Keeley 4 Knob Comp. チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート Keeley 4 Knob Comp. チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート

Keeley 4 Knob Comp. チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート

地味だが下手な演奏を上手くするコンプレッサー

コンプレッサーといえば、80年代のフュージョンで一世風靡した「Orange Squeezer」、「Dyna Comp」を私も通ってきました。これらはどちらかと言うと、「パッコーン」と言う音の粒立ちを変えるエフェクタとしてのキャラが強いと思います。それに対して、雑なピッキングやカッティングでも音量を揃えてくれるリミッター的なコンプレッサーもあり、私はこのほうが好みです。

ここ最近は、「BOSS CS-3」「HOME RUN KING COMP」を使ってきました。プロの間では、Limetone Audioの「FOCUS NX」を使う人が多く、音は確かに魅力的ですが、パスしています。

そこで、今更ですが、音作りの幅が広いROSS系コンプレッサーの代表、「Keeley 4 Knob Compressor」を自作してみることにしました。

回路

Keeley 4 Knob Compは古いエフェクタであるため、回路図はインターネットに複数出回っています。3つほど入手してみましたが、微妙に定数が違っている箇所がありますが、明らかに違っている定数を除けば、ほとんど同じ回路であるため、信頼性は高そうです。

コンプの心臓部には、ほとんどのコンプで使われている「CA3080」が使われています。このチップから出力された信号(Pin 6)からレベル検出を行い、電解コンデンサ(C5)に電荷として溜まったレベル信号をこのチップの音量制御ピン(Pin 5)に戻すフィードバック制御が行われています。回路構成としては、オーソドックスな回路です。フィードバック部分に、アタックとサスティンを変化させるポットが入っています。

今回はチップ部品で作りますが、特にコンデンサは、チップ部品では入手できない定数がありますので、影響を考慮して近い定数に変えています。


レベル検出回路(入力波形の上下を別々に検波)


アタック/サスティンの制御回路(CA3080のレベル制御ピンへ戻す)

Keeley 4 knobs compressor 回路図

面実装部品を使ったプリント基板を作成

33mmx38mmの面実装のプリント基板

ミニサイズのエフェクタ自作は、これでもう4作目です。Keeley 4 Knob Compは比較的部品点数が多いのですが、今回もミニサイズのエフェクタケースに入れるために、33mmx38mmの面実装のプリント基板を作りました。このサイズに入る回路規模であれば、どんなエフェクタでもミニサイズで自作できるようになりました。

自作ミニサイズエフェクター用プリント基板

4つのポットを基板直付けに

このコンプには4つのポットがありますが、基板の固定を兼ねて、ポットを基板直付けにしました。問題は都合の良いポットが購入できるかどうかです。基板用のポットはいくつか販売されていますが、ナット締めできるタイプは少なく、殆どはケースに大き目の穴を開けて、ノブの軸だけを出すタイプです。

また、サイズについては、ミニサイズのケース(HAMMOND 1590A)に入れるためには、幅が15mm以下でなければ入りません。


左は基板用だが、ナット締めできない
右はミニサイズエフェクタには大きすぎる

行き着いたポットが、下の写真のものです。ピンは基板実装用ですが、ピンの向きが違い、基板に水平に取り付けるタイプです。そこで、万能基板とL字ピンヘッダを使って、基板に垂直に立てられる様に工夫しました。基板には、ピンヘッダを立てるための端子を設けています。

基板直付け用オリジナルポット

KiCADを使って設計

プリント基板の設計は、使い慣れた「KiCAD」を使って行いました。手順は以下のような流れです。

1)回路図エディタに回路を入力する
2)回路図中の全ての部品にフットプリント(実際の部品の形状)を選択して割り当てる
3)基板エディタに部品と接続情報(ネットリスト)をロードする
4)33mmx38mmの基板外形を入力する
5)回路図を見ながら配線が短くなるように、ロードされた部品を基板に配置する(背の高い部品は表、チップ抵抗/コンデンサは裏)
6)表面で電源ライン(9V、Vref)をつなぐ
7)裏面で他の配線を行う
8)両面に残ったエリアをGNDで塗りつぶし、GNDを接続する

チップ部品には「2012」サイズを使い、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)のフットプリントを指定して作りました。部品がライブラリにない場合は、フットプリントエディタを使って、既存の部品の形状を変えて作成できます。

Keeley 4 Knob Comp PCB(1)
部品配置とシルク印刷

Keeley 4 Knob Comp PCB(2)
パターン図

Keeley 4 Knob Comp PCB(3) 3Dイメージ
KiCADの3D表示

特に注意が必要な点は、直付けにするポットの端子の位置です。ケースに開ける穴位置を基準に、基板上のポットの端子(L字型ピンヘッダ)穴の位置を決めます。基板サイズはギリギリいっぱいの大きさですので、この位置を間違えると、ケースに取り付かなくなりますので、KiCADで穴位置の距離を設計し慎重に決定しました。LEDも基板直付けにしましたので、同様です。

