赤外線リモコンの検討（構想編３）

構想編３

赤外線受信モジュールをarduino UNOに接続してSampleCodeを実行してみます。

受信モジュールの接続

受信モジュール付属のケーブルの端子はarduino UNOに実装されているものと同じ仕様の３極のピンソケットです。一旦ピン端子で受けてそれぞれ必要な端子に配線する必要があります。私の実験用arduino UNOは、基板横にブレッドボードを配置しているので、それを利用する事にしました。

３極のピン端子はそのままではブレッドボードに挿さらないので、各ピン端子を抵抗のリードで延長しました。

それをブレッドボードに差して、ブレッドボードを介してarduino UNOの端子へ配線しました。ピンの並びは以下のとおりです。

黒：GND

赤：5V

水：信号出力

信号出力は、SampleCodeの信号入力の設定に合わせてポート2に配線しました。

動作確認

arduino UNOはPCとUSBで接続します。統合開発環境ソフトIDEを実行してSampleCodeを読み込みます。赤外線モジュールの出力信号をモニタする為にオシロスコープも準備しました。（本記事のアイキャッチ写真参照）まずはSampleCodeをそのままコンパイルしてみました。

当たり前ですが問題なくコンパイルは完了します。次はコンパイル後の実行バイナリをarduino UNOへ転送しました。転送完了後実行スタートしていますので、付属のリモコンでコードを送ってみました。下記は、各種キーを押した際のシリアルモニタ画面です。

押したキーに応じた表示がされています。この時の受信モジュールの出力波形も確認してみました。

先頭部分がLeaderに相当します。前回の記事で確認したとおり、点灯時が'L'となっていました。16T+8TのLeadetに続きカスタマコード波形が確認できます。波形を見るとカスタマコードは1011 1111 0000 0000：48896となっていますが、サンプルコードの一致確認はなぜか14bit（11 1111 0000 0000：16128）で上位の2bitは確認していません。とりあえず動作はするので深追いしない事にします。キーの長押しをしてみました。受信波形は以下のとおりです。

仕様どおりのRepeat波形が確認できました。さらに波形を拡大してみました。

正しく出力されています。ちなみに、付属リモコンでは、どのキーを長押ししてもRepeatコードが送信されています。リモコンユニット内蔵のマイコンは、各キーに割り当てられた機能は関知せずにキー操作に忠実にコードを送信しているようです。次にPanasonicのディーガのリモコンを使ってみました。SampleCodeがError表示するのは仕方がないですが、カスタマコードも正しく受信できていません。波形は以下のとおいです。

Leader先頭の点灯期間が3.4msとなっている事から、家製協フォーマットを採用しているようです。Panasonicのリモコンをしばらく操作していると、SampleCodeがハングアップします。一旦リセットして操作をすると、かならずキー操作12回目に暴走するようです。

前回の記事でSampleCode解析を行いましたが、RemoteVerify関数の最後でカスタマコードが不一致の場合の処理が気になりました。リトライの為に自身をコールしている関数を実行しています。カスタマーコード不一致が続くといずれはスタックがオーバーフローしてしまいます。試しにリトライ処理をコメントアウトすると問題はなくなりました。

これで一通り動作確認はできました。次回はDACユニットに赤外線リモコン受信機能の追加を検討します。

つづく（構想編４）

赤外線リモコンの検討（構想編２）

構想編２

メーカーサイトに掲載されたサンプルコードを解析します。

受信モジュール

サンプルコード解析前に、受信モジュールの仕様を確認します。図はメーカーサイトに掲載されている回路図です。

受信モジュール以外、電源のパスコンのみです。受信モジュールの型式は見つからなかったので、一般的な赤外線受信モジュールの仕様書を確認してみました。図はPL-IRM2126の仕様書の入出力信号図です。

この図を見ると赤外線受信時に'L'の仕様となっています。サンプルコードはこの仕様前提で確認を行います。

サンプルコード

秋月電子の販売サイトにメーカーリンクが張られていて、クリックすると本記事のアイキャッチ写真のサイトにジャンプします。そこのサンプルコード欄内にマウスポインタを移動すると枠に右上に「Copy」アイコンが表示され、そこをクリックするとコピペ用バッファにサンプルコードが保存されます。

