1月30日に発売された「ラジオ受信バイブル2024」に「FM受信用フォークヘンテナ の製作」という記事を書きました。

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FM放送を良い状態で受信するには、外部アンテナを使用する事が有効です。しかし昨今の温暖化による大型台風の増加などの厳しい気象条件を見るに、屋外に高性能な大型アンテナを設置することは倒壊などのリスクが懸念されます。

そこで気軽にベランダなどに設置できて、台風の時などは簡単に撤収できたり、または室内に設置してホイップや簡易フィーダーアンテナを上回る受信性能が得られるようなアンテナは無いものか?

ということで着目したのが、アマチュア無線用アンテナとして定評のあるヘンテナを半分に切って小型化した「フォークヘンテナ 」です。

当方は少年時代にアマチュア無線を始めましたが、最初は50MHz:6mバンドで入門しました。その頃ちょうどこのヘンテナが50MHz用アンテナとしてブームになり、自作して試してみたのですが、噂に違わぬ性能に驚いたことをよく覚えています。今回FM用の受信アンテナを検討する際、「そういえばヘンテナってあったよな?」と当時の記憶が蘇って来ました。フォークヘンテナ はこのヘンテナの変形型で、外観がフォークのように見えることからこの名前が付けられています。

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下の写真が室内に設置したフォークヘンテナ で、長さ90cm、幅60cmの大きさになります。重量は350gと非常に軽量で壁面にも簡単に設置できます。

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ヘンテナ系のアンテナは給電エレメントを上下させて周波数のマッチングを取ります。簡単に調整移動や取り外しができるように接続部にテイシン電機の大電流用の充電クリップ:C-531S-4Bを使用してみました。

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これにより調整が簡単に行え、またすぐに分解できて釣竿ケースなどにコンパクトに収納できるので移動運用にも最適です。

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今回このアンテナの調整、性能評価にnano VNA(ベクトル・ネットワーク・アナライザー)をフル活用しました。VNAではS11、SWRやインピーダンスを周波数スイープして測定できます。これにより各周波数の最適な給電エレメント位置を簡単に見つける事が可能になります。

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VNAによる評価では、まずこのフォークヘンテナがインピーダンス75Ω系である事を確認しました。これはFMチューナーが75Ω入力であることから好都合です。しかしVNAは50Ω系の測定器なので、50/75Ω変換器を自作し、75Ωの終端器でキャリブレーションを行い最終的な評価を行いました。

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記事では給電エレメント位置と最適周波数、SWR値のグラフを掲載していますので、VNAをお持ちでない方でもこのグラフで給電エレメントの最適位置を確認できます。

最後に過去に評価を行った、4エレ八木、ダイポール、室内フィード、ホイップアンテナとの受信性能比較を行った結果をまとめています。今回作成したフォークヘンテナはこれらのアンテナと比べて、非常に良好な結果が得られています。ご興味のある方はぜひ記事をご確認頂ければと思います。

バイブル記事

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最近Youtubeのオーディオ自作界隈で話題なのが、自作派の友:秋月電子の「広帯域用スピーカーユニット10cm 8Ω 10W」です。

https://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-18081/

これは日本の北日本音響のフルレンジスピーカユニットで、なんと価格が1個:330円で販売されています。ただフレームはペラペラの鉄板で、マグネットも小さく、こんなんでまともな音が出るのか?という見た目ですが、これが驚く事に他社の高級ユニットに勝るとも劣らない良音質をたたき出します。

(参考動画:宮甚商店)
https://youtu.be/D9Dm0LMRK6s?si=0Th_eO-YQnGkH9M1

ラジオ用のスピーカーとしても良さそうなんで、秋月に行ったついでに2個買っておきました。それで作ってみたのが写真の黒い箱のスピーカー「HORATONE」です。

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オーディオ好きまたは音楽制作関連の方はご存知かもしれませんが、スタジオのモニターで有名な「AURATONE」というスピーカがあります。当方の知人が愛用していて音を聞かせてもらったことがあるのですが、非常に定位・バランスや鳴りが良くて驚きました。

 auratone-5c-passive-black-pairのコピー1

https://umbrella-company.jp/products/5c-super-sound-cube/

ということでこの秋月ユニットを使って作製したのが、世界の名器オーラトーンのパチモノ:ホーラトーンです。

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ラテン系ヨーロッパ言語では、「H」の音は発音しません。例えば車やサッカー選手の「HONDA」は「オンダ」と発音します。ということで、HORATONEは「(ホ)オーラトーン」と発音していただければ幸いですヽ(^o^)丿
もちろんパチモノということで、日本語の「ホラ」にもひっかけています。