Keeley 4 Knob Comp ミニサイズ自作寸法図

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。右に回すと大きく変化するようになっていることを確認して、端子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。約2週間で発注した基板が手元に届きました。FusionPCBは、他の基板製造サービスに比較して、納期は遅めですが、基板の仕上がりの品質は高く安定しています。この基板を$5で製造してくれるなんて、今でも信じられません。プリント基板を作る際は、ずっとお願いしようと思います。

Keeley 4 Knob Comp PCB(1) 中国深センFusionPCBで製造

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。
チップ部品は販売単位があり、チップ抵抗は20個程度から、チップコンデンサは10個程度からです。何回もエフェクタを自作すると、部品は手持ちのもので済むようになります。

エフェクター チップ部品 購入

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。

面実装基板 ハンダ付け スタンドルーペ

ポットを基板に実装

ポットは、万能基板とL字型ピンヘッダで延長したリードを基板に差し込んで取り付けました。ケースに取り付けた際に、表面に実装した背の高い電解コンデンサがフタを飛び出さないように、ポットと基板の高さを決めました。

Keeley 4 Knob Comp ポットを基板に実装



ケースの穴あけ

今回は、ポットと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。

電動ハンドドリルで正確な位置に穴を開けるための要領は以下のようです。面倒でもこの様に行ったほうが、正確な位置に穴が開けられます。

1)最初に先の尖ったキリやドライバーを使って穴位置の中心を凹ませる
2)1.2mmのドリルを使い凹ませた穴位置にドリルの先端を当てて穴をあける
3)次にこの穴を中心に3mmドリルで穴を広げる(LEDはここで終わり)
4)さらに6mmドリルで穴を広げる
5)テーパーリーマーで、各部品の穴経に合わて穴を広げる

ハンドドリルで穴あけを行う際の注意点は、穴あけ中にドリルの先端を押さないことです。不要な力をかけてしまうと、1.2mmの様な細いドリルは簡単に折れてしまいます。また、6mmの太いドリルの場合は、穴が開け終わる直前に、ケースにドリルの溝が食い込み、ケースごと回転してしまい危険です。

ドリルを押して穴を開けると言うよりも、ドリルの先端で軽くケースを削りながら、少しずつ穴を広げる様な感覚が良いと思います。

Keeley 4 Knob Comp 自作穴あけ

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。

Keeley 4 Knob Comp 自作内部断面図

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。

Keeley 4 Knob Comp 自作音出しチェック

ハンダ付け不良のミスがあった

最初に電源を入れた時には、信号は出ませんでした。¥5,000で買った小型オシロスコープで信号を追ってゆきましたが、レベル検出回路のどこかで信号が途切れていました。基板にはポットが直付けされていますが、このポットの下にチップ部品が付いています。オシロのプローブを当てるのが、老眼の私にはキツイ作業でした。

基板をiPhoneのカメラで写しながら拡大して調べたところ、チップトランジスタの1つのピンにハンダ不良があり、ハンダが基板に流れていませんでした。ここを修正したところ、無事動作しました。

面実装基板 手ハンダ(Hand soldering)不良
トランジスタのピンにハンダが付いているが、パッドに流れていない

出音の特性

このコンプは4つのポットがあり、アタックとリリースも変えられます。また、CA3080への入力レベルを可変できるポット(CLIP)もあります。入力レベルを上げると、リミッタが積極的にかかるようになり、サスティンを上げると、音の長さが変わります。調整が難しいのですが、自由度が高く、シングルコイルやハムバッカーに合わせて、出音が自由に調整できます。

印象としては、BOSS CS-3は線が細い(アナログ回路ですが、デジタル臭い)ですが、それよりは線が太い気がします。アナログ臭いAnimal Pedalsに近いですが、Keeley C4のほうが自由度が入力レベルが変えられる点が、自由度が高いと思います。

概して、音が太いと感じる要因は、「ハイ落ち+歪っぽさ」だと思いますが、このKeelyは、少し歪みっぽいのかもしれません。4Knob(Keeley C4)には、「clip」というノブがあり、コンプレッサ回路への入力レベルを変えられます。「input level」ではなく「clip」となっているので、設計者は歪を意識しているのかもしれません。

コンプレッサの代わりにJan Rayの様なローゲイン、クランチ系の歪を入れると、バンドの中では歪はそれほど目立たず、レベルが一定に抑えられ、カッティングの音が前に出る(リスナーにちゃんと聞こえ、キンキン言わない)様になります。この4Konbsコンプは、「clip」の調整で軽く歪ませ、コンプ回路でサスティンを得るような使い方がいいのかもしれません。

