LaVoixski@AN/PRC-6系筐体の加工を行う

LaVoixski@L-size筐体の基板配置を考える

今日は、L-size筐体の基板配置を試していたのだが、100mm規格のスロットに合わせたサイズのDACボードを設計する必要を感じた。



当面はジャンクの100mmスロット対応基板を使って75mm規格の基板に下駄を履かせることになるが、新規にケースを加工する場合、取り付ける補機類の配置を事前に熟考しないと詰んでしまうことが判っている。

LaVoixski@ロープロファイルソケットが届く

短い長さのpinが到着したので、早速試した。



コネクタの遊びが全くない状態なので、念の為に導通のチェックを行ったほうがよいだろう。



確保できた1mmのクリアランスは余裕があるとはいえないが、DAC基板の裏面に突起物がない場合（オプションのフォトカプラの実装を行わない）は、養生テープを使って絶縁を確保できるレベルではある。



青筐体2台目は、DACボードとプッシュスイッチの干渉でスロット2段めの実装が叶わず、バックパネル（ボディー表側）からのアクセスを行うことになる。

そもそもが、これらの筐体は廃物利用の規格外なので、今後は規格に沿ったタイプの筐体の設計を確立しなければならない。

LaVoixski@目玉スイッチを製作する

目玉スイッチをジャンク基板から回収して、設置が可能な状態にした。



目玉素材はそこそこストックしていてRGBなLEDも潤沢に在庫しているのだが、作るのが結構手間で、その大凡の値段は目玉の時価で決まる。　セール品の場合は0.3k/個。通常は0.5k程度で、それにスイッチとLEDの代金が加算される。

ちなみに、RGBなLEDを装備した8φ以下の小型プッシュスイッチを見掛けたことがなく、無いものは自分で作るしかない。　試しにAlliで検索を掛けてみたが、やはりRGB_LEDの限界サイズは5φで、3φは自動点灯のイルミネーション系以外に選択肢はなかった。

目玉RGB_LEDスイッチを自作する都度必要になる端子のディテールを、備忘録として撮影した。　配線はアノードコモンにしているが、LEDの端子がGRB配列となっているのが嫌らしい。



今回製作した6φは小さめのサイズで、理想は7φなのだが、何故かこのサイズはドール業界では規格外となっているようで、規格に折衷した場合の選択肢は8φになってしまう。



8φの目玉それ自体にはあまり大きさを感じないものの、下穴には10φが必要で、これは少々大きく感じてしまうのが厄介なところか。

LaVoixski@ロープロファイルなソケットを試す

手持ちのロープロファイルなソケットを使って、MCUとDAC基板のクリアランスを実測した。



残念ながら、ケース背面から2スロット分を稼ぐことは、あと0.5mmで叶わなかった。



コネクタ（画像左側）にはまだクリアランスを稼ぐ余地があるので、、、



VCO/MCU基板の接合部とMCUのコネクタ分を短縮して、なんとか辻褄を合わせられるかもしれない。

一方、Pitchアンテナ側の状態はこんな感じになっていて、、、



こちら側に、DAC基板を実装することも可能だ。

LaVoixski@Msize筐体の部品配置に悩む

ただでさえカツカツだったM-size筐体に内挿する基板のクリアランスが、「バックパネルの開放」という奥の手を使えなくなって破綻してしまうことになった。



解決策を検討した結果、思い付いた1つ目は「MCUの基板直付け」だが、出来ればこれは避けたい。



2つ目は、放熱器のロープロファイル化で、、、



これには既に算段がついている。



所謂「廃物利用」のノリで過去に製作した試作機の筐体を再利用しているのだが、部品の配置が統一されていないことが、問題をややこしくしている。









3つ目は、MCUに取付けるピンとそれに対応するソケットのロープロファイル化で、手持ちの部品で実験したところ、4mm程高さをセーヴすることが出来た。





現在ボディーに加工を行っているM-size筐体は何れも試作品なので、これらの不具合解消にかまけるのは時間の無駄っぽいのだが、、、とりあえずは、あまり金を掛けずに問題が解決できそうな雰囲気になってきた。

