【ワレコの電子工作】カーオーディオ用チャンネルフィルター兼プリアンプほぼ完成【究極の銅チューニング】

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写真 遂に完成した自作カーオーディオシステム(銅チューニング版)を搭載した車でドライブに出掛けるオーオタ女子

2019年8月に開始したカーオーディオシステム自作プロジェクトであるが、いよいよ完成が近づいて来た。

先日は当プロジェクトの最大の難関であったフロントパネルの穴開け加工を行い、無事に完成したのだ。

残す作業は、

  1. リレー回路からボリュームまでの配線
  2. ボリュームからアンプ入力端子までの配線
  3. ボリューム軸に延長シャフトを取り付ける工作
  4. アンプ出力端子から出力XLR5メスコネクタまでの配線
  5. ぺるけ式Bluetooth 3.0レシーバーの製作

の五項目だ。

当記事では、1~4までの項目の作業を行い無事に完了したので、その作業過程を詳細に紹介したい。

では、本題に入ろう。

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  1. チャンネルフィルター兼プリアンプ基板のクリーニングと回路の説明
    1. プリアンプ基板のクリーニングと防湿コーティング処理
    2. チャンネルフィルター回路はRC型パッシブフィルターにオペアンプバッファ
      1. ワテは複雑なオーディオ回路は好きではない
    3. ボリューム取り付け部分の加工
    4. 60W半田ゴテとカッター刃を使ってプラ板を切る
    5. 電源基板を取り付けて配線する
  2. 入出力端子の配線作業
    1. 入出力端子の配線作業を行う
    2. ラッチングリレー基板の配線作業
    3. モガミ 2799 4芯シールド線を使って入出力を配線する
    4. アンプの出力信号をXLR5出力端子に配線する
    5. 定電圧電源基板から±15VDC電源を取り出して左右に分配する
    6. アンプ出力端子に挿すソケットに配線をした
  3. ボリュームの配線作業
    1. ボリューム延長シャフトを自作した
      1. アサ電子工業 プラスチックモールドカップリング UJタイプ
      2. オイレス工業 オイレス#80 フランジブッシュ
    2. ボリュームシャフト延長に成功
  4. チャンネルフィルター兼プリアンプの堂々の完成と動作確認
    1. プリアンプ・パワーアンプ間の接続ケーブルを自作する
    2. ワレコのカーオーディオシステムの紹介
    3. 恐る恐る電源オン
    4. 高音がキンキンする
    5. オーラトーン5Cスピーカーに勝るとも劣らない!
    6. LM3886x4基搭載4チャンネルパワーアンプの発熱は少ない
      1. 必要なヒートシンクの熱抵抗
      2. 実際の発熱は殆ど無い
  5. まとめ

チャンネルフィルター兼プリアンプ基板のクリーニングと回路の説明

いよいよチャンネルフィルター兼プリアンプ基板の取り付けや入出力端子の配線作業だ。

ポリプロピレン板に日東電工の銅箔テープを貼ってみた。

写真 ポリプロピレン板に銅箔テープを貼るだけでまるで純銅製に見える

この銅箔テープを貼るだけで自作電子回路が超高級マークレビンソン製に見えるくらい高級感が出る(ワテの印象)。

銅箔テープの上に乗っているプリント基板は、先日、この記事で紹介したラッチングリレー式5入力セレクターの制御基板とラッチングリレー基板(オレンジ色、秋月電子)だ。

プリアンプ基板のクリーニングと防湿コーティング処理

今回は銅を多用している。

配線材料は銅針金(銅単線)、樹脂や基板には銅箔テープを貼り付けて純銅板風にするなどだ。

かつ、ワテがジャンク品を溜め込んでいるパーツボックスで見付けたサンリング電子製の銅箔ポリスチレンコンデンサ(1個10000pF)をチャンネルフィルター回路に使ったので、まさに銅てんこ盛り状態だ(下写真)。

写真 チャンネルフィルター兼プリアンプ基板はソケット連結式にしている

銅好きにも程がある。

カッパーワレコと呼んでくれ!

まずは、基板のフラックス除去と防湿コーティングを行う。手順は、先ほど5VDC電源基板を作った時に説明したのでここでは割愛する。

まあ、無水エタノールを付けた歯ブラシで擦ってフラックスを綺麗に除去したあとで、防湿コーティング剤を塗布するだけだが。

下写真の中央の基板がチャンネルフィルター基板。ごく普通の6dB/octのCR型パッシブフィルターだ。

写真 三枚の基板を連結(左:2分配回路、中:Low/Highチャンネルフィルター、右:ゲイン調整)

サンリング電子製の10000pFの銅箔スチロールコンデンサを二個並列にして20000pFにしている。それらを銅箔テープでぐるっと巻いて連結固定した。外部振動に対する安定性が増すからだ。カッパーオンカッパーか。いや、ダブルカッパーか。なんのこっちゃ。

これらの基板の構成は下図のようになっている。

図 チャンネルフィルター兼プリアンプ基板の構成図(片チャンネル)

