EP BOOSTER & MICRO AMP チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート EP BOOSTER & MICRO AMP チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート

EP BOOSTER & MICRO AMP チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート

ギター入力に常時ONで使うバッファアンプを自作

ハイインピーダンスのギター出力をエフェクターボードに受ける場合、最初にバッファを入れるとその後の音が安定します。プロのギタリストがこぞって「VITALIZER」を入力に使っているのも納得できます。

私は、自作したケンタウルスのGAINをゼロにして、入力バッファとして常時ONで使っていましたが、エフェクタボードの場所を取ってしまうため、ここに来て、ミニサイズのケースで、バッファアンプを作ってみようと思いました。

既にRiotオリジナルノイズゲートを面実装部品で作り、ミニサイズのケース(HAMMOND 1590A)に入れていますので、今回も同じサイズの基板を作り制作しました。

MICRO AMPとEP BOOSTERを入れて切替式に

バッファは回路が単純なため、33mmx38mmの基板でも、両面に面実装部品をつけると、かなり余ってしまいます。そこで、昔からあるオペアンプ1つでできている「MXR MICRO AMP」と、最近流行りの「Xotic EP BOOSTER」の2つを同じ基板に詰め込んでみようと思いました。

ついでに、別系統でTUNERへの出力もつけてみました。これは、トランジスタ1個でエミフォロを構成した、超単純なバッファにしました。


構成図

両者の回路の特徴

MICRO AMPの回路は、何の変哲もない非反転オペアンプの増幅回路です。入出力共に積極的なCRフィルタは入っていないため、フラットな特性でブーストする回路になっています。使われている定数から計算すると、ポットの調整で+1dB〜+26dBのブーストが可能です。


MICRO AMP回路

それに対してEP BOOSTERは、FETとトランジスタを1個ずつ使用した独自の回路で、周波数特性を変えるCRフィルタが入っています。この回路は、エコープレックスというテープエコーのプリアンプの回路が基になっているそうで、ギターの音のローミッド
を押し出す(プッシュする)効果があるそうです。


EP BOOSTER 回路

これを切替式にしましたので、ギターの原音を別々のキャラクターに使い分けられそうです。

面実装部品を使ったプリント基板を作成

KiCADで設計

プリント基板はKiCADを使用して設計し、中国深センの「FusionPCB」に発注しました。今回で6作目になります。Riotを作ったときと同じ要領で「2012」サイズのチップ部品を使い、手付けハンダ(Hand soldering)可能なように、大きめのパッド(部品のハンダが付く部分)を指定して作りました。


表面に高さのある部品を、裏面にはチップ抵抗とコンデンサを集めて配置

部品の配置は、ポット、トグルスイッチの位置を決めたら、次に高さのある電解コンデンサとDIP-IC、リード部品(TFT、ダイオード)を表面に配置します。裏面には、回路図を見ながら、表面に配置した部品の近くに、チップ抵抗とチップコンデンサを配置してゆきます。お互いの部品が重ならないことを確認したら、あとはひたすら接続する作業を行います。すべて接続したら、表と裏の残りのエリアをグランドで塗りつぶします。


貫通ビアを使ってひたすらパターンをつなぐ

トグルスイッチは、標準のライブラリにはフットプリント(部品の穴位置、半田パッドの形状データ、シルク印刷)がないため、実際に購入した部品の形状情報を見て、自分で作っています。


KiCADの3Dイメージ

特に注意した点は、トグルスイッチと、ポットのリードの穴位置です。トグルスイッチは直付けのため、部品の中心がケースの穴位置になりますが、ポットは万能基板でリードを延長(後述)したため、ケースの穴位置と基板上のリードの穴位置がずれています。慎重に計算し、穴位置のズレを基に、基板のリード位置を決めています。この位置計算は、KiCADの基板設計時に、CAD機能を使って行いました。


ポットとトグルスイッチ、LEDの配置設計

また、もう1つの注意点は、ポットの回転方向です。ワイヤー接続では、回転方向を間違った場合でも、1番と3番ピンを逆に接続すれば修正できますが、今回はポットのリードを基板に直つけしていますので、回転方向を間違ってしまうと、修正できません。MICRO AMPもEP BOOSTERも、右に回すとゲインが上がるようになっていることを確認して、リードの向きを調整しました。

さらに、トグルスイッチの向きにも注意しました。トグルスイッチを倒した方向のポットが有効になるように、トグルスイッチの向きを調整しました。

FusionPCBに発注

いつものようにガーバーデータを作り、ZIPに固めてFusionPCBのサイトから発注しました。今回は、未だ作ったことがない「黄色」のレジスト色を選択してみました。費用は変わりませんが、最短の「緑」に比較して、納期が長くなります。