LaVoixski@ブレッドボード上に音声出力・入力ポートを増設する

3Fの資材置き場から3.5mm規格のミニジャックを発掘したので、これをブレッドボードに取り付けてDACの並列動作の確認をより簡単に行えるようにした。



同時に、FVC入力用のポートも仮設定している。　

入力には安全を確保するための保護回路を組む必要があるが、これで発振器からのダイレクト入力に対応出来るようになる。

Arduino2.0を試す

新たに公開されたArduino2.0で「TeensyがBoardManagerによってサポートされる」というアナウンスが本家から発せられたので早速試してみたのだが、、、



何故かライブラリのコンフリクトが多発してコンパイルを完了出来ない。

原因は、SdFatとGFX_Library_for_Arduinoで、現在 Tennsyduino1.57 で使用している Arduino_GFX と SD とコンフリクトが発生してしまうようだ。



しかも、追加されたライブラリの影響を受けて、ライブラリ・フォルダを共有しているTeensyduinoでもコンパイルが通らなくなってしまった。

Arduino2.0のアラートに不具合が指摘された SdFat と GFX_Library_for_Arduino を削除することで、とりあえず問題は解決するのだが、、、



やはり専用のTeensyduinoを使った方が安全との結論に達している。

一方、本家のTLでは、コンフリクトやメモリ管理の問題は認識されていないようで、やはり自分のやっていることが特殊なのかもしれない。

ただし、今後は開発ツールの主流がJAVAに依存しない新版Arduinoに移行していくと予想されるので、出来るだけ早い段階でプログラム側に変更を行って対処するのが得策と思われる。

そこで、試しにプログラムの書き直しにトライしてみたのだが、



直すべき項目は一通り判明していて、、、





なんとかコンパイルを通すところまでは辿り着けた。

が、残念ながらArduino2.0ではRAMの扱いが破綻してしまい、乗り換えが困難なことが判った。　



新しいライブラリに於いては、表示系のデータの扱いがSDカードの直接読み出しから一旦RAMにストアする形式に変更された可能性が高く、これが破綻に至った原因と思われる。

つまりトラブルの発生は、GFX_Library_for_Arduinoに起因することになる。　RAMの消費対策としては、mallocにbufを展開して、そこにデータをストアする、もしくはPRGMEMから直接データを読み出す方法が考えられるが、実行のハードルは高そうだ。　

今後は、開発元のArduino_GFXのアップデートも警戒の対象にすべきだろう。

ちなみに現在使用している Arduino_GFX のヴァージョンは 1.15 で、流石にこれは少々旧過ぎる感があり、この機会により新しいヴァージョンを試すことにした。

まず、ヴァージョンを最新の Ver.1.28 に上げた状態で、、、



IDEをTeensyduinoに変更した場合に、メモリ管理の問題が解決しないことを確認した。　



次に、ヴァージョンを 1.25 まで落とした場合でも、同様の不具合が発生した。



RAM管理の破綻が発生するライヴラリ Arduino_GFX_Library.h は、ポート指定の記述に SCK/MISO/MOSI の設定項目が書き加えられている。



ちなみに、jpegに処理を行う過程で参照するファイルを敢えて「旧いもの」に設定した場合、



読み出す画像に不具合が出るものの、メモリの破綻それ自体は発生しない。

jpeg画像が正常に表示されるかどうかの見極めは簡単で、Arduino_GFX_Library.h の設定項目に SCK/MOSI/MISOが含まれないヴァージョンを使用するとよい。



現状で、画像表示に問題が発生しない最新のヴァージョンは、1.21 ということになった。



以上の状況証拠から、不具合が発生する原因は "JpegFunc.h" にあり、このファイル内のメモリの割振りによって、破綻が生じている可能性が高い。

不具合の発生は、自分の用法のようなメモリの消費がカツカツなケースに於いて発生するので、次のアップデートでこの問題が解消される可能性は低いだろう。

LaVoixski@動作が確認できたFPGAの実装を開始した

ブレッドボード上に配置したdacHandlerの動作が確認できたので、、、



基板にFPGAを実装する作業を開始した。　

今後はLサイズの筐体がメインになる筈なのだが、今回はID-292／PRC-6系の製作を優先している。



ID-292サイズの基板は試作の過程で事故が発生するケースが多発していて、今回も慎重に製作を進めているのだが、、、。　新しい設計の基盤は、QFN32の実装が楽になった。