それをテキストエディタにコピペしてサンプルコードを保存しました。

サンプルコード解析

さっそくサンプルコードを確認してみます。ヘッダーファイルは一切なく、defineから始まっています。

各定義は、後でソースコードからの参照時に確認します。実行コードの最初はsetupとmain loopです。

setupでは、受信Readyを示すLED出力ピンと受信信号ピンの設定を行っています。次はmain loopです。非常にシンプルな構造で、受信Readyを示すLEDの制御とリモコンコード受信関数、受信コード解析関数が並んでいるだけです。続いてリモコンコード受信関数「get_ir_key()」を確認します。

最初は受信PINがBIT_START（4000us）以上'H'（消灯）となるのを待ちます。これは、下記フレームフォーマットのLeaderの消灯タイミング待ち処理です。

Leaderの消灯期間は約4500usですが、他に4000us以上消灯確定となるコードがないため、確認としては十分と考えられます。次は受信処理関数「read_pluse」で32bit分の消灯パルス長を取り込みます。関数の詳細は後で確認します。続いてパルス長バイナリ変換関数「pluse_to_bits」で32bit分のパルス長をバイナリ変換します。続いてカスタマコードチェック関数「RemoteVerify」でカスタマコードを確認します。最後にバイナリのデータ16bitを10進変換して戻ります。それではそれぞれの関数を確認します。最初は受信処理関数「read_pluse」です。

この関数はLeaderの消灯期間直後の32回分の消灯時間を配列「pluse[i]」に格納しています。次はパルス長バイナリ変換関数「pluse_to_bits」です。

ここでは配列「pluse[i]」に格納された消灯時間長を0/1判定します。'1'の判定は1500us以上、'0'判定は450us以下です。下記のDatabitフォーマットに従って判定されています。

格納先は配列bits[i]です。次はカスタマコードチェック関数「RemoteVerify」です。

消灯時間をバイナリ変換した32bitのデータが格納されたbits[i]の先頭の16bitを10進変換してその結果を16128（xx11 1111 0000 0000）とコンペアします。おそらく添付のリモコンのカスタマコードと考えられます。最後にバイナリ10進変換関数「bit_to_int」を確認します。

data bitの先頭から16bit分を配列「bits[i]」から読み出して10進変換してresultに格納します。main最後は受信データ判定関数「do_response」です。resultに格納された数値をリモコンに定義された機能と照合します。サンプルコードなのでレスポンスはせずに機能表示のみです。これで一通りサンプルコードの確認ができました。次回はarduino UNOでこのサンプルコードを実行してみます。

つづく（構想編３）

赤外線リモコンの検討（構想編１）

構想編１

arduino基板搭載機器に赤外線リモコン受信機能の追加を検討します。

閑話

1980年代後半、社会人になって間もない頃にパソコン用CD-ROMドライブのリモコンを担当しました。当時はCDが発売されて数年というタイミングで、CD-ROMドライブ単機能ではもったいないとの事から、その製品はリモコンを付属してCDプレーヤーとして使うこともできるものでした。本体はスタンドアロンタイプですが、表示スペースがなかった為にリモコンに液晶表示を設けて再生トラック等の最低限の表示をさせました。出来はあまり良くありませんでしたが、機能の実現はできてました。赤外線リモコンにかかわる事は、それ以来となります。閑話休題。

赤外線リモコン仕様

ネットを検索すると国内で使われている赤外線リモコンには、NECフォーマットと家製協フォーマット他数種類がある事がわかりました。NECフォーマットのシェアが一番高いとの事です。また家製協フォーマットはNECフォーマット拡張版のように感じました。という事でまずはNECフォーマットについて確認をしてみます。基本フォーマットは以下のとおりです。

