1月30日に発売された「ラジオ受信バイブル2023」に「心地よいAM・FMサウンドを目指した!〜ICF-P37の基板を使ったアナログ・ホームラジオの製作」という製作記事を書きました。


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現在市販されているラジオはDSPによるデジタル化が進んでおり、旧来のアナログタイプのラジオは消えつつあります。デジタル化により高S/N・低歪み化などスペックの向上も実現でき、無調整で所定の性能が実現できるため大幅なコストダウンが可能になったことが主な要因です。加えてアナログタイプで不可欠なバリコンやIFTなどの可動部品の国内生産が終了して入手困難になったことも大きく影響しています。

ただこのデジタル化により消費電力が増えて、バッテリー駆動のラジオでは稼働時間の低下が問題になってきます。またCDやデジタル配信の時代になってもアナログLPレコードやカセットテープがリバイバルし、いまだに真空管アンプがもてはやされているように、アナログにはデジタルにはない独特の魅力が再生音にあることも事実です。

このような状況の中、SONYが発売したポータブルラジオ:ICF-P37は、現在主流となっているデジタル・DSP構成を採用せず、アナログのSCF(スイッチド・キャパシター・フィルター)による新開発のチップを使用して構成した意欲的な製品となっています。
これにより信号処理は全てアナログですが、上記のバリコンやIFTを使用せず、制御もデジタルで行えかつ消費電力を抑えることにも成功しています。
(ラジオ受信バイブル2022で紹介記事を書いています)
またIFのフィルター帯域を旧来のアナログラジオと同様なシェープとすることで、特にAMでは聞き取りやすいまろやかな音質を実現しています。
そこでこのICF-P37で使用されたラジオICのアナログな特徴をさらに拡張する、新しいタイプのアナログ・ホームラジオを作製してみました。本機は以下のような特徴を持っています。

■ICF-P37の基板をそのまま流用し、新開発チップのSCFによるIFフィルターによるアナログの良さを持った柔らかい良音質を実現。
■スピーカーにFostexのかんすぴ(P650-E)を使用。ホームラジオらしい低音域の豊かな聞きやすく心地よい再生音。
■チューニング用可変抵抗に10:1の減速比を持つ精密型ポテンショメーターを使用。チューニングのしやすさが格段に向上。
■アナログ電流計による見やすい周波数表示を実現。回路はオペアンプを使用しノイズの影響を回避。
■本体には無印良品のモップケースを使用。ドイツ・ブラウン社の名機を模したモダンなデザイン。

デザインの肝となる周波数表示にはアナログ電流計を使用し、オペアンプによる変換回路を実装しています。これにより特にデジタルノイズに弱いAMへの影響なしに見やすい表示を実現しています。

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記事では実際の製作方法の解説と、音質に定評のあるDSP機:ソニーICF-M780Nとの再生音比較を掲載しています。DSP機と一味違うまろやかで聴き心地の良いホームラジオとなっており、非常に気に入っています。

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ラジオマニア2022に書いた自作・製作記事の2本目は、「FMトランスミッタとラズパイ・Volumioで作る高音質自宅FM放送局」です。

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当方はお風呂に入る時に必ずラジオを聞いているのですが、お風呂場は一般的に電波受信状態が悪く、良い状態でラジオを聞くことは難しくなっています。またお風呂に入る時に聞きたい番組がないことも良くあります。

それで室内にFMトランスミッタを置くことを思いつき、使用したのがAitendoで販売しているデジタル制御型のFMトランスミッタ・モジュールです。このモジュールはUSBオーディオデバイスとしてデジタルでPC等に接続可能で、非常に高音質です。そこでラズパイにこのモジュールをUSB接続し、定評ある音楽再生プラットフォームであるVolumioをラズパイにインストールして、WiFI接続でコントロールできるFM放送局にまとめてみました。

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Volumioは各種のデジタル音源の再生機能の他に、全世界のWebラジオを再生できる機能があります。これを利用して、このFM放送局経由で室内のラジオやFMチューナーでそれらを高音質で楽しむことができます。またApple Airplayでの接続も可能で、ラジコの再生も可能です。

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当方は70〜80年代のFMエアチェック・黄金期に作られたFMチューナーを複数台所有していますが、ワイドFMに対応していないので使用用途が限られていました。本機は任意の周波数で送信できるので、高音質なビンテージFMチューナーがその再生機として蘇りました。

