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ADE - デジタルマルチエフェクタ

デジタルマルチエフェクタを自作した人を見たことがないので、作ってしまうというページ。

ページが長くなりすぎたので、名前を変えて別に移しました。新しいページはこちら

2006.8.30 ケース設計も大詰め

細かい不整合もつぶし、後は左パネルと、フットペダルの構造だけとなりました。

もうちっとだ。がんばるじぇい。

2006.8.10 ケース

今日の朝、板金屋をやられている消防団の方に会えたので、ケースの図面を見せて話が出来ました。

今のケースの設計では、6面を1面単位で一枚のアルミ板から削り出すようになっているので、コストがかかるのですよ。なので、気になっていたのは、板金で穴あけをして、スペーサを溶接できるかどうかということ。板金屋さんの話しでは、

「鉄なら溶接できるけど、アルミはなー。」

ああ。そっか。アルミの溶接って難しいんだっけ。2mm厚だからかなりきついはず。それにアルミのスペーサは普通売ってないので作るか探さないといけない。んまあ別に鉄でも良かったんだけど、

「やっぱり、見た目はそんなに良くないよ。削り出す方が綺麗に出来るね。」

とのこと。今の設計のままで、まずは図面完成させてから再度話をすることに。板金に出来る場合は、ケースの設計を大幅に変えようと思っていたために設計が止まっていたので、ちゃっちゃと作ってしまうことにしました。

2006.7.2 写真

先日、酔漢さんにお会いしたとき、こういわれました。
「初めて見たときは、どこかの製品の基板をひっぺがえしたのかとおもいましたよ」

初めて訪問した他の方にそう思われないために、もちっとまともな写真をだすことに。(意味のない更新でスマソ

基板の形がコの字なのは、ケースに収めるためで、あえてこうして基板を作っているためです。商用なら無駄の多い基板ですが(^^;

あ。ちなみに、亀ですがちゃんとケースの製図もしております。実際の作成については、消防団副分団長の板金屋さんに一度相談してみようと思います。「どんな製品でも、設計段階から関わった方が俺もうれしい」と言われましたので(w

ケースにこんな手間取るとはおもってなかった・・・。

2006.6.1 おわんねえ・・・

ケース設計がおわんねええ・・・形が複雑すぎ・・・。イヤになってきた(汗

こんなんで実際作ってみて、うまくはまらなかったらどうすんべ・・・。板金を想定してケース作るべきだったかなー・・・。かっくいいかたちにするために、アルミブロックからNCで削り出すように考えちゃったから、6面つくらにゃあかんし・・・。

きつーー。機械屋さんってスゲーや。

 

これがうまくできたら、色々考えてることがあって、実際のライブで使うとき客席にいくつかフットスイッチ配置しておいて、デジタルエフェクタが状態を監視してて、客がスイッチ踏む度に、自分のギターの音色変えてみるっていうのをしたいなーと。演奏中にMC的な面もだしてみたいとか思ってます。客も音以外で楽しめればと。

市販のエフェクタではこういう外部インターフェースを出すことができないので、自作とデジタルならではのメリットでオリジナル性をいろいろ妄想中。音がいいと言うことは重要なんだけど、他の人がやれないことをしてみたいとか思うのですよ。

あー。そんなことより、さっさとケース終わらせて早くソフトウエアに移りたい・・・・。

2006.5.15 空挺団

デジタルエフェクタでつかわれているDSPのBlackfinといえば、個人的に尊敬する方、酔漢さんのBlackfin空挺団というサイトがあります。酔漢さんとは2年ほど前に、とあるカンファレンスでお会いしたことがあるのですが、この方のカンファレンスがなかったら、Blackfin自体の存在を知らなかったため、デジタルエフェクタの開発自体が茨の道になっていたことでしょう。設計段階では、空挺団のBlackfinに関する資料は非常に参考になりました。

実は先週ずっと出張でいなかったので知らなかったのですが、酔漢さんのブログに当サイトが紹介されていました。正直かなり驚きました。間接的にとはいえ、酔漢さん本人のやる気を引き立たせていたとは光栄です。(出張といっても、そのうち2日はET2006 Westにいってました。ADIさんの展示が無くてちょっと残念。)

