MXR Phase 90 チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート MXR Phase 90 チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート

MXR Phase 90 チップ部品ミニサイズエフェクタ自作レポート

空間系エフェクトペダルの老舗 フェイザー

フェイザーといえば、エフェクターの中では老舗中の老舗ではないかと思います。動作原理は、2つのノッチフィルタを構成し、このフィルタの掛かり方をLFOで発生させた三角波で可変し、「シュワシュワ」言う独特の効果を作るものです。ギターだけでなく、Rhodesピアノにかけることも多く、私は高校生のころ、Phase90がかかったRichard TeeのRhodesが好きでよく聞いていました。

私はMXR Phase90は使ったことがなく、35年前に買ったBOSSののPH-1Rをずっと使っていました。出音はMXRと殆ど変わらないと思うのですが、RESONANCEと言う、フィードバックをかけて効果を強調するノブが付いており、これを気に入っていました。今エフェクタボードを作っている最中で、BOSSはサイズが大きいため、面実装チップ部品を使って、ミニサイズのPhase90モドキを作ってみることにしました。

スピードインジケータを追加

フェイザーとは違うのですが、Rhodes ピアノ(Mark IIスーツケースだったかな?)には、トレモロのスピードを示す赤いランプが点いていました。高校生の頃、JAZZ系のライブを見るたびに赤く光るこのランプが気になっていました。そこで、このフェイザーにスピードを示すインジケータを付けてみることにしました。

LFOから出力される方形波を使って、LEDを点灯させればよいのですが、肝心のLFOの動作に影響を与えると不味いので、デュアルオペアンプの残りをバッファにして、LEDを点灯する様にしています。試していませんが、バッファは無くても良いかもしれません。フワッと点くように、また矩形波ノイズを出さない様に、CRで時定数を付けています。

チップ部品の購入

実物のMXRに使われているICやFETは、面実装用のチップ部品が入手できないものがほとんどです。オペアンプには、汎用のTL062が使われていますが、結構古いICのためか、チップ部品は探しても見つかりませんでした。作っていないかもしれません。そこで、通販で簡単に入手可能な部品に変え、いつも使っている秋月電子通商で購入しました。

FET: 2N5952 → 2SK208-Y(2SK30A互換)
オーディオ用オペアンプ: TL062 → NJM4558D
LFO用オペアンプ: TL062 → LM358(片電源用)

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。

回路を若干変更

出力の手前には、オリジナルのMXRはPNPトランジスタを使ったミキサーの回路があります。2N4125が使われていますが、これもチップ部品は入手できないため、オペアンプに変更しました。オペアンプのミキサーは、通常は+端子がバーチャルグランドになる反転回路を使います。これだけでは位相が反転してしまうため、入力のオペアンプも反転回路にして、位相が元に戻るようにしました。ただし、反転回路の場合、入力インピーダンスの影響を受けてしまうため、入力の反転オペアンプの前に、FETバッファを入れています。結果的には、無駄にオペアンプを使う贅沢な回路になってしまっているかもしれません。


回路の変更点

Phase90モディファイ回路図(PDF)

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

部品点数はかなり多いですが、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。ミニサイズのエフェクタ自作は、これでもう5作目です。「KiCAD設計+FusionPCB製造」で何でも作れるようになり、病みつきになっています。大きいリード部品より、小さいチップ部品のほうが安いし、小さな基板にたくさんの回路を入れられますので、もう、リード部品基板に戻る気がしません。チップ部品が入手できない時だけかも。

今回始めてビットマップをシルク印刷に入れる機能を使って、「P90」とフェーズマークを入れてみました。


部品パッドとシルク印刷


パターン


KiCADの3Dイメージ

ポットとトグルスイッチを基板直付けに

Phase90はスピードを変えるポットが1つ付いています。今回はモディファイとして、フィードバック抵抗を追加し、スイッチでON/OFF出来るように、トグルスイッチを追加しています。

基板には、このポットとトグルスイッチを直付けしています。トグルスイッチは、端子の穴を基板に作り、直付けすればOKですが、ポットは直付けにちょうどよい形状のものが売られていません。そこで、前作のバッファアンプやKeeleyコンプを作った時と同様に、万能基板とL字ピンヘッダを使って独自のポットを作っています。

