2019年12月 6日 (金)

磁気増幅器と天才回路設計者

12061xどれに使われいたかはまったく思い出せないが、1967年当時磁気増幅器(magnetic amplifier)とゆうのがあった。たしかマグ・アンプのロジックボードも存在していたような?
出典:wikipedia
「電気信号を増幅するための電磁気を応用した装置のひとつである。略して「マグ・アンプ(mag amp)」とも呼ばれる。磁気増幅器は20世紀の初めに発明され、堅牢さや大容量の電流が要求される用途で、真空管増幅器の代りに使用された。第二次世界大戦時、ドイツはこのタイプの増幅器を完成させ、V2ロケットなどに使用した。半導体とは異なり、放射線による誤動作が無いので、現在では、安全上重大で高い信頼性が必要なものや、極端に要求の厳しい用途にわずかに使用されるのみで、大部分がトランジスタを使用した増幅器に置き換えられている」


12063_20191205061901 大正時代のルテニウム振動式整流器まで遡っているので、ふと昔を思い出し難物磁気増幅器の可能性について考えてみた。日立の電気係当時、工場の設備は大企業だけあって最先端で3,000vをいきなり直流に変換する巨大なタコの水銀整流管と高周波発生装置、何万アンペアで溶接するプロジェクションウエルダー、サーボモータと真空管でバランスさせた測定器etc、それらが壊れると呼び出しを食らうのが、1級下で日立技術養成校に通うオーディオマニアの難解回路設計者とあんぷおやじでした。1級下に負けてたまるか!と切磋琢磨したお陰で回路設計技術は飛躍的に向上したが、その1級下に最後まで勝てなかった。ところがです、その難解回路設計者の回路を持ってしても良い音に非ずで、それに気が付いてから難解回路は元々好きではないから放棄した。その難解回路設計者は全て独学で、情報と言ったら無線と実験、電波科学、ラジオ技術、トランジスタ技術、これら専門誌を購読していた。まあ、ある種天才なのでしょうし高学歴ならばドクターに...優秀な人材が多く居た日立は凄かった。そこから転げ落ちるようにして出来たのが、清水(市)のロボット会社とも言える。

12062xさて優秀な技術者が揃った電気係へ磁気増幅器を持ち込まれると、ああだこうだと議論して更に難解回路設計者もウ~ンと唸り、一様に難しいと結論付けていたことが懐かしい。Western Electric WE-7Aのトランスだけアンプの凄さに触発されてトランスだけ古典管cx350アンプを開発中だが、その音は最強でソロモンクのスタインウエイがはじけてm+aさんが「ここだよ、こうゆう風にピアノは鳴らないよ!」とエラく感心していた。ならば柳の下に2匹目のドジョウで「磁気増幅器や!」と考えてみた。これならばofc純銅コイルだけで作れるから、音色力学は究極になるかも知れない。

12064xxとなれば磁気増幅器の勉強をしなくてはならない。難解回路設計者転じて天才回路設計者の存在に触発されて以来独学を常としているから、1967年から52年経って、当時の難解は今の簡単になるだろうか?とりあえず画像の古本を手配した。1950年代から1960年代のはじめに書かれた本がほとんどだから、特殊古本はやたら高額で参ってしまう。今分かっていることはザックリと歪がやたら大きいことと効率の悪いこと。名工ミルトさんと「もうこの先は無いよ!」と密談を交わした矢先に、先のまた先が出てしまい可笑しいが、それが戦前の技術とゆうのも可笑しい。先日も葛飾北斎の冨嶽三十六景「神奈川沖浪裏」のダイナミックを観ていたら、これを超えるものはねえや!と思いスマホなんかで時代は進化したなどと思わない方がよろしい。超便利と進化とは根本的に違う。超便利へのアンチテーゼで超不便な磁気増幅器ができたら面白い。

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2019年12月 4日 (水)

素材力学 ルテニウム振動式整流器5

120411957年録音のブルーノート唯一のこのレコードは名盤中の名盤で、生涯を懸けて演奏しなくてはならない。クラシックならばマーラーやストラヴィンスキーを現代のマリス・ヤンソンスさんが指揮をとり名演を繰り広げるように、ブルート・レインはjazzのクラシックになり、現代のjazzオーディエンスは新しい解釈で演奏し曲の凄さを発見しよう。このブルー・トレインでは、近所に住んでおり身内のように年中コルトレーン宅へ吹きに入り浸っていた、鬼才カーティス・フラーにも声が掛かる。アルトキーで描かれたブルート・レインはトロンボーンキーでは難儀するようで、カーティス・フラーは大変だったと回顧している。鬼才の大変さは、それだけ名曲とゆうことになる。抜群の推進力のフィリー・ジョー・ジョーンズ(マイルスは音がでか過ぎるとジミー・コブに替えてしまった)と仲良しポール・チェンバース、若干19歳のリー・モ-ガンにケニー・ドリューと凄いメンバーが揃い、ハッケンサックのヴァン・ゲルダー両親宅の録音は奇跡を呼んだ。冒頭12小節のブルースコードにおける3管(サックス、トロンボーン、トランペット)のユニゾンは、美しくも深く裏へ々と響く(裏がjazz)音の塊に目を瞠る。ofc純銅多用で出来た音でcdで、いやcdだからこそをレコードでは潰れてしまう繊細な、しかし無限なニュアンスが出る。とゆう訳で最終章は意地でも銅化なのであります。

12042x妖しい電源トランスが中心で作られたルテニウム振動式整流器の実験風景です。何が妖しいって、サウンドラボa1用だから水晶粒防振構造化の為にバラしたら、銅線には緑青がわき絶縁紙はマイカで、1967年日立入社当時もトランスをバラしたが絶縁紙でマイカにはお目に掛かっていない。きっと戦前の大正時代のトランスに違いない。オークションの出品者からは「積年の在庫をありがとうございました!」との言葉の意味が良く分かった。サウンドラボa1で1万v発生では1,400vまで出すが、へこたれるかも知れないから絶縁油を注入しよう。とゆう訳で恐る恐る始めたテストで、「パン!」と音がして煙が立ち上がった時はトランス万事休すかと思った。それはダイオードの破壊で救われたが、安物買いは苦労する。