実は当方は木工が大の苦手で、木材を正確に切ったり貼ったりするのが全くだめだめです。ということで今回はカインズで見つけたKumimoku Sukittoという木箱をスピーカーボックスに利用してみました。14cm x 14cm x 15.2cmのキューブ状で、そこそこ板厚もあり、木目もきれいです。そして価格も1個598円と非常にリーズナブルです。これにMDFのバッフル版を前面から取り付けています。実はこの穴あきバッフル版も既製品でこの箱にぴったりハマります。

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バッフル版の固定方法は接着ではなく、スピーカーユニットの固定ネジにねじ切り型のスペーサーを取り付け、4mmの長尺ネジ(12cm)で背面から固定しています。これで組み立て後の分解も可能にしています。

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もう一つ苦手なのが塗装なのですが、同じカインズで売っていた「Kumimoku 筆のいらないステインカラーズ エボニーブラック」を使ってみました。ちょうどこの木箱の塗装用に作られていて、ヤマトのりみたいな感じで筆なしで塗装できます。498円の1本でスピーカーボックス2台分余裕で塗装できました。

ということで、HORATONEの楕円形のラベルをパワポで作って両面テープで貼り付けて完成です。塗装が乾く時間をとっても工作は1日で完了しました。

オーラトーンの本物の価格は1台33,000円ですが、ホーラトーンは1台の部品代概算で、約2500円と1/13以下のお値段となります。

では実際の音はどうなんでしょうか? 単なる主観になりますが結構いい線いってると思います。

やはりとても330円のユニットの音には聴こえない、噂どうりの実力で驚きました

学生のころから、電子部品を調達するために頻繁に秋葉原に出向いていたのですが、コロナ以降ほとんど通販ですますことが多くなって、実店舗に足を運ぶ機会は以前より少なくなってしまいました。(交通費より送料の方が安いし)
しかしやはり現物を手に取って形状や状態を確認したり、思わぬ掘り出し物に出会ったりするワクワク感は、現地に実際に足を運ばなければ得られないものです。

秋葉原に行ったら必ず訪れるのが「秋月電子」で、6月に2Fにもフロアーが拡張されたのですが、ここに「掘り出し物コーナー」というのがあります。そこで見つけたのが「ボッシュ製総合環境センサBME680を使用したセンサモジュール」です。これは現用品は1320円で普通に販売されているものですが、なぜか1個だけ300円で出ていて即Getしました。特に不良品でも無いようで、早速動作させ、まともなデータが得られることを確認しました。

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BME680は気温、湿度、気圧が1つで測定できるマルチセンサーですが、加えて「ガス(有機溶剤、アルコール等)濃度」の測定をサポートしています。テストでArduinoのライブラリーからこのガス濃度を取ってみると「GAS = xxxkΩ」という値で出てきて、いったいこれが何を示しているのか?さっぱりわかりません。

そこでボッシュ社のサイトをチェックすると、BSEC(Bosch Sensortec Environmental Cluster )というライブラリーがサポートされていて、これを利用すると上記のGAS値をIAQ(Index for Air Quality)やCO2濃度に変換してくれるのです。そしてなんとBSECはArduinoをサポートしていて、ライブラリーマネージャーから簡単にインストールして利用できます。

https://github.com/BoschSensortec/BSEC-Arduino-library

実際試してみるとこのライブラリーを利用できるプロセッサーは非常に限定されていて、最近よく使っているXIAOのESP32C3などではコンパイルエラーが出て使用できません。いろいろ試して「ESP32 Dev Module」で確実に動作することがわかりました。早速ブレッドボードで組んで、linuxサーバーにデータを送ってGrafanaで表示させてみました。

