2017年5月20日土曜日

[PPTP]MICROE-506サウンドカードを使うテスト その1[WM8731]

drugscore様に紹介して頂いたサウンドカードMICROE-506なのですが、
RaspbianにWM8731のドライバがありソフトウェア的な導入が楽、かつレイテンシーもかなり速いのです。

が、そんなに甘くなかった!
毎度の事ながら電源周りの原因と思われますがノイズに悩む事になります。
ここの記事ではその実験結果と打開方法を模索するページです。

【ここまでのまとめ構成】

電源は結局USBでPi、GPIOでWM8731へ供給にしました。
これで電源供給が安定しました(他の方法は起動が不安定になる場合あり)。
うすーくドドドドとノイズ乗りますが、ギターの弦触るとノイズが落ちるので、
まぁ現状はいいかなと妥協しました。
どうしても気になるなら図の場所にパスコンかフェライトコア入れようかと思います。

また、プリアンプの抵抗を小さくしました。
手元にパーツが無いのですが、ピックアップの出力が大きいベース等に
汎用的に使えるようにするなら2連ボリュームを入れたほうがいいです(後述)。

市販品のノイズと比べるために
ZOOM U-22にギター直で録音したものと、
WM8731で録音したもの(既に増幅率を小さくしている)を比べてみたのですが
発見したことがあります。
前半はU-22の綺麗なハムバッカーのサウンド。
一方後半のWM8731は図の通りクリップ・歪んでいます。
調べてみるとWM8731のライン入力で音が歪んでいる模様。
意外と歪んでいました。
オーディオ設定で入力をツマミの半分にすればほぼ音割れしませんが、
ピックアップの出力ごとにオーディオ設定弄るのも煩雑なので
一般的なオーディオインターフェースに習い、WM8731のライン入力の手前に
2連ボリューム入れたいところです。

これでプリアンプ側はだいたいFIXかなと思います。
後はアンプ出力側の回路か。。




以下、まとめまでの実験内容
*************************************************************
【パターン1:とりあえず最小構成でサウンドカードを繋ぐ】
図の通り、サウンドカードをそのままRaspberry Piに接続します。
ラインインを使用しましたがノイズが小さい!オーディオクオリティ!
が、ギターを繋ぐにはマイク端子なりラインインなり、それなりにプリアンプが要るのですよ。。



【パターン2:電池供給のプリアンプ】
こんな感じでデュアルオペアンプをステレオで使いました。
オペアンプなんかLM386をスモーキーアンプ回路でしか使ったことないので
ずいぶん苦労しましたが、いかにもテンプレ的な回路で鳴りました。
増幅しすぎてちょっとだけ歪んでますが、おいおい改良しよう。。
なお、プリアンプ自体は元気のあるサウンドですよ!

図に書いてあるGNDを結線しない場合、相当ノイズが乗ります。
結線した場合、改善されます。どこか浮いてたGNDが繋がっていい感じになったんだろうか?
ただ、この状態でも少しだけサーッとノイズが乗ります。
Puredataを
adc~
|
dac~
直結させたパッチで若干ノイズが乗っているので改善したほうがよさそうです。



【パターン3:プリアンプの電源を主電源から取る】
さて、このパターンでハマりました。
凄まじいノイズが乗ります!

こちらの藤本先生のページはeVY1シールドの場合ですが、
ほぼこの動画と同種のドドドドドドドというノイズが、動画より酷い爆音で鳴ります。
ページの解説と私の書いた図を眺めてみますと、
GNDが直接繋がって輪っかを描いている訳ではないのですが、
プリアンプ→降圧キット→Raspberry Pi→サウンドカード→プリアンプ
で確かに輪っかを描いています。
これ、絶縁型DC/DCコンバータでもどうにもなりません。
→パターン4で解決しました。


