自作エフェクターのトラブルシューティング

Question

お世話になります。自作エフェクターとして下記で紹介されているものをそのまま作りました。※自分で回路の設計等はできません。
http://blogs.yahoo.co.jp/kc_solderman/10191222.html

（こちらに添付した画像もそこから拝借したものです。部品表は同時に貼れなかったのでリンク先参照して下さい。）

現状下記の問題があり、改善もしくは仕様であるかの確認をしたいと思っています。

(1)音は出て各摘みも反応しているのですが、該当ホームページで言うところのダンブルモードとマーシャルモードの音が変わらなく感じてしまいます。パソコンでよくよく聞いていみると演奏前のノイズの音に若干の違いがある様ではあるものの、肝心の音についてはブラインドテストをしたらきっと分からないくらいの差です。（ゲイン最大でも変わらない感じです。）

(2)そして、もう一点、スライドスイッチ真ん中のゼンクドウモードにした時はっきりとしたボーリューム落ちがあります。

【(1)について】
ただ、私の耳が貧弱なだけならそれで良いのですが、例えばマーシャルモードに入るためのLEDクリップの回路が働いていないのではないかと疑っています。（マーシャルモードに繋がらなければダンブルモードと同じ音が出るのでしょうか？）

蓋を開けて弾いてみたところクリップ用のLEDが光る様子が全く無いのですが、そういうものですか？（部屋を真っ暗にしてゲイン最大、エフェクターのボリューム大きめで弾いてみました。）

スライドスイッチの配線まではテスターの抵抗レンジで確認しましたが、LEDの回路が合っているかどうかの確認の方法があったら教えて下さい。（今の所LEDの向きが気になっていますが、そもそも反対向きでもこの場合は回路が働くのでは？とも思っています。）

私の乏しい知識では上の様なことしか思いつかないのですが、他に何か思いつくようなことがあればご教示下さい。

【(2)について】
これは単純に仕様でしょうか？事象的に考えられる点や、仕様だとした場合他のモードと同じくらいの音量にする方法があれば教えて下さい。

説明が稚拙でもしかしたらエスパー回答になってしまうところがあるかもしれませんが、元々のレイアウトの是非含めてお分かりになる有識者の方がいらっしゃればどうぞよろしくお願い致します。

xpopo · Accepted Answer

回答遅くなりました。
回答NO.4への補足ありがとうございます。

＞(1)ゲインボリューム３での抵抗値は９０kΩ程度でした。

回答＞＞　そうですか、計算値より2割程度小さかったですね。、了解しました。

＞(2)LEDのVF値の測定をする機材がないので（知識もですが）行えそうにないのですが、後でFETと同時にデータのあるLEDを購入してやってみようかと思います。

回答＞＞　テスターを使って添付した回路のようにすれば測定できます。

＞さて、昨日から今日までのことなんですが、自作された方でテスト動画をアップされているものを見つけました。（http://blogs.yahoo.co.jp/n0904513/31064009.htmlのページの最後の動画です。）

＞各摘みを同じくらいにして同時に音を出して見たのですが、これを見る限りでは私の作ったものと大変近いように思います。これまで文章で聞いて頂いていたゲインとトーンの低い所での状況やもっと言えばゼンで大きく音量が下がるところまで似ています。
＞
＞動画の中で作者の方は「ダンブルモードはあまり歪まない」と言っているのですが、私の感覚ではかなり歪んでおり、そこからマーシャルモードに切り替えた時に「歪みが増えない（差がで出ない）・・・・音量がちょっと下がっただけ」の様に感じてしまっていたのかもしれません。
＞
＞ダンブルとマーシャルを切り替えた時にもっと分かりやすい差がでると思っていたところがまず勘違いだったような気がしてなりません。ダンブルがこんなに歪まないと思っていた勘違いともいえます。
＞
＞もちろん、この動画の音自体が設計とおかしいなどがあれば是非教えてもらいたいところなのですが、客観的にどの様な印象を持たれるでしょうか？