いやぁ、こちらもやる気出てきました。
さっさとケース設計終わらせて業者にケース作ってもらいたいとおもいます。が、いくらかかるんだろう・・・。

2006.3.26 近状状況2

うーん・・・・。ケース設計大変・・・。ていうか、ケースができないと開発進まないので暇を見ては設計してるけど・・・。特に形が複雑だからなぁ。かといって焦るとミスがでやすいしねえ・・・。

焦らずにじっくりやりますかね。

2006.3.15 近状状況

デバッグ中の様子です。ケースがまだできてないので基板むき出しですが・・・。とりあえずいろいろなエフェクト処理をつくっては遊んでますが、ケースをつくってLCDやスイッチ類をつけないとエフェクトの調整ができないので結構つらいです。機械設計は慣れてないせいか、うまく進まないんですよね。自作教室も要望出てきちゃったし、やることたくさんです。

2006-3-2 クリップして歪ませてみる

ここ数日、DSPで音の取り込み・再生ができずに悩んでいたんだけど、オシロを使って波形を調べていくと、BlackfinのSPORTのTSCLKが計算値と違うクロックがでている。Blackfinへは24.576MHzを入力して、内部で16倍にしてCCLKを393.216MHz、SCLKをCCLKの1/4の98.304MHzで動作させて、そこから1/8にして12.288MHzを出したかったのだけど、10MHzぐらいしかでていない。システムクロックを色々変更していったらCCLKの1/5にするとうまくDACで再生する。けど、これではSDRAMへのアクセスが遅くなるので、仕方なく送信クロックは内部生成ではなくて、FPGA側でADCから送られてくるクロックをDACとBlackfinのTSCLKに突っ込むことにした。

PLLで逓倍を繰り返すため、クロックがずれるのだろうか?マニュアルを何度も見直してクロック計算したが、原因が分からない。まあ、この辺の信号はいったんFPGAに経由するようにしていたので、vhdlの修正程度で済んだけど・・・。SPORTの送信/受信クロックの生成はタイミングがシビアな場合には使わない方がいいのかなぁ?

まあいっか。ハードウエアやっていくと思いもしなかったことが起るはいつものことです。

とりあえず、ADC/DACもうまくいったところで、今度はある一定数値以上になったらそれ以上の値にしないようにプログラムしてみた。ダイオードでのクリップと同じ現象です。単純にクリップさせたのでノイズがひどいが、ギターをつなげて弾いてみると、ディストーションと同じような音がでている。自己満足モード全開であります(笑

Blaclfinは高機能な分、覚えることも多いけど、ペリフェラルもあっさり動いてるし非常に分かりやすい。いいプロセッサですねえ。

2006-2-24 OPA1632DGNの発熱

デジタルエフェクターのADCの入力段には、差動入出力のオペアンプOPA1632を使っているのだけど、これが発する熱がすごい。材料を仕入れる段階では、SOP-8のパッケージを購入したかったのだけど、売り切れていたため、SSOP-8タイプを購入した。

実は、SSOP-8のタイプはICの裏面にサーマルパッド(放熱のためのパッド)がついていて、データシートでは基板にも放熱用のサーマルパッドをつけろと書かれている。とりあえずはデータシートの通りサーマルパッドをつけておいたのだが、実際動かしてみるとなぜサーマルパッドをつけなければならいかよく分かった。発熱がひどく、ICの温度を測ると80度になっている。こうなるとIC付近の電解コンデンサが心配だが、リード線なので極端には温度は上がっていない。最初は逆電圧でもかかってるんじゃないかと疑ったぐらいである。

とりあえず8時間ぐらい連続動作させているが、特に問題はない。データシートでもICの温度範囲は150度までなのでこれが普通なのだろう。OPA1632を使う場合は、SOP-8タイプを使い、ICの下には冷却用の複数の穴を開けておくことを激しくおすすめする。ここまで来るとエフェクターのケースも冷却用の穴を開けた方がいいかも・・・。

