Etherwave用DoubleBalancedMixerの製作

EtherwaveThereminのミキサー＆検波回路をリファインするためのDBM回路を製作中。



部品構成はSD8901YとMCL-4による。外部からのパワーソースはバイアス調整電圧のみのシンプルな作り。



こちらは、DBMに信号を入力するためのバッファーアンプ。MAR-6は20dBの増幅度を持つ。



バッファーアンプはEtherwave基板のオシレーター直上に配置する予定。

アドオンパーツ＠Etherwaveのリニアリティーを改善する

Etherwaveには色々と弱点があるのだが、先日見つけたコレはその一つをカヴァーするためのアドオン製品。

http://www.ethermagic.eu/Webwinkel-Product-7134205/ESPE01-Etherwave-Standard-Pitch-Extension.html

基板から回路構成を類推するに単純なOsc用出力バッファー＆検波器と思われる。　

Etherwaveのオリジナル回路はオシレーターの発信部から直で信号を引き出してミックス＆検波を行なっている。　



が、この構造には問題があって、オシレーターの周波数が近接した場合に発生する相互干渉が原因で「引きこみ現象」を誘発、波形の歪率悪化や発振が停止する可能性がある。　実際、チューニングレンジの拡大を調整中に追い込んでいく過程でこの現象が頻発している。　

このアドオン製品は改良案として、オシレーターの生出力にTr構成のバッファーを介在させ「引きこみ現象」発生の軽減を狙っているようだ。

ただ、パーツの内容を見る限りコレが送料込みで$100overとは結構強気な価格の設定だと思う。

幸い手持ちには別の用件で買い揃えたソコソコ高品質なパーツあるので、現在不足している出力バッファーアンプを揃えた後、これらを使ってDoubleBalancedMixerを組む自作プロジェクトが始動することに、、、。図面は短波受信機用DBMの参考回路。



直線性に関しては、実のところ「キャビネットの側板を固定している木螺子8本」を排除するだけで飛躍的に直線性が改善されるのだが、Webを見る限り意外と気づかれていない雰囲気。

不良Li-ion電池の交換

弾薬箱アンプ弍號の不良電池を交換。



電池アレイの端子電圧を計測して不良品を判定。Li-ion充電池の公称電圧は3.7Vだが満充電の状態では4.1V程になる。不良品は安全装置が回路を切離し極端に高い電圧を示す。写真は取外した電池単体の電圧。



電池の不調はSDRの組込み電源でも発生していた問題だが、要するにバルク品のラップトップ用電池ユニットを購入したのが間抜けだっただけのこと。　新品のユニットが電池数個分の価格で出回ること自体がトラブルを約束しているようなものとも言える。つまりは安物買いの銭失い。故障率は25％ほどになるか。

余裕が有ればLi-ion電池専用のトラブルチェッカーを製作した方が、事前に不良品をハネられて要らぬ手間が省ける。　大容量の電池ユニットの取り扱いは怖いので出来る事なら分解＆再組立てを避けたい。今回補修したユニットは単純に直列構成だったが写真のように増量目的で並列に電池を組んでいる場合は大変。

Thereminの演奏を録音した

キャビネット上部に大穴を開けてコイルへのアクセスを確保した。



演奏をしっかり間違えているが、ご愛嬌ということで気にせずにアップロード。

現在、アンテナ引込線周り、及びローディングコイルへのシールド対策を検討中。　

これがあると無いのでは雨天時のドリフト状態が全く異なってくるはずなのだが。

この音の柔らかさは弾薬箱アンプの影響も大きい。BOSEのKevlar製コーンのフルレンジスピーカーは良い感じに音が鈍ってくれる。Tripassのデジタルアンプも同じく高域が伸びないのだが、この取り合わせが良いのかもしれない。

備忘録＠EtherwaveThereminの調整法

以下に周波数カウンタを持ちあわせていない場合に行う調整の手順をまとめておく。



１）アンテナの感度に影響する上蓋の木ネジ8本を取り外す。

強度が心配な場合はネジ孔に接着剤を流し込んで接合を強化する。

２）周波数の調整を行う。

Pitchアンテナに触れた状態で出力周波数を確認する。「あんちょこ」には３kHzとあるが、蓋を被せた場合のオフセットを考慮して4.５〜5kHz程度の「高めの周波数」に設定する。アンテナを掴んでL５を廻してチューニングを行う。アンテナから手を放し、最も遠い演奏位置に手を動かし、ピッチを確認する。最大のレンジが得られるように、L６を周波数の低い方向に調整する。L５とL６は相関関係にあるので、目的の設定値が得られるまで調整を繰り返す。Freqツマミは右側にオフセットしておくと、カバーを被せた場合の誤差を相殺できるので、１／４ターン程右側にセットしておく。