実のところ、Mサイズ基板は試作を繰り返しては頓挫した歴史があり、楽器としての稼働実績がなかったりする。



プログラムの焼き込みは明日行う予定。

追記：

ID-292／2枚、M-Size／3枚、合計5枚分のデータをアップロードした。

LaVoixski＠液晶ディスプレイ用の孔開けを失敗したMサイズ筐体に手当を行う

今日は、昼前から液晶画面のマウントを作っていた。



実のところは34φの孔開けを失敗した故に増えた作業なのだが、デザイン的には良い感じになった。



米軍ラジオの超超ジェラルミン製天板は薄くても強度があり、



材を切り出した後に修正を行う過程で、折れ曲りを気にする必要が無い。



ちなみに、Hammondケースの材質は粘るので、加工時に気を抜くと失敗に直結するだけでなく、怪我の心配をしなければならない。

Teensy4.1のSPIについて

どうもTeensy4.1のSPIには個体差があるようで、特定の個体でMCUのクロックを最高周波数に設定した場合に、液晶の表示が正常に行われなくなる現象を確認した。



試しに、液晶の表示が不安定な個体にLCDの動作チェックを行うプログラムを走らせてテストを行ったところ、



MCUのクロックを最高周波数・1008MHzに設定した場合にSPIの動作が追いつけなくなり、データの取り零しが発生することが判明した。

引き続き実験を行った結果、動作が保証されるのはクロックスピードが912MHzまでで、



それ以上のスピードに設定すると、SPIがデータを拾いきれなくなった。



一方、クロックを下げた場合に問題となってくるのは音声信号の処理速度で、こちらの動作が不安定になるようでは本末転倒である。

そこで、試しに健全なMCUでクロックスピードを912MHzまで下げてテストを行ったところ、4ch全ての音声に問題が発生しないことが確認できた。

また、音声ラインから特定のモードを選択した時に発生していたポップ・ノイズが消滅したことから、MCUを1008MHzで駆動していた時に音声関連のデータにも取り零しが発生していたことが判った。

今後は、外れなMCUの動作マージンを見越して、912MHzで運用を行うことになる。

LCDの検品で不良品を見つけた

ブレッドボードにLCDチェッカーを作った。



ライブラリを書き換えるのが面倒なので、Teensy4.0のボディー裏に配置された端子を引き出してLCDを駆動している。



LCDは丸ピンでMCUとの仮接続を行う。　購入した15個のうち1つに問題が発生した。



どうも液晶のピンポイントに致命的な圧力が掛かったようで、、、



打痕らしきものから下の垂直ラインの表示が死んでいる。



業者には一応クレームを出してみたが、受理されるかどうかは微妙。

追記：　無事クレームが受理され、即日返金が行われた。

追記2：　液晶パネルの上部にクラックを発見、やはり原因は打痕によるものだった。　サービスでケースにDIP端子を同梱しているのが問題なのかもしれない。

Lavoixski@周波数をスィープさせた入力信号で楽器の反応を見る

Teensy4.0で構成した発振器には、60kHzをディバイダによって1/16〜1/256に分周した出力を4x2ポート設定している。





今回使用しているのは64分周した信号だが、楽器側のディテクタと摺合せを行いながら基本周波数を決定した。　64分周時の周波数の分解能は、0.015625Hz となる。

楽器側では、ディテクタの基本設定を　#define PREDIV 1 / b_shift_p = 6;　に変更し、有感帯の周波数を上げている。



現状、Pitchディテクタに於いて、低域側のエントリーが始まるのは 37Hz 前後で、、、



Volume Value が1000カウントになる周波数は 63Hz辺り、



2000カウントは 103Hz辺り、



フルスケール時は175Hz辺りとなった。



Volume側の、ゼロからのエントリーは　90Hz 前後に始まり、、、



105Hz 辺りで 1000 カウント、



2000 カウントは 120Hz 辺り、、、



フルスケール時は、150Hz 程度になった。



実際のアナログVCOの特性を考えた場合、差分の分解能は周波数の低い方に大きくなるので、この設定で問題はなさそうに思える。



入力する周波数がリニアに変化していくために高域側の音程の推移が極端に遅くなっているが、これはアナログ・オシレータの特性によってある程度は相殺されることになる。　つまり、リニアな操作感を得るためにはアナログ・オシレータ側の周波数が変移する特性を把握しなければならないのだが、その一方で、Volume側にはPitch側とは異なる「非直線的な」カーヴの反応が求められる。　

