車載できるBluetooth小型スピーカー 分解編2

DSairがBluetooth接続サウンド対応になったのを機会に、エレコム製の分解に続きアールダブリューシー製MBT-100を分解してみました。

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右のスピーカーは約23mmφ 中央の基板は24mm角 左はリチウムバッテリーで180mAhの容量があります。 中央の基板に、bluetooth受信機とリチウムバッテリー充放電管理機能が仕込まれています。
中央の基板の手前側の黒く塗ったプッシュスイッチの端子を短絡するとパワーが入ります。長押しするとペアリングモードになります。奥のスイッチはスマホのシャッター用なので、サウンド機能には関係ありません。
製品のままだと約28mmの立方体で、小型車両に搭載するには少し大きいので分解して車載しようと思います。
なお大型の車両なら製品のまま車内に搭載も可能だと思います。ただ充電やペアリングの度に取り出す必要があるので、一工夫必要だと思います。
なおメーカーにより分解は禁止されていますので、分解はおすすめできません。とくにリチウムバッテリーの回路を短絡させると発火する危険性があります。どうしても分解したい方は事故発生のリスクを十分認識した上で自己責任でおこなってください。

この製品メーカーのホームページからも消えており、製造終了のようですが、まだネットなどでは売られています。本来の販売価格は¥3000ぐらいのようですが、安売り店では¥1000以下で売られていることもあるようです。
MBT-100などのBluetooth小型スピーカーは、Nゲージへの車載は無理な大きさですが、16番/HOサイズなら搭載できるサイズなので、工作派のかたは車載にチャレンジされてもよいかと思います。

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KATOサウンドBOXを操作するDCCデコーダーをつくる(3)

モーターのないデコーダーではCV値を読み出すためには、トランジスタ出力回路と抵抗を付けて、電流をダミー消費する回路=CV ack回路が必要だということをYaasanさんに教えていただきました。
それで試行錯誤してこの回路を増設し、下図の抵抗値で作動しました。
DSmainに12Vアデプターを接続
Soundboxdecorder
なおゴタゴタ回路をイジっているときに、端子をショートさせてしまい、一台Nanoを昇天させてしまいました。
というわけで写真は二台目のものです。
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このデコーダー用のスケッチは下記リンクからダウンロードしてださい。
このスケッチは、アドレスの書き替えにも対応しています。
「SoundBox_DSDecoder02.zip」をダウンロード
なおこのスケッチはYaasanのスマイルデコーダーのスケッチとfujigayaさんのスケッチを合体させたものです。また新しいNMRAライブラリーへの対応は、なごでんさんのMP3デコーダーのスケッチを参考にさせていただきました。
バグ指摘やご意見・ご指導はコメントでお願いします。
※余分
これでMRCのサウンドオンリーデコーダーは、モーターデコーダーを並列につながないとCV値の書き替えができない理由は、このサウンドオンリーデコーダーにはCV ackに相当する回路がついていないからだということがわかりました。

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KATOサウンドBOXを操作するDCCデコーダーをつくる(2)

このデコーダーですが、私のDSMain5.0(アップグレード済)で書き込むと、DSMainの表示は書き込みエラーになってしまいますが、CV値の変更はできています。読み出しもエラーになってしまいます。このデコーダーはモーターデコーダーベースなのである程度消費電力がないと、DSMainが読み出せないのかと思って、VINとGNDの間に100Ωの抵抗を仮に接続して書き込みを試してみましたが、効果はないようです。
もう少し原因考えてみます。

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KATOサウンドBOXを操作するDCCデコーダーをつくる(1)

fujigayaさんのKATOサウンドBOXをDesktopStationアプリで操作するスケッチを、Arduino Nanoを使ってDCCデコーダー化してみました。

20181101_21_39_50 基板の裏面にブリッジダイオードをつけています。
シリアルポートには、シリアルモニターで動作確認するためにUSB接続していますが、もちろんこれは接続しなくても動作します。
実体回路図は下図のとおりです。
回路図に誤りがありました。下図のように修正します。

Yaasanのスマイルデコーダーのスケッチとfujigayaさんのスケッチを合体させてスケッチを書いてみました。
今のところアドレスは3固定です。
あまりきれいなコードではありませんが、ご参考のためスケッチを公開します。
SoundBox_DSDecoder01.zipをダウンロード