12043こちらがその回路図。lm339のコンパレータ入力は15vを目安としているため1/20している。r6の1kΩはしくじった場合の保護抵抗で最終的には撤去する。電源突入回路は省略。

12044先ずはcr1とcr2が重なってオンしないことの確認をする。デッドタイムは60μsec程取れているから全く短絡の危険は無い。8.33msecの内の60μsecは問題になる大きさではない。参考までに、プリウスモータ10kwを回した時のアッパーアームとロアアームのデッドタイムは2μsecも必要としていた。20khz50μsecの中での2μsecは大きい。

12045続いて全体動作に移る。入力電圧を序々に上げながら各部の動作波形を観察する。全て波形は正常でしごく順調です。ここでは整流波形を未だ見ていない。


12046xお~、なってこった!ac280vくらいから更に上昇させていったら、負方向へ電圧が滲み出した。水色はcr2の整流波形で正常、赤はcr1で時々異常、リレーに個体差がある。シマッタ!耐圧不足だ、Cynergy3リードリレーは開閉電圧がac140vしかなくて、自分の発生する磁界で勝手にオンしてしまった。31df6の破壊と同じで、センタータップ整流では2倍のピーク電圧+αの耐電圧を考えなくてはならない。まあ当たり前の話だが、こうゆう奇怪な現象も周知しておく必要があり有効な実験と言える。勿論耐電圧を上げれば良いのだが、リードリレーの応答速度は遅くなるのが常で、思案しよう。

12048そうか、ロボットベンチャー起業時1976年を思い出そう。先代と開発した超音波加湿器にはリードスイッチが使われており、随分研究したものだ。当時はリードスイッチとマグネットを組み合わせていたが、今回はリードリレーで似たようなもの。しかし何でもやっておくものだね。頼まれれば嫌と言えない性格で「ロボット屋が何で加湿器...?」と、少々抵抗はあったが。

12049rsにパワフルなリードスイッチがある。ac1,500vで3aの開閉能力は素晴らしく、接点のロジュウムはカルダスrcaジャックのメッキに使われ、音は確認済み。但し問題は動作時間で3.5msec without bounceとあるから遅い!エラく遅い。リードスイッチはリードの強磁性体(音が悪そ)に磁力を接近させると引っ張られて接点が閉じ、磁力を開放するとリードのスプリングバックで接点が開放される。最近はトランス屋でコイルを巻くことは抵抗なく、駆動コイルを作り±電源でコイルを駆動すれば+通電でオン、-通電でオフ...もしかしたら高速になるのかも知れない。これでいければリードスイッチは消耗品でどんどん交換すれば良いし、これならばチョークインプット電源の開閉が出来て俄然応用範囲は広がり、毎度ながら転んでもタダでは起きない。漏れが発覚して名工ミルトさんに密談に来てもらった。「とゆう訳で、リードスイッチを使って整流器専用の高速リレーの開発をしよう」「了解した」「当面は出来ないので、これでトランスだけパワーアンプの製作に入ります」「了解した」。新たに高速リードリレーの開発も生まれてしまい、当面ルテニウム振動式整流器の開発は中断とします。

120491マリス・ヤンソンスさんが76歳で亡くなった。jazz喫茶amp工房開店当初から亡くなるまでお店に通い続けたクラシック音楽界の重鎮o田さんに誘われて、バイエルン放送響を振ったマリス・ヤンソンスさんをサントリーホル前列2席目は汗が飛んでくるくらいの席で、ストラヴィンスキーの火の鳥を聴いた。サントリーホールの広大な空間を、ヴァイオリンのユニゾンで空気を歪ませてしまう稀有な体感をした。ショルティに続くファンである偉大な指揮者の早すぎる死は残念です。

 

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2019年12月 2日 (月)

素材力学 ルテニウム振動式整流器4

12021 冒頭の3管のユニゾンに名工ミルトさんと顔を見合わせ美しさにため息をつき、「この1曲に生涯捧げても価値がある!」「然り々」「たんとはいらねえ~、それに気付くのに50年も掛かった」「然り々」ブルートレインを持ってそう決めていたが...amp研究会の冒頭、「マイルスバンドを首になったコルトレーンがボクサーマイルスにボディブロウを食らっているのを見たモンクは(そんなにまでしてマイルスに居るこたあない、俺のバンドに来てみないか?)かくしてコルトレーンはセロニアス・モンクバンドに入り、不協和音的やいっぺんに3音同時に出すマルチリードを教わった」と講釈を垂れ、モンクはコルトレーンの恩人だから大事にしているとな。するとパーカショニストのnakaさんが「セロニアス・モンクは分からないし嫌いだ~!」「い~や、そんなことはない」そこでバーゲンで買った(5枚組で2,000円台)からソロモンクをかけた。たまげたのはあんぷおやじの方で「凄い、これぞモンク宇宙だ、50年掛かってエラいことになった!」そりゃあそうでしょうよ、ピアノはビル・エヴァンスとモンクでスタートしたが、ソニーのsx68サウンドは最悪(当時はオリジナル盤の概念が無かった)で、聴いちゃあいられないとレコードを断念して久しい。それがこの安物cdからスタインウエイの高度な響きが再現できたものだから、人生何が起きるか分からない。nakaさんも住職もその場でモンクのcdを手配する始末。住職に「たんとはいらね~、と言った口も渇かぬ内にたんとの話で、50年経っても悟りの境地にはならんのね~」「然り々」

