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正統派オートワウ 「MAD PROFESSOR AUTO WAH」自作レポート

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【目次】

● 正統派オートワウ「MAD PROFESSOR AUTO WAH」
● MAD PROFESSOR AUTO WAHの回路
● トランスコンダクタンスアンプ、トランジスタの入手
● 回路図
● プリント基板の設計
● チップ部品を基板に手ハンダ（Hand-soldering）
● ケースの穴あけ加工
● 基板の動作確認
● サウンドサンプル
● ケースに組み入れて「SMART AUTOWAH」完成
● DECAYノブをATTACKノブに変更改造（MOD）

正統派オートワウ「MAD PROFESSOR AUTO WAH」

以前に、MXR Envelop Filterを自作したことがあります。（自作記事はこちら）エフェクタ自作記事サイトTONEPADに掲載されている回路図を使いました。MXR Envelop Filterペダルはものすごく古く、私が中学生の頃の1980年代初期にもありました。

回路は、オペアンプの代わりにCMOSのインバーター、LPFのカットオフを変える部分にアナログスイッチを使うマニアックな構成です。動作原理は難解で、特に部品の定数値は実験的に決められているのではないかと想像します。

これに対して、正統派というか、電子回路の基本に従って、忠実に設計されているペダルに、「MAD PROFESSOR AUTO WAH」があります。

オペアンプとトランスコンダクタンスアンプを使用して、入力レベルによりLPFのカットオフ周波数を変えてオートワウを実現しています。今回はこれを自作し、MXR Envelop Filterの自作と比較してみたいと思います。

トランスコンダクタンスアンプの原理と、LPFのカットオフ周波数を変える回路は、以下のサイトが参考になります。
https://cc.cqpub.co.jp/system/contents/1548/

MAD PROFESSOR AUTO WAHの回路と動作概要

ペダルの回路図は、海外のサイト「Revolution」から入手しました。

トランスコンダクタンスアンプとは、簡単に言えば、外部の制御信号によりコンダクタンス、すなわち電流の流れやすさ（抵抗の逆数）を可変できるアンプです。

MAD PROFESSOR AUTO WAHは、2段のトランスコンダクタンスアンプにより、カットオフ周波数を可変するLPFでWAHの音を作っています。トランスコンダクタンスアンプの出力電流特性（コンダクタンス）と中央にあるコンデンサ（C)のインピーダンスにより1次LPFが構成されています。一般的な、抵抗とコンデンサによる1次LPFと同じ原理です。

トランスコンダクタンスアンプの機能で電流の流れやすさ（抵抗の逆数）を変えるとLPFカットオフ周波数が変化します。このコンダクタンスは外部からの信号で制御できるため、ギター入力のレベル信号（エンベロープ）を制御に使えば、ギターの入力に追従してWAH-WAHと音が変化します。

1段目のトランスコンダクタンスアンプの帰還抵抗はポット（Resonance）による可変になっており、これにより、1段目の特性が変わり（2kHz付近にピークを作る）、WAHの音のクセを強調する効果が生まれます。

この回路にはトリッキーな要素はなく、電子回路の基本に忠実に設計されている印象です。

下に回路の構成図を示します。この図は、私が独自に解釈したものであり、MAD PROFESSORが公式に出しているものではありません。

回路の概要図（私の解釈）

トランスコンダクタンスアンプのコンダクタンスで、LPFのカットオフ周波数を変化（私の解釈）

トランスコンダクタンスアンプ、トランジスタ、JFETの入手

オリジナル回路にはトランスコンダクタンスアンプ「LM13700」が使われています。これは特殊な部品であるため、入手が難しいのですが、運がよいことに、秋月電子通商の通販に、Coolaudio社製の表面実装パッケージ（SOP16）のチップ「V13700M」(単価￥100)が販売されています。

また、オリジナル回路には、レベル検出回路の最集段に、２個のNPNトランジスタ「BC550」をダーリントン接続した回路があります。「BC550」はFairchild製のトランジスタですが、表面実装パッケージは日本の通販では見当たりませんでした。このチップは直流電流増幅率（hFE）が比較的高いですが、汎用の小信号用トランジスタです。代替えとして、いつも使っている2SC1815の表面実装番である「2SC2712」のhFEが高い型番「-GR」を使うことにしました。

もう１つ、入力段のJFETには、「2N5457」が使われています。これは単なるソースフォロワ回路ですので、代替品としていつも使い慣れた「2SK208」を使うことにしました。