以下では、これらの構成図をもう少し詳しく説明しておこう。

チャンネルフィルター回路はRC型パッシブフィルターにオペアンプバッファ

ワテの場合、電子回路初心者なので難しい事は分からない。

チャンネルフィルターやチャンネルデバイダー(両者の違いは何?)の場合、オペアンプを使ったアクティブフィルター回路を使うのが一般的だろう(アナログ方式の場合)。

ワテも当初は教科書に載っているようなオペアンプを使ったアクティブ型のハイパスフィルターとローパスフィルター(下図)を作ろうかなと思ったのだが中止した。

図 オペアンプによるアクティブ型ローパスフィルタ 引用元 https://ja.wikipedia.org/wiki/ローパスフィルタ

ワテが採用したのは、単純なRC型パッシブフィルター回路(下図)出力の後ろにオペアンプのバッファー回路をくっ付けると言う単純な方式だ。

 

図 コンデンサと抵抗器によるRC型ローパスフィルタ

引用元 https://ja.wikipedia.org/wiki/ローパスフィルタ

なぜそうしたのかと言うと、ワテの場合、負帰還回路があまり好きではない。

負帰還回路を使うと電気的な特性が良くなるのは、まあ、電子工学の理論的にも、あるいは感覚的にもある程度は理解出来ているつもりではあるが、それはあくまでゲインが無限大、入力インピーダンス無限大、出力インピーダンスゼロと言う理想的なオペアンプの場合だ。

出力を入力にフィードバックする訳なので、現実世界では因果関係が逆転する訳だから理想通りには行かない。スリューレートの速いオペアンプを使えば、メガヘルツくらいの帯域までフラットな特性を示す増幅回路を簡単に作れるので、そんな高性能オペアンプを使ってアクティブフィルターを作れば、数キロヘルツの世界のオーディオ帯域なら完璧に設計通りのフィルター回路を作る事は出来るのは分かる。

でも、電子回路初心者のワテの気分的には、やはり、フィードバックは不自然だ。それも、抵抗一個で差動増幅回路にネガティブフィードバックするくらいならまだいいけれど、帰還部分にRCを組み合わせたアクティブフィルター回路となると電気的な特性は計算通りに実現出来るとしても、ワテには違和感がある。上手く言えないけれど、素直でない感じ。

つまりまあ、RCを通して非線形にフィルターが掛った信号を出力から入力に戻すなんてのは、気持ち悪い。まあそれは単なる思い込みかも知れないが。

ワテは複雑なオーディオ回路は好きではない

あるいは、自作オーディオを趣味にしている人の中には、電気回路的な特性を極限まで追求するために、各種の回路を駆使して見た目の特性を物凄く良くしている人もいる。

カレントミラー回路、カスコード回路、ブートストラップ回路などオーディオアンプに良く使われている基本回路を多数入れているなどの例だ。そう言う凝ったオーディオ回路には、何十個もの多数のトランジスタやFETが使わている物も多い。

まあワテの場合には、それらの基本回路の動作はある程度は理解出来ているつもりなのでその存在意義も理解出来るのだが、それらの回路を多数組み合わせて、ギチギチに回路を束縛しているような設計は、何となく好きになれない。

まあ、なんと言うか、流れる電流(電子)が自由に動けないだろうから、のびのびした音が出ないんじゃないのか?などと言う素人の感覚的な表現しかできないがw

つまり例えて言えば、ビニールハウスで厳密にギチギチに温度管理して農薬を多用して外見は真っ直ぐに育ってはいるが水っぽい味気ない胡瓜よりも、農家の人が畑で無農薬で自由にのびのび育てた曲がった胡瓜のほうが昔ながらの懐かしい濃い胡瓜の味がするみたいなもんか?ちょっと違うか。

と言う訳で、最近のワテはぺるけさん設計のオーディオ回路などが好きだ。ぺるけさんの回路は簡素で無駄が無いからだ。

さて、作業を続けよう。

ボリューム取り付け部分の加工

アルプス電気の10KA二連ボリュームは2ミリ厚プラ板に四角の穴を開けてそこに嵌め込む構造だ(下写真)。

そのプラ板に開けた四角の穴位置が若干修正が必要になった。下写真の赤色マジックの部分を切り取る必要があるのだ。

写真 ボリュームを嵌め込む為にプラ板に開けた四角穴の追加工が必要になった

でも、底に敷いたプラ板の上には既に多数のパーツを載せているので今からこのプラ板を取り出すのは困難だ。

シャーシを裏返して底アルミ板を外せばこのプラ板が露出するので、それを取り出す事は出来なくは無いが、作業中に配線が引っ張られて半田付けが切れるなどのトラブルが起こりそうだし。

で、良いアイデアが閃いた。

60W半田ゴテとカッター刃を使ってプラ板を切る

下写真のように、gootの60W半田ゴテの使っていない奴が有ったので、カッター刃をネジ止めした。

電源を入れるとカッター刃が熱せられて、プラ板を熱で溶かしながらカットする事が出来るだろうと睨んだのだ!

