禁断のアナログの世界に入る

リズムメーターとよぶものを作っている(8/30/08)
　2週間も記録が滞っていた。娘のホームページ制作が一向に進展しないので、しびれを切らしてフリーのブログで公開し始めた。まだ一部しか公開できていないが、早速訪問者がある。キーワードで検索してやってくるようだ。ENC28J60などの型番を入れると反応がある。

　この記録は本来、忘れっぽくなった自分の備忘録のつもりだったが、公開し始めると色々気になって写真を追加したり、やっぱりよそ行きの顔をしなければならないので、そう気楽に書き込めなくなってきた。始めは苦労して作ったソフトが誰かの役に立てば良いかと思って始めたブログだが、毎日の訪問者ログを見ていて、増えれば素直に嬉しいし、減れば心配になる。自分が何かに嵌っているとき、同じような苦労をしている人のブログを見れば、力づけられるし参考になることが多い。と、思って最初は迷ったが、結局、日記そのままの状態を公開している。

　電子工作の方は、H8のMMCでつまづいて完全な足踏み状態である。この方向はHigh Endの方向で、どうせやるならH8 ではなく、この上位機種のSHシリーズでやるべきだろう。uCLinuxがターゲットだが、H8はメモリ増設が必須だし、SHなら￥8000も出せば、クロック133Mhzで、SRAMが32MもあるSH3の評価ボードが手に入る。これならお家サーバとして十分な働きができる。

　そんなこともあって、これまで暖めてきたリズムメーターの構想を具体化することにした。リズムメーターとは私の造語で、間歇的な音（メトロノーム、拍手、掛け声など）が出ているときにその間の時間を表示する機械のつもりである。脈拍計のセンサーを通常の音声マイクに換えたものと考えてもらえばわかりやすい。私はリズム音痴で、フルートを吹くときは必ず、メトロノームをつけて練習するようにしているが、どうもメトロノームがどこまで正確なのか気になっている。自宅とレッスン場の早さが違うような気がする。ストップウオッチで1分かけて測れば測定できるが、人間の誤差も馬鹿にならないし、レッスンに行っていちいち時間をかけて測るのも気が引ける。

　ミリセカンドオーダーの測定はマイコンの得意とするところだ。マイクから音を拾って、コンパレータを通せば簡単に音のリズムはデジタル化できる。これまでのデータの移動平均をとって、その誤差が一定限度を越えればLEDなどを点滅させて警告すれば、調子が狂ったことがすぐわかる。面白いアイデアだと思うのだが、Webを探してもこういう機械はどこにもない。

　オーディオマニアのように凝るつもりはないが、こうした計測関係のアナログ電子回路はやっておきたいところだ。それで大分前から、LEDとLCD表示をつけたリズムメーターの仕様をかためてきている。ただ、例のないしかけなので、仕様は出来たものの、これで良いのか確信がもてないので具体化をためらってきた。

　そうだ、ハードの工作を忘れていた。このあいだWebの情報(http://homepage2.nifty.com/denshiken/AVW020.html)で、雑誌付録のUSBの8ビットマイコン（78K0)をAVRライター（AVRISP互換）にして、AVRstudioから直接書き込みが出来るようにしたが、それほど早くない。それにAVRspに比べると純正のAVRISPは、いちいちターゲットチップの定義をする必要がある。chaN氏が教えてくれたAVRstudioの中から、hexファイルをAVRspに送る方法（chaN氏は照れていたけれど）が何といっても一番効率的で、78K0のためにわざわざケースまで買ってきたが、今ひとつ気乗りがしないで放ってある。

　というので、きのうからブレッドボードにTiny2313でリズム計の実装を始めた。とりあえずアナログ系は先にして、スイッチでインタバルを測り、UARTに吐き出させる。移動平均をとって、その間の誤差でLEDの色を変えたり、点滅させたりするアイデアである。最終的には、LCDに直近の間隔と移動平均値を出して携帯できるようにする。