３）音量アンテナの調整

a. ボリューム（VOLUME）ツマミを5時方向＝最大に合わせる。Pitchツマミを調整して適当なピッチが鳴るようにしておく。

b. 上キャビネットを逆さにして、L11が見える状態でボリュームアンテナの配線上に置く。


c. ボリュームアンテナになるべく手と体を近づけないようにして、L11のコアを回し、音が一番大きく鳴るポイントを探す。

d.　上キャビネットを仮設してツマミを反時計方向に回すと音量が下がることを確認。

電池駆動により電源電圧のオフセットが存在する独自仕様の環境下で調整を行っている為、厳密には普遍性の無いTipsであるが、特にマスの大きな「木ネジ」の件は検討の価値があるだろう。

より正確な調整を行うことを目指して、上部キャビネットにレンチ挿入用の小孔を開けた。　



これでキャビネットの有無によって生じる周波数のオフセットを解消できるようになるはず。

EtherwaveThereminの改造箇所＠まとめ

2007年5月、EtherwaveThereminのチェリー材ヴァージョンをカリフォルニアの業者から購入した。



AC電源の造りや回路の精度に問題を感じつつも、まず決定したのは気に入らない筐体デザインの小変更。　角張った家具調デザインを60sの家電風にリファインする。これは、以前行った国産家具調5球中波ラジオのレストアにヒントを得たもので、



乱暴な方法ではあるがサンダーで筐体の角を落としてシェイプを変更していく。



その後、表面の塗料を剥離して再塗装を行った。塗料は5球ラジオの時と同様にオスモカラーを使用。　残念ながら塗料の材質が原因で「外装取り付け時のオフセット発生」という問題を顕在化させてしまい、後々これに悩まされることとなった。

外装を取外して判ったのは、使われているパーツが予想以上に安っぽいこと。実際、オリジナルコンディションではチューニングがイマイチ安定しない状態だった。　原因は色々と想像できたが、まずは作りの安さが即反映されるであろうヴォリュームポットの交換を行った。



24ΦのVRポットは密閉型に。精度が要求されるチューニングノブはBeckman製の11回転VRを採用している。シャフト径がインチからミリに規格が変わるついでに、ノブをライテル製のものに交換。Beckmanの採用は正解で、調整後の周波数安定度が向上した。



次に考えたのは楽器のバッテリー駆動。電源供給及びラインアウト用としてHirose製HR-11/6pコネクターを筐体下部に増設した。



6pコネクターの接続は　1）V+　2）GND　3）V-　4）Signal　で　5＆6）は予備とした。

実際に楽器を運用していくと色々とアラが見えてくるもので、最初に対処の必要を考えたのはTheremin本体ではなく、ボディーを支えるマイク・スタンド。　

スタジオに普通に設置されているマイクスタンドは持ち歩くには意外と嵩張る代物で「パッケージに纏めて現場に送付」するにはちと大きすぎる。　釣竿のように尺を短く畳めるテレスコピック可能なアームはないものか？と探していたところ、格納ケース目当てで購入した米軍製地雷探知機のアームが使えそうだと判明。　重いセンサーを支える頑丈さと最短状態で40cmまで折り畳めるコンパクトなサイズが魅力だ。　



以下、アームをマイクスタンドに改造する作業の過程を示す：

1）アームの先端にある地雷探知センサーを取り外し、



Thereminを取り付けるためのネジ（JIS規格）を予め切られているインチ規格の上から切リ直す。



2）KHM製の小型マイクスタンドを分解して脚の部分を分離。脚を固定する短いロッドを取り付けるためのナットを探知機アームの取っ手側に組込む。念のためナットは取り付けたアーム内部を耐衝撃タイプの瞬間接着剤で塗り固めておく。



3）探知機の電子回路を格納している小型のケースは、AC電源・バッテリー・エフェクターの格納容器として使用する。



電源は3Wayで仕組みはこんな感じ。



内蔵電源は小容量のリチウムイオン電池でインジケーターはレッド。おまけ機能として簡易型デジタルディレイを内蔵させている。また、動作の安定度を向上するために、電源ケースからアース線を引き出している。