実際にやってみると、面白いように簡単にプラ板がカット出来た。

見よ(下写真)、5分も掛からずに簡単に目的の部分を切り落とす事が出来たぞ。

写真 ハンダゴテにカッター刃を取り付けると簡単にプラバンがカット出来る

自称DIYの達人だ。

実は、このカッター刃付き半田ゴテは、連結ソケットピンの切断をする為に自作していたのだ。

それをプラ板の切断に使ってみたら、殊の外いい感じで切断出来たのだ。

電源基板を取り付けて配線する

下写真はACインレットやヒューズホルダの周りの配線途中の写真だ。

コンパクトなタカチシャーシに多数のパーツを入れたので余裕が無い。上写真のように電源基板を背面パネルにギリギリまで寄せたのだが落とし穴が有った。

それは、サトーパーツのヒューズホルダF-95-Gは、ヒューズを入れる時にツマミ部分を奥に押し込んでから右回転させて固定する動作が必要になる。

ところが、ツマミ部分を押し込むと反対側に出ている電極も同じ距離だけ動くのだ。その結果、電極がトロイダルトランスに当たってしまって、ヒューズの交換が出来ない事が発覚。あかんがな。

で、電極を直角に折り曲げて一件落着。ピンチになっても冷静に解決策を見付けるワテである。

あとは、ACインレット、予備コンセント、ヒューズホルダをトランスの一次側に電線で半田付けして配線が完了した。

入出力端子の配線作業

入出力端子の配線作業を行う

さて、今回の作業の難関の一つである入出力端子の配線作業を行う。

なぜ難関かと言うと、兎に角作業が細かいのだ。

Neutrik XLR5タイプのキャノンコネクターを使って高密度にリアパネルを設計した。

下写真で左から、以下のように割り当てている。

端子用途
XLR5メスCH2入力(左右)
XLR5メスCH3入力(左右)
RCACH4入力(左右)
RCACH5入力(左右)
XLR5オス

左出力(Low, High)

XLR5オス右出力(Low, High)

表 チャンネルフィルター兼プリアンプの入出力端子の割り当て状況

なお、CH1入力が無い理由は、CH1は今後内蔵予定のぺるけ式Bluetooth 3.0レシーバーの出力に割り当てる予定なので、背面パネルには接続端子は無いのだ。

写真 チャンネルフィルター兼プリアンプの入出力端子

まあ、XLR5コネクタを使う事によって、こんなに沢山の入出力端子を高密度に搭載する事が出来る。ワテの場合、XLR3は恐らく今後も使う事は無いと思う。皆さんにもXLR5をお勧めしたい。

ラッチングリレー基板の配線作業

5入力セレクターなので、5個のリレーの出力端子(R+, R-, L+, L-)を並列に接続して、それをボリュームに配線する。

上写真のように、まずは銅単線を使って最短距離で配線した。この後、ボリュームに配線すれば良い。

モガミ 2799 4芯シールド線を使って入出力を配線する

一方、5個のリレーの入力側には背面パネルに取り付けた5入力からの信号をそれぞれ配線する必要がある。

4芯シールド線を使って、まずはリレー入力側にシールド線を半田付けした。

ワテが良く使うのは、モガミ 2799 4芯コンソール配線用ケーブルだ。

ワテがこのモガミ 2799 シールド線を気に入っている理由は以下の通り。

  • メーター当たり200円前後なので、そんなには高く無い
  • 四芯シールド線なので、XLR5(1:GND, 2:L+, 3:L-, 4:R+, 5:R-)キャノンコネクターの配線には最適
  • 四本の芯線は青、透明、赤、黒の色なのでワテの場合には青L+、透明L-、赤R+、黒R-に割り当てると分かり易い
  • 四本の芯線は26AWGで素線が物凄く細くて多数の素線があるので電気信号を良く通る気分がする(ワテの場合)
  • 芯線の被覆が熱に強いので、半田ゴテを長時間当てても被覆が溶ける事が無い
  • 灰色の外側被覆はカッターで軽く切り込みを入れると、綺麗に抜き取れる
  • 灰色の外側被覆を剥がしたら露出するシールド線が網目構造では無くて、細かい多数の素線が巻き付いている構造なので、シールド線が不要なら簡単に切り取れる。
  • 切り取ったシールド線は金田式の7本撚りなどの加工をすれば再利用可能
  • 直径がΦ3.2と細いので扱い易い
  • 適度に硬いので、配線後にはフニャフニャとはグラつかない
  • やっぱり最上電線(MOGAMI)と言うブランドに痺れる(プロの音楽関係者の定番ケーブルなので)

などかな。

自作オーディオ機器の内部配線材には最適だと思う。

MOGAMI 2799 4芯コンソール配線用 ケーブルの詳細は

 http://www.kyohritsu.jp/eclib/OTHER/DATASHEET/mogamiconsole.pdf

などを参照すると良いだろう。

 

リアパネル側に取り付けたXLRコネクタ、RCAコネクタにも配線が完了した(下写真)。

写真 リアパネル側に取り付けたXLRコネクタ、RCAコネクタにも配線が完了

数時間掛かりの作業だった。

次回、類似のオーディオ機器を製作する場合には、専用プリント基板を設計して、かつ、背面パネルに取り付けたXLR5コネクタ、RCAコネクタもリード線半田付けタイプでは無くて、プリント基板直接取り付け型を採用して、手作業での配線作業を極力減らしてみたい。

アンプの出力信号をXLR5出力端子に配線する

残る配線作業は、ボリューム周りの配線、アンプ入力、アンプ出力の配線だ。

まずはアンプの出力信号(下写真のプリント基板の最左端)を出力XLR5コネクタまで配線する。

写真 配線作業中のチャンネルフィルター兼プリアンプの様子

上写真には三本のモガミ2799 4芯シールド線が写っているが、一番上の一本はCH1入力用でラッチングリレーの1番に繋がっている。一方の端は、今後搭載する予定のぺるけ式Bluetooth 3.0レシーバーの出力信号に繋ぐ予定だ。

