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AvioSys K01-A
"Happiness" Voice Recording Kit |
| 50MHz SSBでコンテスト運用すると、定番の必勝ポイントにでも移動しない限り呼ばれまくるということはないので、 必然的にCQを連呼することになります。 1〜2時間程度ならともかく、18時間のフルデュレーションで運用するならボイス キーヤが威力を発揮します。 もちろん市販品もありますが、自作するのも楽しいでしょう。 なにかいい素材はないかな、とアメ横を歩いていたら、ちょうどいいキットが見つかりました。 値段も手ごろ。これにしよう。 |
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Aviosys社K01-Aは台湾
Aplus
社APR9600ボイスレコーディングICを使ったキットで、
オンボードのコンデンサマイクロホンとスピーカをもち、1セッション60秒の録音再生が可能。
電池ボックスも付属しており、組み立ててすぐに使うことができます。
基板の四隅に取り付ける足も付属していて、親切。 APR9600は秋月から単品で入手できますし、チップのデータシートも入手できます。 このキットで雰囲気をつかみ、さらに応用したければ、チップを単品で購入しスクラッチビルドすればいいでしょう。 組み立てる時間がないまま夏休みを迎えたものの、 今年の夏の猛暑でラボの室温は生存可能範囲を超えてしまい、 キットビルディングを楽しむどころの騒ぎではありません。 避難先の第2研究所でも空調機の能力を上回る気温。 室内でじっとしていてさえ何もする気にもなれず、 ひたすら耐えることを余儀なくされていました。 しかしこれでせっかくの夏休みをつぶすのももったいない話。 室内にいても暑いのならいっそのこと、と、 第2研究所駐車場の炎天下で日よけパラソルを広げ、 発電機を回してはんだこてに火を入れ、アウトドア キット ビルディングを楽しむことにしました。 鉛フリーのキットの基板は寸法精度も形状安定性もよく、 はんだの乗りもよく、 組み立て中は暑さを忘れて楽しむことができました。 欠品もなく、30分後には一発で動作を開始しました。 |
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本機のスピーカはAPR9600のスピーカ出力から直接駆動されていますが、
キットそのままのむきだしスピーカではその音量は不足気味。
APR9600のデータシートを読むと、スピーカ出力はわずか12.5mWとのことですので、
動作は設計どおり、といえます。
同じφ56mmの小型スピーカでも、きちんとエンクロージャに入っているものであれば室内使用に十分な音量が得られます。
スピーカ音量が小さいために音質の良し悪しはよくわかりませんが、 サンプリングクロックに起因するキーンという4kHzのバックグラウンドノイズが含まれています。 スピーカのかわりにヘッドフォンをつないで聴いてみると、 音量は十分ながら高音域がほとんど再生されていないことがわかります。 APR9600にはサンプリングクロックを発生させる発振回路が内蔵されており、 7ピンのOscRピンに取り付ける抵抗で約4kHzから8kHzの間で設定できます。 本機ではこの抵抗はR7で、82kΩが提供されています (ただし組み立てマニュアル中の回路図では24kΩと書かれています)。 このときサンプリング周波数は約4.2kHzで、入力帯域幅はその半分の2.1kHz、 録音再生時間は60秒となります。 さすがに現状の音質ではSSB通信機に使うといえども高音がなく明瞭度が低すぎるので、 マニュアルにもあるとおりR7を24kΩに変え、入力帯域幅を4kHz確保することにします。 録音再生時間は30秒に減りますが、 それだけあればコンテスト運用はもちろん、通常の移動運用のCQ呼び出しにも問題ありません。 8kHzサンプリングでの音質は期待通り良くなり、 またサンプリング由来のキーンというノイズは気にならなくなりました。 ボイス キーヤを作るにあたりいずれ適当なケースに入れて料理するつもりですので、 スピーカは取り外し、別用途に使用しました。 |
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本機を使ってボイスキーヤとするために、以下の機能の実装が望まれます。 2008年オールJAコンテストでの実戦投入を目標とします。 まだ半年先ですが、育児に時間を奪われている状況なのでそれでさえチャレンジなのです。 |
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APR9600にはAGCつきマイクアンプが内蔵されています。
ボイスキーヤ化にあたり、K01-Aに付属しているコンデンサマイクロホンユニットではなく、
ダイナミック型のハンドマイクで使えるかどうか試してみましょう。