ここでTは562usで、32bitの固定フレーム長です。カスタマコードは当初8bit + 反転8bitで使用されていたとの事ですが、その後16bitに拡張されました。データは8bit+反転8bitで簡単なエラーチェックができるようになっています。カスタマコードはルネサスが管理しているとの事です。データビットのフォーマットは以下のとおりです。

"0"と"1"の転送時間が異なります。またボリューム制御等で便利なようにリピート機能もあります。

送信側には、38KHzのサブキャリヤ仕様もありますが、今回は受信側の機能実装なのでこの仕様の詳細は割愛します。これでだいたいの仕様が理解できました。

部品の選定

従来arduino用関連製品はスイッチサイエンスで購入していましたが、秋月電子でも購入可能な事がわかり、探してみました。打って付けのものが見つかりました。リモコンと受信用基板およびハーネスがセットで940円です。安いのでとにかく購入してみました。

さっそく開けてみます。

リモコンには、電池が内蔵されていました。これで940円は良心的な値段だとおもいます。さらに受信用基板と取り出してみました。

説明書はありませんが、秋月電子の販売ページに簡単な説明が掲載されています。コネクタ３端子の仕様は以下のとおりです。

・1pin（緑電線）信号出力5VTTL

・2pin（赤電線）電源入力（DC3.3V～5V）

・3pin（黒電線）GND

それ以外の情報はネット経由でダウンロードします。

ダウンロード情報

秋月電子の販売サイトのArduinoライブラリをダウンロードしました。ファイルは以下のとおりです。

中身はインクルードファイルとサンプルファイルです。さらにその中の「example」フォルダを開けてみました。

その中のソースコードをはじから眺めてみましたが、ピントくるものがありませんでした。販売サイトにはメーカーwikiへのリンクも張られていたので、内容確認しました。

サイト内のSample Codeが参考になりそうです。次回はこのSample Codeを解読してみます。

つづく（構想編２）

EL34シングルアンプ性能改善（まとめ編）

まとめ編

改造が完了したアンプの音を聴き、今回の改善のまとめを行います。

音聴き

前回の音聴きからの変更点は下記の２点です。

・初段真空管変更（12AX7→12AY7）

・終段バイパスコンデンサ容量変更（470uF→1000uF）

試聴に使ったのスピーカーは前回の音聴きと同様にFostexの16cmフルレンジスピーカーFF165WKです。

前回の改造品の音聴きから１週間経過していた為、正直なところ音の変化はよくわかりませんでした。このシステムで一日音楽を楽しみ、環境をマルチアンプシステムに戻しましたが、ボーカル曲はフルレンジシステムの方が良いように感じました。具体的には、声が生き生きと飛び出してくる印象です。これはアンプの改善とは関係はないとおもいます。マルチアンプシステムのウーハーchとスコーカーchのクロスオーバー周波数が声の基音周波数内にある事に起因しているのでしょうか？フルレンジスピーカーにスーパーウーハーとスーパーツイーターを加えたマルチアンプシステムをいつか試してみたいと思いました。

改善のまとめ

今回は２回に分けて改善をおこないましたが簡単にまとめを行います。

■オリジナル

終段をデュアルシングル構成としていました。

初段と終段のロードラインは以下のとおりです。

■改善１

終段を単純なシングル構成としました。終段のバイアス回路を見直して出力をほぼ維持させました。

終段のロードラインは以下のとおりです。

■改善２

さらに特性改善をめざして初段真空管を12AX7から12AY7に変更しました。

初段のロードラインは以下のとおりです。

ゲイン

各段のゲインの試算値と実測値は以下のとおりです。

改善２でトータルゲインが約6dB下がってしまったので、マルチアンプシステムのスコーカーチャンネルに使えなくなってしまいましたが、気にしない事にします。

周波数特性の測定

オリジナル、改善１、改善２ともにほぼ同条件で周波数特性の測定を行いました。

上がLchで、下がRchです。高域特性は試算したほど改善できませんでしたが、プッシュプルアンプとの比較試聴でディスアドバンテージとなる程悪くはありません。一方低域特性は悪化しました。出力トランスの駆動インピーダンスが上がった事で、出力トランスの特性の影響を受けたと考えられます。この低域特性の悪化に関しては試聴した結果から、それほど大きな影響はない印象でした。いいとこ取りをするためには、初段SRPP方式＋終段デュアルシングル構成とすればどちらの特性も改善できると考えられます。

