ノイズレス!ディレイペダル自作 手軽なディレイIC「PT2399」使用 ノイズレス!ディレイペダル自作 手軽なディレイIC「PT2399」使用

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[NEW!]ノイズレス!ディレイペダル自作 手軽なディレイIC「PT2399」使用

【製作マニュアルを掲載】
本記事のノイズレスディレイ製作マニュアル(PDF)を掲載しています。
このマニュアルで使用するプリント基板をメルカリで販売しています。(「SOLD/売り切れ」の場合、メルカリ内を「ノイズレスディレイ」で検索してみてください。繰り返し出品しています。)

【アナログディレイ自作紹介】
BBDを1個使用(300ms)
BBDを2個使用(600ms)
BBDを2個使用(600ms、表面実装版)
■PT2399を使用したノイズレス!(580ms、V571使用) ※本ページ

自作ギターエフェクターの作り方を一覧で紹介

エフェクタ自作 歴代作品自作したエフェクトペダルの一覧ページを作りました。好きなエフェクターの自作記事を探してみてください。

基板のタイプ(万能基板、スルーホール/面実装プリント基板)や、ケースのサイズ(ノーマル、ミニ)ごとに、どのように自作したかの記事が見られます。

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【目次】

BBDを使ったディレイペダルの経験
エコー用IC「PT2399」にノイズ対策回路(V571使用)を追加
コンパンダ(V571)の出音
回路について
部品の入手先
KiCADでプリント基板を設計
基板への部品実装
ケースの穴あけ
動作確認
サウンドサンプル
ケースへの組み込み
最後に

BBDを使ったディレイペダルの経験

BOSS DM-3の回路をベースに、都合3台BBDを使ったアナログディレイペダルを作ってきました。アナログ回路による「温かい」ディレイ音が作れるため、非常に気に入っています。

ただ、調整箇所が多く、自作するには敷居が高い側面があります。ベストな状態に調整するには、オシロスコープ無しでは難しいかもしれません。

エコー用IC「PT2399」にノイズ対策回路(V571使用)を追加

PT2399は、手軽に使えるディレイ用ICとして有名です。そもそもは、カラオケのエコーのようなHiFiに対応できる性能を持っています。内部はデジタル処理されていますが、最近ではBBDを使用したアナログディレイの代わりに、アナログっぽい音を出すICとして、各社のディレイペダルに使われています。

何と言っても、このディレイICには、BBDを使う場合のような調整箇所がなく、回路を組めば必ず動くところが魅力です。

このディレイICを使った作例は、ネットで山ほど見つかるのですが、ノイズ対策に着目した作例はないみたいです。そこで、DM-3の自作で経験したノイズ対策で使用されているコンパンダ(Coolaudio製 V571)を追加して、ディレイ音のノイズを排除したペダルを作ってみました。

コンパンダ(V571)の出音

BOSS DM-3の自作での経験によると、ディレイ音にコンパンダ(V571)を通すと、後段のエキスパンダがノイズゲートの様に動作し、ディレイ音が出ているところだけが切り取られたような出音になります。ちょうど、昔あったdbxや、カセットデッキについていたDolby NRに似た音になると思います。

これが結果的にはノイズ対策になり、ディレイ音が無音の時にはエキスパンダのゲートが閉じ、ディレイICが発するノイズを全く出さなくなり、S/NがMAXになります。多分ですが、ギターのペダルの性能としては十分な、70dB以上のS/Nを確保できていると思います。

今回は、PT2399を使って、DM-3の出音に近く、無調整のディレイペダルにしてみたいと思います。

回路について

回路は、DM-3のBBDディレイ回路をPT2399に置き換えた構成にしました。PT2399には、ディレイIC前後のLPFに使用するオペアンプが内蔵されていますが、コンパンダを挿入するには都合が悪く、今回は使用していません。その代わりに、DM-3の回路をモディファイ(定数調整)したトランジスタを使ったLPFをつけています。

入力のオペアンプは、LPFとしてではなく、FEEDBACKを上げたときの「発振効果」を実現するために、ゲイン調整(+2dBアンプ)に使っています。

NOISELESS DELAY 回路図(PDF)

部品の入手先

今回の部品は、いつもお世話になっている「Garrettaudio」さんで購入しました。ただし、ノイズリダクションのチップ「V571」は取り扱いがなかったため、この部品のみ「秋月電子通商」さんで購入しました。

また、今回のプリント基板は、ポットを直接基板に接続できるように考慮して設計しましたので、3つのポットは「Garrettaudio」さんが扱っているリードが長いタイプを使っています。