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日本はラジオ局の数が他の国に比べて非常に少なく、海外に行った時には羨ましくてしょうがなかったのですが、本機による「新しい周波数」が増えて一気に世界が広がった感があります。例えばBBCを自宅のラジオで聞いていると、まるで現地でそれを聞いているかのような気分になってきます。

本機の詳しい製作方法は記事をご覧ください。

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8月30日に発売された日本唯一のラジオ専門誌「ラジオマニア2022」に記事を2本書きました。1つ目はM5Stackをコントローラに使用したFMステレオラジオの製作記事です。

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過去にM5Stackを使用したラジオを作って記事でも紹介した(ラジオ受信バイブル2019)のですが、受信時のS/Nに若干不満がありました。本機では、シリアル制御タイプのDSPラジオモジュールを使用し、RFノイズ対策をしていないM5Stackのような汎用のコントローラーを使用しても良好なS/Nが得られています。

またオーディオライン出力には15kHzカットオフのLPFを入れて雑音歪率の改善を行い、音質の向上を図っています。

GUIは昔のアナログチューナーのようなスケールや、マッキントッシュ風にブルーにしたシグナルメーターを具備し、ロータリーエンコーダーで選局動作を行います。ソフトウェアはArduino IDE /C++で書かれています。

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外観は以前使用して気に入ったニトリのNOSETE2・ティッシュケースを使用して、ドイツ・ブラウン社のモダンデザインを模したものにしています。

バッテリーにはダイソーで見つけた5000mAh:550円のモバイルバッテリーを使用しています。こちらにはモバイルバッテリーで一般的な低電流時のシャットダウン機能が無く、連続使用が可能になっています。またサイズも小型で、ちょうど本機のケースの後ろにぴったりと納まっています。

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ということで本機は、S/Nの良い良音質、使いやすく見やすいGUIを具備し、感度などのRF性能も良好で、日常的に気楽に使用できるFMステレオラジオになっています。ただ良いことばかりでは無く弱点もあるのでその辺りは記事で説明しています。

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Rohm社が運営する「ものづくりを愛するエンジニアやエンジニアを目指す方々に情報をお届けするWebサイト」デバイス・プラスに、「無線通信規格920MHz帯「Wi-SUN」を活用した気象ステーションの製作」という記事の連載を開始いたしました。

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https://deviceplus.jp/hobby/weather-station-with-wisun-01/

IoT向けのシステムを構築する際に利用できる無線技術として、LPWA(Low Power Wide Area)が注目されていますが、今回、ローム社が推進する「Wi-SUN」規格を使用して気象ステーションを作製してみました。当方は過去にも屋外からの気象データを収集・記録するシステムを作製してきましたが、今回はLPWA:Wi-SUNの遠距離通信、低消費電力という特徴を生かし、バッテリーオペレーションで風速・雨量まで測定項目を拡大した、本格的な気象ステーションの製作記事・連載になります。

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4回の連載でシステムの詳細を解説していきます。各回の内容は以下の通りです。

第1回 システムの概要

第2回 ハードウエアについて
https://deviceplus.jp/mc…/weather-station-with-wisun-02/

第3回 ソフトウェアと省電力手法
https://deviceplus.jp/mc…/weather-station-with-wisun-03/

第4回 クラウド連携と自宅内サーバーへのデータ保存・グラフ表示
https://deviceplus.jp/mc-general/weather-station-with-wisun-04/

第5回 Wi-SUNの伝送距離評価とシステム全体のまとめ
https://deviceplus.jp/mc-general/weather-station-with-wisun-05/

 

2021年8月に発売された日本唯一のラジオ専門誌、三才ブックス「ラジオマニア2021」に、「食券ボタンで選択する〜券売機型FMラジオ」という製作記事を書きました。

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最近巷ではカプセルトイ、いわゆるガチャガチャが注目され人気が高まっています。非常に精密な模型やフィギア、ミニチュアがラインナップされてきて、大人でもこれにハマる人が急増しています。

そんな中見つけたのが「食券ライトマスコット〜おかわり〜」です。これはラーメン屋や社食などにある「食券・券売機」のボタンを忠実に再現したものです。面白いのは単なるボタンの形の再現だけでなく、白色・赤色の2色のLEDが点灯する機能がある点です。そこで今回はこの食券ボタンの機能をそのまま生かして、これを放送局のプリセット選択に利用した券売機風のFMラジオを作成してみました。