音の印象

高域の特性改善については効果が十分聴きとれました。フルレンジスピーカーと組み合わせた無帰還シングルアンプは、まさしく真空管アンプの音で特にボーカル楽曲との相性は良かったです。プッシュプルアンプとの比較試聴も改めて行いましたが、両アンプの構成の音の特徴を感じる事ができました。

まとめのまとめ

今回の製作ではほとんどお金をかけずに十分楽しむ事ができました。久しぶりに聴いたフルレンジスピーカーの音が良かったので、ときどき引っぱり出して聴いてみたいとおもいます。今回のテーマには新見がありませんでしたが、おつきあいいただきありがとうございました。

おわり（まとめ編）

EL34シングルアンプ性能改善（製作編４）

製作編４

現状の各段のゲイン測定を行い、初段真空管変更時のトータルゲインの試算値の妥当性を確認して追加改造を行います。周波数特性の測定を行い改造の効果を確認します。

各段ゲイン測定

代表してLchのHot側の測定を行いました。入力信号は1KHz/200mVppの正弦波です。いつものとおり出力には8Ωのダミー抵抗を接続しています。写真は上からL-ch初段出力、終段出力、SP出力です。

この結果を前回の記事で作成したゲイン一覧表に反映しました。

試算値と比較して、終段のゲインがやや大きくなっています。EL34のパラメータは、「情熱の真空管アンプ」の３結時のものを使用しましたが、動作点の違いにより誤差が発生したのでしょうか？この結果から初段真空管変更時の期待ゲインは、15dBと推定できます。私のマルチアンプシステムへの組み込みには問題となりますが、単体で使用するのであれば問題ありません。

初段真空管変更

初段真空管を12AX7から12AY7に挿し換えます。写真は現行の12AX7です。

それを12AY7に交換しました。写真は手前側のみ12AY7に交換した状態です。

写真では捺印は見えませんが、捺印以外区別はできません。さらにもう１本交換して交換作業は完了です。次はシャーシ内部の定電流ダイオードの交換です。現状は1.5mAタイプが取り付けられています。

これを1mAタイプを並列接続したものに交換します。

両チャンネルともに交換して改造作業は完了です。単純な改造なので特別は通電確認は省略します。

ゲイン測定

改造前の測定と同じ手順で各段のゲイン測定を行いました。写真は格段の出力波形です。

上から初段出力、終段出力、SP出力です。この結果から各段のゲインを算出して一覧表に追加しました。

各段の試算値と実測値の間には差はありましたが、初段を変更する事でトータル約6dBゲインが下がった事が確認できました。試算値と実測値の差の追求をしたいところですが、本題から逸れてしまうのでここでは触れない事とします。

周波数特性の測定

方法は何度も紹介していますので省略します。最初にLchの測定を行いました。

波形は上から10Hz, 1KHz, 20KHz, 1MHzです。真空管交換前と同様に10Hzの波形がやや歪んでいます。測定結果をグラフ化してみました。

結果は、オリジナル（終段デュアルシングル）、改造１（終段単純シングル）、改造２（初段12AY7+終段単純シングル）の比較です。初段の変更により高域特性は改善しているものの、想定したほどの改善はしませんでした。前回の測定でも気になった低域特性ですが試算したとおりの特性とはなっていません。試しに終段のバイパスコンデンサを470uFから1000uFに変更しましたが、ほとんど特性は変わりませんでした。この特性を決めているのは他の部分にありそうです。下記は出力トランスRW-20の特性です。