残る二本のモガミ 2799 4芯シールド線がアンプの左右の出力信号用だ。四芯なので、チャンネルフィルターでLowとHighに分けた二種類の信号を一本のシールド線で出力XLR5コネクターまで伝送するのだ。

今回ワテが採用したコネクタはアマゾンで見付けたL型2列10ピンのごく有り触れたソケットだ。

信号線の割り当ては、以下のようにしている。

ピン番号ピン番号意味
16ー15V
27High信号
38GND
49Low信号
510+15V

表 L型2列10ピンコネクタに割り当てた信号線の解説

つまりまあ、2列10ピンなのだが、上下でピンをショートさせて使う事にしたので実質5種類の信号しか扱えない。その代わり、信号経路が二重化されたので、接触抵抗も少なく高信頼性の接続が実現出来たのだ。

GNDは左右チャンネルで共通にしている。まあ完全モノラル構成のアンプなどを作りたい人にはお勧めできない信号割り当てかも知れない。

定電圧電源基板から±15VDC電源を取り出して左右に分配する

左右チャンネルに電源を供給する為に電線をニ分配した(上写真)。

熱収縮チューブを被せて絶縁対策は万全だ!

熱収縮チューブは専用ヒートガンで熱したいところだが、そんな便利な工具は持っていないので100円ライターか半田ゴテの先を近づけて熱する方式で収縮させる。

100円ライターのほうが短時間で収縮出来るが、煤(スス)が付くのが嫌なのと、耐熱の低いビニル線だと溶けてしまうので、ワテは半田ゴテの先っちょを近づけてジワジワと収縮させる慎重派だ。

アンプ出力端子に挿すソケットに配線をした

下写真ではちょっと分かり辛いと思うが、ワテもこんな2列10ピンの基板用L型コネクタに電線を半田付けする経験は初めてなので、どんな風に半田付けするか迷った。

とりあえず、二列の端子の上下は銅線を使ってショートさせて実質5ピン状態にした。

そのあとで、4芯シールド線と電源からの±15VとGNDを以下のように配線した。

ピン番号ピン番号意味接続電線
16ー15V電源からのー15V青
27High信号4芯シールド線の赤
38GND4芯シールド線の黒と透明、電源からのGND緑
49Low信号4芯シールド線の青
510+15V電源からの+15V赤

表 L型2列10ピンコネクタに割り当てた信号線や電源線の説明

なお、アンプ基板からの出力はオス型ピンで出力するので、それを受けるコネクタ側には上写真のようにメス型のソケットを使う必要がある。

ところが、最初はそのように正しくメス型ソケットに配線したのだが、何故だか勘違いしてこれが間違っていると思ってやり直して、オス型ピンをシールド線に半田付けしてしまった。

でもそれは間違い。

で、結局、最初にやったようにメス型ソケットをシールド線に半田付けすれば良いのだ。

と言う事で、単に二個のコネクタをシールド線に半田付けするだけの作業に5時間くらい掛かってしまった。もう嫌や。

なぜ勘違いしたかと言うと、普通は回路図は左から右に信号が流れる向きに描くだろう。

そして、正負電源を供給する場合には、上側は正、下側は負、中央がグランドが普通だ。

ところが今回設計したアンプ基板、チャンネルフィルター基板などは、45x45ミリサイズの小さな正方形基板に多くのパーツを配置する関係で、左から右に信号が流れる向きに描いた場合に、電源の上下が逆になってしまったのだ。つまり、下側が正極、上側が負極、中央がグランド。

それが混乱の元だったのだ。つまり45x45プリント基板を間違えて180度回転させてシャーシに取り付けてしまったので、入出力ピン・ソケットの位置関係も逆転してしまったのだ。あかんがな。

と言う訳で、教訓としては、標準と異なる規則を採用した場合には、間違えないようにプリント基板などに極性を分かり易く文字で描いておく事!

ボリュームの配線作業

5枚のラッチリレー基板の出力端子は銅単線で並列接続していたが、それらに黒い熱収縮チューブを被せてから四本の信号線(青・透明・赤・黒)として取り出した(下写真)。

その信号線をボリュームに半田付けした。

昔どこかのジャンク屋で買ったアルプス電気製の割と大型の2連10KΩA型のデテントボリュームだ。

半田付けの際に熱でボリュームを壊さないように、gootのアルミクリップで熱を逃がしながら電線を半田付けした。

200円程度の安い工具だが、電子工作をするなら必須と言っても良い便利グッズだ。

L型とストレート型のセットで買っておくと良い。

なお上写真に写っている青、赤、透明、黒の四本の電線はモガミ 2799 4芯シールド線をばらして利用している。被覆が物凄く熱に強いので半田付けがやり易い。

ボリューム延長シャフトを自作した

ボリュームをフロントパネルでは無く、リアパネルの信号セレクターリレーの付近に配置する事で、無駄に長く配線を引き回す事が回避できた。

あとはシャフトをフロントパネルまで延長する必要がある。

可変抵抗 6ミリ軸 延長シャフト

などのキーワードで検索すると専用の商品が幾つかヒットする。

例えば、

東京ラジオデパートの門田無線さん

http://www.monta-musen.com/shop/products/list.php?category_id=182

大阪日本橋の共立エレショップさん

【共立エレショップ】>> 【電子部品・半導体・ケース】/機構/ジョイント << 電子部品,半導体,キットの通販
ジョイントの通販なら共立エレショップにお任せください!