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iaq

IAQは写真のTable4のような定義になっていて、空気の汚れ具合を数値で確認することができます。CO2の値はほとんどこのIAQにリンクしているように見えますが、一応ppm値で出てきます。別にCO2モニターを持っているので比較すると、値の絶対値は目安程度?に考えた方が良いようです。

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このBSECライブラリーはソフトウェアの後処理で換算値を算出するので、よくセンサーモニターでやる一定周期で測定して休止期間中にスリープさせてバッテリー駆動させるような使い方はできません。そのため電源を常時つないでおく必要があります。

CO2 gas

今回掘り出し物でたまたま300円で調達できてラッキーでしたが、普通に購入しても価値のある非常に面白いセンサーです。
あとこれの別機種の新製品でBME688というのが出ていて、これはなんと匂い成分のAIプロファイリングをサポートしています。

https://www.bosch-sensortec.com/…/gas-sensors/bme688/

例ではエスプレッソコーヒー豆とドリップ用コーヒー豆の匂い成分の違いをBME AI-Studioでモデリングしています。

https://youtu.be/4vdliMRtxBY?si=4A4DEWqV4ra1i-1S

コーヒー紅茶好きとしては、非常に興味深いので是非試してみたくなりました。

ということで、やはり実際に店舗やコンサートや講習会などに足を運ぶことで、意外な出会いや情報を得ることができるということを実感した、という次第であります。

家庭内のセンサー、環境モニターの測定データ送信先を順次Raspberry pi 3+のUbuntuサーバへ移行していますが、懸案であった「家庭内・消費電力モニター」の改版・移行作業が完了しました。これは2016年に作成したものですが、ラズパイA+を使用してレンタルサーバーにデータ送信し、自前のPHPプログラムでグラフ化していました。

これを宅内LinuxサーバーのGrafanaでグラフ表示させるように改版するわけですが、なにせ7年も前にpython2で作ったシステムなので、この際一気に最新の環境にアップデートしてみました。

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まずラズパイOSを最新版にしたところ、今まで使っていたUSB/Wifiアダプターが認識されなくなりました。どうもチップが古いようで、ドライバーを探すのも面倒なので手持ちのラズパイZero 2Wに載せ換えました。

python2で書いたプログラムは、移行環境ではそのまま動作しなかったので、こちらも最新のpython3に書き換えました。python3だとThonnyも使えるし。同じpythonという名前ですが、2と3ではかなり変更点が多く、特にライブラリー関係で互換性のないものが多数あるので非常に厄介です。

このシステムでは、電流センサーの出力電圧を読むA/DコンバーターにMCP3002というチップを使っており、ラズパイとはSPIで接続されます。python2のSPIライブラリーは「py-spidev」というものを使用していたのですが、これがなぜかpython3環境だとMCP3002からデータを取ってきません。特にエラーも出ないし、デバックする元気もないので「gpiozero」ライブラリを使用してみました。

https://gpiozero.readthedocs.io/en/latest/api_spi.html

当方はこれを初めて使ったのですが、なんとSPIライブラリでMCP3002を直接指定でき、データの取得も非常に楽です。全く問題なく電圧測定・読み取りできました。

次にサーバーに接続するhttpのライブラリですが、python2では「urllib/urllib2」を使用していました。しかしこちらはpython3ではサポートされないので、使い慣れた「requests」に変更しました。

あとサーバー側ではhttp/POSTで受信したデータをデータベース:mysqlに格納するPHPプログラムを作成し、データベースを設定します。測定データがデータベースに格納されることが確認できれば、後はGrafanaでグラフ表示・可視化を行います。

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Grafanaではmin/max/aveのほか、積算値(Total)の表示ができるので、任意の期間で総消費電力の表示が可能です。(例えば1日とか1ヶ月など、秒単位で指定可能)

