オーディオレベルメータの製作

秋月のTA1101Bが乗ったUSBオーディオアダプタの、USBアンプとしての機能は一通りできて、ケースに仮入れしたんだけど、なかなかいい音で鳴っている。しかし、今使っているTA2020-020ベースのアンプにはレベルメータがついてて、それがなかなか良くって置き換えができない。これはLB1412というレベルメータドライバICを使ったもので、これはこれで結構苦労したものだけに、未練が残る。

何も思い残すことが無いように、もっといいレベルメータを作ろう、ということになった。でも、現在ではLB1412は手に入らないし、そもそも12セグメントよりも上を目指さないとbetterなものはできない。そこでいろいろとググッてみると、巷ではLM3915、LM3916を使ったレベルメータが一般的のよう。1つのICで10レベルのLEDをドライブできるけど、カスケード接続で10以上のレベルも可能のよう。とりあえず12は超えよう。

早速買ってきてブレッドボードであれこれいじってみるも、LB1412よりもはるかに手ごわい。なんと言っても、そのままつなぐだけじゃチラチラしてレベルメータっぽくない。それと、2つのICをカスケードすれば20レベルのメータができるんだ、って安易な気持ちでLM3916を4つ買ってみたものの、カスケードするならLM3916とLM3915を組み合わせるほうが簡単で、それでも19レベルになる。詳細は割愛するけど、LM3916はVUメータ用とはいえ、かなり大胆なレベル割がされているのが大きな要因かな。

まあ、LM3916 2つのカスケードでも別に問題ではなく、想定しているアンプのケースはタカチのPW15-4-11Bにしちゃったからそもそも20や19レベルはスペース的に無理。17レベルを目指すことにしよう。

で~、ここからも悶々としていて(だからこのサイトの更新が滞っていたりして)、設計と実装となかなか難儀した。そもそも17レベルメータ用LEDアレーなんてない。10レベルならあるけどかっこ悪いし、一般的でない形状のLEDも使いたくない。ということで必然的に3mm砲丸型LEDを何とかして組み合わせないとだめだろう。

schematics色々ググッて製作例や回路図をみたり、datasheetとにらめっこしたり、これもなかなかしんどかった。けど、結局落ち着いたのがこの構成。

あれこれといじって分かりにくいので機能ブロックを分けてみた。まずは整流回路。オーディオ信号はプラスマイナスの小電圧信号なので、そのままその電位を表示しようとしてもチラチラしてしまうのは当然のこと。それで、信号電圧の絶対値をある程度平均化した電圧波形を作り出さないといけない。それが全波整流回路で、2段のOpAmpで構成している。ちなみに、シグナル電圧はとても小さいので増幅も行っている。

プラスの電位だけになっても先端は激しく変動するので、ローパスフィルタをかけてさらにちらつきを抑える。

あとはLM3916の周辺回路になるんだけど、OpAmpを使って入力電圧の範囲を広げながら高段側IC(U2)の信号を抵抗分圧で減衰して入力している。

それでも極小さな音量のときにLEDがすべて消灯してしまうのが気持ち悪くて、最下段のさらに下にもう一段付け加えている。そのためのコンパレータがNJM2403Dで、これは普通のOpAmpで代用することも可能。計4つのOpAmpを使っているので1つのLM324(クワッド・オペアンプ)で事足りるんだけど、やっぱり専用のコンパレータICのほうが動作が安定している。気分的な問題かもしれないけど。まあ、ここまでくれば全てディスクリートに作ってもいいかなって気にもなるけど、LM3916を使いこなすというのもゴールのひとつだし。

あとまあ、試作ボードなのでVRだらけなのはご愛嬌。最初は単回転の簡単なものを使って、微調整を行うときに多回転のものを使うといい。信号の減衰率(dB)を計算して回路設計してみたけど、なぜかうまく合わない。ICの個体差もあるって、どこかのサイトに書いてあった。

boardそして、ユニバーサル基板で設計したのがこの図面。使ったのはサンハヤトのICB-293U。VCCとGNDラインがあらかじめ引いてあるのが便利そうだっただけ。この実装も結構面倒で、なにしろVRだらけでスペースがない。このボードを使ったのは失敗だったかもしれない。多回転VRの足を曲げないとうまくボードに実装できない。

ちなみに、この設計図を表裏逆に印刷すると裏面でのハンダ作業が大幅に楽になる。当然ながら文字はすべて裏返しになるんだけど、慣れてくると普通に読めてくるから不思議。コツは、うちのプリンタはCanonだからプリンタの用紙設定を「Tシャツ転写紙」にすること。Epsonは違う名称だったかな。これだけで裏から見た図を簡単に印刷できる。ちなみに、会社のレーザープリンタにはこんな設定は無かったからできなかった。

そんなこんなで、うまくいけばこれでLB1412のレベルメータを凌ぐものができるんだけど、問題はGNDの取り方。これがうまくいかないと最下段のLEDが点きっぱなしになったりする。ここはもう少し改良したほうがいいかもしれない。

あとはUSBオーディオアダプタと合体させるだけ。といっても、これがまた面倒なんだな。

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