実際、Etherwave等では、PitchとVolumeで異なる構造の発振回路を使用していて、Volume側のそれは発振器2台の周波数から差分を出すものではなく、



発振器単機からバンドパス・フィルタによって特定の周波数帯域の反応を切り出す方式を採っている。

LaVoixski＠周波数ディテクタの調整を始める

周波数ディテクタに入力する信号の周波数と音声出力の周波数の関係を測定した。

Pitch側は、18Hz辺りからセンシングが始まっているのだが、設計上のそれは30Hzを超えた辺り。　つまり、入力のアップエッジ間をカウントしている筈が、どうもそうではない雰囲気がする。



Volume側は、130Hz辺りでカウントがフルになる。　Volumeデータは12bit幅なので、この時点で変換出力される数値は4095。



ディテクタが機能し始める周波数は64Hz辺りで、要は64〜130Hzがセンシングを行うスウィートスポットに設定されているのだが、1オクターヴの変化量は急峻過ぎる。　ディテクタ側に何らかの修正を行うべきだろう。



実測値64Hzから130HzでVolumeのデータ幅12bitのダイナミックレンジをスウィープしてしまうVolume側ディテクタの設定がピーキー過ぎるので、まずはその辺りの構造解析と調整を行わなければならない。

システムのクセを把握した後に、実機のアナログ発振器の特性を測定し、それに合わせてシステムの再設定を行っていく予定だが、シミュレータを完成させるためには、実機の出力周波数が変移する特性を調査しなければならない。

その後、Volume側の周波数ディテクタを調整していたのだが、ボード上に配置したMCUで駆動する発振器の周波数を調整することで、ディテクタ側の動作の辻褄を合わせるという本末転倒なことをやっていた。



本来は、楽器側の周波数ディテクタの構造を精査してプログラミングを行うべきなのだが、既にディテクタの構造が最適化されているために、どうやってもレンジを合わせ込むことが出来なかった。

ディテクタの構造を再検討する過程で、 * 0.5 に圧縮していたこの部分の分解能を非圧縮（等倍）に戻した。



注目すべきポイントは ”PREDEV” で、この数値の設定によって低域の分解能と、対応する周波数のレンジが決定される。



GPT Capture それ自体には改良点を見出すことが出来なかった。



VolumeData 側の bitShift の設定を調整してみたが、芳しい結果は得られなかった。



実際に使用するVCOはアナログ回路なので、1オクターヴといった狭い変化幅に於いても「段付き」が発生する懸念は無く、オシレータ側のチューニングによって、自然な動作感が得られるように調整出来るかもしれない。
ただし、運用時の調整を考えると、2オクターヴ以上のレンジが欲しい。



左手はピーキーな方がコントロールし易いので、ピッチ側程リニアリティーの確保にナーバスになる必要はないのだが、それでも限度というものがある。

LaVoixski@ブレッドボードにFPGAのテストを行う回路を構築する

遅ればせながら、新調したFPGAのテストを行うためのブレッドボードを組み上げた。



今回使用するブレッドボードは10年選手のサンハヤト製。　日本で「ブレッドボード」という概念がメジャーになって数年建った頃に共立電子から購入した。　当然ながら、ボード・配線共に質が良く、耐久性が保証された製品だ。



後に購入した廉価版の配線材のヤレが気になるので、今回は高速通信を行う回線にテフロン被覆線を使った自作の配線材を用意した。



DACボードはPCM5102Aを搭載したものを2機実装して、4ch同時出力の実証試験を行う。



FPGAは手狭だった256セルから1200セルにアップグレードしているが、この製品独特のアーキテクチャによるものなのか、インプリメンテーション時のアラートが消えることはなかった。