2006-2-22 原因発覚

月曜から悩まされていたアナログ部分のオペアンプ異常発熱及び熱雑音の原因が発覚。

結論はタダの「ハンダ不良」でした。(涙

熱雑音と思われていたのはADCとDACの信号線を経由させているFPGAの論理結線ミスだったんだけど、ライン入力の初段に設置したボルテージフォロアはハンダ不良が原因でした。他にもハンダ不良が見つかり、発熱も収まり無事音が出ました。発熱してるから、逆電圧がかかってないかとか、出力がショートしてないかとかオペアンプも片っ端から取り外し、なんだかんだでやっていた結果がこれかい・・(笑
ちなみに、使ってるオペアンプはSOP-8パッケージなので、取り外すときはパターン壊さないようにICの足切ります。よって取り外したオペアンプは全てゴミ箱へ(T-T

まあ、原因なんてそんなモノですが、これが仕事だったら大きなロスだっただろうなと思いつつ。音出しも終わってここまで。これで回路の方は不備なさそうです。パーフェクトではないですが、1発でここまでいければ上出来です。

ところで音の方はというと、全然エージングが終わってませんが、中音が少し物足りないぐらいで低高音メリハリきいてます。その辺はまた調整ですねぇ。

2006-2-21 部品装着完了。しかし・・

土日にあまり進まなかったので(ちょっとした出来事があって、そういう気分ではなかった)、ちょっと遅くなったけどこんな感じになりました。

デジタル部分はほぼ完璧(DSP用のプログラムFlashに一部勘違いしてて問題があるのですが、一応使用可能(^^;;)後日使用していたら、問題なく動作することが判明)ですが、アナログ部分はADC/DACのオペアンプが正常に動作していない。特にDACのI/F変換あたり、発熱がひどく熱雑音でジージーとノイズがでている。

特に不思議なのがOPA2134の1つをボルテージフォロアで使っているけど、歪む歪む。変だなあと思ってフレットボードでOPA2134のボルテージフォロア回路組んでみたけど、特に問題ない。こんな事今まで無かったので、原因調査は時間かかりそう。う〜〜。

2006-2-17 火入れ

昨日の夜、黙々とチップ部品をつけまくっていく。数が多いので疲れる。

コンデンサとデジタル部分の抵抗をつけたところで、いったん火を入れてみることにした。結構緊張する(笑

3端子の出力を測ってみる。無事3.3Vでている。他の3端子から2.5V、1.2Vも問題なくでているようだ。最近のデジタル回路は多電源が必要で線の引き回しも結構大変だったりするんだけど。

FPGA(Spartan3)をJTAGでバウンダリスキャンできるかチェック。
・・・・識別しない。なぜ!? よく見てみたら、PCとケーブルつながってないでやんの(^^;;;
繋げたら無事識別。 まあ、FPGAは何度も使ってるからこれは一発で動いてくれないと困る。

次はUSB。USBケーブルを繋げる。無事認識。

AVRも・・・とおもったら、なぜか識別してくれない。変だとおもってシンクロで信号当ててみる。PDIが0Vのままだ。プルアップされているから3.3Vでてないとまずいのだけど・・・。どっかでGNDに落ちてるかなぁ。回路図見直してみたら、おかしいことに気がついた。Mega128のプログラム線PDIはRXDも兼ねているため、プログラム時以外はMIDI-IN用の信号として使っている。この接続の先は・・・。74VHC04つけてたんだ・・・・。しかも入力はプルアップされているから、出力は'L'がでてる。これじゃあダメだ(笑
プログラム時以外は使わないからええけど、プログラムの時だけ74VHC04の入力をGNDに落とさないとダメだなあ。ピンセットで04の入力GNDに落としたら無事認識。素直に3ステートにするべきであった。

肝心のDSPは・・・FPGAからクロック供給するんで先にFPGAに焼き込んでからだなぁ。

2006-2-16 基板到着!