また外部マイクロホンをスルーで使用するときにもこのアンプを使えるかを試してみます。 プロックダイヤグラムを読むと、マイクアンプ出力はいったんANA_OUT端子に出てきており、 マイクロホンから録音するときはANA_OUT信号を音声信号入力端子ANA_IN端子に再び入れます。 K01-Aでは、21ピンのANA_OUT信号はC11 0.1μFのキャパシタを介して20ピンのANA_IN端子に入れられています。 マイクアンプのAGCの時定数は、19ピンのAGC端子に接続されるRCネットワークにより決定されます (APR9600データシートのセクション3.5参照)。 K01-Aでは、C12の4.7μFとR9の220kΩがそれで、データシートに書かれている 「英語の場合にちょうどよい値」と同じです。 データシートには、このAGC回路はファースト･アタック、スロー・ディケイの特性を持っていると書かれています。 通信機のマイクアンプとしてこれは歓迎できる機能。 マイクロホン入力は17ピンのMicIn端子と、18ピンのMicRef端子です。 データシートではマイクロホン入力電圧は30mVp-pとあり、 またマイクアンプのゲインは-2dBから30dBほどの範囲で可変できるようです。 |
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コンテストのためのCQ連呼機能を考えてみます。
マイクロコントローラ制御にするのが今風だし、
そのために
PICプログラマボード
を組み立てて、開発ツールは準備完了しています。
が、勉強のためにハードワイヤードでやってみるのも面白いでしょう。
K01-Aで再生するには、オンボードのPLAYスイッチを押します。 再生中は赤色LEDが点灯します。 ということで、 回路を追加してやればいいんじゃないかと思います。 赤色LED、デシグネーションD1は、APR9600の10ピン、/Busy により制御されています。 再生中はこのピンの電圧がローレベルに落ち、LEDが点灯します。 再生させるためのスイッチSW2は、APR9600の1ピン、/M1_MESSAGE に接続されており、 スイッチを押すと/M1_MESSAGEピンがグラウンドに落とされます。 K01-AにおいてAPR9600はテープモード・ノーマルオプションで使用されます。 再生モードになっているとき、/M1_MESSAGEの立下りで再生が開始されます。 再生中に再度/M1_MESSAGEが立ち下がると、再生が停止します。 /M1_MESSAGEをローに保持したままメッセージの再生が終わってしまうと、 その後/M1_MESSAGEのステートが変化したときにAPR9600はワーニングとして2回のビープを鳴らして再生終了保持状態になります。 再生終了保持状態から回復するには、/CEピンをトグルしなくてはなりません (K01-AではリセットボタンSW6を押す)。 (APR9600データシートp7 3.1.3.2B参照) アマチュアはお手軽に、実験しながら回路をつくってみましょう。 こんなときは 500-in-One Electronic Lab が便利。 1日楽しんで、満足のいくものができあがりました。 |
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できあがった回路を右図に示します。 ディレイド タイマ 中心となるのは、NE555を使ったディレイタイマ。 最初は、赤LEDが消灯したことをトリガにしてモノステーブルをつくればよいと思ったのですが、 正論理･負論理の関係や、いったん再生が始まったら間隔を入れられなくなってしまうなど、なかなかうまく行きませんでした。 そこで、アステーブル動作に変更。 ただし、APR9600の/BUSYをNE555のRESETに接続してあります。 つまり再生中はNE555がリセット状態になっています。 再生が完了して/BUSYがHIに戻ると、NE555のタイマ動作が始まります。 NE555のOUTPUTを/M1_MESSAGEに接続すれば、OUTPUTが最初のLOからHIになり(ここの時間の長さが再生間隔となる)、 つぎにふたたびLOに落ちたときに再生がはじまります。 これで、間隔の空いた連続自動再生が実現できました。 しかし、1回の再生が完了してもすぐに/BUSYが消えない場合があります。 これは/M1_MESSAGEがLOに保持されたままになってしまうためです。 再生中に/BUSYがLOになることを利用してPTT制御をしようと思っているので、 これは具合悪し。 特にコンテストの場合だと、腕のたつ局はCQ呼出しの言葉の終りを待つか待たないかのタイミングで応答を送ってきます。 ここで送信から受信に戻るのが0.5秒も遅れたら、 コールサインの最初の文字はほとんどミスコピーしてしまうものと思われます。 そこで、NE555のOUTPUTと/BUSYの論理積を取ったものを/M1_MESSAGEに入れるよう、NANDゲートを追加しました。 