KiCADを使って基板を設計

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。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。
オペアンプについては、今回2種類(NJM4558M、LM358MX)使っていますが、同じ8ピンのICでもパッケージの大きさが微妙に違います。「SOP-8」「DMP8」などの形状を示す型番が付いており、KiCADのライブラリにも、これに相当する部品が登録されています。

また、前回チップのトランジスタ(パッケージ SOT-23)を使用した時、標準のライブラリのパッドが小さく、手ハンダ(Hand soldering)を行った際にパッドにうまくハンダが流れず、ハンダ付け不良を起こしていました。そのため、今回はライブラリ部品(フットプリント)をそのまま使わず、登録されている部品を加工して、パッド(ハンダが付く部分)の大きさを1.0mmほど大きくし、自分のライブラリに登録して使っています。


左:標準ライブラリにあるフットプリント
右:手ハンダ用にパッドを大きくした

その他に注意が必要な点は、直付けにするポットとスイッチの端子の位置です。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。2つのLEDも基板直付けにしましたので、同様です。

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。今回は、青いレジスト色を選択してみました。2週間掛かりましたが、無事届きました。

基板へ部品を手ハンダで実装

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。定数は1つ1つ確認しながら実装しました。間違ってしまうと、後から見つけるのが困難です。小さい字ですが抵抗には定数が印字されていますが、コンデンサには印字されていません。テープから部品を取り出すときに定数を念入りに確認しています。


私の作業テーブル



ケースの穴開けと取り付け

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


キリで穴の中心に凹みを付けて1.2mmのドリルをあわせると位置がずれない

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。

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。

ポットとスイッチを基板に実装

ケース内での基板の取り付けの高さは、トグルスイッチの高さで決まります。そのため、次のような方法で、ポットやLEDをハンダ付けします。

1)まず先に、トグルスイッチを基板に直付けします。
2)ポットのリード(加工したL字ピンヘッダ)を基板の穴に差し込んだ状態で、スイッチとポットをケースに取り付けます。これで、ポットの高さが決まります。
3)ケースに取り付けたままで、ポットのリードをハンダ付けします。
4)LEDも同じ要領で、LEDのリードを基板に差し込んだ状態でスイッチとポットをケースに取り付け、LEDの頭がケースから正しく出ていることを確認したら、このままハンダ付けします。


スイッチやポット、LEDを含めた全ての部品が基板と一体化



動作チェック

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。

今回は運良く一発で動作しました。LFOもきちんと動作し、自分で追加したスピードインジケータのLEDをの点滅も、イメージ通りに問題なく動作しました。

FETバイアスの調整

ノッチフィルタに付いているFETは、本来ならマッチング(Idssを計測し、近い値のFETを選別する)が必要なのですが、チップ部品のため、計測が困難でした。そのため、運を天に任せ、選別は行っていません。また、このフェイザー回路の肝は、FETの動作範囲をバイアス(基板上の半固定)で調整し、きれいな「シュワシュワ」効果が得られる様にすることです。

この調整はクリティカルで難しいのですが、バイアスをかけすぎるとFETがONになる時間が長くなり、「シュワシュワ」の「ワ」が長くなります。逆にバイアスが小さいとFETがOFFになる時間が長くなり、「シュワシュワ」の「シュ」が長くなります。この調整は、いい感じのところを探って決めました。

FETのマッチングについては、合っているのかどうかは、聞いただけではよくわかりませんが、ちゃんと「シュワシュワ」鳴りますので問題ないと思っています。

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。同じフレーズが2回流れます。前半がOFF、後半がON(レゾナンススイッチはOFF、ノーマル状態)です。DAWで薄いリバーブがかかっています。

サンプル:コードフレーズ(MP3)

録音環境は:

ギター(ストラト、シングルフロントピックアップ)→ 自作フェイザー → 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

今回はレッド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。

 ■オリジナルラベルの作り方のページはこちら

名称は「Phase90」でも良いのですが、回路を変えましたし、オリジナルっぽくしたかったため、迷彩柄をモチーフにして、「camo phase」(迷彩フェーザー)と付けてみました。

いい感じのミニ「camo phase」が完成

上面に貼ったステッカーがいい感じです。高校生のころ憧れていたRhodesピアノのトレモロインジケータの様に、グリーンのスピードインジケータがふわふわ点灯し最高です!


(上のような感じに点滅します。アニメーションGIFです。実際の動画ではありません。)

ループスイッチャを入れて作り直しているエフェクタボードに追加したいと思っています。

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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