　16ビットタイマーは初めてだったが、順調にタイムが表示される。5秒程度を最大間隔にすると、分解能は64us。メトロノームの測定には十分である。LEDを点滅させるところで、2Kのフラッシュが満杯になる。4桁以上の数字を表示するので、chaN氏のxatoiを活用したのだが、やはり500バイト以上喰ってしまう。急遽、Tiny861に換装する。

　換装はそれほどの問題もなく終了した。移動平均との差が10％以下ならLEDが連続点灯、30%まで点滅、それ以上は消灯という仕様で、そのとおり動くが、これが役に立つかは自信がない。リズムを変えて行くと確かに連続から点滅、消灯とはなるが、％なので、1.3と0.7の間隔の違いが同じかと言われるとよく分からない。誰も作ったことのない機械だと思うので参考にするものがない。そもそも移動平均という値が、こういうときの参考値になるのかというのも問題である。

　まあ、デジタル系はこのへんにして、今度はいよいよアナログ系に行こうと思う。初めてのオペアンプ、コンパレータの実験が待っている。

禁断のアナログの世界(9/5/08)
　何十年ぶりかのアナログの世界である。オペアンプを買う前に、例によって、Webで少し勉強する。この世界も広くて深い。私のアナログの最後はトランジスタの低周波増幅まででオペアンプの知識は書物の上で知っているだけ。トランジスタも昔見よう見まねでアンプを作っただけで、まあ、オペアンプまわりは完全な素人である。

　調べていくうち、オーディオの世界に戻りそうになる。危ない、危ない。今度の目的は、単にリズムを打つ音響（メトロノーム、拍手）をサンプリングしてそのタイミングを入力させるだけが目的で、音質は問題外である。モデルはオーディオのVUメーター出力である。コンパレータといっても基準電圧は1V程度だろうから、出力は0.5V(P-P)もあればよい。

　大体の目安がついたところで、秋葉原に立ち寄る。今まで横目で見て通り過ぎていた秋月のオペアンプのコーナーに意を決して分け入り、最も定番だとされる汎用のLM358(1ヶ￥20)を手始めに選んだ。あとで調べたら秋月にはオーディオ用にも使える、低ノイズのオペアンプがこの程度の値段で沢山あることを知る。良いのだ。オーディオの世界にはいかない。と言いながら、目的もないのに、つい1WのパワーアンプIC、NJM386まで買い物皿に入れてしまった。

　ブレッドボードにあるリズムメーターのデジタル部を整理して、少し空間を作り、ここへオペアンプを設置してテストを始めた。入力はこのあいだのボイスレコーダについていたコンデンサーマイク。出力は、とりあえず周りに沢山転がっているヘッドフォンをみの虫クリップで挟んで使う。まともなピンジャックを買ってくる必要があるようだ。

　回路図は山ほどあって、何を選んでよいかわからない。データシートにあるACアンプは部品点数が多く面倒なので、簡便なものを探す。単電源のACアンプは意外と少ない。部品が少なく、手持ちのパーツの定数で出来るようなものを選んで、とりあえず組んでみた。

　しかし、出てきた音は、ノイズだらけで、音は割れまくり、とてもアンプとは思えない音であった。まあオーディオ用ではないからこんなものかと納得し、電圧をテスターで測る。マイクに近づけて大きな声を出してやっと0.2V程度で、これを整流しDCにしたら半分以下になるだろうから、このままではちょっと微妙なところである。大きな声を出していたら、家内が心配して見に来た。発作と間違えたらしい。お笑いの世界である。

　抵抗値などの諸元を替えてみる。これが結構クリティカルで面白い。カップリングコンデンサーを10μF以上にすると電源を入れてから暫く経たないと動作しないことや、1μF以下では、低音がすっかりカットされてしまうことなどを学ぶ。経験者には当たり前すぎて話にならないことが新鮮で面白い。ノイズも中間電位点をバイパスコンデンサーで接地すると劇的に下がることがわかった。