電解コンデンサは、極性に注意する必要があります。電解コンデンサには無極性タイプがあります。私は極性を気にするのが面倒なので、電源部以外の信号ラインの電解はすべて無極性にしています。価格はほとんど変わりません。

エフェクタ自作 パーツの購入

KiCADでプリント基板を設計

KiCAD」を使用して両面プリント基板を設計しました。今回は、手軽に作成できるように、表面実装部品(SMD)ではなく、スルーホール部品(THT)BBDやポッドの端子などの標準ライブラリに用意がない部品は、自分でフットプリント(部品の形状データ)を作成しました。

今回は、スペースに余裕があったので、スペーサー取り付け用の3.2mmの穴を2箇所つけました。

両面スルーホールのプリント基板は、パターン以外の部分をすべてグランド(「ベタアース」という)にできるため、ノイズ性能を高くできるところも利点の1つです。


KiCADの3Dビューアーの画面

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。

■ダウンロード準備中

プリント基板は「PCB gogo」で製造

今回も、24時間特急製造を標準価格で行ってくれる「PCB gogo」に依頼しました。KiCadで設計したデータを所定のガーバーデータに変換し、WEB経由で送信するだけで作れます。中国深センからの国際宅配便(OCS)の配送時間を含めて、WEB入稿から1週間で届きました。費用は配送料を含めて、たったの$21です。


出来上がり基板

基板への部品実装

部品のハンダ付けは、エフェクタペダル作成では、楽しい作業の1つです。今回は、プリント基板にぎっしり部品が詰まっていますので、作り甲斐がありました。

プリント基板はスルーホールですので、一度部品をハンダ付けすると、部品を取り外すのに苦労します。抵抗などの定数は入念に確認して、間違えないように注意して行いました。


(定数調整前のため、回路図と違った部品がついている箇所があります)

 

ケース内の配置と3つのポッドの加工

このディレイペダルには、3つのポット(50kB)が使われています。1台目の制作時には、ポッドをワイヤーで基板とつなぐ設計でしたが、今回はポッドの端子を直接続できるように基板を設計しました。

ケースにはHAMMOND社製の「1590N1」を使っています。このケースに納めるには、下の断面図のように、基板とケース底の間にフォーンジャックを置く必要があります。そのため、基板裏側にポットを取り付け、フォーンジャックを置くための間隔、約20mmが確保できるように、ポットのリードを加工しました

具体的には、ポットのリードとL型のピンヘッダを万能基板でつなぎ、リードが長くなるようにしました。今回の制作では、Garettoaudioさんで購入したリードの長い特殊なポットを使いましたが、通常のリード長のものでも、万能基板とL型ピンヘッダで延長加工すれば対応可能だと思います。

ケースの穴あけ

ケース内の配置想定

ケース(HAMMOND社 1590N1)への組み込みは、以下のような配置を想定しました。電解コンデンサに11.5mmまでの高さの部品を使えば、ポットの高さを20mmにすれば、ギリギリの高さで収まります。ケースの高さがない場合は、ポットをワイヤーでつないでも構いません。

 

基板へ実装したポット、LEDに対応した穴あけ

今回はポットとLEDを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。特にポットの穴位置は、基板上のポットの端子位置と、加工したポットのリードとシャフトの位置関係を考慮して決めました。

今回リード加工したポットは、リードのハンダ付け穴とポットの回転シャフトの間隔を15mmになりましたので、これを考慮して穴位置を決めています。LEDは、基板のLED取り付け位置を基にしています。

ハンドドリルを使用したケースへの穴あけ作業のコツ

基板へのポットのハンダ付けは、穴あけ作業が済んでから行いました。まず、ポットやジャックを仮止めし、基板の穴にリードを通して取り付くことを確認してから、その後に仮止めの状態で、ポットのハンダ付けを行いました。この際に、基板の下にあるジャックと基板の裏側のハンダ面が接触しないように注意しました。

動作確認

ディレイFEEDBACKゲイン定数の調整

PT2399には、LPF用のオペアンプが内蔵されていますが、コンパンダを挿入するために、この回路では使っていません。PT2399は、入力に対して同じレベルのディレイ音が出力されるため、ゲインが0dBです。このままだと、アナログディレイ特有の「発振効果」を作ることができないため、ディレイのFEEDBACKループのゲインを0dBより大きくする必要があります。

そのため、入力LPF用のオペアンプを+2dBのゲインアンプとして使いました。これにより、FEEDBACKノブを最大近くに回すと発振効果が作れます。

PT2399のAD/DA変調方式

PT2399のAD/DA変換は、BBDのように一定のクロックでドライブされる方式ではなく、「Adaptive delta modulation (ADM)」と呼ばれる方式だそうです。deltaは「差分、変化量」のことですが、この方式は、信号レベルの変化量をパルスの幅(PWM)に変換する方式です。簡単に言うと、急峻にレベルが変化するとパルス幅を大きくし、変化が少ないときはパルス幅を小さくする方法です。そのため、信号に漏れ出てくるパルスノイズの周波数は常に変化しています。