12022xコンデンサインプット電源の電流波形は本当にそうなのか検証をしてみよう、それにより新たな発見があるかも知れない。コンデンサインプット電源なんか簡単だから真面目に考えたことは無かったが、実は深~い問題は潜んでいると薄々気付いていた。教科書通りの波形になるだろうか?などと考えながら、再びコンデンサインプット型電源の入力電流を見ていたら電源未結合の状況は音にどうゆう問題があるのだろうか?がにわかにクローズアップされてきた。そうだ、昔秦野の出川邸を訪問した時電源気絶のカイゼンをされていたのを思い出した。赤丸印の電源から電流が供給されていないタイミングはofc純銅電解コンデンサから供給され、結局は科学反応の電池の音を聴いているようなものだ。だからフツーの電解コンデンサをofc純銅電解コンデンサにすれば、大幅なカイゼンがあった訳だ。この気絶期間にゼロクロスをやろうとしていた、その姿勢に問題があるのかも知れない。そうなるとトム・コランジェロがさかんにやったチョークインプット電源にすれば常に電源と結合状態になるが、ルテニウム振動式整流器の開発が難しくなる。問題点が見えてくるからこそ次なる進化がある訳で、これは益々面白くなってきたぞ。

12023先ずはLTspiceでシュミレーションをやってみる。回路図はこれ、シュミレータ電源はrmsの概念が無いためピーク電圧のac410vと設定し、負荷はcx350管に50ma流した時の相当抵抗値8kΩにした。コンデンサはofc純銅電解コンデンサより大き目、次のステップで実際に作るためパラメータは合わせた。

12024コンデンサインプットのシュミレーション結果。この画像を見て全てピンとくる御仁は即座に当社採用、いやロボット会社は辞めたから無理か。その当時、静岡新聞へ「トム・コランジェルを凌駕するアンプ設計者求む!年俸1,000万円」紙面の1/4と大きく広告したが、1件の応募も無かった。
コンデンサインプットの場合の突入電流は最初の1波以内に行われ、2サイクル目からは通常のコンデンサインプット入力電流となる。通電角がやたら小さいのはシュミレーションの使うパーツが全て理想的でそうなった、と判断した。ピンと来たとのピンは、これの一連のサイクルをマイクロプロセッサにやらせるコトなのだ。最初の電源オンは通常の銅合金接点リレーでオンさせ突入電流を負担させる。通常の入力電流になった所でルテニウム振動式整流器に切り替える。電源オフ時も通常の銅合金接点リレーでオフさせる。

12025念のためチョークインプット電源のシュミレーションもやってみた。通電角は180度に及び、正負切り替え持のdi/dtは大きいからリードリレーでは持たない。しかしこれも実機で実態はどうなのかを詳細に観察しないと、何とも言えない。シュミレーションが発達して一見便利な時代に見えるが、テストベクターを作る技術を持ち合わせていないとしくじる。結局は何時の時代も奥深い技術を要求させる。

12026とゆうことで、テストベクターを作る技術があまり無い我が方は実機へ移ることにした。サウンドラボa1用で入手した大正時代のトランス?700vx2へスライダックを付けて電圧可変とした。コンデンサはofc純銅電解コンデンサ60μfが無いものだから、350v470μfを2本直列にして700vの235μfとした。ダイオードは31df6で、その内の1個が420vくらい印加電圧でパンクした。(当たり前、センタータップのダイオードの逆耐電圧はトランス2次側交流電圧で420vx2=840v)電流センサーのプローブが最後まで問題を残す。yokogawaの701921を1/10で使うが、レシオがデカ過ぎで微小な電流検出は誤差満載になる。しゃあない、次のときは自分で差動プローブを作るしかないが400v級の場合、ダウンレシオは27位になるので、仮に10Ωの検出抵抗で100maでは1v、これの1/27は37mvでゲインを持たせるから、結局リアル波形には難しいアンプとなる。

12027少々ヤバイトランスでac410vまで昇圧してコンデンサの入力電流を調べる。yokogawaの701921がまともに動くのは1/10した場合cd300v程度で、400vまで印加すると波形が崩れて測定出来ない。そこでdc275vでデータを残した。

12028その拡大波形がこれ。サイン波はトランスで歪み、見たくないくらい汚らしい。世の中に一体正義はあるのだろうか?の疑問点と同じくらい、世の中に一体サイン波はあるのだろうか?と疑問なのだ。サイン波前後で3msecと1.8msecの気絶時間が確認され、この状況は負荷によって変動するがcx350管シングルa級動作なので問題ない。

12029位相関係は上記オシロで観測しておいて、もう1台オシロを用意し抵抗の両端の電圧をフローティングで測定した正確波形がこれ。ここでの注目は電流ゼロの期間で、ここはコンデンサの漏れ電流くらいしか流れないから間違いなくルテニウム振動式整流器が可能となる。オーディオの最大の問題点は電源で、ここが未解決で進んだから何をしても音の変わる電源に翻弄されてしまう。気付いた出川さんの解決方法も決定的ではなく、オカルトと言われてしまう始末。オカルト呼ばわりする前に、この問題に真剣に取り組んだらどうだろうか。電源密結合がオーディオ4種の神器ならばチョークインプット電源の方が正解だが、トム・コランジェロのcelloパフォーマンスにしてもviolaのブラボーにしても音色に問題を抱え完全とは言えない。この期に及んで大変な問題に気付き、時既に遅しか...出でよ、若き電源設計者!

