを試しました。しかしギターを繋いでみると、過大入力時にミュートがかかるらしく音が途切れ途切れになりうまくいきませんでした。他にもいろいろとD級アンプICはありますが、新たに購入するのが面倒だったので、昔何かのついでに買っていたNJM2073Sを使うことにしました。
NJM2073は、LM386と同程度のゲイン・出力の回路が2つ入っているパワーアンプICです。TDA2822という互換品もあります。BTL動作だと9V、8Ω負荷で3W以上出力がありそうです。スピーカーは出力に余裕があるものがよいだろうと思い、秋月電子の8Ω10Wのものにしました。
▽回路図
簡単なオーバードライブ回路を前段に入れてスイッチで切り替えるようにしています（※トーンを上げすぎると発振するかもしれません）。プリアンプ部分は単なるフェンダー型トーン回路です。NJM2073の電圧利得が高い(+44dB)ため、ゲインはあまり上げなくても大丈夫だと思います。
パワーアンプは今後変更するかもしれないので別基板にしました。通常、出力には発振防止のための抵抗とコンデンサ（Zobelフィルタというらしい）を入れます。データシートでは抵抗が1Ωですが、歪みやすい気がしたので10Ωにしました。コンデンサはありあわせの100nFですが問題ないようです。NJM2073「S」（SIP9ピンパッケージ）は生産中止品で、「D」（DIP8ピン）とピン番号が違うので間違えやすいです。
▽レイアウト
▽PCB
ケースはタカチMB-3（90×60×125mm）です。スピーカー部分の穴あけ精度はイマイチですが、円状なのでそれほどズレが気になりません。意外と内部スペースがあるので、スピーカーの配置は真ん中でもよかった気がします。
どのくらいの音量かマイク録音して調べてみました。クリーン音のまま出せる音量は、ドレッドノートサイズのアコギをストロークしたときと大体同じくらいでした。歪むくらい音量を上げていくと、ケース自体が振動してジワジワ移動し始めます。大きい音を出すには、やはり頑丈なケースが必要となるようです。まぁそれなりの音量でクリーン音が出すという目的は達成できました。今後テスト用アンプとして使っていく見込みです。
■RasPd2 ハードウェア編
Raspberry Pi Zeroを使い、コンパクトなデジタルエフェクターを作りました。今回はLCDがなく、単機能エフェクターとして使うことを想定しています。オーディオインターフェイスはUSBではなくI2Sで通信するとレイテンシーが低減できるようで、WM8731というICを使用しました。レイテンシー実測値は7msとほとんどリアルタイムに近いレベルとなりました。
WM8731については、別記事に記載しています。
→WM8731 設定メモ
Raspberry Pi Zeroでもほとんど設定は同じですが、ADC High Pass Filterはオンにするとノイズが増えたためオフにしました。音量は Master 56(-9dB) Capture 87(+9dB) です。
SN比を稼ぐため、RasPd1のときには外部回路で入力前増幅→出力後減衰を行っていました。WM8731のデータシートを見てみると、IC内部でアナログな増幅・減衰ができるため外部回路は入力バッファのみとしました。電源電圧が3.3Vと低いですが、+9dB（2.8倍）程度までは歪まないだろうと思います。
▽回路図
出力のコンデンサが100uFと大きい値なのはイヤホンを直接繋ぐためでしたが、誤って大出力になったとき危険なのでイヤホンでのテストはしない方がいいでしょう。各スイッチには少し面倒ですがチャタリング防止の抵抗やコンデンサを入れています。とりあえずたくさんコントロールを準備したという感じで、割り当てをどうするかは未定です。WM8731への接続に入っている抵抗（ダンピング抵抗）はありあわせの22Ωにしましたが、役割はあまり理解していません。
ノイズ対策のため、電源・GNDは4系統に分かれています。
[アナログ9V電源・GND（バッファ用）]
↓
[デジタル5V電源・GND(Raspberry Pi用)] → [アナログ3.3V電源・GND(WM8731用）]
↓
[デジタル3.3V電源・GND(WM8731用）]
▽レイアウト
▽PCB（横111.8mm縦73.7mm）
あまり見慣れない水晶振動子というパーツがありますが、ケースが金属なので基板から少し浮かせて取り付けています。周波数の値はそんなに高精度のものでなくていいようです。WM8731には、シングルタイプのピンソケットを使うことでICの下にパーツを配置できるようにしています。レイアウト上部の基板間の配線は、着脱式にして後からの修正をしやすくしました。また、GND等のいくつかのジャンパーは基板の裏側（半田面）で配線しています。
今回もノイズには悩まされました。まずサーというホワイトノイズがRasPd1より多く出ていました。Raspberry Pi自体から電磁波的ノイズが出ているのかと思いアルミホイルでシールドしてみましたが効果なしでした。pedalSHIELD DUEのようにRチャネルに位相反転した入力を入れて、ノイズキャンセルしようとしましたがこれもダメでした（LとRでノイズの乗り方が違うようです）。結局電源を分離すると解決したため、ノイズ源はWM8731用アナログ電源だったようです。