　調子に乗って、普通のトランジスタ増幅との比較がしたくなり、別の場所に組んでテストしてみた。増幅度は余り大きく出来ないけれど、これはもう全くハムやノイズもなく、ちゃんとしたアナログアンプになる。部品も余り多くない。これを2段にするほうが良いかもしれない。なぜみんなトランジスタを使わないのだろう。

　次の日お客が来たので、机上を片付け、オペアンプのテストを終わろうとしてデータシートを見ていたら、今まで試したオペアンプ回路がすべて反転増幅だったことに気づいた。非反転増幅もテストしておこうと思い、データシート通りの回路を組んでみた。この回路はコンデンサーが4つ抵抗が6つも必要でトランジスタ回路よりはるかに部品が多い。

　ところが、これを動かしてみると、今までの回路とは全く違ったのである。驚いた。ノイズが格段に小さくなっている上、音が全く割れない。これが同じICかと思うほどの差である。汎用オペアンプだからこんなものだと思っていたが全然前と違う。アナログは本当に難しい。やれやれこれからが思いやられる。

オシロスコープが欲しい(9/06/08)
　ブレッドボードの前のちっぽけなアナログ回路を前に考えた。回路を替えるだけであれだけ音が違うのである。デジタルと違ってアナログは正解がない。デジタルなら、想定どおり動けば、それが正解でそれ以上の答えはとりあえずない。やっかいなことになってきた。目的は前にも書いたように、メトロノームなどの音の周期を測るだけなので、それだけなら、もうひとつのオペアンプで整流回路を作り、ADコンバーターにでも入れてやれば電圧値が測定できるのだろうが、何となくこのまま通り過ぎるのに抵抗がある。

　そうなのだ。長年あこがれてきた夢、オシロ、スペアナなどを駆使して色々な電子回路を工夫して楽しむ世界が目の前にあるのに通り過ぎてしまうことになる。測定器と言えばテスターだけで、結局この世界は大学のほんの一時期しか経験しなかった。社会人になってからはソフトウエア一本で、本式のハードの現場は全く経験していない。

　アナログは禁断の世界だと言っていたが、ここまで電子工作を始めて、ブログまで公開してしまったのだから、もうちょっと入ってみよう。それには、やっぱり、マイクの前で大声をあげて、秋月の安物のテスターのACレンジで、おお200mV出たなどというお笑い実験から、せめてシグナルジェネレーターとオシロスコープぐらいを備えた余裕の実験をしてみたくなった。

　というので、このところWebでは、何かというとオシロスコープ関連のサイトに立ち寄ることが多くなった。予算は10万以下、USB接続のPCオシロではなく、やっぱりスタンドアロンのものが欲しい。帯域が問題である。将来、どこまで工作の範囲を広げるかで最大が決まる。一番安い25Mhzでも、TVの同期信号くらいまでは大丈夫らしい。無線はもう恐らくやらないので、これで十分だとは思うけれど、何か物足らない。シグナルジェネレーターも自作してしまえば良いが、これも少しまともなものが欲しい。秋月電子が売っているオシロのラインナップは大体、一般の価格の半値で、Webに出ている激安オシロと同程度、中には全く同じ製品と思われるものもある（激安店では特別セールと言っているが、価格も型番もぴったり同じ中国製）。

　迷っている。折角、大枚をはたく決意をしたのだから、テクトロには手が届かなくても、岩通あたりの廉価版の定番を10万出して25Mhzのものを買うか、同じ10万なら高性能（100Mhz）の激安ものを買うか。それともあっさり秋月で普及版（25Mhz)の4万のオシロとまともなジェネレーター２つを予算の中で買うか。Web情報によれば、5 ％以内の誤差で測れる周波数は、最大帯域のわずか30 %で、25Mhzなら精々8Mhzまで。　100Mなら、30MhzのCPUクロック波形までだ。しかもオシロで波形を見て何かの役に立つのか。そこのところがわからない。ただ、中古はやめておこう。素人が手を出してろくなことはない。

　いずれにしても、アナログをこれからもう少しやるのなら、オシロは、デジタルのロジアナ同様、かかせない測定器になるのは間違いがない。