回答＞＞動画を聴いてみました。私の印象もrocky_yさんと同じでダンブルモードも歪んで聞こえます。たしかに私にもそこからマーシャルモードに切り替えると歪み感はそれほど変わらずに音量が少し下がったように聞こえます。
　これはOPアンプのダイナミックレンジがとても狭いのが原因です。この回路の電源電圧は９Vですが、OPアンプの4558はこの９Vをフルに使えません。というのは、４５５８の出力は１Vから８Vの間しか出せません。１V以下や８V以上の電圧は出せないのです。ですから9Vの電源を使った場合の４５５８の出力は１V～８Vの間の電圧までしか出せないので最大７V（ｐ－ｐ）までは歪まないで増幅できますが、それ以上の出力が必要になる条件では出力は頭がつぶれてしまいます。OPアンプの出力が７V（ｐ－ｐ）を超える入力が入れば波形の頭がつぶれてゼンクドーモードと同じような歪み波形になってしまいます。リミッターの値に対してOPアンプのダイナミックレンジがそんな大きくないのですぐ歪んでしまうんです。この様子をこちら（http://yahoo.jp/box/-c1uha）に載せておきます。なお、波形は中点電圧＋Vb（4.5V)を基準に表示してあります。
　ダイナミックレンジを広げるには一番効果的なのは電源電圧を高くする、たとえば倍の１８Vにしてしまうことです。これにはバッテリーの９Vを１８Vに昇圧してくれる専用のICがあります。もし、トライしてみたいという場合は相談ください。

ということで、現状でがまんするか、電源電圧を上げてオペアンプのダイナミックレンジを大きくする対策をするかどちらかになると思います。

xpopo · Answer

補足です

昇圧回路はMAX1044（http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/ICL7660-MAX1044.pdf）だと入力電圧の絶対最大定格電圧が10.4Vと低いので９V出力のACアダプターを使った場合にこのICの絶対最大定格電圧、10.4Vを超えてしまう場合があり、ICが壊れてしまう危険があります。
　こちらのIC（http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/lt1054.pdf）ならば入力電圧の絶対最大定格電圧は15Vと高いので安心です。

xpopo · Answer

今晩は。回答が遅くなりました。

１）
＞＞ダンブリングモードでも歪ませられるんですね。
＞実はダンブルでも本当に歪のない状態にするのは難しいんです。トーン、ボイス共に1（12段階で最小です。以下同様に記載します。）でもゲイン3を超えると薄く歪みが乗り始めます。

回答＞＞ゲインが３（ゲインVRの設定でやく125kΩ）以下で歪まないと言うことですね。

２）
＞＞Toneのボリュームは右一杯に回して確認してますよね？まず、ダンブルモードで歪まない程度にゲインを最大に設定してToneを右一杯に回した状態で確認してみてください。

＞今まで記載した答えはトーン、ヴォリューム共に１２、ギターは3Sストラトのリアピックアップです。
＞
＞この状態でダンブルモードで歪まない程度というとゲイン3程度なんですがそれではマーシャルモードでの歪み、音量差もはっきりと私には感じられませんでした。さらにそこからヴォイスを１２にしてみましたがそれでもはっきりと自信を持って音が違うとは言えません。

回答＞＞ダンブルモードが歪まない状態ではマーシャルモードの歪みと音量差が感じられないということは
ａ）ＬＥＤが正しく接続されてないか
ｂ）ＬＥＤのＶＦが大きいか
が原因になりそうですね。ＬＥＤのＶＦは測定したほうが良さそうですね。

３）
＞確認の際に各ポットの抵抗値を計ってみたのですがヴォイス、トーン、ボリュームについては12で約０Ω、１で各ポットの値を示すのですが、ゲインについてだけは12で約０Ωに対して１で10kΩ程度を指します。これは回路的な理由があるのでしょうか？（テスターは全てレイアウトで言うところの2番3番に当てました。）
＞因みに3で9.93kΩ6で9.79kΩ、8で9.56kΩ10で8.75kΩ、11で5.06Ωを示し、素人目には最後辺で随分急だなという感じです。

回答＞＞各ボリューム（ポット）について確認された結果からは問題はなさそうですね。ただゲインのボリュームはR3（10kΩ）を含めて1番と3番の間の抵抗値が重要なのでゲインのボリュームだけは2番3番ではなくて1番3番にテスターを当てて計らないと意味がありません。でも測定結果自体はおかしくありません。

xpopo · Answer

回答NO.2への補足、ありがとうございます。補足の内容にしたがって以下に順次回答いたします。

１）
＞(1)LEDはギャレットオーディオ(http://www.garrettaudio.com/）で『φ3×5mm　クリッピングに超お薦め！メ－カ－はシ－クレット！東芝ではありません。LED03CP』とあるものを使用しました。

