English

[製作中！] プリセットプログラム可能なBB-Preamp自作 Arduino使用

自作ギターエフェクターの作り方を一覧で紹介 自作エフェクトペダルの一覧ページから、好きな記事を探してみてください。ペダルを使用したオリジナル楽曲もあります。 ■自作ギターエフェクター一覧ページを見る ■DTMホームレコーディング楽曲集

【目次】

● 調整範囲が広く使い勝手のよい「BB-Preamp」
● マイコンコントローラ デバイス
● デジタルポテンショメータ
● ペダルコントロールソフトウェア
● 回路図
● プリント基板を設計
● プリント基板に部品を実装
● 動作確認
● アルミダイキャストケース角穴加工
● ケースに組込み完成
● まとめ

調整範囲が広く使い勝手のよい「BB-Preamp」

前回、Arduinoでプログラム可能なIoT向け超小型マイコンボード「XIAO ESP32C」を使って、プリセット/MIDI/WiFiコントロール可能なアナログディレイを自作しました。フットスイッチで瞬時にディレイタイムやフィードバックが変更できるため、用途が格段に広がりました。

これに続き、もう１つ、プリセット機能を付けたいエフェクトペダルが、オーバードライブ/ディストーションペダルです。自作した「BB-Preamp」や「Janray」を使うことが多いのですが、ストラトやレスポールなどギターを変えたときや、SmoothJazz系、ロック系、POP系と、曲調が変わるときに、必ずと言っていいほどノブを触っています。

そこで、トーンコントロールやゲインの調整範囲が広く、自分が最もよく使う「BB-Briamp」をモディファイした、プリセット可能なペダルを自作しました。

■現場で使えるトーンペダルこと「BB Preamp」自作レポート

マイコンコントローラ デバイス

マイコンコントローラ デバイスは、前回のAnalogDelayと同じものを使いました。IoT向け超小型マイコンボード「XIAO ESP32C」は、十円玉くらいの大きさですが、WiFi機能が入っており、これだけで簡単にWiFi/MIDIが使えます。

ボタン、ノブ、LCD、LEDなどのUI関連は、すべてシリアル接続です。

コントローラデバイスの詳細は、下記リンクのページに詳細説明があります。

　■コントローラ デバイスの選定 - プリセットプログラム可能なアナログディレイ自作

デジタルポテンショメータ

動作電圧

「BB-Preamp」には、VOLUME、GAIN、TREBLE、BASSの４つのノブがあります。各々50kΩ〜500kΩのポテンショメータ（可変抵抗）が付いています。マイコンでこれらの抵抗値を変更するには、デジタルポテンショメータを使います。

前回のプリセット可能なAnalogDelay自作時には、アナログデバイセズの「AD8403」を使いました。４つ可変抵抗が入っており3線シリアルでコントロールでき、使い勝手が良いチップでした。ただ、このデバイスは電源電圧が5Vであるため、可変抵抗に掛けられる電圧も0〜5Vの範囲です。AnalogDelayこの範囲で動作できました。

しかしながら、BB-Preampのポテンショメータは、トーンコントロール、オペアンプの帰還の抵抗値を変更しており、5V以上のレンジが必要です。BB-Preampは、初段のダイオードクリッピングによるオーバードライブ（レンジ±0.8Vくらい）のあとに、12dBのゲインアンプがあり、レンジが±3.5V以上になります。電源電圧9V（±4.5V）のレン時を目一杯使った回路になっており、ギターアンプを余裕でドライブできます。そのため、9V以上のレンジを扱えるデジタルポテンショメータが必要です。

アナログデバイセズの「AD5263」

今回は、アナログデバイセズの「AD5263」を選定しました。4chの可変抵抗が内蔵され、15Vまでのレンジを扱えます。抵抗値は、8bit/256ステップで、リニアに変化します。前回の「AD8403」と同じシリアルコントロールで制御できるため、ソフトも前回のものを流用できました。

ただし、AD5263に内蔵されている４つの抵抗は、全て同じ値であるため、BB-Preampのトーンコントロール部分で使われている50kΩを選択し、オーバードライブのGAIN（オリジナルは500kΩ）、出力のVOLUME（オリジナルは100kΩ）は回路調整を行いました。

 

ペダルコントロールソフトウェア

ソフトウエア構造

このペダルの制御は、Arduinoを使ってC/C++でプログラミングしました。ArduinoはマルチタスクOSを持っておらず、メイン部分は関数名loop()のポーリングループで動いています。今回使うESP32C3には4つのタイマーカウンターの機能があり、ArduinoのAPIを使って割り込みハンドラ関数を指定するだけで、簡単に周期割り込み処理が実現します。