まあこう言う製品を買って使おうかなと思ったのだが、一つ問題がある。

それは高密度にパーツを詰め込んだので、あまり大きな機構部品は大きさ的に取り付けが困難なのだ。

じゃあどうするか?

自称ネット検索の達人のワテに不可能の文字は沢山ある。あかんがな。

いや、不可能の文字は無い。

で、モノタロウさんのサイトを検索していたら、使えそうな機構部品た見付かった(下写真)。

写真 可変抵抗のΦ6ミリ軸を延長する工夫

まず、ホームセンターでΦ6ミリの銅パイプを買って来た。まあこれは銅で有る必要は無いのだが、今回は銅を多用しているので調子こいてここでも銅製品を使ってみたのだ。

で、ボリューム軸Φ6と銅パイプΦ6の結合は樹脂製のフレキシブルカップリングを採用した。

この手の部品が有る事は以前から知っていたが、金属製のやつしか見た事が無くてそれらは一般に数千円程度の高い値段のものが多い。まあ精密機械の駆動機構などに使う機構部品なのでそれくらいの値段はするだろう。

以下、モノタロウさんのサイトで見付けたこれらの商品を紹介しておく。

アサ電子工業 プラスチックモールドカップリング UJタイプ

https://www.monotaro.com/p/2220/2267/

エンジニアリングプラスチックの耐疲労性を生かしたミニチュアサイズのカップリング
アルミ合金などの金属製よりも耐曲げ疲労性に優れ、軽くスムーズな回転伝達を実現
ロータリースイッチやエンコーダ、小型モータなどの軽負荷伝達に
電気的絶縁が必要な回転伝達部に
種類 スリットタイプ 軸穴径d1(Φmm) 6 軸穴径d2(Φmm) 6 外径D(Φmm) 15 全長L(mm) 15.5±0.3 最高回転数(min-1[r.p.m]) 6000 許容偏心(mm) 0.1 許容偏角(°) 5 軸方向変位(mm) ±0.3 材質 ポリアセタール ねじりばね定数(N・m/rad) 9 慣性モーメント(kg・m2) 0.8×10-7 質量(g) 3 寸法B(mm) 5.5 ねじ径M M3 寸法P(mm) 9.8 締付トルク(N・m) 0.2 常用トルク(N・m) 0.6

引用元 モノタロウ

ところが最近では、樹脂製のフレキシブルカップリングも沢山有る事を発見。値段も数百円程度。かつ、二つの穴のサイズも多数あり、今回は両方の穴がΦ6と言う規格のやつを買ったが、例えば一方はΦ6、もう一方はΦ3などと言うのもある。そう言うのを使えば延長シャフト部分をΦ3の細い軸にするなども可能だ。ただし、Φ3では適合するツマミは少ないと思うので、フロントパネル付近で再びΦ6に変換する必要があるのでカップリングが二個必要になるが。

あるいはΦ6パイプを30ミリくらいに切ってΦ3パイプに挿し込んで接着剤で貼るなどして、軸をΦ6に戻しても良いだろう。それならカップリングは一個で済む。

販売価格(税別)¥499なので、今後も使いそうなので合計2個買って今回はその1個を使用した。

オイレス工業 オイレス#80 フランジブッシュ

次に、フロントパネルにΦ6軸が通る部分には何らかの軸受けが必要だ。これも門田無線さんとか共立エレショップにあるような専用パーツを買っても良いのだが、こちらもモノタロウさんで代替となる機構部品を探してみたら良い物を発見した。

https://www.monotaro.com/p/0046/0424/

オイレス#80は、ポリアセタール樹脂に製造の段階で特殊処理を行い、潤滑油および特殊充填剤を樹脂内に均一に分散含有させた無給油軸受です。
無給油で使用できます。耐荷重性・耐磨耗性に優れています。摩擦係数が低く、速度特性に優れています。スティックスリップ、キシミ音がありません。射出成形により複雑な形状の製作が可能で、量産性に優れています。各種サイズの標準品、機械加工用素材を用意しています。
長さl(mm) 10 外径D(Φmm) 8 内径d(Φmm) 6 種別 #80フランジブッシュ 材質 含油ポリアセタール樹脂 使用温度範囲(℃) -40~+80 潤滑方式 無潤滑 許容PV値(N/mm2・m/s)[kgf/cm2・m/min] 2.45[1500] 許容最高面圧P(N/mm2[kgf/cm2]) 17.5[179] 許容最高速度V(m/s[m/min]) 0.85[51] ツバ径F(Φmm) 12 ツバ厚t(mm) 1

引用元 モノタロウ

販売価格(税別)¥31なのでお買い得だ。

ボリュームシャフト延長に成功

これらのパーツを使ってボリュームシャフトを延長した結果、上手く行った(下写真)。

フロントパネルにはΦ8の穴を開けたので、そこにオイレス工業オイレス#80 フランジブッシュはピッタリと嵌る。もしユルユルだった場合にはホットボンドで固める予定だったがその必要は無さそうだ。

なお、Φ6の銅パイプはピカールで磨いたら光沢が出たのだが、このままだとすぐに表面が酸化すると思うので、100均のクリアーラッカースプレーを塗装しておいた(下写真)。

で、ボリュームシャフト延長の全体写真をお見せしよう(下写真)。

写真 樹脂製フレキシブルカップリングとオイレス#80 フランジブッシュを使って延長したボリューム軸

いい感じで延長出来ているでしょ!