つまり、 /BUSYがHIで(再生中でなく)、NE555の出力がHIGHになったときに、/M1_MESSAGEがLOに落ちます。 これで再生が始まります。 再生が始まると/BUSYがLOに落ちるので、/M1_MESSAGEはHIに戻ります。 またNE555は再度リセット状態になります。 再生完了と同時に/BUSYがHIに戻る(赤LEDが消える)、正しい状態になりました。 これで間隔の空いた連続再生機能は完成。 再生間隔の長さはNE555の充電抵抗で調整できます。 図にある定数を使うと、間隔を約2秒から16秒まで連続的に可変でき、いい感じ。 オペレーション モード ラッチ 実用のシナリオを考えると、ボタンをポンと押すことにより連続自動呼出しが開始され、 コールバックがあってハンドマイクのPTTを押して応答したときは連続自動呼出しがキャンセルされるようにするのが便利でしょう。 そこで、NANDゲートを2つ使ってシンプルなRSフリップフロップを作りました。 IC1aとIC1bで構成されている部分です。 SW2は連続自動再生スタートボタンのつもりで、これを押すとすぐさま連続自動再生が始まります。 連続自動再生モード中は、LED1が点灯します。 SW1はハンドマイクのPTTを想定しています。 再生中を含む任意のタイミングでSW1を押すと、連続自動再生が即キャンセルされるようにします。 つまり、APR9600が再生中にSW1が押されたときは、再生音が即時停止するようにする必要があります。 APR9600は、再生中に/M1_MESSAGEに2発めの立下りパルスを入れることにより再生を中断できますが、 このロジックの実装は面倒です。 APR9600の音声出力をダイオードスイッチまたはトランジスタスイッチ等で切ることも考えましたが、 より簡単な実装として、連続自動再生モードでないときはAPR9600の/CEをHIにして、 チップの動作を停止させることにしました。 またこのときトランジスタQ1によってNE555のRESET信号をLOに落とし、 タイマがスタートしないようにしています。 実際には再生中に/CEをHIにしたとき、APR9600は短いビープ音を鳴らして再生を停止します。 このビープ音は案外気持ちいいものなので、このままにします。 キーイング 外部マイクのPTTスイッチが押されて送話するとき、 およびAPR9600が自動再生しているときに送信機を送信状態に切り替えるため、 NANDゲート IC1dによるキーイング回路が入っています。 キーイング出力はトランジスタQ2のオープンコレクタとしてあります。 この部分はどんな無線機に使われるか定かでない (自分が使う可能性のあるすべての無線機に対応できるようにしたい) ので、メカニカルリレーにしておくのがいいでしょう。 EL500のプロトタイプでは、送信中にLED2が点灯するようになっています。 |
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Rev. 00では、録音することを考えていません。
この回路をK01-Aに接続したままだと、自動再生していないときは/CEをHIに保持してしまっているので、
録音ができません。
パッケージ後も簡単に録音できるよう、フロントパネルに録音スイッチを取り付けるべきです。
録音スイッチのひとつはトグルスイッチで、
とします。 このモーメンタリ スイッチは、連続自動再生の中止スイッチとしても使えるでしょう。 録音操作関係は後回しにして、まずはここまでの形で実ボードを製作しました。 このボートはR00に対してすこしいじったのでR01と呼ぶことにします。 R00 EL500版に対しての変更点は、手持ち部品の関係からトランジスタを2N3904に変えたことと、 RSフリップフロップの入力にキャパシタを追加したこと。 キャパシタはセラミックで、0.047にしました。 K01-Aとの接続はインラインヘッダを使いました。 K01-A側はパターンカットなどは一切なく、ワイヤを引き出しているだけ。 コネクタを外せば、K01-Aは完全ノーマル回路に戻ります。 手作りボードをつくるときは、たいていいくつか動作状態がわかるLEDをつけておきます。 テストやトラブルシューティングに便利だし、なにしろLEDの在庫が大量にあるので、 使わなくちゃもったいないという事情があります。 なんだかんだいってこんなシンプルな回路でも部品探しからはじめて6時間もかかってしまいました。 のんびりやっているとはいえ、子育ての義務のない休日じゃないとできないなあ。 一ヶ所配線ミスがあったほかは、拡張ボードは問題なく動作し始めました。 ところで動作モードを保持するR-Sフリップフロップは2つのステートが対称な回路になっていますから、 回路の電源を入れたときにどちらのステートから始まるかは定かではありません。 もし連続自動再生モードでスタートしてしまうと、いきなり勝手にPTTを押してしゃべり始めてしまうわけですから困ります。 本機では、またEL500版でもそうでしたが、電源スイッチを入れると必ず手動モードになります。 