そこで、ボタン、ロータリーエンコーダーの操作の取り込みは、周期割り込み（1msec間隔）で行い、ボタンやエンコーダーに変化があると、ポーリングループに、イベントフラグで通知するようにしました。割り込み間隔が比較的遅いため、ボタンやエンコーダーのチャタリングによる誤動作は起こり難くなっています。

MIDIでプリセット切り替え

Arduinoのライブラリを使って、MIDIのプログラムチェンジ信号を受けて、プリセット番号とエフェクトのON/OFFを変えられるようにしました。一般的なスイッチャで切替可能です。

WebServerを実装しプリセットをブラウザで編集

ArduinoのWiFi、WebServerライブラリを使用して、プリセットをPCやiPhoneのブラウザで編集できる機能を搭載しました。
マルチキャストDNS（mDNS）を使ってペダルの名前をローカルネットワークに公開し、「http://bbp.local」のアドレスで、ペダル内部にアクセスできる様にしました。

ペダルコントロールソフトウェアの詳細は、下記リンクのページに詳細説明があります。

　■ペダルコントロールソフトウェア - プリセットプログラム可能なアナログディレイ自作

ソースコード

Githubからご覧いただけます。機能を詰め込んだので複雑ですが、部分的に使える部分は多いと思います。

■GitHub:BB_PREAMP_PedalCtrl

回路図

回路図を下に示します。BB-Preampの回路の可変抵抗部分に、デジタルポテンショメータ「AD5263」を接続しています。

■Presettable BB-Preamp 回路図（PDF）

プリント基板を設計

KiCADで設計しPCBgogoで製造

上の回路図を基にプリント基板を設計しました。いつもの様に、KiCADで設計し、中国のPCBgogoで作ってもらいました。ケースはいつも使っている「HAMMOND 1590N」（本物は入手できず、Amazonで買った互換品）を使いました。
今回は、マイコン部分とBB-Preampのアナログ回路が同じ基板に乗っていますので、ゲインの高いアナログ回路にデジタルノイズが干渉しないように、できるだけお互いを分離し、グランド（ベタアース）も分けてみました。

また、マイコンボードにはWiFi機能が搭載されており、極小のコネクタでWiFiアンテナが接続されています。アルミケースの中から電波を出すために、LCDの下にアンテナを貼り付け、ケースのLCDの穴からWiFi電波を出せるようにしました。そのために、LCDの下のグランドパターン（ベタアース）は取り除いてあります。

KiCad基板設計データ

「KiCad (Windows 64-bit) Version: (6.0.4), release build」を使用して作成したKiCADデータです。回路図と基板デザインデータ、自分で追加した部品データが入っています。このデータの利用規約については、添付の「readme.pdf」を御覧ください。

■KiCad基板設計データ（ZIP)

プリント基板に部品を実装

チップ部品を使用して実装

コントローラ基板はチップ部品で設計しましたので、裏表に所狭しと部品が載っています。

フォンジャックを基板上に実装

今回は、基板上に実装できる「CLIFF製」のフォンジャックを使いました。ケースの幅一杯に配置し、ケースの外からネジ止めできるタイプのジャックです。

動作確認

トーンコントロール回路の発振

BB-Preampのトーンコントロールは、NF型トーンコントロール（BAX型）と呼ばれるオーソドックスなオーディオ回路です。カットオフ周波数は1kHzで設計されています。この回路は、ネットで沢山見つかりますし、TIのTL074のアプリケーションのノートにも載っています。

今回は、回路図、パターン設計共にノーミスでした。動作はOKなのですが、使ったオペアンプ「NJM4558MD」（JRC製4558のローノイズチップ版）の高域特性が良すぎるのか、高い周波数（500kHzくらい）で発振してしまう現象がありました、そのため、トーンコントロール部分の帰還に、100pの発振止めコンデンサを追加して対処しました。

回路のゲイン調整

BB-Preampは、ギターアンプを直接ドライブするプリアンプとしての用途を想定しているためか、出力レベルが高く設計されています。そのため、ペダルボードの中では、VOLUMEのノブは9時ぐらいで使っていることが多いと思います。

そこで、デジタルポテンショメータのレンジを有効に使うために、トーンコントロールの前段オペアンプのゲイン（オリジナル回路は＋12dB、約4倍）を6dB下げて見ました。これでもVOLUMEノブが12時位がMAXレベルなのですが、このくらいで使ってみます。