上の特性が5KΩで駆動した時で、下が600Ωで駆動したときのものです。終段をデュアルシングル駆動した時はどちらかと言うと下側の特性に近く、単純なシングル駆動した時が上の特性に近いと考えられます。高域特性が期待レベルに改善しなかった事と、終段のバイパスコンデンサを変更しても特性が変わらなかった事は、出力トランスの特性が支配的だったと考えられます。低域特性だけを考えると、終段はデュアルシングル駆動の方がよいと言えます。最後にRchの特性測定も行いました。結果は以下のとおりです。

終段を単純なシングル駆動に変更した際の高域特性の改善両がLchに比べて小さくなっていましたが、初段の変更によりLchとほぼ同等レベルに改善しました。カットオフ周波数がギリ30KHzというレベルでしょうか？次回は音聴きを行いまとめを行います。

つづく（まとめ編）

EL34シングルアンプ性能改善（製作編３）

製作編３

プッシュプルアンプとの音の違いに関して実験をしてみます。その後、さらなる改善検討を行います。

高調波実験

前回シングルアンプとプッシュプルアンプの比較試聴をした結果、シングルアンプは音が厚く聴こえ、プッシュプルアンプははっきりくっきりした印象でした。この違いが何に起因しているか簡単な実験をしてみました。プッシュプルアンプのメリットの１つは偶数次の高調波歪が打ち消される点です。奇数次の高調波歪のレベルは変化しません。真空管の特性は、偶数次の歪みが大きいと言われているのでプッシュプル構成の効果は大きいと考えられます。そこで、2chの発振器をつかって正弦波に２次高調波と３次高調波を加算してその音を聴いてみました。信号の加算は、抵抗３本で簡単な加算回路をつくりました。

加算信号をBTLアダプタでバランス信号に変換してアンプに入力してスピーカーで聴きます。基準信号は440Hzの正弦波（ラ）としました。

基準信号と高調波信号のレベルバランスは、10:1（発振器出力レベル：3V vs 0.3V）です。最初に440Hzの正弦波を鳴らします。それに880Hzの信号を加算しました。

２つの音として聞き取れますが、関連した音に感じられました。信号波形は以下のとおりです。

赤の波形が加算信号波形です。次は高調波の周波数を３次に相当する1320Hzにあげてみました。加算波形は以下のとおりです。

２次高調波加算時と同様に２つの音として聞き取れますが、私には関連した音として認識する事ができませんでした。高調波歪みは、次数が高くなるにつれてレベルが下がると考えられる為、２次高調波のレベルが一番高いと推定できます。この音（２次高調波）のレベルの差がシングルアンプとプッシュプルアンプの音の印象の違いに関連しているのでしょうか？私の発振器には位相調整機能があります。この機能を使って２次高調波の位相を変えて聞いてみたいと考えましたが、残念ながら思いどおりに機能せず試聴は断念しました。

さらに改良

周波数特性の改善に関しては、構想編で検討したレベルまでカットオフ周波数が上げられなかった為、何か他にやれる事がないか考えてみました。先のHigh-ch用無帰還真空管アンプ製作時に余った12AY7がある事を思い出し、初段真空管を変更する事で改善できないか検討してみます。現状の初段管は12AX7です。ロードラインは以下のとおりです。

これを単純に12AY7に置き換えるとロードラインはこんな感じになります。

いまひとつな感じです。回路変更が必要となりますが、試しに初段のIpを1mA + 1mA = 2mAに増やしてみます。その結果ロードラインは以下のとおりとなります。