おそらく片側のゲート出力にのみ入っているLEDの存在が効いているのではないかと思います。 よく理屈はわからないけれどもラッキー。 K01-A自体は、スタンバイ時(鳴っていないとき)の消費電流はとても少ないので、 電源スイッチ不要で運用できます。 リピートボードは節電を考えていませんが、 EL500版は10年以上も前のRayovac単3マンガン電池4本を使い、 連続リピートが12時間以上も動作しました。 これはスピーカを鳴らした場合なので、 ハイインピーダンスで音声出力を取り出せば電池の消費も少なくて済むのではないかと思います。 新品アルカリ電池を使えばフルデュレーション運用も全く問題ないでしょう。 ソリッドステートリレーでIC-551のPTTを制御できるか試してみましたが、結果はNG。 無線機のTRANSMITランプは点灯するのですが、音声が送信されません。 やはりソリッドステートリレーはメカニカルリレーは完全置き換えというのは無理です。 メカニカル リレーを使うとなると、やはり乾電池ではなくて容量のあるDC12Vが必要となります。 現時点ではK01-Aにあわせて拡張ボードはDC6Vで動作させていますが、ボードの電源入力はDC12Vに変更し、 3端子レギュレータでDC6Vをつくって回路を動作させるのがよいと思います。 リレーのコイルはDC12Vで。 適当なタイプのリレーがあったはずなんだけど、どこいっちゃっただろう。 部品捜索にまた20時間かかるのかなあ。 |
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だれの助けも借りず自分一人でオートリピート機能を設計し実装できたんだから、
正式なエレクトロニクスの教育を受けたことのないラジオ小僧にしてはよくがんばれたなあと自己満足していました。
ら、CQ誌2008年04月号と05月号でまったく同じ趣向の製作記事が掲載されました。
APR9600を使った秋月電子のキットをベースに開発されています。 JH1OHZ 片倉氏によるこの記事は2回連載で、第1回は無線機とのオーディオインターフェイス関連。 ここは私はまだ着手できていませんから、大いに参考になります。 特に実地運用してみないとわからないEMC対策の方法が記されているのは助かります。 連載第2回はいよいよ自動リピート機能。 PICやH8Tinyなどを使って実現されているのなら全く驚きませんし、 APR9600はもともとマイクロコントローラによって制御されることを前提に設計されたチップなので、 ARM7TDMIコアとリアルタイムOSで処理されていても動じないでしょう。 連続数日間の育児免除の休暇さえあれば（現状それは夢のようなことです･･･）似たようなことができる自信はあります。 が、それがディスクリートのトランジスタあるいは標準CMOSロジックファミリで構成されているなら? 特に、私がDIPのICを2個とトランジスタ2石で実現したのと同等の機能を、 たとえばわずかトランジスタ2石とスイッチングダイオード3本程度でさらっと組まれたとしたら、かなりへこんでしまうでしょう。 ドキドキしながら読んだ連載第2回の回路は、NE555を2個と標準ロジックを2個、トランジスタが2個にダイオード数個。 ふう。BOMで見た直材費は私の勝ち、かな。 でも、私のはまだ完成していませんし、実地検証にも至っていません。QCDのうちQとDは完敗だな･･･。 |
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オートリピートボードに録音操作機能と無線機PTT制御用メカニカルリレーを追加してRev.02にしようとしたのですが、
暗礁に乗り上げてしまいました。
ラボに在庫しているはずのDC12V駆動の超小型メカニカルリレーが見つからないのです。
そんなものはRSコンポーネントあたりで手配すれば翌日のうちには手に入りますが、
わがラボの活動においては手持ち品やジャンク品・サルベージ品の有効利用にこそ最高の価値があると信じているので、
どこかに今回のアプリケーションに最適なリレーがしまわれているのを知っていながら新品を買うだなんて絶対にいやです。 しかし、当初の見積もりの20時間を超えても隠れたリレーはいっこうに見つかりません。 数日が経ち、2週間が経ち、まだ見つからず。こりゃだめだ。 ここ数年のラボでの活動は、必要な部品を探す工数が設計や実験の工数をはるかに上回っていました。 これはラボの容積不足が限界を超えていて、なんとか収納はできているものの、実用的に探し出すことができず、 生産的な作業が不可能になっていることを意味しています。 ボイスキーヤプロジェクトを継続させるために、やむなく私はひとつの決断を下しました。 ･･･新研究所を建てよう。 |
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決断から2ヵ月後の2008年05月01日、我々は新しい中央研究所に移転しました。