回答＞＞赤色LEDですね。これなら問題ないでしょう。

２）
＞あれからホットロッドデラックスにつないで音を出してみたところ以前は感じられなかったのですがマーシャルモードの方がダンブルモードよりも音が小さいようです。（回路を通ってはいるってことですかね？）ダンブルモードの方が音が太いという感じです。マーシャルモードの歪は極々薄い味付けでこんな感じで合ってると思って良いのでしょうか？

回答＞＞マーシャルモードはリミッタによる波形のつぶれ方が大きいので振幅が一番小さくなりますので音の大きさは小さくなって当然です。ですから音の大きさは大きいほうから
　　　　ダンブル＞ゼンクドー＞マーシャル　の順になります。
　それから、確認ですがToneの調整つまみがありますが、右一杯に回して（50ｋΩのボリュームの最小値へ設定）確認してますよね。Toneが左一杯に回されるとf=804Hz以上の音は減衰してしまいます。（右一杯に回すとf=4.8kHzまでの音は減衰されない。）Toneが左一杯に回されてればゼンクドーやマーシャルで発生する高次の高調波が減衰されてしまいひずみ成分の少ない正弦波（ダンブルモードに相当）に近づいてしまい相互の音の違いが薄められてしまいます。ですから、Toneは右一杯に回した（50kΩのボリュームの最小値）場合に音の違いが最もよく現れることになります。
　それから、ゼンクドーとマーシャルの歪みの違いですが、まず、ゼンクドーは奇数次の高調波成分が多く、それに対してマーシャルは奇数次も偶数次も両方の高調波が同じように含まれてます。ちなみにそれぞれのモードでの基本波と高調波の成分がどの程度含まれてるかをFFT解析で解析した結果をこちら（http://yahoo.jp/box/KsAiRC）に示します。ここで基本波はf=1kHzです。
　マーシャルの高調波に偶数次が含まれてるのは波形の上側と下側の波高値に大きな差がある（非対称なLED3本による帰還回路による）ためです。

３）
＞(2)にも通じているかもしれませんが、ダンブルモードでもゲイン最大だと結構歪んでいてマーシャルモードにすると歪の本質は変わらなくてそこから音量がちょっと小さくなって（いくらか低音がなくなる様な）・・・という風には感じられます。

回答＞＞ダンブリングモードでも歪ませられるんですね。ということはゲインが足りないのでは？と疑いましたが十分あると言うことになりましね。上の２）でも書きましたがToneのボリュームは右一杯に回して確認してますよね？まず、ダンブルモードで歪まない程度にゲインを最大に設定してToneを右一杯に回した状態で確認してみてください。

４）
＞ちなみにダンブルモードでトーンとボイス、ゲインを最大にするとボリュームを12段階で６～７あたりで発振します。ホットロッドにつないだ時にはボリュームは２程度でエフェクトオフ時と同じ音量になるのでこんな急激な使い方はしませんがこれ自体はおかしくないですよね？

回答＞＞オペアンプU1aの出力の振幅を極端に大きくしてしまうと後段の4558Dによるバッファが誤動作を起こして発振したような（発振ではないと思います）状況になってしまう事が考えられます。でもそんな使い方はしないと言うことで問題ないと考えられます。

xpopo · Answer

今晩は。捕捉をいただいたので以下に順を追って回答いたします。

１）
＞ここで再度お聞きしたいのですが、参考ホームページの中に元にした回路図（http://1.bp.blogspot.com/-_oTKcGpVRMg/T2MVDgJ4f6 …）というのがありますが、この中のLEDの向きがレイアウト図に示されている向きとは反対（つまり今私がしている向き）になっている様に思えるんですけどこの点はどうなんでしょう？
＞どちらでも同じという意味なのでしょうか、それとも例えばレイアウトの方が間違っていてここがポイントだったということはあるのでしょうか？

回答＞＞LEDの向きが反対でも音は同じになります。回路図のとおりの接続ですとOPアンプU1aの出力１番ピンで見た波形は上側（基準電圧＋Vbに対して）のつぶれ方が下側より大きくなります。これに対してLEDの向きを反対にすると下側のつぶれが上側より大きくなります。波形はこのように上側が大きくつぶれるか下側が大きくつぶれるかの違いだけですので音としては同じです。