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2019年11月30日 (土)

素材力学 ルテニウム振動式整流器3

113011966年頃はアイビーリーガーで、vanで、石津謙介で、メンズクラブにと高校最後はファッションに目覚めた。清水銀座のエビスヤはそれのメッカだった。当時はvanの袋を小脇に抱えて、ストライプのボタンダウンに白のコッパン、茶のローファーと洒落込んだ。まあその影響でアメリカントラッドが現在まで続いており、靴はリーガル、ファッションはポロ・ラルフローレンとブルックス・ブラザーズなのだ。ny5番街へ行かずとも御殿場のアウトレットで買えるものだから、便利な時代になったものだ。おまけにアウトレット品はエラく安い。エビスヤ仲間の名工ミルトさんを誘ってポロ・ラルフローレンへ出かけた。顔馴染みの常葉大出身のハンサムスーツを捉まえて「中華ではないが今日は爆買いです!」と伝え、ミルトさんのファッションを探した。家人は東京でパソナルカラーリストの資格を取っているので、ミルトさんカラーを素早く見抜く。あんぷおやじはデザインと生地をチェックして次々と試着してもらう。雨のアウトレットは寒かったが、買い物は熱かった。

11302出典:lcr&トランス活用cq出版社、素材力学のルテニウム振動式整流器は佳境です。進めば進むほど難しさが滲み出してくる。 現状31df6による全波整流の後カルダスチョークコイルを入れて、violaのブラボーと同じチョークインプット電源にしている。これで大幅な音色カイゼンがありシメタと思っていたが、ルテニウム振動式整流器ではゼロクロスのタイミングに電流が流れていては困る。この画像のようにインダクタンスによる切り替え電流はdi/dtが激しく、リードリレーの接点などひとたまりもない。まあここは最大譲歩で、コンデンサインプットに変更して実験を進めることにした。理屈上コンデンサインプットの場合通電角が狭いから、ゼロクロススイッチはやり易い。

11303難しさが滲み出てきたからリードリレーの動作は理想的にしておく必要があり、ソフトウエアを全面的に作り直した。以前のエントリーから「...立ち上がり波形でリードリレーの遅れが180μsec~200μsecある。この遅れは負の半サイクル立ち上がり信号からカウントして100μsec分早くオンしてやれば丁度中央でオンするが、今回は様子見でやらない。要するにマイクロプロセッサを使えば、どの時点でオンしようがオフしようが自由自在になる」、これをやはりやらねばならない。リードリレー2の負の半サイクルはcr1の立ち上がりでオンカウンターをスタートさせて、カウントアップで2をオンする。続いてcr2の立ち上がりでオフカウンターをスタートさせて、カウントアップで2をオフする。こうすればリードリレーのオンオフはサイン波のどの位置でも自在にオンオフできる。プログラムのステップ数が増えたから400khzで動くかな?

11304xこれが新ソフトウエアによるルテニウム振動式整流器の全波整流波形です。赤丸印の正負波形切り替えポイントは上手くいっている。リードリレー1オンのポイントはリードリレー2オフのポイントでもあり、リードリレー2オンのポイントはリードリレー1オフのポイントでもある。ここを拡大して詳細に見ながら、200khzと400khzのパラメータを決める。

11305先ずは速度が分からないので200khz5μsecの分解能で動作させる。リードリレー1はportcr1の立ち上がりから1647カウントして、オフディレイ分を操作してみた。これでゼロクロスポイントより10μsecくらい早くオフしているから、リードリレー2オンまでのデッドタイムは取れる。東京電力の発表では「国内の周波数偏差目標値は中西地域 60±0.2Hz以内、東地域 50±0.2Hz以内、北海道 50±0.3Hz以内」となっており、±0.2hz/60hz=0.33%の変動で時間換算すると0.0033x16.67msec=±55μsecとなる。よって55μsec最悪動くとみられる。実際に波形を観測していると同じカウンター値でもオンオフのポイントが若干動く。

11306リードリレー1はportcr2の立ち上がりから1630カウントして、max200μsecの遅れを相殺すべく先行オンさせた。リードリレーのオン側は鬼門でバウンス(バタツキ、チャタリングと言う)があり、これがどう悪影響するかは今の所分からない。。

11307リードリレー2はportcr2の立ち上がりから1647カウントしてオフしているが、ゼロクロスポイントより10μsecくらい遅くオフしてリードリレー1のオフとはばらついている。これも周波数変動の許容範囲55μsecと捉えて、最終的パラメータには余裕を持たせよう。

11308リードリレー2はportcr1の立ち上がりから1635カウントしてオンした。ゼロクロスはリードリレーのバウンスの中央付近ではないが、どうやら中央ではなくてゼロクロスの僅か手前でオンさせた方が良いように思う。よって1635を変更する必要がある。遅れは進角すれば良いが、バウンスのチャタリングだけはどうしようもない。 

11309ramで200khzは問題なく動いたのでrom化に際して400khz2.5μsecとして動作させた。カウンター値は2倍になり3260付近の設定値となる。sh7145と余り高性能でないcpuでも400khzで動いたのはソフトウエアの勝利で、この方式が成功した暁にはsh7125などのタイニーshにすれば小型化が可能になる。ゼロクロス信号を基点として時間計測し2個のリードリレーのオンオフをしているから、まあ正確と言えば正確だ。その前を何回か計測してmaフィルターを使い平均化してオンオフする方式を直ぐに思いついたが、平均化と周波数変動が逆に作用したときむしろ誤差は大きくなるので、その時間だけの計測でオンオフする方が安定すると思う。シュミレーションは終わり、いよいよ400v台のコンデンサインプット電源を作りまともに動くかの検証に入る。

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2019年11月28日 (木)

古民家オーディオシステムプロジェクト3

11261古民家オーディオシステムプロジェクト進行中に、館長さんからクラシックコンサートのご招待を受けた。そのコンサートはクラシックギター界の巨匠福田進一さんで、よくぞ呼んだものだ。単なる老人ホームではなくて、お礼の挨拶に立たれた老婦人は哲学的な話をされお年寄りがなどど片付けられない。こうゆう終の棲家は理想的でしょうが運営は大変そうで、館長さんを見ているとそう思う。BStvに出ていた福田進一さんは終始ニコニコしてそのまんま、難しい話をされるギタリストにあっては分かり易い話で親しみが持てる。福田進一さんのギター演奏に涙するお年寄りもおられ、胸打つ演奏とは...なんだろうか?