PT2399の出力(12番ピン)をオシロで見た様子(ブルーの波形)を下に示します。PWM波形が合成されたギザギザの波形の周期は一定でないことがわかります。

200Hzの正弦波を入力したときのPT2399の出力(12番ピン)の周波数特性(フリーのVisual Analizerで計測)は下のようになります。AD/DAの量子化ノイズは、広範囲に分散してホワイトノイズ(ディレイ音に混じって「ジャリ、ジャリ」聞こえる)のようになっているのがわかります。(400Hz,600Hzに立っているピークは高調波歪の成分ですので、AD/DAのノイズではありません。)FEEDBACKによりリピートを繰り返すと、ディレイ音に「ザー、ザー」という音がまじりますが、それがこの音だと思います。

LPFの定数調整

LPF定数の計算は、いつ使わせていただいている「OKAWA Electric Design」さんのサイトで行いました。今回のペダルの回路はNPNトランジスタによるエミッタフォローワーバッファで作っています。このページにはオペアンプの回路が載っていますが、トランジスタでも同じ定数を適用できます。決定した定数を回路図に反映しています。

前段:Sallen-Key 3次ローパス・フィルタ(Q1:3.4kHz)
後段:Sallen-Key 3次ローパス・フィルタ(Q3:3.4kHz)+オペアンプ正帰還型ローパス・フィルタ(Q4:5.9kHz)

ディレイラインの周波数特性(フリーPCBソフト「REW」で計測)を以下のグラフに示します。3kHz以上を遮断するフィルタにしており、アナログディレイの音を狙いました。

デジタルオシロスコープがあると便利

動作確認には、デジタルオシロスコープがあると便利です。無くても可能ですが、音を聞きながらの手さぐりで調整することになります。1chの簡易的なものなら5,000円位で買えますので、今後もエフェクタをたくさん作ってみたい方は、購入をおすすめします。ハンディタイプを購入する場合は、ワニ口ではなく、BNCプローブ付きのものをお勧めします。

2chの本格的なものなら、RIGOL製の3.5万円位の入門機をお勧めします。

私は最初に5,000円のハンディデジタルオシロスコープを買いましたが、モノ足らず、結局RIGOL製のデジタルオシロスコープ(10年前の機種)を中古で手に入れました。

(参考)音が出ない時の秘密兵器「デジタルオシロスコープ」

アナログディレイくらいの回路規模になると、部品間違いや配線ミスなどのトラブルも多くなります。音が出ない場合、入力から順にプローブで信号を追ってゆくと原因がわかります。これらのトラブルシュートには、デジタルオシロスコープがあると便利です。

テスト信号の入力

基板をケースから外し、ブレッドボードを使って、入出力ジャックを基板に接続しテストを行いましした。テスト信号は、フリーのPCソフト「WaveGene」を使用して200Hzの正弦波を発生し、オーディオインタフェース(Steinberg UR22mkII)から出力し、基板へ入力しました。

サウンドサンプル

録音環境は下のとおりです。ディレイタイムを最長(約580ms)、フィードバック長めに設定しています。

「ハイトーン」、「ロートーン」単音サンプルでは、リピート音が減衰していく様子が確認できます。「ロートーン」のサンプルでは、V571による後段のエキスパンダがノイズゲートのように動作してディレイ音だけが切り取られ、リピートを繰り返し音が濁ってノイジーになっても、無音部分のS/Nが良い様子がわかります。

「ソロフレーズ」では、ディレイ音量を大きめにしても、フレーズの邪魔をしない様子がわかります。

録音環境:
ギター(レスポール、ハム) → 自作ノイズリダクション 自作BB-Preamp(ディストーション)自作アナログディレイ(本機)自作キャビネットシミュレータ → UR22mkII → DAW(Studio One)

PT2399 580msサンプル:ハイトーン単音(MP3)

PT2399 580msサンプル:ロートーン単音(MP3)

PT2399 430msサンプル:ソロフレーズ、ディレイ音多め(MP3)

出音の特徴

ノイズレス!S/Nは抜群!