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「食券ライトマスコット」ボタン6個を前面パネルに配置して、券売機っぽい雰囲気を出しています。このボタンにラジオのプリセット・選局の機能を割り当てました。例えば食券ボタンの「カツ丼」を押すとTokyo-FM(80.0MHz)が選局されます。
券売機のお金を入れて選択する動作をグレーのプッシュスイッチで真似ています。これを押すと食券ボタンが全点灯して選択モードになります。ボタンを押すと「売り切れ」の赤色LEDが点灯して他は消灯し、ラジオ局が選局されます。

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本体はニトリのウォールシェルフに実装しています。全体の制御には最近注目されている「ラズパイPico」を使用してみました。食券ボタンの押下検出・LED点灯、OLEDディスプレーへの情報表示、ラジオユニットのリモート制御を行っています。プログラムはArduino IDEのC++を使用しています。ラジオ部分はFMステレオで、スピーカーはダイソーの300円USBスピーカーをモディファイして使用しています。

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今回初めてラズパイPicoを使用してみましたが、GPIOポートが多数利用でき、プログラムの書き込みもPCのUSBから直接行え、550円という低価格で非常に気に入りました。あと本機はバッテリー動作ですが、Picoの電源入力が5.5Vから1.8Vという広い動作範囲を持っており、バッテリー電圧が低下しても動作可能なため非常に使いやすいです。
そしてソフトウェア開発環境で使い慣れたArduino IDEが利用出来る点もポイントが高く、過去のプログラムや幅広いデバイスのライブラリー(例えばOLEDディスプレー)がそのまま利用できます。

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完成した本機ですが、ウッドシェルフのモダンな外観に「カツ丼」「ラーメン」といった食券ボタンのミスマッチが非常に気に入っています。
また「そんなのは嫌だ!」という方は、ボタンのラベルを自分で作って入れ替えれば「正統派バージョン」に変更することもできます。
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記事では食券ボタンのモディファイ方法やハードウェア、ソフトウェアの詳しい作成方法を解説しています。
動作の様子はビデオでご覧いただけます。

Rohm社が運営する「ものづくりを愛するエンジニアやエンジニアを目指す方々に情報をお届けするWebサイト」デバイス・プラスに、「ラズパイを使ったコーヒーメーカー制御装置の製作」という記事の連載を開始いたしました。

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4回の連載で、装置概要、ハードウェア作製、Pythonによる制御ソフトウェア、リモート制御についてカバーする予定です。

これは以前作製して、ここに概要だけ上げていたものですが、今回の連載記事では詳細な作製方法を解説しています。
またこの連載用に改版して機能追加も行っています。

第1回:装置の概要とコーヒーの抽出について
https://deviceplus.jp/hobby/coffee-maker-with-raspberry-pi-01/

第2回:ハードウエアの製作
https://deviceplus.jp/hobby/coffee-maker-with-raspberry-pi-02/

第3回:Pythonによる制御ソフトウェア
https://deviceplus.jp/hobby/coffee-maker-with-raspberry-pi-03/

第4回:リモート設定
https://deviceplus.jp/hobby/coffee-maker-with-raspberry-pi-04/

 

 

三才ブックス「ラジオマニア2020」、2本目の記事は「AMの音質にこだわった、アナログラジオの製作」です。

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最近メーカー製のラジオは、デジタル処理・DSP化が進んでいます。これにより稼動部品(バリコン、IFT)を無くし、高性能かつ高再現性、低価格を実現しており、一見良いことばかりのように見えます。しかし実際の製品のレビューでは、AMについて「音がこもっている」という不満が多く聞かれます。DSP化によってスペックは確実に向上しますが、これは一体どういうことなのでしょうか?

記事ではAMにおけるIF帯域と音質の関係を解説し、あえてアナログフィルターを使用した構成を使った「音の良いAMラジオ」の作製について解説しています。

参考にしたのはSONY製(十和田オーディオ製)でAMの音質に定評があった、ICF-801(廃番)の構成です。これと同じSONY製ラジオICとパワーアンプICを使用し、音の決め手となるスピーカーには木製箱型のフォステックス「かんすぴ」を採用して、AMの高音質化を目指しています。

ラジオの外箱には無印良品のモップケースを利用しています。右側にラジオ回路の収容スペースを残して、かんすぴP-650をぴったりと納めることができます。

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無印良品らしいセンスの良いグレーカラーで、価格も450円と自作用のプラケースよりはるかに低価格で調達可能です。

バリコンによるチューニングをスムーズに行えるよう、バーニアダイアル(減速装置)を利用しています。真空管時代の部品で古臭い外観なので、ダイヤル表示部分を自作してそれを見えなくしています。こちらも無印良品のクリーナーを利用しています。

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記事の最後には、ソニー現役の高音質DSPラジオ、歴代の高音質アナログAMラジオとの音質比較を行っています。
本機は高音質AMの再生を達成できたのか? はたしてその結果はいかに?