すべてが新しい設備、タワー建設が可能な立地、室内のロッドアンテナで短波放送を楽しめる環境、
車両整備時に水と電力を簡単に供給できるパーキング。従来の不足がほぼすべて解消されました。 収納容積はというと、残念ながら大きくは改善されませんでした。 引っ越し業者も驚いた高密度のラボから2トンロング車2台で家具や機材を運び込んでみると、 たちどころに空きスペースはなくなりました。 さらに困ったのは、第2研究所に隣接している機材保管所からの立ち退きを言い渡されてしまい、 そこにあった6畳2部屋分の機材-4トンショートボディ車1台分-も新研究所に搬入せざるを得なくなったのです。 |
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中央研究所は稼働開始しましたが、移転の混乱で行方不明になった機材も多いし、
また設備導入が遅れている部分も多く、じっくり開発作業ができる状態にはなっていません。
し、件の超小型メカニカルリレーも発見できていません。
何のために中央研究所を建てたんだかわからなくなってしまいました。
すでに開発は6ヵ月間停滞しており、ボイスキーヤプロジェクトの開発コストは計画予算の1万5000倍にも膨れあがっています。
ギネスブック級のプロジェクト管理です。 CQ誌の記事より部品点数を削減できていたって、間接費がこんなにかかったのではQCDすべての面で完敗。 |
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探しはじめて半年、ついにリレーが見つかりました。
何のことはない、部品整理ビドマのIC類引き出しにしまわれていました。
サイズがDIP ICと同じようなものだったのでそこに入れたのでしょうが、
であればRev.01をつくろうとして78HC00とNE555を探すときに見つけても良さそうなものですが。 これ1個に7ヵ月とうん千万円を費やし、晴れて 主債務者 の社会的ステータスを得ました。 もしこのリレーが何らかの理由でこのプロジェクトには適さないとしたら･･･だれにも話さないでおこう。 |
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K01-Aを組み立てて2年経過。
夏休みになったので作業を再開します。 今度は6Vのボルテージレギュレータが在庫切れ。 在庫は8V/9V/12V品ばかりです。 APR9600の電源電圧範囲は4.5〜6.5Vなので、電源電圧8VではICを壊してしまうかも。 仕方なく1個だけ在庫があった7805Sを使い、K01-AとリピートロジックはDC5Vで動作させることにしました。 ますます進んできた老眼のため拡大鏡を使いながらリピートボードにボルテージレギュレータとPTTリレーを追加しました。 しかし、リレーが思ったように動作してくれません。 2N3904によるオープンコレクタがONになっても、リレーコイルの下流側を5.6V程度までしか下げられないのです。 2N3094のベース抵抗を1kΩまで下げてもダメ。どうしてだろう。 同じ型の別のリレーと別の2N3904を空中配線して試すと、正常にカチンとリレーが入ります。 ボード上のトランジスタが壊れかかっているのかな。 しかしボードから外したトランジスタで仮配線して試すと、あれれ、正常です。 いったん取り外したトランジスタをボードに再び取り付けて配線し直したら、狙い通りにリレーが動作し始めました。 なあんだ。すべては目の衰えか。 ハンドマイクから送話するときとAPR9600で再生するときとで、 マイク出力を切り替えてあげなければならないことにいまごろ気がつきました。 さてどうしよう。 オーディオスイッチICを使う? そんな気の利いたものは手持ちにありません。 ダイオードスイッチを使う? ふつうはこれだよな。 でも、超小型リレーの在庫はまだあります。 そこで、ここも手っ取り早くて確実なリレー切り替えにしてしまいましょう。 接点に電流はほとんど流れませんから逆にクリーニングされず、接触不良が心配ですが、密閉型リレーだし大丈夫かな。 RSフリップフロップ出力で2N3904を駆動し、 オープンコレクタでリレーの下流側をスイッチします。 電源投入直後にかならずマニュアルモードで立ち上がる特性は維持されています。 ここまでやった時点で、実際の無線機につないでCQ連呼できるかどうか試してみました。 以前ソリッドステートリレーではIC-551の送受信切り替えがうまく行きませんでしたが、さすがメカニカルリレー、 きちんと送受信が切り替わります。 TS-600でもOK。 音声もうまい具合。ただし音質については、実際に使うハンドマイクで試してみて、生と録音とでどの程度差があるか試してみないと。 12時間連続動作テストを行いましたが、送信機の出力は目いっぱい絞って、かつダミーロードを使っています。 このため、回り込みによる誤動作のテストにはなっていません。 |
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