回路図

今回作ってみた回路図は以下のとおりです。抵抗やコンデンサが、パラレルまたはシリーズになっている箇所がありますが、これはちょうど良い定数の表面実装部品でが入手できず、合成抵抗/容量で設計しているためです。

レベルインジケータの追加

「ワゥ〜」の変化を視覚的に確認できるように、レベルインジケータを追加しました。トランスコンダクタンスアンプの制御に使うギター入力レベル信号を取り出し、LPFの変化に同期してLEDが点くようにしました。（回路図の「D1、Ctrl IND」の部分）
LEDの点き始めを調整できるように、LEDの駆動オフセットを半固定で変えられる様にしています。

(アニメーションGIF、実際のビデオではありません)

●自作したオートワウペダルの回路図（PDF）

プリント基板の設計

プリント基板上にポットと入出力ジャックを実装

今回も一般のエフェクターメーカーの製品のように、プリント基板上にポットと入出力ジャックを実装して、ケース内の配線を最小限にする設計をしてみました。

基板実装用のポットとジャックは以下のものを使っています。

 

ポットの直付けが難しい場合や、部品が入手できない場合は、万能基板とL字ピンヘッダを使って作る方法もあります。（こちらの記事を参考にどうぞ。→ Keeley 4 Knob Comp　４つのポットを基板直付けに）

KiCADで表面実装プリント基板を設計

今回も、面実装チップ部品を実装するプリント基板を制作しました。「KiCAD」を使用して両面プリント基板を設計しました。ポットやフォーンジャック、DIP型ICの表面実装版は、KiCADのライブラリには用意がないため、自分でフットプリント（部品の形状データ）を作成して使用しています。

両面のパターンとシルク印刷

KiCadの3Dイメージ表示

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）

プリント基板は納期が早い「PCB gogo」に発注しました

今回も「24時間」以内に製造してくれる中国深センの「PCB gogo」を使ってみました。実際に製造は24時間で終わり、OCS（ANAグループの国際宅配サービス）で出荷から5日で到着しました。土曜日の午後に発注し、翌週土曜の午前中に到着しました。

チップ部品を基板に手ハンダ（Hand-soldering）

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。もう慣れてしまいましたが、私のように老眼持ちは、かなりしんどいですが、楽しい作業でもあります。この回路は比較的部品数が少ないので、２時間ほどで手ハンダ実装は完了しました。

電源部分に使う47μFのコンデンサは電解を使っていますが、それ以外の1μF以下のコンデンサは、全てチップ部品の積層セラミックコンデンサです。

また、フォーンジャックはCLIFF社製の基板実装タイプですが、ケースの内側の幅にピッタリ合うようにハンダ付けする必要があります。HAMMOND社のケースは、蓋の方に向かって、台形に2mmほどサイズが大きく広がっているため、ケース寸法の誤差を考慮してリード穴を細長く作っています。基板にジャックを挿し、実際にケースに当てて見て、ジャストの位置を決めてからハンダ付けしました。

ケースの穴あけ加工

今回はポット、LED、ジャックをすべて基板に実装しているため、その部品位置に合わせて穴あけを行う必要があります。確実に位置を出せるように、基板をケースの底に置き、穴位置の印をペンで書いて合わせました。側面のジャックの高さは、ポットの寸法図と基板の厚さ、ジャックの寸法図を参考に慎重に決めました。

ケースは、HAMMOND社製 1590N1です。GarrettoAudioで購入しました。

取り付ける部品の中央位置が決まったら、穴位置をズラさないように、センターポンチで穴の中央を凹ませてから、凹みを中心に最初に1.2mmのドリルで小さな穴を開け、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm ... 6mm の様に穴を広げてゆきました。6mm以上はハンドタイプのテーパーリーマーで広げました。

２個のLEDのハンダ付けは、ケースに穴を開けた後で行いました。高さを確実に合わせるために、LEDのリードを基板に通した状態で、ポット、ジャックをケースに仮止めし、ケースの穴からLEDの頭が出るようにしてからハンダ付けしました。

基板の動作確認

動作確認は、PCのフリーソフト（WaveGene）を使用し、宅録で使っているオーディオ・インタフェース（Steinburg UR22mkII）からの正弦波を入力して行いました。