【パターン4:プリアンプの電源を主電源から取る(GND接続)】

drugscore様より助言頂きまして、プリアンプのGNDが浮いているので
Raspberry Pi側のGNDに繋ぎました。
見事にドドドドのノイズが消えました!
USB5V_GND.wav
前半がGNDを繋いだ状態のサウンド、後半がGNDが浮いたドドドドのノイズです。
改善して良かった。。
ちなみに原因はわからなかったのですが、このドドドドのノイズ、
Piに給電するUSBケーブルによっても出るときと出ない時があります。
ただ、いずれにしてもGNDが浮くとサーッとノイズは多くなるので繋いだほうがいいです。


【パターン5:Piの給電をGPIO直にする】
GPIO_5V.wav
一部で行われているPiの給電をUSBからではなく、
GPIOの
Pin4・・・5V
Pin6・・・GND
より給電する方法を使いました。
・・・あまり変わらない?
もしくは微かにドドドドのノイズが出ています。
→簡易的な対処方法でフェライトコアをプリアンプの電源の直後
(図だと12V DDコンの直後)に入れるとドドドドのノイズが消えました。
ただし、全体的に聞こえるサーッというノイズは消えません。



【パターン6:Piの給電をGPIO直にする(パスコン追加)】
パターン5の降圧キット~PiのGPIO間の5V・GNDに並列に
0.1μFと220μFのパスコンを入れました。
結論、ほぼ効果無し。
USB_GPIO_GPIOpascon.wav
前半・・・降圧キット→USB給電(Pi内部にレギュレータあり)
中盤・・・降圧キット→GPIO直(Pi内部のレギュレータをショートカット)
後半・・・降圧キット→パスコン→GPIO直(Pi内部のレギュレータをショートカット) 
です。この2200μFパスコン→降圧キット自体、
粗悪なUSB電源アダプターよりはノイズ対策の効果がありますが
降圧キット以降は大して変化はありません。

※以下、今後試してみようと思う事。
・降圧キットから直で取っているので大きな容量のパスコンを入れる。
・プリアンプの増幅前後にフィルタを入れてみる。





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【番外編1:サウンドカードの電源を主電源から直で取る】
よく見るとDC/DCコンバータで3.3Vにして供給ですが。
この状態、サウンドカードはRaspbianで認識するのですが音が鳴りません。
正確には、サウンドカードまでは音が来て鳴るのですが、
Raspberry Piには音が来ていない状態のようです。
オーディオのプロパティにある
Output Mixer Line Bypassをオンにするとヘッドホン端子から音が聞こえるのですが、
Puredataで音がエフェクト加工できていないあたり、
Output Mixer Line Bypassはラインインの音をそのままヘッドホンにダイレクトモニタリング的に返す機能の模様です。
という事で、MICROEのサウンドカードでは今のところ
電源をRaspberry Piから取るしか手段はなさそうです。
でも他のWM8731使ったサウンドカードなら上手くいくのかもしれない。う~ん。。

※サウンドカードのGNDをPiに直結しましたが、やっぱり鳴らず。そんなに甘くなかった。



【番外編2:プリアンプの電源をPiから取る】
昇圧パーツが絶縁型DC/DCコンバータしか手持ちになかったので上記のようになっています。
効果は目に見えてあり、グラウンドループのドドドドのノイズは無くなりました!
ただし、ドドドドに比べればまだマシですが、
かなり大きなザーッというノイズは残ります。
これについては絶縁型DDコンはGNDが分離されているようなのですが、
DDコンの前後のGNDを繋いだほうが若干ノイズが和らぎます。

これはギターについての話で、実は上記構成でスマホのヘッドホン端子から繋ぐと
実用に耐えるノイズの少なさになります。
・・・ということはプリアンプがダメなのか?
ちょっとプリアンプを見直してみます。
→オペアンプの100kΩを22kΩに変更で入力レベルで音が歪むのを若干和らげます。
もっと小さい抵抗でもいいかも。

前述のザーッというノイズですがPuredataの簡易VUメーターでー50db程度なので
全く使えない訳ではない?ノイズゲート入れればもちろん気にはなりませんが、
やっぱりハイゲインで歪ませると気になりますか。。




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