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。ナチュラルな掛かり方が好きで、常時ONで使うことを想定しています。
同じフレーズが2回流れます。前半がOFF、後半がONです。カッティングのレベルが揃い、最後のコードが伸びていることが分かります。パッコーンのアタックも無く、ナチュラルで、リミッター的な出音です。DAWで薄いリバーブがかかっています。

サンプル:リズムギター(MP3)

録音環境は:

ギター(ストラト、シングルミッドピックアップ) → 自作Keeleyコンプ → 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

今回はブルー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。

水滴のグラフィックを探してデザインしました。水のようにナチュラルな音をイメージして、「patet aqua comp」(ラテン語:清水コンプ)と命名しました。aquaの「A」をイニシャルに使っています。

エフェクター ステッカー デザイン パワポで(1)

エフェクター ステッカー デザイン(2)

美しい「patet aqua comp」が完成

上面に貼ったステッカーがいい感じです。もっと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。

クリーンな音がしそうなKeeley Compクローンの内部

クリーンな音がしそうなKeeley Compクローン

Keeleyの後にコーラスを入れるとON/OFFで音量が極端に変化してしまう

エフェクターボードにスイッチャーを入れて、色々試していたところ、このKeeleyの後にコーラスを入れると、音量が極端に変化してしまうことに気が付きました。コーラスをかけた状態で、このKeeleyをON/OFFすると、ON時に低域が持ち上がってしまうようです。接続の問題を疑って、試行錯誤しましたが改善できませんでした。

VOLUMEによる出力インピーダンスが原因

BOSSの既製品のディレイや自作したエフェクタの殆どは、オペアンプやトランジスタ、FETから、470Ω程度の保護抵抗を経て出力ジャックへ出ているのですが、このKeeleyは、出力に50kΩのポッドを使ったVOLUMEがあり、そのまま出力へ出ています。その他にも10kΩの抵抗が直列に入っており、このKeekeyの出力インピーダンスは60kΩで、結構高めです。

エフェクタの殆どは、入力にCRで組まれたHPF(ハイパスフィルタ)が入っており、この定数によっては、前につないだエフェクタの出力インピーダンスの影響を受けてしまいます。

私のエフェクタボードでは、KeeleyのOFF時にはスイッチャーでTRUE-BYPASSされるため、KeeleyのON/OFFで、次につながったコーラスに影響しているようです。

Keeleyに出力バッファを追加

このKeeleyの出力インピーダンスを下げるために、VOLUMEの後にバッファを付け、出力インピーダンスを低く(470Ω)することにしました。

回路はNPNトランジスタ「2SC1815」を使ったエミッタフォローワーのシンプルな回路です。元の基板を変更しないように、基板出力の後に、下の回路を追加しました。

ケースに入るように万能基板で小さく作成

このKeeleyはミニサイズで作っているため、空いているスペースは出力ジャックの上しかなく、ここに入るように万能基板で小さく作成しました。

効果はテキメン!

この追加により、スイッチャでどの様に切り替えても、Keeley ON/OFFでの音量変化は全くなくなりました。下が現在のエフェクタボードです。山ほどのペダルが入っていますが、スイッチャのおかげで使いやすくなりました。

スイッチャは、6ループ切替可能な「One Control Agamidae Tail Loop」です。改造して、エフェクトループのON/OFFを表示するLEDを追加しています。

Keeley 4-Knob 回路では 入出力で位相が反転する

このKeeley 4-Konbコンプに「Blend」機能(原音とコンプ音をMIXできる)を付けられないかと思い調べていたところ、このペダルの入力と出力で位相が反転していることに気が付きました。海外のサイトで「Keeley 5-Knob」というMODを行った人がいるのですが、回路図を追うと、どうもコンプの心臓部になる「CA3080」の入出力で位相が反転しているようです。

最近、ヒョンなきっかけで入手したRigolのオシロスコープで入出力を確認した所、たしかに反転しています。位相の反転は聞いただけではわからないですし、反転していても実害はないと思いますが、気になる方は最終段に反転回路を入れるか、「CA3080」の後のトランジスタのコレクタ側から出力を取るかすれば、同じ位相で出力できます。

下のオシロの画面は、黄色(CH1)が入力、青色(CH2)が出力です。400Hzの正弦波を入れています。

CA3080 位相反転 (phase inversion)
(別の話ですが、最近のデジタルオシロは、画面コピーをUSBメモリに書き出せます!感動!)

FREE THE TONE の「HTS」

「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、切り替えによるインピーダンスコントロールが可能なため、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。TRUE-BYPASS化する際は、ON/OFFによる出力インピーダンスの変化を考慮する必要があると思います。



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