音は一発で出力され、うまく動きましたが、残念ながら追加したLEDインジケータがうまく点灯しませんでした。原因をオシロスコープで追った結果、LEDを駆動する信号の取り出し位置が、回路図の段階で間違っていました。ダーリントン接続したレベル信号のバッファ出力をそのまま使えばよかったのですが、違ったところから取り出していました。

この間違いをプリント基板を修正（パターンカットと、写真のグリーンのワイヤー追加）したところ、期待した通りの動作となりました。

レベル信号の変化の様子

ギターで短く切ったコードを弾いたときのレベル信号（Ctrl）の変化の様子です。レベル信号が高い時に、「ワゥ〜」の「ワ〜」の音色となり、レベルが低くなると「ワゥ〜」の「ゥ〜」の音色に変化します。ギターの入力信号がなくなってから信号が初期値に戻るまでの時間は、「DECAY」のつまみで調整できます。

カットオフ周波数の変化

「ワゥ〜」の変化を作るカットオフ周波数の変化を測定してみました。測定には、フリーのソフト「REW(Room EQ Wizard)」を使っています。

入力感度を調整する「SENSITIVITY」を最小にしてレベルが小さい時を再現し、さらに最大にしてレベルが大きい時を再現し、両者を比較したグラフを下に示します。ついでに、レベルが大きい時の「RESONANCE」による変化も重ねてみました。

自作したMAD PROFESSOR AUTO WAHの特性
（LPFのカットオフが、400Hz〜2kHzの範囲で変化）

MXR Envelop Filterとの比較

同様に、過去に自作したMXR Envelop Filterの特性も測ってみました。変化の特性は、RESONANCE（MXRはモディファイで追加）も含めて同じ傾向の変化をしますが、全体的にMXR Envelop Filterのほうが、高域に寄っています。

自作したMXR Envelop Filterの特性
（LPFのカットオフが、600Hz〜3kHzの範囲で変化）

両者の出音の比較

今回の「MAD PROFESSOR AUTO WAH」も「MXR Envelop Filter」も同様の変化ですが、「MXR Envelop Filter」のほうが高域にフィルタ特性が寄っているせいか、変化が派手に聞こえます。また、ピッキングに対する感度も「MXR Envelop Filter」のほうが高く、単音を弾いたときの変化が「MAD PROFESSOR AUTO WAH」よりも付けやすい感じです。

どちらも、Resonanceを適度に上げないと、Wah効果が分かり難いかもしれません。

音質は、「MAD PROFESSOR AUTO WAH」のほうが素直な出音ですが、「MXR Envelop Filter」は歪っぽく聞こえます。ソロを弾くような用途では「MAD PROFESSOR AUTO WAH」のほうが向いており、効果音のような飛び道具的な用途には「MXR Envelop Filter」が向いているのではないかと思います。

音の変化については、「MXR Envelop Filter」にはAttack調整があります。ピッキングからWahが開くまでの時間が変えられるため、音の変化が付けやすいと思います。ただ、どちらも、感度調整（Sensitivity）が難しく、ピッキングにも敏感なため、ライブで使うのは難しいかもしれません。

サウンドサンプル

録音環境は：

下は感度調整（Sensitivity）による差のサンプルです。

 

ケースに組み入れて「SMART AUTOWAH」完成

市販製品っぽく仕上げたかったため、「SMART AUTOWAH」と命名し、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。

つまみの色がバラバラですが、特に意味はありません。余っていたつまみを付けた結果です。:-)

DECAYノブをATTACKノブに変更改造（MOD）

「MXR Envelop Filter」にはAttack調整がありますが、この「MAD PROFESSOR AUTO WAH」には、Attack調整がなく、そのかわりに「Decay」調整があります。「MAD PROFESSOR AUTO WAH」のAttack Timeは０に近く、元をピッキングすると素早くトーンが追従します。

私としては、ピックングしてからしばらく経ってからWahのフィルタが開くほうが、音の変化を付けやすいと思います。Decayは遅くする必要がなく、MINでしか使いません。

そこで、DECAY調整をATTACK調整に変える改造を行ってみました。

下に、オリジナルの回路から改造した回路を示します。500kΩのDECAY用のポットを、50kΩのATTACK用に変更し、CRの定数を調整して変更しています。

この改造により、DECAYは200ms程度に固定、ATTACKはツマミを回すと0ms〜80ms程度で変化します。

ATTACKが0msのときに「ワーウー」と聞こえていた音が、ATTACKを遅くすると、頭に「ウ」付いて「ウワーウー」の様に聞こえます。

サウンドサンプル

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