11262さて、そんな館長さんにやる気を授かったamp工房研究チームだが、現実はそう甘くなく難航している。カウンターポイントsa3.1のモンスター改造にしても、操作はamp工房ならはあんぷおやじだけだが、古民家へ納品すれば誰が操作するか分からない。その為に壊れ易い金箔貼り付けボリュームは断念して、スペクトロールの巻き線10回転型ボリュームにした。

11263

電源も高価な水晶粒防振ofc純銅電解コンデンサやトロイダルトランスとはいかないので、アイソレーション効果の大きいユニオン電気のノイズカットトランスに交換して作り直している。電解コンデンサは虎の子フィリップスの400v1000μfを使い+b電源を作った。

11264パワーアンプはアムクロンのce2000txだが、これも早い話がバラバラ状態で全部作り直さなくてはならない。画像のアルミ厚物プレス品がトランジスタの放熱器でトランジスタのコレクタと兼用している。ここにofc純銅板5mmを準備してあり交換を考えたが、半金属のトランジスタの音色改善としたら微々たるものと判断して、面倒な作業は止めた。出力トランジスタはnpnトランジスタだけで構成してあり金田式にも見られる手法、でありますからマイカ等の絶縁体は使わないから音が良いに決まっている。

11265アムクロンce2000txのバラバラ状態に苦労しながら復元に精を出す。流石にシンドくなり名工ミルトさんにsosを出す。名人は黙々と配線組み立てを進め2日目には通電テストまで出来た。電源トランスは水晶粒防振可能なように巻紙を切除して電源のダイオードは31df6、電解コンデンサはフィリップスの虎の子を使用。フィリップスの電解コンデンサの特長は、電解コンデンサエレメントがアルミケースに凹を作り固定して、日本製のように軟弱なパラフィン等で固定していないから音は良い。

11266サウンドラボa1がこれまた破壊状態で、ミルトさんが腕を振るっているが時間は掛かる。先ずは90v:1400vの高電圧トランスだが、ofc純銅電解コンデンサのしくじりで焼損してしまい交換の必要がある。1990年代初めにユニオン電機で作ってもらったが、今なら2万円以上は掛かりそんな予算はない。そこでオークションのマグネトロントランスと称しているものを1,000円で買った。安物買いの銭失いとはこのことで、無駄な電気は食うは高電圧は僅かな負荷で電圧降下するはで、酷い目にあった。意地でも安物買いで700vx2のトランスを入手したが、果たして?

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2019年11月26日 (火)

素材力学 ルテニウム振動式整流器2

11251お隣の柿畑の柿の紅葉は、そんじょそこらの名所の紅葉より見事に赤い。夏の間は緑の葉が生い茂り、サボテン工房のサボテン達の日差しが遮られて忌々しい。そのお返しに綺麗な赤になり、まるでじぐるっている寺内貫太郎みたいだ。それが間もなくして全部落葉してしまい日差しはサボテン達に目一杯当たるが、冬場は生長しないから時既に遅しなのだ。赤に見とれて褒めていたのもつかの間で、木枯らしと共に柿の落ち葉が一斉にサボテン工房のサボテン達に降りかかり忌々しい。畑の持ち主のi上さんとは仲良しだから、落ち葉が忌々しくてもニコニコして「ノー・プロブレム」とやせ我慢をする。この繰り返しを何度したことだろうか?jazz喫茶amp工房を開店してから10数年が経ち、周りの食べ物屋やコンビニや植物屋がことごとく消えていくのに良くぞ持ったものだ。ベイシーの菅原さんの所もそうだが、何十年も持っているjazz喫茶には音の良いの悪いのは決して言ってはいけない。凄い?jazzが鳴っているだけでも感謝すべき事態なのだ。異議ある御仁は自分でjazz喫茶をやってみればよろしい。

11252まあ、jazz喫茶amp工房は兼業で持ち堪えたようなもので、全く偉そうには言えないのね。さて、画像のリレーには随分助けられて好きではないが感謝はしている。そうだ、ルテニウム振動式整流器のリレーにこれを使ってみよう。とゆう訳でomronのg2r-2aの5vを接続してみた。全く8.33msecでは反応無しで、超高速リードリレーでしかこの考え方は実現出来ないことを確認した。

11253続いてshcpuなどマイクロプロセッサを使うのは普及を妨げるので(いらん心配や~!)、一応ハードウエアでやってみた。苦労すれば可能性はあるが、タイムマネージメントが難しく大袈裟なハードウエアになってしまい、現代にはそぐわない。またソフトウエアのような予測制御は不可能で、やはりマイクロプロセッサは必須、c言語では100khzも出せないからアッセンブラ言語も必須で、この仕組みは崩せない。

11254xこれがハードウエアルテニウム振動式整流器の全体波形。一応整流作用はしているが、赤丸印の切り替えポイントが疑問になる。

11255x立ち上がりの拡大波形を見れば一目両全。正の半サイクルと負の半サイクルが150μsecの間重なる。

11256x立ち下がりの拡大波形では正の半サイクルと負の半サイクルが、200μsecの間重なる。重なり電圧の最大が2vあり、2v200μsecの短絡電流で元々弱いリードリレーの接点はひとたまりもなく壊れる。でありますからタイムマネージメントは重要なのです。

11257それでは本腰を入れてソフトウエアの開発をしよう。 正の半サイクルと負の半サイクルからゼロクロスコンパレータでデジタル信号を作り、sh7145のpe3とpe4へ入力する。このポートはtioc0dとtioc1aの割り込み入力となっている。プログラムを組む上では当然割り込みが良いに決まっているが、デバック中に8.33msecの信号がガバガバと入ってデバック不能になる為断念した。また割り込み動作はスタックを動かすため、思ったほど高速にならない問題点もある。

11258フローチャートを描く。近頃はc言語で小説みたいなプログラムでフローチャートなど必要ないのでしょうが、超高速プログラムでは必須となる。フローチャートは美しくないが、ram動作モードで200khzの5μsec(プログラムのスタートから終了までの掛かる時間が5μsec以内が必須)を出すため、bra先などは汚くなる。特殊な技はポートのアドレス、各種フラグ、2個のカウンター等は全て16本あるレジスタへ収めて使う。従ってレジスタ間同士の演算動作のため最速となる。