ぜひラジオマニア2020本誌でお確かめください!

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2020年8月27日発売の、日本唯一のラジオ専門誌・三才ブックス「ラジオマニア2020」に2本記事を書きました。

1つ目は「レトロモダンなデザインとアナログ表示にこだわった〜ステレオDSPラジオの製作」です。

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自作機器の最大の弱点はそのデザインです。通常は市販のアルミケース等を使って作りますが、その仕上がりは「いかにも自作」といったものになりがちです。

今回は全国どこにでもある某日用品ショップの「あるもの」を使い、モダンデザインの巨匠・ブラウン社ディータ・ラムスによるラジオデザインのテイストを取り入れて作製しました。ブラウン社の歴史的名器であるSK2と、最近あまり見ることが無い横長のデザインを持つT52を参考にデザインを決めています。

この「あるもの」を使うとなんと6色のカラーバリエーションが実現できます。今回は明るいターコイズブルーをメインカラーに作製しましたが、ブラウンやレッド、ピンクなどのレトロモダンなカラーも選べます。この「あるもの」は非常に低価格ですがとても質感が高く、ラジオ完成後はこれが元は何の用途だったかはまったくわかりません。

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あと、ラジオの意匠でデザインの要となる「周波数表示」には、アナログの電流計を応用しました。前回はArduinoを使い、ソフトウェアによるPWM制御で電圧計を駆動しましたが、今回はシンプルにオペアンプを使ったアナログ回路で機能を実現しました。

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ステレオスピーカー部には、これまた全国にある某xxx円ショップで入手可能なあるものを使用しています。ネットでとても300円で入手できるとは考えられないくらい高性能!と話題になっています。

ということで最小限の手間と工作で、実用性に優れたレトロモダンデザインのステレオラジオが自作できます。さて本体その他に何を使って本機を作製したか?は、ぜひ「ラジオマニア2020」本誌でお確かめください!

ラジオマニア2020

全国書店、アマゾン等で入手可能です。

以前m5stackで作った、自宅の室外、室内・環境モニターを視覚的に表示する「ニセぴちょんくん」を「本物ぴちょんくん」に改版しました。

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これはダイキンが梅田に設置した「大ぴちょんくん」をパクって作った、m5stackの画面に現在の気候状態をカラーで表示するものです。

室内、室外に設置している環境モニターは連続的にサーバーに測定データを送信していますが、それを定期的に取得して色で分かりやすく表示します。
(色の分類をダイキンの大ぴちょんくんからパクって同じにしています)

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以前はさすがに造形まで本家のぴちょんくんと同じデザインにするのはまずいということで、m5stackの描画ライブラリーで簡単に表示できる円形と直線だけ使って「ニセぴちょんくん」としていました。しかしそれをこのfacebookで紹介したら、いきなり「似てない」と突っ込まれてしまいました。_| ̄|○
当方、あまりお絵描きは得意でなく、状態だけわかれば十分と思いそのまま使用していました。

最近ずっとm5stackのプログラム作成を行っていて、jpegやpngファイルの画面描画を使っていたのですが、昨日ふと「個人使用ならオリジナルのぴちょんくんの画像を借用しても問題無いよな」と思い立ち、早速今日改版してみました。(ダイキンのエアコン使っているし)

オリジナルの画像を切り出してフォーマット変換して、サイズ調整するのが一番時間がかかりましたが、無事表示できました。
やっぱりオリジナルのぴちょんくんは良いですねヽ(^o^)丿

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ESP-WROOM-02

5$/600円のZeroや、10$/1200円のWiFi,Blue Tooth付きのZero-Wが日本でも発売され(Wはまだ発表のみですが)、ますます勢いに乗るRaspberry Piですが、コントローラーで使用する時には一つ弱点があります。それは消費電力が大きい事です。