もはやTheremin専用となった弾薬箱型アンプだが、これのバッテリー（表示グリーン）を外部電源に選択することも出来る。



購入した個体の問題点はオシレーターの周波数レンジと安定度で、特に高域が伸びずレンジが4oct以上に改善しない可変オシレーターの調整に悩まされた。

調査の結果判明した「レンジが狭まってしまう現象」の原因は、ケーストップの横板の接合を補強するために使用されている「木ねじ」の影響だった。　鉄製40ミリというサイズのコレらがアンテナ直近に刺さっている状況は俄には信じ難い設計センスだ。配置されていたネジを取り除いた結果、5octのレンジを確保する程度に状況は改善した。

依然として「カタログスペックには微妙に届かないレンジ」を改善するにはどうすれば良いのか検討を行った。　実現可能な手段はTransistorの交換、もしくはケースの完全な絶縁で、まずは難度が低い方の汎用Trの交換を行うこととなった。



改造の成果は先のトピックの通り「成功」だった。　が、オシレーターの発振周波数は依然としてケースの影響下にあり、これに関しては今後も対策を試みていくつもりだ。

Thereminの改造、特に精度の向上の意義には常に疑問が付き纏う。それは、人体の静電容量といういい加減なものさしでコントロールを行う機構に対して、精度を追い込む必要があるのかという根源的な問題だ。　

自分の持論は「精度を詰められる場所は事前に詰めておく」ことで「掛け算の論理で誤差の範囲を狭められる」というもの。　「曖昧さの乗数」が少ないほど、操作の安定感が高まるはずだ。

趣味と言ったらそれまでだが、無駄な努力にならない程度に今後も改良を重ねていきたい。

EtherwaveThereminの調整失敗@コイルのコアを壊す

木製筐体が湿気てチューニングが辛くなったため、蓋を開けてコイルの再チューニングを行うもレンチのサイズ選択をミスってコアを割ってしまうトラブルが発生。



部品調達のため、回路図にあるTOKOの部品を検索を掛けても全くヒットせず。困ってThereminのフォーラムを覗くとディスコンであることが判明する。代替品はCoilCraft社のSlotTenという製品ラインアップの5-10という製品が該当するという。

http://www.coilcraft.com/pdf_viewer/showpdf.cfm?f=pdf_store:slot10.pdf

製品マニュアルによると、このコイルはTOKOのオリジナルよりも若干Qが低いようだ。

現物をチェックするとドンピシャでこの製品だったので、ひとまずSample品を発注しておいたがアクセプトされるかどうかは微妙なところ。

Transistorのリプレイスメント＠EtherwaveTheremin

EhterwaveThremin用に仕入れていたハーメチックシールのDualTransistor/MAT01を実装する。



リプレイスメントを行う場所は回路図にある2N3904で構成された差動回路で、Q1&2/Q3&4/Q6&7をMAT01×3個に置き換える。



MAT01は2N3904と互換性があるということで端子配列はEBC順が2列並んでいる形。そのまま差し替えが可能なので交換は比較的簡単と思われた。　が、足が放射型に出ているMetalCanパッケージのフットプリントはベース端子がオフセットされたTr用のプリントパターンとは相性が悪く、基盤への挿入はスムーズには行えなかった。



調達はebay経由でバルク品を3個購入。　発振器毎の状態は相対誤差が保証されたマッチドペアTrのため無調整で安定した性能が得られる。　ただし、Trそれぞれのロットが異なるためか特性にバラツキがあった。　

具体的には回路図上の目標値-0.6Vのエミッタ電圧が-0.56Vと-0.68V、+2.2Vのところが+3.8Vと予想以上に誤差が大きい。それ故、発振周波数のドリフトが大きくTr交換後に動作不能の状態に陥った。

その後、測定器無しでの調整は無理と判断し、波形観測のためにSoftwareDefinedRadioを導入。発振周波数の測定を行った。



マニュアルによると、ピッチオシレータの設定周波数は260kHz前後、ヴォリュームオシレーターの周波数は450kHzということなので、それぞれの数値を目標に各オシレーターの再調整を行う。　ズレの大きさを予想してSDRの受信帯域幅を広めの500kHzにセットしてスキャンを開始、目的周波数近くに発振周波数を合わせた後、帯域を狭めて微調整を行う。

調整前にThereminのグランドに接続したワイヤーを人体に接続し、Thereminの電位を測定者と同一にしておく。　調整は固定ピッチオシレーター・L6から行い、可変ピッチオシレーター・L5で変化幅を決定する。　ヴォリュームオシレーターの調整はL11で行う。　実装時の注意は部品の干渉で、特にL11のシールドとTrの間隔がタイトなので実装時にTrの切欠きを落しておく。