11259フローチャートに従ってコーディングする。昔居た出来の悪いソフトの担当者はベタベタとコメント無しで打ち、後でのメンテナンスが丸で出来ない悲惨さだった。後に入社した天才ソフトマンはコーディングが見事で真似させてもらった。ドキュメントは抜群でも高速処理出来ないソフト屋さんも居たり、この世界はややっこしい世界で本当は深入りしたくはないが、超高速ソフトは誰にも書けないから仕方がない。

112591xこれがルテニウム振動式整流器動作の全体波形。赤丸印の1がリードリレーのディレイ時間、2はタイムマネージメントによる早期オフ時間。


112592xこちらが立ち上がり波形でリードリレーの遅れが180μsec~200μsecある。この遅れは負の半サイクル立ち上がり信号からカウントして100μsec分早くオンしてやれば丁度中央でオンするが、今回は様子見でやらない。要するにマイクロプロセッサを使えば、どの時点でオンしようがオフしようが自由自在になる。

112593xこちらが立ち下がり波形で、正の半サイクル立ち上がり信号からカウントしてオフすれば100μsecのデレイも含めて自在に調整できる。現在は200khzの5μsec動作だがrom化すれば400khzの2.5μsecでも動作可能になる。200khzの場合8.33msec/0.005msec=1667が100%オン位置となる。画像のオフ位置はあえて大きい150カウント(750μsec)にして、自在にオフできるか観察している。400khz2.5μsecの世界はソフトウエアとはもう呼べず、ハードウエアとソフトウエアのハイブリッドになるから、ハード、ソフトの複合技術を持っていないと出来ない。素材力学のルテニウム振動式整流器の開発は、オーディオ技術とロボット技術の高度な融合と言える。

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2019年11月24日 (日)

復活力学 sh7083ボード完全復活

11241kuraiman社長氏流記述。
どうもです。静岡市清水区二の丸町7-7 カサマロンにあるアイム フィシュ ユア ザ シー (I'm fish You're the Sea)さんへ行ってきました。青木弘武さんの五重奏団による録音がt2audiostudioの坪井さんの所でありまして、プロデューサーのモリさんから食事に誘われました。その時初めてランチに行きましたが、狭い店内は満席状態で人気店であることが分かります。あまりに美味いものだからシェフに声を掛けると何と広瀬出身で庵原学区の同郷、更にあんぷおやじが28年前深く建設に携わったロボット会社本社屋の広場で、子供の頃遊んでいたと言う。ランチの2色カレーは抜群で1,100円(ドリンク付き、美味過ぎで写真撮るのを忘れた!)+300円でスイーツが付き、つい食べ過ぎてしまいました。またこよ!失礼します。

11242l社のpd171のサーボアンプは世界最速の200khz電流制御をしている。この事実は誰も知らない。ハイレゾと同等のサンプリングをすればよりアナログに近づき、アナログでは出せない分解能を持てるから結局アナログに勝てる。でありますからハイレゾが良いに決まっている。この問題と1950年代の真空管式録音による分厚い音色力学とは全く関係無いから、ハイレゾで分厚い音は出ない。ここをごちゃごちゃにしてオーディオは進んでいるからややっこしい。きちんとすみ分けをして事態を理解をしよう。t2audiostudioの坪井さんの所でモニターしていた青木弘武さんの五重奏団の演奏は、この時点で情報量多く繊細極まりないが、しかし分厚さは無い。

11243このsh7083cpuも2chの電流帰還を掛けて200khzで動けるのだから、凄いcpuだ。所がpd171の開発から数年も経ち、romすら焼けず往生していた。深く追求するほど手間暇掛けられないので、エイ、ヤ!と気合でパラメータを変えると10mhzで焼けた。ルネサスの紹介「SH7080 グループは、最高動作周波数80MHzの高速動作が可能で、SH7145等の従来品と比べ1.6倍の性能向上を実現しています。さらに、電源降圧回路の内蔵や低消費電流化を図って高速化にともなう消費電流増加を抑止しています。また、80MHzの高速動作でありながら5V単一電源または3.3V電源動作が可能です。また先端のフラッシュメモリテクノロジにより80MHzで常時1サイクルアクセス可能な高速フラッシュメモリを最大512Kバイト搭載しています。
その他にもDMA、多機能タイマ、高速A/D変換器など豊富な周辺機能を1チップに内蔵」

11244この基板は量産試作で、決して世に出ていないamp工房だけの基板になる。dipswを2個onにするとromライタモードで手作りモニターromを焼いた。


11245こちらがdipsw2個をoffしてrunモードとした。ここまでくればもうシメタもの。

11246早速イエロースコープを動作させる。お~見事にステップ動作が出来て完全復活だ!

11247なにをそんなにがんばってるねん!となるのでしょうが、昔のロボット仲間のm氏の最終章?の開発は新加工技術の開発で、それにはフェーズシフトのpwm発生器と超高速電流制御が必須、何種類かのcpuを復活させ適材を見つける。shcpuでのフェーズシフトpwm発生は案外難しく、2011年頃台北のタートゥンに高効率太陽電池dcdcコンバータの技術指導した時に苦労した思い出がある。それにはこのsh7083cpuボードが最適で、その為の復活作業でもあった。dcsエルガーのように1種類のcpuを25年も使い続けているのがれっきとしたビジネス、しょっちゅうcpuを変えるのはれっきとしていない趣味の極道とな。

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2019年11月22日 (金)