それから、確認ですが使用されているLEDは赤色LEDでしょうね。できたらLEDの型番もお知らせください。LEDのVFが1.8Vでなく3V近くなる白色LEDだったらクリッピングがLED1本側にしか起こらなくなりますのでダンブルとの差が小さくなってしまいます。

２）
＞＞１）アンプのゲインが足らなくて振幅がLEDの閾値（RED　LEDで約１．８V）を超えていない場合はダイオードが接続されてないのと同じ動作になりますのでダンブルモードと変わらない歪のない音になります。
＞
＞アンプのゲインが1.8Vを超えているかどうかを確認する方法はあるのでしょうか？どこかにテスターを当てれば出来ますか？（弾きながら？）

回答＞＞テスターでは確認するのは難しいですね。かなり乱暴なやり方ですがダンブルモードでゲインを大きくしていって音が歪むかどうかが耳で確認できるかです。ゲインをいくら上げても歪が確認できない場合はゲインが足りないと言うことになります。歪が発生するのは出力（OPアンプU1aの出力１番ピン）の振幅が4.5V（0-p）を超えた場合ですから1.8Vは超えてることになります。

３）
＞＞2N7000の選別
＞最悪は組み込みテストする気ではいますが、2N7000の簡単な選別方法があれば是非ご教示下さい。

回答＞＞回路図を添付しました。図のように９Vの電池と抵抗5.6k（この値の近くならこの値でなくてもOKです）を容易してFETの方はゲートとドレインを図のようにショートして接続し、テスタでドレインとソース間の電圧を測定します。FETを１０本以上この回路で計り、電圧が相互に0.1V以内に揃っててかつ３V近く（2.5V～3.1V）のペアーを選別します。

最後に参考として各モードの波形がどうなるかをシミュレーションしましたので回路（http://yahoo.jp/box/283pgl）と波形（http://yahoo.jp/box/l_tQ_I）をアップしておきます。

xpopo · Answer

【(1)について】
＞ただ、私の耳が貧弱なだけならそれで良いのですが、例えばマーシャルモードに入るためのLEDクリップの回路が働いていないのではないかと疑っています。（マーシャルモードに繋がらなければダンブルモードと同じ音が出るのでしょうか？）

まずLEDの極性が回路図どおりになってるか確認が必要です。音がダンブルモードと変わらない場合、考えられるのは
　１）アンプのゲインが足らなくて振幅がLEDの閾値（RED　LEDで約１．８V）を超えていない場合はダイオードが接続されてないのと同じ動作になりますのでダンブルモードと変わらない歪のない音になります。
　２）出力からLED2本直列の回路に並列に極性が逆に接続されている１本のLEDが外れていてかつ出力の振幅（0-p値）がLED2本分の電圧、すなわち1.8V×２＝3.6Vを超えない場合。

それから正常動作した場合にLEDが光るかどうかについてですが、この回路定数ですとLEDに流れる電流は数μAのオーダーですので全く光りません。

【(2)について】
＞ゼンクドウモードにした時はっきりとしたボーリューム落ちがあります。

MOSFET（2N7000)とダイオード(IN34A)の直列回路のリミッタ閾値が設計値よりかなり小さい場合そうなります。特にMOSFET（2N7000)のゲートスレッショールド電圧VGS(th)が小さい場合です。2N7000のデータシートからVGS(th)は2.1Vtypで最小0.8V、最大3Vの範囲でばらつくようです。ですから、10本以上２N7000を購入してVGS(th)を選別して2.1Vに近いものを使えば解決します。

＞スライドスイッチの配線まではテスターの抵抗レンジで確認しましたが、LEDの回路が合っているかどうかの確認の方法があったら教えて下さい。（今の所LEDの向きが気になっていますが、そもそも反対向きでもこの場合は回路が働くのでは？とも思っています。）

９Vの乾電池の＋側に１kΩ程度の抵抗をシリーズに接続してその１ｋΩの他端と９Vの乾電池の－側でLEDをはさんでやれば薄く点灯するかしないかで極性は判別できると思います。

自作エフェクターのトラブルシューティング

回答遅くなりました。

補足です

今晩は。

この回答への補足

回答NO.2への補足、ありがとうございます。

この回答への補足

今晩は。

この回答への補足

【(1)について】

この回答への補足

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