実装後に可変ピッチオシレーター周りの部品が干渉した影響でオシレーターの発振が停止していたことが発覚している。その後、コンデンサーとTrの干渉を排して動作を確認。リプレイスしたマッチドペアTrはサイズが大きいので周辺の部品配置に気をつけること。

リプレイス作業に必要な機材は、1）強力なハンダ吸い取り機と、2）SDR（パソコンが必須）そして、　3）BNCコネクター接続のオシロスコープ用プローブ。　SDRは必ずしも高性能なものが必要ではなく安価なUSBバス・パワータイプのものでも可。取り回しを考えるとむしろ小型の簡易SDRが望ましい。プローブも安価な中華製でよし。

リプレイスの結果、MAT01のリニアリティーは優秀でピッチレンジの拡大に貢献したようだ。　音色が多少まろやかになったような気がするが、あくまでも数値上の変化を記録していない主観である。　



温度安定度の改善は今後検証していく。　無意味な拘りだとは思うが、温度補償が求められる抵抗、R2/R6/R16（何れも1.5kΩ）の交換が今後の課題。　



抵抗値が1.58kΩと多少ズレてしまうが（回路図上では2.2kΩ、実際に基板に実装されているのは何故か1.5kΩ）温度特性が

+ 0.6ppm/°C (0°C to + 25°C, - 0.6ppm/°C (+ 25°C to 60°C), + 2.2ppm/°C (- 55°C to + 20°C), - 1.8ppm/°C (+ 20°C tp + 125°C) tracking to 0.5ppm/°C　

という高精度・高安定特性の抵抗を格安に入手したので、後日これを該当箇所に充てる予定。

修正のまた修正

結論から言うと、前回行ったFA→FBの改正は失敗だった。

外部アプリのドライヴ中にテンポがよじれる現象が頻発したので原因を特定すると、FB&FCのリセット信号を発生させるコンビネーションが怪しい。試しにFBを取り除いてFAに戻したところとりあえずの安定動作を確認した。

その後、 Tenori-Onとの連携動作を確認中に外部アプリとのsyncロックが外れる現象が発生。原因はTenori-Onから発生したmidiバーストによるデータ・トラフィックのボトルネックだった。

以上の結果からTenori-Onの使用は危険なので暴走の原因が特定されるまでシステムには組み込まないことを決定。syncの精度が甘いので現状では使用するメリットは殆ど無い。

外部同期系の改良

kymaから外部に出力しているmidiRealtimeMassagesの仕様を変更した。

外部アプリとの同期運用を行った場合にシーケンスのスタートから徐々に同期がズレる現象に対して、FAを周期的に入力することでズレの補正を行なっている。問題はFAの入力によってシーケンスの先頭に再生ポイントが強制移動させられる弊害の発生で、この不自然な巻戻し現象を解消するために、当初はFAのイベント発生を長周期に独自設定する改良を行って対処していた。

ただ、動作のタイムラグが大きいTenori-Onではこの弊害が顕著に現れ続けており、根本的な解決を目指してリセット・コマンドをFAからFBに変更することにした。

FBの機能は "Continue. Continue at the point the sequence was Stopped"。 これに変更することによって停止位置から再生を再開する形にリセット動作を改変している。

FBの採用でTenori-Onにおける動作の不連続性をある程度解消しつつ、ヘルパーアプリ側の進行をスムーズに行うことが出来るようになった。

ただし、Tenori-OnのSyncの緩さは相変わらず。現状ではこれによってタイトなビートを叩くことは不可能と思って良いだろう。

シーケンススタート時には引き続きFAの出力を行なっている。　以下、変更のまとめ。

SequenceStart: FA →　FA
SequenceStop: FC →　FC
SequenceReset: FA&FC →　FB&FC

参考資料：

System Real-Time Messages

11111000　Timing Clock.
Sent 24 times per quarter note when synchronization is required (see text).

11111001　Undefined. (Reserved)

11111010　Start.
Start the current sequence playing. (This message will be followed with Timing Clocks).

11111011　Continue.
Continue at the point the sequence was Stopped.

11111100　Stop.
Stop the current sequence.

11111101　Undefined. (Reserved)

11111110　Active Sensing. Use of this message is optional.
When initially sent, the receiver will expect to receive another Active Sensing message each 300ms (max), or it will be assume that the connection has been terminated. At termination, the receiver will turn off all voices and return to normal (non- active sensing) operation.

11111111　Reset.
Reset all receivers in the system to power-up status. This should be used sparingly, preferably under manual control. In particular, it should not be sent on power-up.