音色力学 t-mon君のラインアンプ

11221出典:wikipedia
ロボット技術者で絵描きのなりそこないはミニ・ダ・ビンチとjazz先輩から呼ばれて、似ている所があるな~とおこがましいが思った。第一にダ・ヴィンチは生涯を通じて14枚の絵しか残していない、それにも拘らず未完が多い。科学者で発明家は飽きっぽく、絵を描いている最中に次ぎの絵の構想に入ったりするから前に進まない。amp工房のオーディオも次から次へとアイディアが噴出するものだから、一向に収拾はつかない。「ダ・ヴィンチは14歳でフィレンツェのベロッキオ工房へ弟子入りし、t-mon君は10歳でamp工房へ弟子入りした。ダ・ヴィンチより早いのだから凄い!」「はい!」「キリストの洗礼は1475年完成でダヴィンチ20歳くらいの作品、キリストのローブを持つ天使は弟子のダ・ヴィンチが描いたもので、描写力があまりに優れていたために師匠ヴェロッキオは絵筆を折ったとある」20歳にしては余りにも完成度は高く、しかし最後の晩餐などと本質は余り違わない。この時期に才能は伸びきってしまった...ある種悲劇的でもあり、作品の少ない理由の1つかも知れない。ゆっくりとt-mon君は成長すれば良いだろうし、我ら凡人は若き日に伸びきらない方が晩成する。

11222さて長らくt-mon君はラインアンプ製作の下準備に明け暮れていたが、ここで本格的に製作に入る。決して無駄な時間ではなく、さまざまな研究を重ねた答えを投入するから良い結果に期待できる。先ずは古典管、cx301や112などのテストを繰り返したが、ラインアンプには古典出力管カニンガムのcx371が良いと決った。現代ラインアンプはゲインの必要なく音楽を駆動する古典管にすべきで、素材力学と振動力学で音楽駆動力は決り、電圧増幅管や出力管のカテゴリーとは関係ない。

11223外観図はこれ。今回から円筒型筐体の仲間入りをしてもらう。水晶粒防振構造とした場合球体がベストになるがスペースファクターで躊躇してしまい、最大妥協で円筒型とする。Φ350mmの紙管を使い高さは200mm、円筒の外周は外部からの振動に自ら強い構造になる。それに紙管を輪切りにして上下蓋を作れば筐体は完成して、随分と楽だ。

11226外観図のイメージがこれ。電源トランスはタムラのトロイダルトランスpr7808s改造奮戦記でコイルをむき出しにして、水晶粒で防振構造に出来るようにしてある。紙管はofc純銅板0.2mmを円筒の外周に張り、上下蓋にも貼り付けて電磁シールドを今回から施す。

11224ラインアンプの回路図はこれ。固定バイアス回路はコンデンサ結合でトランス結合の音色より劣るが、なんせ費用は安くすむのでコンデンサにした。但しDuelund社のofc純銅オイルペーパーコンデンサとジャンセンofc純銅オイルペーパーコンデンサのアルミケース除去水晶粒防振構造化は、現時点で最強のコンデンサと思う。

11225アンプは電源が音を出しているから、電源回路の方が複雑になる。カウンターポイントsa3.1から学び半金属のトランジスタで真空管の動作を安定化させる手法を長年とってきたが、結局カスケードアンプのハイブリッド構造で半金属と真空管金属のハイブリッドで音色を損ねるため、安定化は放棄した。

11227カニンガムcx371aはシール付のオリジナルでも貴重品を使うことにした。電源トランスと2世帯住宅を構成するためofc純銅板の0.2mmで円筒管を作りcx371aは電磁シールドする。電磁シールドしたcx371管は上面の水晶粒充填レベルから上に突き出し、自然放熱を考える。フィラメントはdc点火とし、銅マンガニン線で抵抗を作り音色は劣化しないよう対策した。

11228先日m+aさんが運動がてら自転車でやってきた。「オーディオも終活でね...」とゆう話題になる年回りで、そうだ古典管171aはt-mon君に引き継いでもらおう。とゆう訳で全部渡すことにした。1930年のux171やcx371は次世代のダ・ヴィンチの元で、如何なるjazz表現をするであろうか?

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2019年11月20日 (水)

速報 素材力学 ルテニウム振動式整流器成功!

11202_20191120023501リレーやマグネットスイッチ(電磁継電器ともいう)を1,000個や2,000個も使った制御盤の設計製作やメンテナンスは嫌いで、随分とリレーを恨んだものだ。日立へ入社してリレーシーケンス制御を任され、3ヶ月もしたらやることは無くなり面白くなくなった。面白くは無いが随分とリレー盤は売り上げに貢献して、ロボットベンチャー黎明期には何度もピンチを救った。だからリレーには滅法詳しく、日立の電気設計のしくじりを救ったこともあった。1967年にリレーを扱い始めたから、52年もしてリレーからご褒美をもらえた。何と素材力学のルテニウム振動式整流器は成功したのだ。但し音を聴くにはまだ多くのプロセスが必要で時間は掛かるが、とりあえず目論み通り動いた。

11203電源トランスはac18.5vのセンタータップ仕様でdcsエルガーから外したものを使った。lm339でゼロクロスコンパレータを作り、sh7145cpuボードへ割り込み入力させた。sh7145cpuボードは100khzの10μsecの動作とし、正体を見極める為とりあえず補正無しの833カウントとして、正の半サイクルでリードリレーの1番をオンオフする。負の半サイクルでリードリレーの2番をオンオフする。負荷は位相遅れ無しの1kΩとしたから、まず事故は起きない。

11204こちらがルテニウム振動式整流器のセンタータップ整流波形で、概ねダイオードの全波整流器と同じだ。

11205これは正の半サイクルリードリレーの半波整流と、負の半サイクルリードリレーの半波整流を分解して表示した。

11206ここまでくればシメタもので本番の準備に移る。ルテニウムはどうも聴いたことは無いから気になり、rsを調べていたら銅合金接点のものが見つかった。この発見は大きく全体システムの銅化に大いに貢献する。問題の寿命は1億回無負荷となっているから、1日1時間聴くとして60x60x60=216,000回で1億/216,000=462日と我田引水で出て、まあ1年毎に交換でも問題ない。金田式のネオハイトップの寿命より長いや。電源投入時はシリコンダイオードで電解コンデンサをチャージして兎の耳電流になった所で銅振動式整流器に切り替える。また接点の最大スイッチング電流はac1aとなっているが、閉じた状態の最大電流は構造物の耐電流でもっと大きいはず。それでも音色を一番左右する、古典管シングルアンプの+b電源が主になる。