機種変更に伴い、ピン配置は大幅に修正されている。






LCDのライブラリを書き換えて、MCUに割り振られる端子の設定を変更している。



今回は、配線を行うポイントに丸ピンソケット型のラッピングポストを立てて、より確実な導通を確保している。　特に電流が流れるLED系では、確実な導通により色味を固定出来る意義がある。



実機で使用しているのと同じトップスイッチをブレッドボードに取り付けている。



前回と同じく、MCUはTeensy 4.0とTeensy4.1を併用する。　Teensy4.0は低周波発振器とDDSのコントロールを担当している。



目玉スイッチそのものは導入せず、目玉とスイッチを分離した。　なお使用しているスイッチは楽器にマウントしている製品と同等品を使用している。



DDSには定番のAD9850を使用し、コントロールはTeensy 4.0から行う。



まず、低周波発振器の出力を確認した。　この段階では出力周波数が固定されている。



次に、DDSの出力を確認した。　矩形出力は、デューティーサイクルを半固定抵抗を調整して、最適化を行う必要がある。



低周波出力に関しては、最終的に20Hz 〜 2kHz を相互にスウィープする仕様に設定しているが、変化が急峻すぎるので周波数の変化を対数化した後、出力に1/10から1/100程度の分周を行ったほうがよいかもしれない。



スウィープ開始時の波形。　現在組んでいるプログラムは非常に単純なものなので、今後は改良の余地がある。



クロックを準備できたので、システム全体に通電を行って動作の確認を行ったところ、物理が原因のトラブルが頻発してこれを解消するのに半日ほど費やしてしまった。

RGB_LEDはMCUと直結してPWMで制御を行っているのだが、予想していた通り「赤味」が勝ってしまうことが判った。



目玉の方も同じく、赤が強くて青が貧弱な結果だった。



結局、赤のラインに1kΩを挿入して電流を制限することになった。



DAC出力にノイズが乗る減少に悩まされたが、DACのFMT端子をプルアップすること（オレンジの結線）で対処することが出来た。





最新版のIDEを使用してコンパイルを行ってみたところ、RAMの残量がまともに計算されるようになっていた。



LCD周りの結線をテフロン被覆線を使って行ったが、予想していた線端の折損事故が多発しているが、これは被覆を剥く時に発生する芯線の傷が原因で、適当な作業を行った結果が如実に反映されてしまう。



よって、製品に使用する場合は、テンションが掛からない部分に配分を限定すべきだろう。



LEDの色味はこんな感じで、緑が若干強いもののバランスを取ることが出来ている。

LaVoixski@便利系パーツを発見する

パネルマウントタイプの USB-B Micro コネクタは選択肢が限られていて、野趣あふれるタイプのものか、過剰に頑丈なものしか見つからなかったのだが、これはコンパクトで良い感じ。



が、配線には変換基板が必要で、これを探していたのだが、Micro専用の変換基盤を単体で見つけることが出来ず、折衷案としてピッチ変換基盤を使用することになる。



変換基盤は10pサイズのものを中央から切断した後、ポートを実装する。

あと、ギターシンセへのリプレイス時に効果を発揮するアイテムとして、SMAとミニフォン・ジャックの変換ケーブルを発見している。



現時点での構想はモノラル入力対応だが、このアイテムを使用することで接続が不安定なフォンジャックを筐体の外側に出せる利点がある。

LaVoixski@パネルマウントUSB端子の選択を間違える

CADのライブラリを漁って、適当に充てがっていたのが失敗の原因。

当初取り付けていたのはこの「標準タイプ」とされるものだったが、



端子の表裏が逆で、正解は「リバース(倒立)タイプ」だった。



製品マニュアルによると、端子の実装にはこういったルールがあるらしい。



一方、自分の設計した回路図では、部品のタイプを判別できない。



回路図から起こしたプリントパターンはこうなった。



ライブラリの表記を確かめたが、ここでもデバイスのタイプは判別しない。　



結局、CONN-09505という型番を検索して確認を行う必要があったのだが、先の製品マニュアルにあるように、基板表に実装する場合は「リバースタイプ」を選択するのがルールなのかもしれない。

正しい接続ではプラグを手前にした状態で、取付面の右側が #1 = V+ となる。

LaVoixski@フロントパネル周りの配線

LaVoixski@サンプリングレートの切り替えスイッチとUSBポートを実装する