マイコンコントロール系、WiFiは難なく動作

マイコンコントロール系は、前回のAnalogDelayと同じ回路ですので、難なく一発で動作しました。

トーンコントロールの周波数特性

フリーの周波数特性測定ソフト「REW」を使用して、トーンコントロールの周波数特性を計測してみました。TREBLE、BASSともに、±10dBの調整が可能です。

アルミダイキャストケース角穴加工

角穴加工は大変だ

前回の自作に続き、最も苦労したのが、ダイキャストケースに角穴を開ける加工でした。丸穴はハンドドリルとリーマーで簡単に開けられますが、角穴はヤスリで削る方法しかなく、またダイキャストケースはアルミの厚さが2mm以上あり、簡単ではありませんでした。

角穴加工の詳細は、下記リンクのページに詳細説明があります。

　■アルミダイキャストケース角穴加工に奮闘 - プリセットプログラム可能なアナログディレイ自作

ケースに組込み完成

基板の固定方法

基板とケースの固定は、ロータリーエンコーダのナット締めで行っています。また、DCジャック、MIDI端子、フットスイッチとのワイヤーは、ピンソケットを使って、簡単に取り外しできる様になっています。

ケースラベルを作成

インクジェットプリンタで作成できるステッカー専用シートを使って、ラベルを作成しました。Marshallアンプの筐体っぽい革調のテクスチャを入れ、「Presetable Blues Breaker」と命名しました。（「BB-Preamp」の「BB」は「Blues Breaker」の頭文字らしいです。）

プリセットは使用用途を広げ 効果絶大

フットスイッチ（モーメンタリータイプ）をカチカチ押すと、プリセットを切り替わり瞬時に歪が変えられます。演奏時に、曲に合わせて効果を変えられるため、使用用途が広がり、効果絶大と思います。

WiFiを使用してiPhoneのブラウザからペダル内部のプリセット値を編集できるため、プリセット値を変えるためにしゃがんでペダルのノブを操作することもなく、操作性は完璧だと思います。

MIDIでプリセットを変更できるため、私は未だ持っていないのですが、MIDIコントロール可能なスイッチャを使えば、スイッチャのプリセットの中に、ディストーションの効果パターンをプログラムできます。

この様な使い方ができるマルチエフェクタやデジタルディレイは数多く製品化されていますが、アナログオーバードライブ/ディストーションは数少ないのではないかと思っています。

宅録でのメリット

ライブだけでなく、宅録時にもプリセット機能は重宝します。

一度録音したテイクに対して、気に入らない部分をパンチイン/アウトで取り直す際に、エフェクタのノブを触ってしまうと、前に録った音と変わってしまい、繋がらなくなってしまいます。

このような場合に、プリセットにノブの位置を保存しておくと、正確に前の音を再現できるため、非常に重宝します。

まとめ

多くのギタリストは、複数のオーバードライブ/ディストーションペダルをボードに入れて、スイッチャーで切り替えて歪のパターンを変えていると思います。これをMIDIでプログラムチェンジできることは、瞬時に曲調を変えなければならないライブでは、利便性が非常に高いと思います。

私は、頻繁にディレイペダルとディストーションのノブを変えています。この２つをマイコンコントロールできたことで、ペダルボードの守備範囲がますます広がったと思います。

【Googleキーワード検索】

当サイト内のGoogleキーワード検索ができます。素早く記事を見つけられます。

＜自作を始める＞ 自作情報サイト プリント基板 万能基板 ストリップボード KiCad 面実装 ＜エフェクタージャンル＞ オーバードライブ ディストーション オートワウ アナログディレイ アナログコーラス アナログオクターバー コンプレッサー フェイザー ノイズリダクション ノイズゲート キャビネットシミュレータ ＜自作部品＞ パーツの購入 スルーホール THD 面実装 SMD チップ部品 ケース ＜エフェクタボード＞ エフェクターボード ソルダーレスケーブル

＜デバイス名称＞ オペアンプ BBD VCA トランスコンダクタンスアンプ Coolaudio ゲルマニウムダイオード 2SK30A(FET) V3205(BBD) V3207(BBD) V2164(VCA) V3102(Clock Driver) V571（Compander） ＜自作ツール＞ ハンダコテ コテ台 ワイヤーストリッパ テスター 電動ドリル テーパーリーマー ソケットレンチ 配線用ワイヤー デジタルオシロスコープ ＜Tips＞ ホームレコーディング スイッチャー エフェクターラベル フェンダーストラト ピックガード ステージピアノ モニターヘッドホン DAW Studio One

Language

メニュー

DIY 購入レポート