宅内でAC電源を使用して動作させる分には、あまり問題にはならないのですが、AC電源が使えない場所でバッテリー動作が必要な局面では、この消費電力の大きさがネックになります。
Raspberry piは、UNIX系のOSを使用してWiFi等を常時使う構成が基本なので、そのために消費電力が大きくなるのは致し方ないところでしょうか。
UNIXを使用する事で得られる、高機能や・フレキシビリティーとのトレードオフがこの高い消費電力というわけです。

 以前mbedを使用して、温度や湿度、気圧等の環境モニターをするシステムを作成し、これを今回Raspberry piを使用したシステムに移行しようと思い、検討してみたのですが、屋外での気温等のモニターを考えると、バッテリーでの動作が非現実的(消費電力が大きいので動作持続時間が短い)なため、その使用をあきらめたのでした。

 それで色々調べていると、巷ではESP-WROOM-02というコントローラーが密かにブームになっている事がわかりました。これはESP8266というSoC-32bit MCUにWiFiを搭載したモジュールで、なんとAudiunoのIDEを使ってソフトウェア開発ができるのです。言語はAudiunoと同じC言語になります。
私はこのモジュールの事を全然知らなかったのですが、昨年のトランジスタ技術の特集(2016年9月号:Web脳接続!Wi-Fi×3G/LTEでIoT製作)で詳しく解説されていました。この特集が非常に良く書かれていて、ESP-WROOM-02の開発ツールの設定方法から、バッテリーで動作させるためのスリープモードの使い方まで、色々な実例で詳しく説明しています。
自分でも試しに一つ作ってみたのですが、非常に良好で、完全にこれにはまってしまい、以下の4つの環境モニターシステムを一気に作成する事が出来ました。

  1. 室内の温度・湿度・大気圧をモニターするシステム(バッテリー駆動)
  2. 室外の温度・湿度・日光のレベル:光、IR、UV紫外線モニター(太陽電池駆動)
  3. 花粉・PM2.5のモニターシステム
  4. 放射能レベルモニター:市販のガイガーカウンターキット:GC10のデータを収集
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室内:気温、湿度、気圧モニター
乾電池(単三x3)で動作

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ESP-WROOM-02にHDC1000温度湿度センサー、SPI気圧センサーを接続

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屋外環境モニター 太陽電池LEDユニットを電源に利用。気温、湿度の他にUVセンサーを具備

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防水対策で100円ショップのシール容器に実装

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花粉・PM2.5モニター

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微粒子センサーをESPに接続。上部にファンを付けて気流を発生

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GC10ガイガーカウンター モニターシステム

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ガイガーカウンターキット:GC10のシリアルポートに接続したESP(デバック中)

このESP-WROOM-02の特徴をサマリーすると以下になります。

  • 低価格:秋月電子で基板化されたものが650円で購入可能
  • WiFi機能内蔵:日本の技適をしっかり取得している
  • 定評あるArduinoのソフトウェア開発環境(Arduino IDE)を使用可能
  • 充実したWiFi関係のライブラリがある(http関係)
  • I2C、SPI、A/D、GPIO等のIOが、しっかりサポートされている。
  • ディープスリープモードによりμAオーダーに消費電力を低減可能。これをプログラム制御できる。

 Raspberry piもZEROが発売されて、低価格になったのですが、ESPはWiFiが内蔵されて650円なので非常に気軽に使う事が出来ます。
ラズパイで出来ないのがディープスリープモードで、これによりバッテリー駆動のシステムが実用的に作成可能になります。
WiFiそのものは、常時動作させると消費電力が大きく、これはどのシステムでも同じなのですが、定期的にデータを取ってサーバーに送信するようなシステムでは、測定しない時にディープスリープモードに移行して消費電力を劇的に抑える事が可能になるわけです。
今回、室内のモニターにはアルカリ乾電池を、室外のものは太陽電池を使用しました。
どのシステムも、定期的にデータを収集して、httpでWebサーバーにデータを送信します。
サーバーサイドとグラフ表示はいつものようにPHPで書いています。

ESPモニター

html、JavaScriptで書いたサマリー

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屋外の気温と湿度

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太陽光とUVインデックス

esp-dust-graph2ch (1)

花粉とPM2.5

esp-gc10-graph

放射線量 CPM/μCv

以降の記事で、各システムについて個別に説明できればと思います。

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