上写真ではΦ6の銅パイプが銅箔ポリスチレンコンデンサに接触しているように見えるが、実際は接触する事無く、コンデンサとは2ミリ程度のクリアランスを確保しているのだ(下写真)。

写真 Φ6銅パイプを使ってシャフトを延長したアルプス電気製デテントボリューム2連10KA

完璧や!

チャンネルフィルター兼プリアンプの堂々の完成と動作確認

遂に完成したチャンネルフィルター兼プリアンプ(右)と、既に完成しているLM3884を4個使用の4チャンネルパワーアンプ(左)の写真をお見せしよう。

同じタカチシャーシに詰め込んだので、統一感がある。

そして、パワーアンプには銅製のパイプをヒートシンク代わりに取り付けている。

一方、チャンネルフィルター兼プリアンプには、何度も紹介したように多数の銅製パーツを採用している。

写真 完成したチャンネルフィルター兼プリアンプ

まさに銅まるけ。名古屋の人はそう言うのかな?

銅好きにも程がある。

プリアンプ・パワーアンプ間の接続ケーブルを自作する

プリアンプ、パワーアンプ共に入出力はXLR5コネクターを採用したので接続ケーブルもXLR5で自作した。

紫のケーブルはMOGAMI(モガミ)2534 Purpleだ。

マイクケーブルとして業界定番のケーブルです。 全体的にバランスが良く、クリアーなサウンドです。オーディオケーブル、ギターケーブルとしてもご利用いただけます。
マイクケーブル

■4芯
■外径:6mm
■OFC(無酸素銅)

引用元 https://www.soundhouse.co.jp/products/detail/item/235375/

半田付けが完了した自作XLR5接続ケーブル。

ワテの場合、キャノンコネクターを使い始めたのはぺるけさんのサイトにあるFET式平衡型差動プリアンプVersion2を製作した時からなので、2年ほど前だ。

ぺるけさんのサイトには各種の役立つ情報があるが、キャノンコネクターに関しても以下の説明が役立つ。

キャノンコネクタの標準ルールは、信号を送り出す側がオス、それを受ける側がメスという一般ルールがあります。

引用元 http://www.op316.com/tubes/balanced/balhp2.htm

要するにオス出し、メス受けが標準との事なのでワテもそのルールに従っている。

写真 ITT CannonのXLR5オス(XLR5-12C)

ちなみに、XLR5ピンのキャノンコネクターは正規品を買うと一個1000円くらいもするので安くは無い。

業界最安値だと思うくらい安いサウンドハウスさんなら、本日の時点で¥825 税込だ。かつ2,000円(税込)以上買うと送料無料なのでワテは良く利用している。

ITT ( アイティーティー ) / XLR5-12C

ITT ( アイティーティー ) / XLR5-12C

ワテの場合には、XLR5オス(XLR5-12C)は以前ジャンク品を格安で入手したのが何個か持っているのでそれを使った。

一方、XLR5メス(XLR5-11C)は持っていないので、今回サウンドハウスさんで二個買った。

写真 ITT CannonのXLR5メス(XLR5-11C)

 

ITT ( アイティーティー ) / XLR5-11C

ITT ( アイティーティー ) / XLR5-11C

ワレコのカーオーディオシステムの紹介

では、ワテが作ったカーオーディオシステムを紹介しよう。

まあ、そんなのに興味ある人は滅多にいないかもしれないが。

下写真はチャンネルフィルター兼プリアンプの背面パネル。

上写真において、端子は以下のように割り当てている。

XLR5オスXLR5オスRCARCAXLR5メスXLR5メス

RのHigh, Low出力

LのHigh, Low出力入力5入力4入力3入力2

入力1は、今後内蔵予定のぺるけ式Bluetooth 3.0レシーバーに割り当てる予定だ。

赤色RCAジャックが一個しかなかったので、白色の奴に赤マジックを塗ると言う安易な技で解決している。さすが自称DIYの達人だ。

下写真はLM3886採用4チャンネルパワーアンプの背面パネルだ。

XLR31タイプのキャノンコネクターをNeutrikのDタイプ用に加工したパネルに嵌め込んだので斜めに回転して取り付けている。自称DIYの達人だ。完璧だ。かつRCAコネクタ用に開けた四つの穴を放熱穴に転用している。素晴らしいアイデアだ。

これら二つのアンプを自作XLR5ケーブルで接続した(下写真)。

上写真右端に写っているブラウン色のボックスは秋月USB-DACのタムラトランスTpAs-2S(600Ω:7KΩ)版だ。

本当はこのボックスの中にある秋月USB-DAC一式も今回のプリアンプシャーシに内蔵する予定であったのだが、さすがにそれは無理だった。

 

遂に完成したワテのカーオーディオシステム、どうでしょうか?