メイン基板到着しました。いやー、ここまで来るに長かったぁ。つーわけで、早速部品をつけていく。

IC多いので大変。ここまででいったん洗浄して、次はパスコンなんだけど・・・パスコンだけで150個・・・。先が長そう・・。メイン基板問題なさそうなら、ケースとスイッチパネル等々作らないと・・・。

2006-2-10 基板発注

ようやくデジタルエフェクターのメイン基板の方発注できました。起案してから1年ぐらい経つけど、完成は一体いつになるんでしょうか(汗
アナログで満足しとけばいいのに、デジタルエフェクター作ろうなんてアホなこと考えるの私ぐらいでしょうか・・?
まあ、色々勉強にもなるしいいんですが・・・。

ところで、以前考えていたエフェクターですが、いろいろ欲が出たのか初期の頃のあのシンプルな仕様とは一転してかなり高機能になっています。

項目 初期案 現在
DSP SH2-DSP(60MHz) Blackfin(BF532 400MHz)
サブCPU SH2(SH7145 50MHz)

AVR(Mega128 20MHz)
MIDI/ヒューマンデバイス/パネル基板との通信用

外部メモリ 2MB SRAM 16MB SDRAM / 2MB Flash / 64kB EEPROM
ADC/DAC 24bit 48kHz 24bit 192kHz
デジタルIF SPDIF AES x 2ch
PC IF なし USB / MIDI
LCD 128x64 dots + 40文字テキストLCD 320x240 dots

2万円で作りたいとか言う要望はどこに行ったんでしょう。アホですな。MIDIつけては見たモノの、作るの大変そう・・・。

2006-2-6 アートワーク完成

よーやくアートワーク終わりました。といっても、メイン基板だけですが。
スイッチ用のパネル基板との2枚で構成されているので、パネル基板はまた次回になりますが、これでDSPのプログラムが作れるってもんです。
(パネル基板は、ケースとの調整もあるのでケースの製図が終わってからだろうなぁ。)

まぁ1発ですべて動けばいいですが、この規模になるとそんなうまくいかないことの方が多いわけで(汗
チェックしても勘違いしてたりミスもあるのですが、できあがりが楽しみです。

2005-12-26 ケース設計

最近、アートワークをひとまず保留にして、全体のサイズ合わせのため、ケースの製図を行っている。
機械製図なんて学生の時以来だが、そのときの勉強も無駄にはなっていないようだ。授業ではドラフターを使って書いていたが、無論、今はCADを使うことになる。

最近はPC CADもフリーから製品までいろいろあって、何を使うかは結構迷った。いろんなCADの体験版をDLしては試してみたが、どれも操作がいまいち。Protelに慣れているせいか、どうしても近い操作方法の物を選定基準にしている。

機械・建築CADでは有名なAutoCADだけど、これは最初から候補からはずしていた。なんでって、以前体験版使ったことあるけどすっごい使いずらいんだもん。慣れればかなり早いのは分かるのだが、DOS版からの操作を引き継いでいるAutoCADは初心者には敷居が高い。おまけに値段も高いし(笑

いくつかCADつかってみたんだけど、結局全部ダメで、機械製図もProtelで書いてやろうかなどと思っていた頃、あるCADリンクサイトから、TurboCADのリンクを見つけた。体験版があったので、DLしてみた。見た目は他のCADとあんま変わらないのだけど、キーコンフィグもあり、思いの外使いやすかったので、しばらくこれを使ってみることにした。もちろん、キーとマウスコンフィグは、最初から変更しましたが。

ところでお値段、Standard版で30000円ぐらい。Pro版で8万ぐらいだったかな。
タケー・・・けど、使うなら、これくらい出さないとダメだなあ。部品大量に買い込んでおいて、今更後に引けない。つーわけで、Standard版購入。業務でやる訳じゃないしProまではイラン。

通販で購入したら、案の定、分厚いマニュアルと、薄いチュートリアルがついていました。
とりあえず、チュートリアルの通りに操作方法を勉強。

1時間後・・・。
うわ。使いやすー・・・。これ。

やっぱり、製本でチュートリアルがついてるのは、とっつきやすい。慣れればいいですよ。これ。

2005-12-20 EZ-KIT

BlackfinのEZ-KITは前から欲しかったので、Digikeyで購入してしまった。orz
いや、ある意味無いと困るし。 5万円。個人で買うには高いなあ・・。