約2週間で発注した基板が手元に届きました。実際の基板を見ると、黄色のレジストの上に印刷されたシルクが白であるため、若干、部品番号が見にくいかもしれません。ですが、個性的な基板が出来上がり、ホクホクしています。

基板へ部品を実装

チップ部品の購入

面実装の基板制作は今回で3回目ですので、チップ抵抗やコンデンサは、前回までの余りでほとんど用足ります。購入していない定数と半導体のみを追加購入しました。購入の方法などは、Riot制作のページにありますので、参照してください。

チップ部品をハンダ付け

面実装部品は本当に小さく、ピンセットを使ったハンダ付け作業になります。老眼対策に、前回のノイズゲート作成時に購入したスタンドルーペを使って実装を行いました。

MICRO AMPに使われているTL061(シングルオペアンプ)は、いつも使っている通販の部品ショップではチップ部品を入手できませんでした。代替のチップ部品を使ってもいいのですが、音が変わると嫌なので(変わらないと思いますが...)DIP型の部品を使っています。

また、EP BOOSTERに使われている2N5457(FET)も、チップ部品は入手できなかったため、通常のリード部品を使っています。その他はすべて面実装部品です。

ポットとトグルスイッチを基板に実装

今回は初めて、トグルスイッチとポットを直付けにしてみました。ほとんどのメーカーが販売するエフェクタは、ポット、スイッチ、ジャック、LEDなどが基板に実装されており、ワイヤーで接続する部分が無いように設計されています。

このときに問題になるのが、部品の高さです。1つの基板にポットとスイッチを実装するためには、基板からケースの穴までの高さを同じにする必要があります。メーカーなら、特注で高さを指定した部品を作れると思いますが、自作ではそれは不可能です。
そこで、トグルスイッチの高さを基準にして、基板用小型ポットのリードを工夫し、高さが同じにできるようにしました。

小型ポットとL型のピンヘッダを万能基板でつなぎ、長いピンヘッダを基板に挿すようにして、リードの長さを長くし、高さを調節可能にしました。

このブースターは、常時ONで使おうと思いますので、フットスイッチは付けていません。そのスペースに、3.5mmのミニジャックを使って、チューナーアウトを付けています。

ケースの穴あけ

今回は、ポットとトグルスイッチ、LEDを基板直付けにしていますので、ケースの穴位置は、ミリ精度で開ける必要があります。KiCadを使って、基板上の各部品の相対位置を作図し、これをケースに展開しました。

穴位置を正確に電動ハンドドリルで開けるために、最初に先の尖ったドライバーを使って穴位置の中心を凹ませ、ドリルの先を凹みに合わせて1.2mmのドリルを使って穴を開けました。次にこの穴を中心に3mm→6mmと広げました。これにより、正確な位置に穴を開けることができました。ジャックやポットの穴は6mmより大きいため、このあとはテーパーリーマーで穴を広げ、各部品の穴経に合わせこみました。

ケース内の配置

ケース内の部品や基板の配置イメージはを下に示します。このイメージになるように、穴あけを行いました。

ポットの高さ調整

ケースに穴を開けたら、トグルスイッチとポットの高さを合わせるために、次の順番で行いました。

1)トグルスイッチを基板にハンダ付けする
2)ポットのリードを基板の穴に挿し込んだ状態で、トグルスイッチとポットを取り付け、軽くナット締めする
3)この状態で、ポットのリードをハンダ付けする
4)締めたナットを外し基板を取り外す

これで、ポットとトグルスイッチの高さが同じ状態で基板に取り付きました。同様にして、LEDも後からハンダ付けしました。

動作をチェック

ケースに組み込む前に、基板だけの状態で動作を見てゆきました。いつもどおり、PCのフリーソフトで正弦波を発生させ、オーディオi/o(steinburg UR22mkII)から出る信号を基板に入力して行いました。

ブレッドボードにプリント基板から出したワイヤーを挿し、信号の入出力と電池の接続を行いました。

今回はノーミスで一発完動!