もし同じ物を作って欲しいと言うような要望がありましたら、莫大な製作費を出して頂けるなら検討します。まあそんな要望は無いなw

 

4極スピコンCLASSIC PRO ( クラシックプロ ) / SPK4Fを使って、パワーアンプと自作スピーカーシステムを接続した。

ワテの場合、民生用オーディオ機器に使われているコネクタ類(RCAプラグ、RCAジャック、捻じ込み式スピーカー端子など)はあまり使わない。使うのはプロ用オーディオ機器で標準的なキャノンコネクターやスピコンなどだ。

キャノンコネクターやスピコンは、カチッと音を立ててソケットとピンが篏合してラッチするので、機能的にも気分的にも使っていて安心感がある。

一方、民生用のRCAコネクタは抜き差しする時にクネクネしながら引っ張っても中々抜けないのでイライラする。スピーカー端子は撚り線の先端がばらけて数本の素線が髭みたいに出易いので、そう言う使い勝手の悪さが大嫌いなのだ。

と言う事でPA機器が好きなワテである。

恐る恐る電源オン

プリアンプ、パワーアンプの電源をオン。

パワーアンプに搭載している突入電流防止回路が働いて1.6秒後にリレーがオンした。

ここまでは順調だ。

プリアンプの出力端子をテスターのDCVレンジで計測してみたが、DCオフセット電圧もほぼ0mVなので、いい感じだ。

いよいよ秋月USB-DACをパソコンの出力機器に選んで音を出してみる。

音源はパソコンで聴いているラジコ(radiko)だ。

その結果、爆音がスピーカーから鳴った。

ああ、ボリューム位置を小さくしておくのを忘れていたw

慌ててボリュームを絞ると音は小さくなった。

まあ、ボリュームを反時計回り回して絞ったつもりが逆に爆音になるなんて言う配線間違いは昔はよくやったのだが、今回は細心の注意を払って配線したので、そんな凡ミスは無い。

で、肝心の音だが、問題無く音は鳴っているぞ。

高音がキンキンする

この記事でも説明したように自作スピーカーシステムのウーファー(4Ω、89dB)とツイーター(8Ω、98dB)は10dBの能率差がある。インピーダンスが4Ωと8Ωの差を考慮しても、同じワット数のアンプで鳴らすとツイターのほうが5倍の音量になる計算だ。

YouTubeなどの音楽を実際に聞いてみると、ボーカルの音声の高音が強調されてキンキンと耳障りだ。あかんがな。

でも心配無い。こんな状況は想定済なので、チャンネルフィルター兼プリアンプには、ゲイン調整基板を搭載しているのだ。その基板にあるコパルRJ-13半固定抵抗5KBのツマミを回してHigh側出力のゲインを絞ってみた。

その結果、高音が控え目になりウーファーの低音といい感じでバランスした。

かつ、現状ではスピーカーシステムは床の絨毯の上に置いているだけなので、背面からの音も漏れている。なので低音が出にくいのだ。

そこで、スピーカーシステムを布団の上に置いて背面を布団で覆う感じにしてみた。

その効果は絶大で、ますますいい感じに低音が出ている。

数時間くらいこの自作カーオーディオシステムを使って夜中にラジコやYouTubeの音楽など聴いていたら、新品スピーカーユニットのエイジングも進んだようで、益々耳に優しくいい感じの音が出ている。

オーラトーン5Cスピーカーに勝るとも劣らない!

ワテの場合、普段は机の脇に設置したPCオーディオシステムを使ってラジコや音楽など聴いている事が多い。

2020年2月現在のワテのPCオーディオシステムは以下の通り。

  • Windows 10 Pro自作パソコン
  • ぺるけさんのFET式平衡型差動プリアンプVersion2と内蔵秋月USB-DAC(パソコンとUSB接続)
  • ローランド SRA-50小型パワーアンプ
  • Auratone 5Cスピーカー

だ。

オーラトーン5Cスピーカーで聴く人の音声は聴き取り易くてワテ好みなので、もう10年以上使っているスピーカーだ。ハードオフで買ったやつだ。この音がワテのリファレンスと言っても良い。

さて、自作カーオーディオシステムで再生している音はと言うと、システムが完成して三日目くらいなのだが、時間が経てばたつほどに、ワテの耳には心地よい感じだ。オーラトーンのリファレンス音に近い感じ。

布団の上に置いた状態のスピーカーでこれくらいの満足感のある音が鳴るのなら、車載して天井の棚の密閉空間に設置すると、より低音も出るだろうから益々期待が高まる。

LM3886x4基搭載4チャンネルパワーアンプの発熱は少ない

なお、LM3886を4基搭載した4チャンネルパワーアンプの発熱量がどれくらいになるのかが気になっていた。

必要なヒートシンクの熱抵抗

LM3886の英文データシート

LM3886 Overture Audio Pwr Amp Series High-Perf 68W Audio Pwr Amp w/Mute (Rev. C)

の14ページのFig. 34に、室温(25~110℃)に対するヒートシンクの熱抵抗ΘSA [℃/W] の表があったので引用させて頂く(下図)。

図 LM3886に必要なヒートシンク熱抵抗値 VS 電源電圧(@環境温度、最大消費電力)

引用元 http://www.ti.com/jp/lit/ds/symlink/lm3886.pdf

ワテの場合は4Ωウーハー、8Ωツイーターを使った。電源電圧は±35V 程度を予定している(最終的には±30Vに決定)。

アンプは車の中で使う予定なので、夏場の直射日光が当たる環境なら室内温度は70℃を超えるだろう。でもまあアンプを使っている時には室内はエアコンで冷やしているので、70℃の環境でアンプを使う事は無いとは思うが。なので、取り敢えず60℃の室温で使うと仮定する。