このペダルは何と言っても「ノイズレス」であることが特徴です。上のサウンドサンプルを聴くと、コンパンダの働きにより、ディレイ音と次のディレイ音の間の無音部分のノイズがなく、FEEDBACKを上げても無音部分のノイズの変化はありません。PT2399の自作で、ノイズに苦労した方が多いと思いますが、この点は効果抜群です。ギターの最後のノートを長くリピートさせる部分(上の「ソロフレーズ」の最後)では、ディレイ音が綺麗に減衰してゆく様子がわかります。

AD/DA方式による「ザー、ザー」音

PT2399は、前述のようにADMと呼ばれるAD/DA方式を取っており、ディレイ・タイムを最長の580msに設定した場合、ディレイ音のサンプリングビット数に当たる精度が荒く、聴感では8ビットくらい(30年前の初期のサンプラーくらい)の音だと思います、ディレイ音がリピートするたびに「ザー、ザー」という音が混じり劣化してゆく様に聞こえます。BBDでもこの傾向はありますが、BBDよりも低品質な音だと思います。

だたし、この「ザー、ザー」によるの劣化が、テープ式ディレイや、BBDディレイのアナログっぽい音を作る要因ですし、ディレイタイムを短くすると品質は上がるため、通常ディレイで使用する300ms程度であれば、全く問題なく、アナログの雰囲気のディレイ音を楽しめます。

BBDとの比較

BBDに比較すると、PT2399のほうがソフトな印象、BBDは粒立ちが良い印象があります。サウンド・サンプルでは、最長ディレイタイム580msのときのリピート音に交じるノイズは、PT2399はノイズレベルが大きいですがホワイトノイズっぽく、BBDはノイズレベルは小さいですが金属的な音(デジタルの折り返し雑音の様な音)に聞こえます。

PT2399のほうがノイズがホワイトノイズっぽいので、テープ式ディレイの音に近い(ワウフラッターは無いですが)かもしれません。さらにV571のノイズリダクションが、ちょうど昔のdbxや、カセットデッキのDolbyのノイズリダクションぽい感じがします。

どちらも、ディレイでよく使う300ms〜400ms、あるいはそれ以下のディレイタイムなら、温かいアナログな出音で、音質も問題ないと思います。

アナログ的なリピート音の劣化具合と、高S/Nを両方取り

そもそも、PT2399の仕様書によると、IC性能で想定しているディレイタイムは、最長で342ms(全高調波歪THD:1.0%、歪が聴感的に解り始める程度)となっています。今回は最長ディレイ・タイムを580msに設定しましたが、THDは1.7%程度の予測となり、かなり歪みが目立つレベルですので、想定外の使い方かもしれません。

このペダルは、ディレイ音の劣化具合は、狙い通りの初期のディレイマシンの音ですが、ノイズレスでS/Nは抜群です。調整がなく容易に自作できますし、十分に実用に耐える「良い所取り」のディレイペダルなのではないかと思います。


PT2399の全高調波歪:青のプロットは仕様書記載、赤線は予測値

ケースへの組み込み

ケースへの組み込みは、最初に基板の下に配置するフォーンジャックとスイッチ、DCジャックを取り付けて、配線をしてから、ポット/基板を取り付けました。

入力ラインはギターを直接つなぐとインピーダンスが高くなりノイズに弱いため、念のため細いシールドワイヤーにしています。出力はバッファー出力されインピーダンスは低いので、単線で大丈夫です。

ステッカーシールを貼って完成

今回のケースは、HAMMOND社製の1590N1の互換品を使いました。今までは塗装済みのもの(1,800円くらい)を使っており高価だったのですが、今回の互換品(GarrettoAudioで購入、70N1)は半額(890円)でした。

「NOISELESS DELAY」と命名しました。デザインはパワポで行い、インクジェットプリンタでステッカー専用シートに印刷したものを貼りました。穴は貼ったあとで、カッターでくり抜きました。

無塗装のケースですが、ステッカーを貼ると、いい感じに仕上がりました。ノブはFender型のコピー品です。「Garrettaudio」さんで90円で販売している最も安価なもので、白と赤を組み合わせました。


最後に

私は小さい頃に高価で買えなかったディレイペダルに思い入れがあり、BBDで都合3台、今回のPT2399が4台目の自作です。BBDは調整箇所が多く、きれいな音を出すにはオシロスコープがないと難しいかもしれません。このPT2399には調整がなく、確実に音が出る点でも自作しやすいと思います。拍子抜けするほど簡単に音が出ました。

PT2399内部はデジタル処理ですが、出音はBBDに近く(HiFiではなく悪く言えばチープ)、ギターのペダルにはあっていると思います。PT2399には自作例がたくあんありますが、その1つの選択肢として見てください。肝心のCoolaudio製のV571は、国内では「秋月電子通商」さんにしか扱いが無いみたいです。コロナ禍で半導体不足のため、手に入りにくくなるかもしれませんので、トライする方はお早めに。


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