これをDSairにつなぐと、スマホやタブレットからサウンドボックス操作できます。

コメントお待ちしております。

☆11/2追記
昨日アップした回路図一部誤り(D2とダイオードの接続)がありました。修正します。
Sounbox_decorder3
またブリッジダイオードの後のVINとGNDの間に47μFもしくは100μFの電解コンデンサー入れたほうが回路が安定するそうです。
ご指摘いただきましたYaasanさま ありがとうございました。

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KATOサウンドBOXをDSairで操作する  通信手順が解明されました

フジガヤさんが、KATOサウンドBOXの通信ポートの通信手順の解析に成功されたようです。
ArduinoにパソコンのDesktopStationアプリをつないで操作できるようにされました。
Kato SoundBoxをArduinoで操作する その1
Kato SoundBoxをArduinoで操作する その2
Kato SoundBoxをArduinoで操作する その3
Kato SoundBoxをArduinoで操作する その4
Kato SoundBoxをArduinoで操作する その5
Kato SoundBoxをArduinoで操作する その6

というわけで、完成直前だったjump端子利用のコントローラーデコーダーのプロジェクトは、しばらくお蔵入りとなりそうです。
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早速ブレッドボード上でフジガヤさんの回路を組んでみました。
私は手持ちの抵抗のR1(2.7kΩ)R2(1.5kΩ)とで分圧して、D端子電圧は3.1Vになっています。通信ポートのコネクタは、ANAの機内でお持ち帰り自由で配っている機内用イヤホンを切って使いました。
フジガヤさんのブログからダウンロードしたスケッチを使って手持ちの蒸機用サウンドが問題なく動きました。

フジガヤさんのスケッチを改変させていただいただいて、DSairからの制御や KATOサウンドBOX操作専用デコーダーなども考えられると思います。

今回の製作でDAコンバーターやオペアンプの回路設計や使い方のノウハウがかなり得られたので、徒労に終わったとは思っていません。

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KATOサウンドBOXをDSairで操作する(続々)

ブレッドボードで組んでいた回路をユニバーサル基板上に組みました。
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真ん中が、Aruduino Nano(中華製互換品)で、左が倍圧整流回路、DAコンバーターMCP4726(0-5v)と12V電圧増幅用オペパンプ、右がKATOサウンドBOXのファンクションボタン動作用のリードリレーです。

DCCの電圧が12Vでは、OPアンプからのDC出力が±10V程度しかでないのでDCC電圧を15Vにします。
そのためNano搭載のLDOの規格(12V)外となるため、別に5V電源用に三端子レギュレーターを取付けました。


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汽笛について(3) サンプリング音の加工

その後 メールなどでたくさんのご意見いただきました。
汽笛の音の周波数も鳴っている間、ずっと変化していくのではなく、最初蒸気で笛を吹き始めてから安定するまでの間は音が不安定で周波数も変化するが、ある程度時間が経って安定すると変化しなくなるのではないか。また最初の不安定な間の音色が汽笛のイメージとって大きいのではないか!ということでした。
というわけでD51の汽笛の最初の部分に真ん中の安定した部分と後半の音をつないで、長く鳴ったように合成してみました。
ソフトはマックのAudacityを使いました。縦の黒線がつないだ場所です。
51adu

実際の加工した音はここをクリックです。

汽笛の吹鳴時間は、オリジナルの6秒から12秒と二倍になっています。
やはり合成音より実物っぽく聞こえます。

汽笛音はシンセサイザー合成より、サンプリング音を加工した音源をメモリに入れて、ボリュームを調整して鳴らすのがよさそうな気がしてきました。


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汽笛について(2)   音階と周波数

汽笛音を合成しようと思うとまずその音階を知らねば、話がはじまりません。

そこで知り合いの音楽家Tさんにご相談させていただいたところ、音楽をされている物理専門家のI先生をご紹介いただきました。
その方にスペクトラムアナライザーで汽笛音のパワースペクトルのピーク周波数をみれば、含まれてている音階がわかるということを教えていただきました。
スペクトラムアナラーザーといっても、特殊な機器をつかわなくても普通のパソコン上で動くソフトがあります。
今回はefuさんのフリーウェア WaveSpectra を使わせていただきました。
http://efu.jp.net/soft/ws/ws.html