2005-12-14 電源

回路も大詰めに入り、静電気対策用に高耐圧コンデンサを探していたら、変わった形のトランスを見つけた。ドイツ製らしい。青いブロックの形になっていて、背が低いらしい。

いいトランスが入手できなかった関係で、電源は市販のスイッチング電源を使うことを決めていたが、背が低いならこれで電源を作れないかと思い始めてきた。問題は熱であるが。どんだけ出るんだろう。

試しに一個買ってみた。思っていたよりでかく、結構重い。T-T
いかにスイッチング電源が小さく、軽くできるとよく理解できる瞬間ではある(笑

いくらノイズがでないつっても、持ち運ぶんだから重かったら意味がない。電源まで作成するのは却下。

2005-11-18 電子リレー?電子スイッチ?

デジタルエフェクターを作っていると色々考えたこともなかった問題に色々直面する。
特にアナログエフェクターよりも高機能にしようとすると頭を悩ませることがあるが、その一つに電子スイッチの問題がある。
要は、バランスとアンバランスの入力をデジタル制御でよって切り替えようとおもったんだけど、最初はFETつかえば簡単にスイッチが・・・なんっておもったけど、経路を1つにしたいんだから、バランス・アンバランスの信号のどちらも落ちてしまう。(機械スイッチで言うと、DPDTの形状にしたいのですよ。)
結局、色々悩んだ結果、いったん入力経路を決めたら、そうそう変更しないはず・・・ということで、普通のスイッチを採用しようとしていたら、ふとリレーを思い出した。NCとNOがあり、どちらか片方を必ず通す・・。やりたいことはまさにこれじゃん。

電子制御に目がいっていて、リレーを忘れていた。けど、リレーはどうなんかなあ。
オムロンのHPみていたら、MOS FETリレーを発見。微小アナログ信号開閉に適していると書いてある。正確にアナログ信号をリニアに伝えられるか心配であるけど・・・。

まあ、入手しやすいので採用することにした。

2005-11-16 XLRコネクタ

設計中のデジタルエフェクタに使用するバランス入出力にXLRコネクタを使おうと思ってるんだけど、プロ用の機器を使ったこと無いもんで、購入する際雄雌迷ってしまった。とりあえず、マイクの入力からの接続がメスのはずだからとメスだけ買ってきた。
家に帰って色々メーカー製製品をあさっていると、機材側からみて入力がメス・出力がオスが一般的?のようだ。こんな事も知らずに設計している自分も自分だが・・(笑
まあ、せっかくバランス入出力とも接続できるように設計してるんだし、マイクの入力はXLRコネクタのをよく見かけるのでアマチュアバンドでも使う機会はありそうだ。

ただ、XLRコネクタってタケー(T-T
メス側は一個900円ですか。

2005-11-20 EZUSB FX2ボード

ストロベリーリナックスに頼んでおいたEZUSB FX2ボードが届いた。

相変わらずここの会社の基板は、OLIMEXに頼んだんじゃないかと思う基板である(笑
まあ、低価格を実現するなら、基板代が安くないとつらいのはよく分かります。Eagle以外のCADでどうやって発注しているのか非常に気にはなるところなのですが。Protel2004のガーバーは、OLIMEXでは読めないとさんざん怒られた記憶があるので^^;;

実は、作成中の回路にこのキットについているUSBチップと同じCY7C68013を搭載する予定なので、その前に色々いじっておこうというわけである。本当はITプラザで頼もうかと思ってたんだけど、他に買う物があったので、こっちで購入したというわけです。

早速あけてみると、説明書が1枚とすでにSMD部品がハンダ付けされた基板と、ラジアル部品が数点である。こりゃ楽だ。1分で作成完了。

とりあえず、USBケーブル接続。無事認識。
PCで認識して、インストールしておいたツールに格納されているドライバを選ぶ。
あっさり認識。拍子抜けするほど楽です。いい世の中ですなあ(笑