その他にもギターを繋いだときに少しキーン&プツプツというノイズが出ていました。RasPd2内蔵のバッファを一旦外し、別電源のバッファを前段に繋いだ場合はほとんどノイズが消えたため、電源とGNDの取り方が原因と考えました。試行錯誤の結果、絶縁型のDC-DCコンバータを使用し、その出力部に各GNDを集めるというレイアウトになっています。
下写真のように基板を2枚重ねにしています。
ケースは高さがあるHAMMOND1590BSです。発熱が心配ですが、裏フタをあけた状態ではCPU温度50℃程度で安定しているようです。そのうち無線接続可能なRaspberry Pi Zero Wに変更し、改めて長時間使用時の安定性を調べようと思います。
---以下2017年12月24日追記---
現状以下の問題点があるので、作り直す必要がありそうです。
・微妙にノイズが残っている
・ダイナミックレンジが狭い
・たまにビーというエラー音のような音が入る
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■Nuverdrive+
「Nutubeで作る自作エフェクター・コンテスト」で佳作を受賞したNuverdriveですが、フットスイッチを押したときのマイクロフォニックノイズが大きかったため作り直しました。もともとNuverdriveを小さいサイズにしたのはコンテスト審査でインパクトを与えるためだったので、今回の「プラス」バージョンが本来の姿といえます。
▽回路図
変更点は以下の通りです。
＜トーン追加＞
この形のトーン回路（ただのローパスフィルタ）はCカーブのポットがよさそうです。ただちょうどいい値（2kCカーブ）が手に入りにくそうなので、1kBカーブにしました。可変幅は少ない感じです。
歪みエフェクターなので、細かな調整は必要ないと考えました。Nutubeの個体差によってはほんの少しゲインが下がるかもしれません。
＜オペアンプ＞
高音質な印象を与えるためOPA2134を使っていましたが、TL072でも全然問題ありません。
＜3.3Vレギュレータ追加＞
フィラメントにかかる電圧が安定するため、電池駆動が可能になりました。何Vまで低下しても大丈夫なのかはテストしていません。
▽レイアウト
▽PCB（横55.9mm縦22.9mm）
マイクロフォニックノイズはまだ少しだけ出ている状態ですが、演奏中切り替えても特に気にならないレベルになりました。以下のような対策をしていますが、HAMMOND 1590Bサイズではこれが限界だろうと思います。
＜シリコンワイヤー＞
Nutube使用ガイドで柔らかい線材が推奨されていたため、シリコンワイヤーという線材を試しました。茹でたスパゲッティのような感触です。
＜適度なスポンジ＞
ぎゅうぎゅうにスポンジを詰めると振動がNutubeに伝わりやすくなる気がするため、ほんのり位置を固定する程度に詰めています。
＜フジソクのスイッチ＞
見た目は頼りない感じで、本来は足踏み用ではなさそうです。スイッチを押したときの感覚がかなりソフトになります。ただし、荒っぽく踏んだ場合は他のフットスイッチとあまり変わらないかなと思います。
トーン約半分の位置でNuverdriveと同じになります。Nuverdriveの音は下記イベント・レポートの動画で聴くことができます。
・KORG / Nutube BUILDER SUMMITイベント・レポート
---以下2017年5月14日追記---
Nutubeを別の個体に差し替えたところ、変な歪み方になりました。たまたま今まで使っていた個体が大丈夫だっただけで、バイアス調整トリマーは必要なようです。回路図・レイアウト・PCB画像を修正しました。
■RasPd1 ハードウェア編
Raspberry Pi 3とPure Data(Pd)を使ったデジタルエフェクターを作りました。名前は適当ですが「RasPd」（ラズピーディー）です。このシリーズが続くかわかりませんが、とりあえず1号機は完成ということにしておきます。
Raspberry Pi 3を選んだのは、ウェブ上での情報が多く、GUI環境があるというのは大きなメリットだと思ったためです。結局はレイテンシー低減のためGUIなしでやることになりましたが、やってみるとなんとか慣れてくるものです。実用的な設定でのレイテンシーは14msとまずまずの値となりました。
USBオーディオインターフェイスについては、別記事に記載しています。
→Raspberry Pi 用USBオーディオインターフェースの選定
Plugable USBオーディオ変換アダプタには前段にバッファーが必要となります。デジタル用USB電源5Vでそのままバッファーを動かすとノイズが大きいため、バッファー用にアナログ用電源を用意します。今回は絶縁型DC-DCコンバータで5Vを12Vに昇圧しました。絶縁型DC-DCコンバータはA.GND（アナロググラウンド）とD.GND（デジタルグラウンド）が内部で繋がっていない状態となっていて、ノイズ低減が見込めます。他には9V程度の電源からUSB用5Vに降圧させる案も考えられますが、Raspberry Pi 3に使えそうな5V・2Aの絶縁型DC-DCコンバータは手に入りにくいと思います。
▽回路図、接続図