 

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2019年11月18日 (月)

素材力学 ルテニウム振動式整流器の可能性1

111812018年の12月に素材材力学において半金属のシリコンダイオードを追放すべく、ルテニウム機械振動式整流器の発明を考えた。機械式振動の為純銅のようなヤワな接点は使えず、ルテニウム接点と相成った。先ずは音がどうのこうのの以前に果たしてこの方式の可能性はありや?なしや?の実験を行う。以前のエントリーから「その半金属のシリコン整流器を排除するに長い間思案していた。真剣に亜酸化銅整流器を考えたが化け学は苦手で断念した。そこで登場が大正時代(1920年代)のテクノロジーの振動式整流器で、メカニカル整流器なのだ。これだけ古いテクノロジーは団塊より上の世代しか知らないが、日立時代に学んで知識だけは持っていた。サイン波のゼロクロスをリレーを使って切り替えれば電力ゼロで開閉できるから、理論上小容量の超高速リレーを使えば実現可能となる。200khzサーボサンプリングしているのでタイムマネージメントは5μsecとなり20の分解能で余裕がある。サイン波の1/2サイクルが8.33msecでサイン波のゼロクロス点を予測して100μsec(オフは70μsec)手前からカウント、オンオフして完全なるゼロスイッチを行う」
出典:wikipedia
「ルテニウム(英: ruthenium)は原子番号44の元素。元素記号は Ru。白金族元素の1つ。貴金属にも分類される。銀白色の硬くて脆い金属(遷移金属)で、比重は12.43、融点は2583K (2310℃)、沸点は4173K(3900℃)。常温、常圧で安定な結晶構造は、六方最密充填構造 (HCP)。酸化や腐食を受けにくく、展性に富み比重が大きい。この性質は白金(Pt)と同じである」

11182まあ、毎度ながら理屈は先行しているが中々現実は追いつかない。それでも4種類のsh cpuの開発環境が完璧に戻ったから、実験などは直ぐに出来る。現代オーディオはcpuにdspにfpgaを操らないと、開発出来ない時代に来ている。実際にオーディオメーカは先の先を行っているから、如何なる開発をしているか想像もつかない。当社の社長から大手企業向けの特殊オーディオアンプの検討依頼が来た。その類を調査すると何とデジタルモノアンプ(WONDOM 1 X 2500W Class D Audio Amplifier Board - IRS2092 For Medical equipment and Driving Coil)の2500wが$199で買えてしまいショック、社長に「無理です!」と返事した。特殊アナログオーディオアンプで2500wとなれば50万円位では売れるから、20台となればシメタ!と思ったが...デジタルはオーディオビジネスを崩壊させる。要するにアマチアとプロのギャップが開き切ってしまい、面白くない時代でもある。横道に逸れた、さったと60hzを発生させよう。

11183回路図はこれ。sh7145cpuのoutポートから8.333msecのオンオフ信号を出してCynergy3 リードリレー 3V dc SPNO S2-03PU/RSを駆動する。その駆動信号と接点でledをドライブしてリアル動作を観察する。

11184Cynergy3 リードリレー 3V dc SPNO S2-03PU/RSの拡大画像。コイル両端にはファーストリカバリダイオードを取り付けオフ時のコイルエネルギーを速やかに放電させる。画像のようにコイル直近へ付けるのがLを発生させないポイント。

11185sh7145cpuボード上へリードリレーを貼り付け配線する。電源は+5vなので3vのコイルへ130Ωの抵抗を付けてある。コイル電圧が高ければインダクが増えてスパイクノイズも大きいから、低い電圧のコイルの選択が正解なのでしょう。

11186簡単なフローチャートを描いて、アッセンブラでスラスラと30分くらいでプログラムする。ramのデバックモードで動かすため余分なタスクは即リーターンとしてある。これならばsh7145でも100khzで回る。100khzは10μsecだから(16.666667msec/2(60hzの半分))/0.01=833と出て、833カウント毎にoutポートをオンオフする。1発で動き若干高めの金属音が聞こえて、リードリレーが60hzで振動しているのが分かる。リードリレータイプだから金属音が高めなのだ。これをオシロスコープで波形をサンプルする。さあどうなった...

11187先ずは全体の波形を見る。Cynergy3リードリレーは優れもので60hzのオンオフ動作に問題なく追従している。緑色がコイルの印加電圧で黒が接点の動作になる。

11189問題は動作時間でオンディレイの発生を確認する。Cynergy3 リードリレーのスペックでは「動作時間、バウンス含む 0.1ms」となっているがオンディレイはバウンス時間を含めて180μsecとなっている。0vを検出してからリードリレーをオンしたのでは180μsec遅れるから、オフゼロクロスからカウントを開始して833-(180/10μsec)=815カウントでオンすれば接点は丁度0vでオンできる勘定になる。

11188次にオフディレイの時間だが100μsecの遅れをCynergy3 リードリレーは持っている。これも同様でオンゼロクロスからカウントを開始して833-(100/10μsec)=823カウントでオフすれば接点は丁度0vでオフできる勘定になる。ここのタイムマネージメントは重要でcpuはゼロクロスのオンとオフを割り込み最優先で取り込み、毎回検出して時間の帰還をかけてやれば位相遅れは無い。ここをハードウエアで回路を作り割り込み動作とするか、ac電圧をadコンバートしてその値を微分して方向が変わるポイントでゼロ検出するか。adコンバータはads7800 12bitが搭載されており3μsecでad変換できるから時間遅れは無い。次はここの検討に入る。

 

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