これで電力会社の請求書との比較が簡単に行えます。もっと複雑な計算がしたければSQLでプログラムすることも可能で、Grafanaのフレキシビリティーの高さは圧倒的です。

今回懸案のシステム移行が完了し、色々面倒はありましたがとても気分がスッキリしました。

現在自宅ではRaspberry pi3 B+をSSDでWebサーバー化して、気象ステーション2号機のデータ蓄積サーバーとして稼働させています。
SSDはmac bookより外して余っていた120GBのものをUSBケースに入れてラズパイに接続しています。
OSは使い慣れたUbuntu系で、piのARM系CPUをサポートしている軽量ディストリ・Ubuntu mateをインストール。pi 3のパフォーマンス&メモリ1GだとGUIを動かすのは無謀なところですが、SSDにしたことでオペレーションだけなら普通に使えました。
非常に順調なので宅内に設置しているセンサー類を全てこのpi3にデータ集約することにしました。

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まず、各部屋に設置している環境ロガーと放射能測定器をこのサーバーにデータ送信するようプログラムの書き換えを行い、サーバー側のPHP作成、データベースエントリー、Grafanaの設定を行なっていきます。これらを作ったのは2017年で6年も前なので、今の開発環境でコンパイルするとエラー出まくりでちょっと手間取りましたが無事完了しました。

放射線レベル移動平均

前はグラフ表示をPHPで自前で書いていたのですが、Grafanaのフレキシビリティーの高さに今更ながら圧倒されました。特にSQL文でデータを加工できるので、放射能測定結果に移動平均を計算して表示させることが非常に楽に実現できました。もっと早くSQL+Grafanaに移行すればよかった。いままでSQLをプログラミング言語として認識・作成することはなかったのですが、非常に便利なのでもう少し文法などを学習してみたいと思います。

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あと、電力消費測定システムと、PM2.5のセンサー、赤外・紫外線測定システムが残っているので順次追加して行こうかと思いますが、電力消費測定システムはpython2.0で書いていて、もう化石のようになっているのでこの際python3かC++に作り替えたほうが良さそうです。

本日8月29日発売の日本唯一のラジオ専門誌「ラジオマニア2023」に、「Chat GPTが教えてくれた〜Philips TEA5767を使用したFMステレオチューナーの製作」という自作記事を書きました。

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この記事のきっかけは、Chat GPTに「DSPラジオチップで音質の良いものはどれでしょうか?」という質問を投げたことから始まりました。Chat GPTからは3つのおすすめチップを紹介され、その中の一つがPhilips社のTEA5767でした。

当方はPhilips社のLHH500というCDプレーヤーをもう30年以上も愛用しています。またPhilipsはクラシックの名門レーベルで、バロック音楽でも数々の高音質でマニアックなリリースを行っています。(レオンハルト、ブリュッヘン、コープマン等々) そんなこともあって当方はPhilips社の製品には特別な思い入れがあり、その「ヨーロピアン・サウンド」ともいえる高品位でまろやかな再生音質の大ファンなのであります。

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そんなPhilips社が開発したFMラジオチップTE5767ですが、今まで全くその存在を知らず、完全にノーマークでした。Philips製というだけで否が応でも期待が高まります。早速調査を開始しその音質と機能を確認するために、FMチューナーを作製してみました。

TE5767はコントローラーからI2C等でコマンド制御するタイプのICで、RFからステレオ・オーディオ出力までを1チップでサポートしています。実はChat GPTの回答では本チップはDSP構成としていましたが、RFからAFの信号処理は全てアナログで行われていました。当方はアナログ構成の方が好みですし、デジタル制御可能なアナログチップということで、むしろ願ったり叶ったりです。

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記事ではハードウェアの作製方法とSeeeduino XIAO SAMD21コントローラーのプログラム(Arduino C++)の解説をしています。最後にDSPタイプの代表格である、Si473xシリーズとの再生音比較を行っています。

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はたして当方が大ファンであるPhilips社製チップのサウンドはいかに? またChat GPTの判断はどうだったのか? 結果はぜひ記事をご覧いただければと思います。

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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/

 

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