室温60℃、電源電圧|V+|+|V-|=30+30=60V、6Ωスピーカー

とする。そうすると、LM3886に必要なヒートシンクの熱抵抗は上図から

LM3886のヒートシンクに必要な熱抵抗(必要最大値) = 約1.8℃/W

となる。

例えば下の製品だと熱抵抗は1.9℃/Wだ。

サイズ: 30X138X100mm
表面処理: 黒アルマイト付き
熱抵抗: 約1.9℃/W

かなり大き目だ。

 

まあこれは最も厳しい条件の場合なので、もう少し現実的な条件として、

室温25℃、電源電圧|V+|+|V-|=30+30=60V、6Ωスピーカー

と言う条件でグラフを見ると、

LM3886のヒートシンクに必要な熱抵抗(必要最大値) = 約3.0℃/W

くらいになる。

サイズ: 30X98X100mm
表面処理: 黒アルマイト付き
熱抵抗: 約2.4℃/W

これで2.4℃/Wなので3.0℃/Wならもう少し小さい放熱板でも良い。

実際の発熱は殆ど無い

で、実際にプリアンプとパワーアンプを接続して、自作スピーカーシステムを駆動してみた。

室温28℃設定の自室で、数時間に渡り音楽など聴いてみたが、四つのLM3886デバイスやそれを取り付けている辺りのアルミアングル、あるいは放熱効果を上げるために取り付けた銅管など、どれも殆ど熱くない。

手で触ってもほんのりと暖かい程度。最も熱くなると思われるLM3886素子の表面ですら指で触れても、恐らく40度台前半くらいの温度だろう。

何だか拍子抜けした。

もっとギンギンに発熱してアッチッチ状態になると思っていたのだが。

LM3886は回路的にはAB級動作らしいが、現実にはほぼB級に近いAB級なのだと思う。

と言う事で、パワーアンプシャーシには天板に穴開け加工すら必要ないかも知れない。

でも、完全に密閉してしまうのも不安なので天板、左右側板2枚に数個の通気口の穴を開ける予定だ。

まとめ

2019年8月から製作を開始したカーオーディオシステムであるが、2020年2月にほぼ完成した。あとは内蔵予定のぺるけ式Bluetooth 3.0レシーバーの製作を残すだけとなった。Bluetooth基板とアンテナはアマゾンで既に購入済である。

と言う事で、約半年も掛かってしまったが、土日などを利用してコツコツと作っていたカーオーディオシステムが大きなトラブルも無く無事に完成した。

銅箔スチコン、銅単線による配線、銅箔テープ、銅パイプによるボリュームシャフト延長など、銅を多用したシステムだ。その結果、安っすいジャンクパーツを多用しているにもかかわらず、超高級オーディオシステムと見間違うくらい見栄えの良いシステムが完成した(と言う事にしておく)。

この三日間ほど、夜はこのシステムでラジコなど聴いているが、今のところ大きな問題は出ていない。

ただし、完成直後の試聴時に、一度だけだが原因不明のノイズがボリュームを絞ったり大きくしたりすると出た。新品ボリュームだが長期保存品(恐らく数十年)なので酸化膜などによるガリが有ったのかな?その後自然に解消したが。

あと、もう一つ気になる点は、現状ではボリュームは固定されておらず、プラ板に開けた四角の穴に嵌め込んでいるだけなのだが、ボリューム軸を回しているとボリューム本体が少しグラつく。

完成直後の試聴時にボリュームがそんな状況でグラついていたのだが、突然スピーカーからバリバリと異音が出たので慌てて全電源を切った。

大昔に買ったタンタルコンデンサがパーツボックスから見つかったのでアンプ基板の電源に沢山入れたのだがショートモードで故障してしまったのか?!あかんがな。

その後、テスターを使ってプリアンプ、パワーアンプの電源電圧、出力端子のオフセット電圧などを計測したが異常は無し。それで再び音を出してみると、全く問題無い。ほっと一息。

それから二日ほど夜の数時間はこのシステムを使っているが、全く正常に動作している。

なので、バリバリと言う大きな異音の理由は不明だ。恐らく発振したのかも知れない。

現状では手持ちにあったリニアテクノロジー社の高速オペアンプLT1364やJRCのNJM5532Dなどを適当にミックスしてICソケットに挿している。本番では、発振などの心配が少ない無難なオペアンプNJM5532Dなどで統一する予定だ。

でもバリバリ音の理由が気になるのでもうしばらくこの状態で部屋で使ってみる。

同時にぺるけ式Bluetooth 3.0レシーバーの製作に取り掛かりたいと思っている。

それが完成したら、チャンネルフィルター兼プリアンプに組み込む。

そして、いよいよこれらのシステムをハイゼットカーゴに搭載するのだ。

3月中には完成させて、春になったらのんびりな車中泊に出掛けたいと思っている。

のんびりな会、のんびり中居、そしてのんびりワレコだ。なんのこっちゃ。

乞うご期待

【ワレコの電子工作】カーオーディオ用ぺるけ式Bluetoothレシーバー Version3.0の電源回路製作【倍電圧整流】
写真 ぺるけ式Bluetoothレシーバー Version3.0の電源回路を設計中の電子工作女子 さて、昨年(2019)の9月に開始した超高性能カーオーディオシステム自作プロジェクトであるが、いよいよ完成が近づいて来た。ワテの車はハイ...
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