これをつかって、youtubueの汽笛音ビデオ
SL蒸気機関車 音量注意! 圧巻の汽笛集 Steam locomotive whistle Collection
から サウンドトラックのみを dirpyというサイトで、mp3ファイルにダウンロードしました。
https://dirpy.com/
参考 https://allabout.co.jp/gm/gc/475872/
これからocenaudioというサウンドファイル編集のフリーソフトを使って最初のD51の汽笛の部分を切り出してwavファイルに変換して、
 WaveSpectraで音のパワースペクトルをみたのが下図です
51
これでみると、5つのパワースペクトルの山があるので、D51の汽笛は5音室で五和音だったというのにも一致します。
近似した音階ということになると
370Hz(F#4) 440Hz(A4) 570Hz(C5) 622Hz(D#5) 740Hz(F#5)
ということになります。 ここを参考にしました。
これをやはりefuさんのWaveGeneというテスト信号発生ソフトで合成してみました。
この5周波数の正弦波にホワイトノイズをくわえています
D51汽笛の合成音(1)
ただこれではまだ実物音っぽくありません。
周波数スペクトルをみると高周波域の音もたくさん含まれているので、もう少し高い周波数の音を足したのが次のファイルです。
D51汽笛の合成音(2)
まあ多少マシにはなったと思いますが、まだ実物の音とは違います。

実感もとめるなら、やはり実物のサンプリング音使うしかないと思いますが、自分の思うようにレバースイッチで鳴らそうとすると合成音つかわざるをえないので、その点は割り切るしかないと思います。

私も音楽や音響学の専門家ではありませんので、音に関して見識ある方のコメントお待ちしております。


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汽笛について(1)

汽笛音も合成しようと思っていろいろとやっていますが、YMZ294で出せるような方形波の合成では、汽笛のような音色をだすのはむずかいしそうです。
汽笛と同じ原理の、リコーダー(楽器の笛)から出る音は ほぼ純粋な一定周波数の正弦波らしいです。というわけで、汽笛を合成するならいくつかの周波数の正弦波を合成すればそれらしい音になりそうです。
また汽笛は鳴っている途中で多少周波数が変化しているとのことです。
これは操作する汽笛の引棒の微妙は引き加減の操作のためなのか、高温蒸気で笛吹くため温度で汽笛の笛の特性が変わるためなのか、いろいろ原因はあるようです。
出力にローパフフィルターかけるか、正弦波を出せるサウンドICもあるようなので検討してみます。
アドバイスいただきました音楽家TさんとIさんに深く御礼申し上げます。

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合成ブラスト音について

この週末は上京して、軽便祭にいくつもりでしたが、台風のため中止せざるをえませんでした。
午後は飛行機も東海道山陽新幹線もすべて止まったようなので、行かなくてよかったと思いました。

今日はサウンドシステムのブラスト音などの効果音について検討していました。
最初は、TIのSN76477というサウンドICを使おうと思っていたのですが、実際触ってみるとなかなか思うような音が出せませんでした。結局ストックしていたヤマハのYMZ294という音源ICを使うことにしました。
ブラスト音はツェナーダイオードを使ったホワイトノイズ音源も考えたのですが、音がキツく感じたので、このICの疑似ランダムノイズ発生回路のほうが心地よい音になりました。エンベロープ機能もついているので、音の減衰効果が得られるのもよいです。
とはいっても実物のブラスト音とは少し感じが違いますね。
ただ合成音だと、カットオフなど、音の操作が自由になるので、自分はその方がメリットがあると考えています。
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まだブレッドボード上の仮組み状態です。
以前作った動輪コンタクト検出回路につないで、なんとか機関車の速度にあわせて手もとのスピーカ-からブラスト音がでることころまでたどり着きました。
汽笛もこの音源でいろいろトライしたのですが、難しいですね。数種類の方形波を組み合わせて、実感的な汽笛音をつくるのはなかなか難しいようです。音楽に詳しい人に相談してなんとかしようと思います。

汽笛は実感的ということでは実物のサンプリング音がよいですが、自由に鳴らせるいうことなら合成音しかないと思います。優劣はつけがたいので今回は両方対応しようと思います。
ちなみにPBLのフォアグランドサウンドシステムも両方鳴らせたようです。

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