電源は「USB5V電源→フィルタ→絶縁型DC-DCコンバータ→フィルタ→アナログ用電源」という形になっています。スイッチング電源のフィルタにはインダクタを入れるのが普通ですが、可聴域ではあまり変わらないのと手持ちに適当なものがなかったため入れていません。消費電力が大きいオペアンプでは電圧が下がりすぎるので、フィルタの抵抗値は半分でもよいと思います。
※ずっと「キーン」というノイズに悩まされていたのですが、Raspberry Pi 3本体を新品に変えるとなくなりました。いろいろな実験をするうちにどこかが故障していたのだと思います。ですので通常はここまでノイズ対策をする必要はなさそうです。絶縁型でないDC-DCコンバータでもよいかもしれません。
USBオーディオの周辺回路が面倒な感じになっているのは、高域のプリエンファシス・デエンファシスを考えていた名残です。高域だけ増幅すると影響が出そうなエフェクト（コンプレッサー等）がある気がしたので、単に音量を増減するという形にしました。
「超小型LCDキャラクタディスプレイモジュール」「2色LED付スイッチ付ロータリーエンコーダ」（1色だけ利用）は秋月電子で販売しているものです。回路図は省略しましたが、データシートの通りチャタリング防止の抵抗やコンデンサを入れています。
▽コントロール割り当て
左スイッチ／ロータリーエンコーダ： エフェクト切替／パラメータ増減
中央スイッチ／ロータリーエンコーダ： エフェクト切替／パラメータ増減
右スイッチ／ロータリーエンコーダ： パラメータのページ切替、長押しでシャットダウン／パラメータ増減
左フットスイッチ： エフェクトオン・オフ、オン時左LED点灯
右フットスイッチ： 特殊機能（ブースト機能等）オン・オフ、オン時中央LED点灯
側面トグルスイッチ： 緊急時のバイパス用
現在はエフェクト単機能を切り替えて使用するプログラムとなっていますが、将来的には複数のエフェクトを繋いだパッチを切り替えて使用できるようにしたいと思います。そのためにはプログラミングはもちろん、スイッチやLCDも変更していく必要がありそうです。
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■Nuverdrive
Nutubeという新しい真空管が発売されましたので、久々にエフェクターを作りました。Nutubeを使ったオーバードライブなので、Nuverdrive（ニューバードライブ）という安直な名前です。
Nutubeで作る自作エフェクター・コンテストに応募してみようと思っています。回路図等の詳細はコンテスト審査後に公開する予定です。
---以上2016年11月27日記載、以下2017年1月17日追記---
▽回路図
※あまりオススメできる回路ではないので、参考程度としていただきたいと思います。
まずせっかくの小型真空管なので、小さいケースに入れてみようと考えました。回路をできるだけシンプルにするため、使用ガイドのFETを省いて無理やり2段直結にしてみます。試行錯誤の結果、アノード抵抗1MΩぐらいでうまく動作してくれました。それでもゲインがトータルで10倍程度にしかならなかったため、前段にブースターを組み込みました。オペアンプはFET入力のもの（TL072等）であれば大丈夫です。バイアス調整トリマーは最もゲインが高くなる位置に調整しましたが、大体真ん中で問題ありません。
＜フィラメントについて＞
使用ガイドでは、わざわざレギュレータで3.3Vを作ってから抵抗→フィラメントとつないであります。この理由は、電源電圧が多少変動してもフィラメントにかかる電圧が変わらないようにするためだと思います。今回のエフェクターはレギュレータを使用していませんので、必ず安定化された9V電源を使用します（新品の電池を使用した場合、おそらくフィラメントの定格を超えてしまいます）。
▽レイアウト
▽PCB（横35.6mm縦30.5mm）
ケースはGarrettaudioのSize S（HAMMOND 1590A類似サイズ）です。一応Nutubeをスポンジではさんだのですが、フットスイッチのカチッという振動が伝わってマイクロフォニックノイズがかなり出てしまいます。Nutubeへの配線が短いのが原因だろうと思います。どうやらこの小さいケースでは無理があったようです。
音については確かに真空管っぽい歪みになっているように思います。しかしながら本当ならNutubeのみでゲインを稼ぎたいところです。エンドウ.氏の作例のようにNutubeを2個使えばよいのですが、それだとあまり小型にできないし、費用もかかります。ということで、新たにハイゲインタイプのNutubeが開発されることを期待したいです。
---以下2017年3月6日追記---
「Nutubeで作る自作エフェクター・コンテスト」で佳作を受賞しました。下記イベント・レポートの動画で音を聴くことができます。スイッチオン時にキーンというマイクロフォニックノイズも出ています。
・KORG / Nutube BUILDER SUMMITイベント・レポート
Nutubeとスポンジを取り出した内部写真を撮りました。
Nutubeの向きを変えて配線を長くし、配線材を柔らかいものにすると少しはマイクロフォニックノイズが減るかもしれません。
波形も測定しました。
丸みを帯びた波形です。思ったより奇数次倍音が出ていました。