単純置き換え時よりもいい感じになりました。変更を回路図に反映するとこんな感じになります。

初段の特性を試算してみます。

■終段グリッドからみた前段出力インピーダンス

RL || rp || Rin + Rg = 19.9K

RL = 110K

rp = 22.8K

Rin = 470K

Rg = 1K

■カットオフ周波数

1 / (2 x π x C x R) = 66.1KHz

C = 121pF（設計編試算結果から）

R = 19.9K

設計編試算結果30KHzに比べてカットオフ周波数を上げられそうです。

■交換後初段ゲイン

真空管変更によるゲインへの影響を確認します。

gm x RL / (RL + rp) = 40 x 110 / (110 +22.8) = 33.1（30.4dB）

gm = 40

RL = 110K

rp = 22.8k

■交換前初段ゲイン

gm x RL / (RL + rp) = 100 x 110 / (110 + 80) = 57.9（35.2dB）

gm = 100

RL = 110K

rp = 80k

真空管の変更によって約4.8dBトータルゲインが下がる事になります。この試算が正しいか実測結果と比較してみます。

■終段ゲイン

設計編の試算結果から6.8倍（16.7dB）

■出力トランスゲイン

SQRT(6 / 2700) / 2 = 0.0236（-32.6dB）

最後の/2は、バランス出力している為

■トータルゲイン比較

わかっている部分を埋めてみました。

結果がいまひとつ合いません。次回は表の空欄を埋めてゲインへの影響を確認した上で再改造を行います。

つづく（製作編４）

EL34シングルアンプ性能改善（製作編２）

製作編２

改造したアンプの周波数特性の測定を行い、音を聴いてみます。

周波数特性の測定

周波数特性の測定システムのブロック図は以下のとおりです。

アンプの出力には８Ωのダミー抵抗を接続します。発振器出力をバランス変換器に入力し、バランス信号に変換します。アンプの入力はHot/Coldともに0.2Vppとしました。最初にR-chの測定を行いました。測定時の波形は以下のとおりです。最初はR-ch 10Hzの測定波形です。

上が入力波形で、下が出力波形です。出力トランスの影響と思われますが、波形がやや歪んでいます。続いて1KHzと20KHzの入出力波形です。

0.2Vpp入力に対して2.1Vpp出力なので、ゲインは10.5倍（20.4dB）でした。最後に100KHzと1MHzの入出力波形です。

ゲインは下がっていますが1MHzまで素直な波形です。この結果をグラフ化してみました。1KHz時のゲインで正規化し、改造前と比較してみました。

高域の特性の改善が確認できました。低域はコンデンサ容量の見直しを行いましたがカットオフ周波数が若干上がってます。次にカットオフ周波数の前後比較をしてみます。

高域のカットオフ周波数は、改善後はかろうじて20KHzを越えましたが構想編で行った試算値には届きませんでした。続いて同様にL-chの測定も行います。入出力波形は、10Hz, 20KHz, 100KHzを掲載します。

R-chの結果とほぼ同じです。改造前後の周波数特性の比較を行います。

R-ch同様にカットオフ周波数比較を行います。

L-chの高域カットオフ周波数もかろうじて20KHzを越えました。改めてLR-chの周波数特性の測定結果をグラフ化してみました。

両チャンネルで、特性およびゲインともに揃っています。

試聴

改造前と同様に16cmフルレンジシステムで音を聴きます。試聴システムのブロック図は以下のとおりです。

改造前に比べて高域が特性改善した事が聴きとれます。音は素直な感じで暖かみがあります。中域に厚みが感じられました。比較試聴をしなければ、このシステムでも十分音楽を楽しめます。アイキャッチの写真は試聴時のものですが、改造前は真空管６灯だったものが４灯になっています。ひとしきりCDをとっかえひっかえして音楽を楽しんだので、アンプをEL34ppに変えてみました。音はシングルアンプに比べてはっきりくっきりしてダイナミックに感じます。帯域もシングルアンプに比べて広い事が聴きとれます。参考に周波数特性の比較をしてみました。

改めてシングルアンプに戻してみました。音はプッシュプルアンプに比べてHigh Fidelity面では後退した感じですが悪くはありません。この週末はフルレンジスピーカーとシングルアンプ構成で沢山のCDを聴きました。

おまけ

FostexのFF165WKを使ったスピーカーですが、コーンが向きだしで危険な感じがしたので、純正のグリルを購入しました。

２個セットで6,600円（楽天Joshin Web送料無料）でした。さっそく取り付けてみました。こんな感じです。

見栄えの好みの分かれるところですが、取り扱いが楽になるのでよかったとおもいます。次回はプッシュプルアンプとの音の違いに関してちょっとした実験をしてみたいとおもいます。

つづく（製作編３）