しばらくこれでUSBの勉強しとかないと・・・(汗

え?なんでデジタルエフェクターなのにUSBかって?PCとリンクするからに決まってるじゃん。(笑

2005-10-29 Blackfin

Blackfin
2chのデジタルエフェクタ&ミキサーをずいぶん前から考案していて、設計に入っている。
マルチチャンネルミキサーではなくて、ギターだけとか小チャンネルだけど、エフェクターとしては高機能の物を設計している。コアのDSPはSH2-DSP+FPGAで処理をさせる・・・・予定だったが、2chの最大192kHzサンプリングの数段のエフェクト処理に、60MIPSで処理能力がついて行けるか疑問であったため、他のDSPも視野に入れて再設計することにした。

DSPといえば、TIが有名だけど・・・・。問題は開発環境である。いくら何でも、数十万もだして開発環境買うだけの金はない(笑
そんなことを思いなら、ふと、去年のET2004でのカンファレンスに参加したとき、ADIの方から、BlackfinなるDSPの事を紹介されたのを思い出した。そのときは、アセンブラが非常に見やすいなど、色々印象に残ってることがある。
一応ADのサイトで色々調べていたら、非常に興味がわいてきた。てっきりBall Grid Arrayだけかと思っていたら、TQFPのパッケージもあるみたいなので、Digikeyで探したら、売ってるし。BF532が1800円程度。うーむ。1個購入時の単価がこれなら安い・・。

BF352は最高400MHz稼働で、SDRAM直結可能など、思っていた以上に簡単にハードが構成できそうなので、SH2-DSPをやめて、こっちで再設計することにした。ほぼ完成していたのに、これから変えるのか・・。
ただ、問題は開発環境だが・・・。なぜか手元に、Visual DSP++ 4.0がある。
いや、これ、以前ADからもらったお試し版。なぜか捨てずに取ってあった(笑
90日はテスト可能みたいだし、これで良かったら購入も検討できそう。一応GUN-Cもあるみたい。
(期限が切れても、デバッグと小規模プログラムはつくれるとか書いてあるような・・・・。小規模ってどのくらいのサイズだろう?)

データシートをDLして、一通り熟読。
一番驚いたのが、FPGAで処理しようとしてたAD/DA用のシリアル通信。すでに用意されてるし。言い換えると、AD/DAと直結可能・・・。うへ。これならFPGAいらないやん。部品が増えるかと思っていたが、SH2を乗せるより、部品が減る。

最新の物ってすごいね。
このDSP、仕事でも使える。音声信号処理を行う必要があるときに、採用検討しようっと。

2004-11-3 デジタルエフェクターの仕様

いろいろ考案しているデジタルエフェクターだけど、仕様は以下のようにしようと思う。

・2ch入出力(1ch可能)
・24bit 48kHzサンプリング
・CPUはSH2を2個。1つはDSP内蔵もので、エフェクト処理専用。
・LCD搭載。128*64dot
・デジタル出力搭載。

対象はDTM、バンドでエフェクターを使用している人

量産できればいいなと思いつつも、売れるか非常に疑問がわく。見込みなかったら、1台作って自分専用(笑
ユーザ自身がプログラムとか更新すれば、いいおもちゃになるんだろうなーと思うけど。

ここ数日、いろいろ材料調達に向けていろいろと検索検索検索検索。
意外と見つけるのに苦労したのが、ADC、DACでした。
どこにもなくて、ふとDigi-key.com見たら、TIのA/D、D/Aを発見。価格も安い方なのでこれに決定。
旭化成(AKM)のADCは見つからない上に、見つかっても高いー。最低50個〜って・・T-T

エフェクターはリアルタイム処理が要求されるので、CPU2個搭載して、1個はLCDやペリフェラル制御などのメイン処理を担当。SH2の7045付近を予定。もう1つのCPUはこないだ東京に出張に行ったときに、若松通商にてHD64F7065Aを購入済み。HPには在庫切れとか書いてあったけど、おじさんに聞いたら、ありました。けど、お値段たかー(涙

部材費はできれば2万切りたいんだけど・・・。すでに無理っぽい(笑
ディジタルエフェクターなら、各種メーカーから、やすくていろんなものでてるしなぁ・・。

問題点
・2つのCPUの通信どうしよう・・。
・他のエフェクターとかは、A/Dのスペックがもっと低いんだけど・・。低音ばりばりなら、48kもいらない・・?

うーん。企画倒れしないだろうなぁ・・TT