今回は回路や実装にミスはなく、一発で動作しました。ポットの回転方向や、トグルスイッチの方向もバッチリでした。

出音の特性

トグルスイッチをカチカチ切り替えながら、出音を確認してみました。こんなにキャラが違うとは思っていなかったのですが、この切替をトグルスイッチでなく、フットスイッチにしても良かったかもしれません。

オシロスコープで正弦波を観察したところ、MICRO AMPはダイナミックレンジが広く、上下3.5V付近まで歪みませんが、EP BOOSTER(私の自作だけかも知れませんが...)は、上下1.6Vを超えたあたりで歪み始めます。

周波数特性は、MICRO AMPは50HZ〜16kHzまでフラットで、超ピュアなアンプ特性です。EP BOOSTERは、DIP SWを両方OFFにした場合、1kHzを超えたあたりでゲインが下がり始め、4kHzあたりで-6dBになりました。ですが、単に高域が下がっているのではなく、音が太くなった様に感じます。周波数特性は、下の図のとおりですが、CRフィルタにより位相が変化するのと、レンジが狭くクリップし易い(歪易い)のが、逆に音を太くする要因に働いているのではと想像します。

また、EP BOOSTERのDIP SWの変化を見てみました。SW1はBASSブーストだそうですが、この自作では、ONにすると50Hz以下が1dBくらい持ち上がりますが、聴感上はほとんど変わりませんでした。

SW2はブライトスイッチですが、こちらは高域の落ち方が変わり、たしかにブライトになります。どちらが好きかと言われると、私はメローなトーンになる、OFFの方です。

サウンドサンプル

クリーントーンでコードを弾いたときのサンプルです。MICRO AMPは、HiFi的というか、どこもデフォルメされない超フラットな音です。それに対して、EP BOOSTER(DIP SWは両方OFF)は、低音と中音域が豊かになり、ギターの音が前に出てくるイメージがあります。

同じフレーズが2回流れます。前半がMICRO AMP、後半がEP BOOSTERです。GAINはともに最小(0dB付近)です。エフェクタはバッファのみの生音です。DAWで薄いリバーブがかかっています。

フェンダーストラト ミッドピックアップ リズムギター(MP3)

ギブソンレスポール フロントピックアップ ソロ(MP3)

録音環境は:

ギター(ストラト/レスポール) → 自作バッファ → MOOER Preamp006 (Fender blues deluxe クリーン、キャビネットON) → UR22mkII → DAW(Studio One)

ケースに組み込み完成

オリジナルステッカーシールを作成

今回はホワイトの塗装のケースを使用しました。市販製品っぽく仕上げたかったため、ケースの上面にデザインしたステッカーシールを貼りました。パワポで作ったデザイン画をインクジェットプリンタで、ステッカー用の用紙に印刷し、カッターで切り抜きました。ポットなどの穴は、ステッカーシールを貼ってから、穴に合わせてカッターで切り抜いています。

オレンジ色でデザインし、「orange booster duo」と命名しました。

自作エフェクター オリジナルラベルの作り方(←パワポでの作り方)

美しい「オレンジブースターデュオ」が完成

上面に貼ったステッカーがいい感じです。これなら、次の機会に、凝ったデザインも出来るかも知れないとニヤニヤしています。

3作目のミニサイズエフェクター自作は、見事成功でした。私のエフェクタボードの中で、今となってはデカイだけに見えてしまう自作ケンタウルスを追い出し、オレンジブースターに入れ替えました。

ブースターを作ってみて思うこと: 入出力インピーダンスとTRUE BYPASS

ブースターやバッファは、音を大きくするだけでなく、ギターのピックアップの出力インピーダンスに影響を与え、音のキャラを大きく変えてしまいます。エフェクターの「TRUE BYPASS」は、信号スルーするので良いと言う風潮がありますが、直列につないだエフェクターをON/OFFするたびに、信号のインピーダンスが変わるので、個体では良い音がするエフェクタを見つけても、エフェクタボードに入れると、全然音が違ってしまうことも多いと思います。

「FREE THE TONE」のスイッチャの紹介文に、「Holistic Tonal Solution」(総合的音色解決法?)というのがあり、スイッチャの各ループの入出力インピーダンスを、ループのON/OFFに関わらず一定(入力1MΩ、出力200Ω)にする技術が載っています。確かにスイッチャなら、エフェクタのON/OFFはスイッチャが担うので、Good Idea だと思います。

BOSSのエフェクタは、FET電子スイッチでON/OFFされ、TURE BYPASSではなく全製品がバッファードなので、BOSS方式のほうが、エフェクタの相互接続が音色に与える影響は小さいのではないかと想像します。

今までは、既成のエフェクタのクローンやモディファイを自作してきましたが、ON/OFFに関わらず入出力のインピーダンスを同じにする回路を、各エフェクタに入れてみるのも良いかなと思っています。ここが自作の醍醐味ですので。

すぐ横のJanlayクローンとBB-Preampクローンもデカいので、ミニサイズで作り直そうかと考えています。
皆様の自作の参考になれば幸いです。(マニアックすぎるかも...)

上の写真からアップデートした最新のエフェクターボードはこちら



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