オーデオテスラコイル

こんにちは、Operaです。

最近は一般的な大学とは位相の遅れた夏休みをエンジョイしていてインターンに行ったりダラダラしたりアニメ見たりゲームしたり秋葉で拾ってきたテレビを直したり...

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背板が二枚あり大きい方がディスプレイ本体・バックライト点灯を担当しており、小さい方が液晶制御を担当している。カオス

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ジャンカーなら違うサイズのテレビを買ってきてニコイチするぐらい簡単だよね!!あとはテレビ置くためにお部屋整理したり

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園芸用だかの網を道具置きにすると網をペンチで加工することで引っ掛けられて非常に便利
なんてことをしても驚くべきことに時間が有り余ってしまい久しぶりにテスラコイルをいじっていたのでそれについての記事を書いてみようと思います。

テスラコイルと言っても、別にテスラコイル自体がメインではなく音声信号用インタラプタがメインです。
20kHzで音声信号をPWM信号に変換し、それでテスラコイルに変調をかけることでテスラコイルをスピーカーにしてやろうという目論見。

というわけで適当にブレボに回路を組んでF401RE Nucleoを使いテストしてみたところ、しっかりと動いてくれました。
音声信号をADCしてPWM出力に変換するという単純なものです。D級アンプの信号変換部分みたいな感じ。

まあうまいこと動くのは分かったのでユニ基に移してコスト上の理由からマイコンをLPC1114に変えてみたところ...

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ADCの性能が悪いのか音質が劇的に悪化してしまいました。STM32F401とLPC1114にはチップ単価にして10倍近くの価格差がありますがその差は単に処理性能だけってわけでもないそうです。
さすがに周波数のずれたAMラジオのような音質ではとてもじゃないがお話にはならないので最終的にケースの中にマイコンボードを押しこむという暴挙に。

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突然の仕様変更なのでかつてのICソケットから導線を生やす感じになってます。

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ほんじゃここらで動作動画でも。



しっかりと音楽が聞こえるので僕らは目指した感じになってますね。スマホで撮影したので音質が悪いですが体感としてはAMラジオ程度の音質は出ています。ただこれはPWM出力をそのまんまスピーカに突っ込んだだけなんで実際のテスラコイルでの音質とは違うますがね。
サンプリング周波数が20kHzで、HPFとして2kHzのCRフィルタをかましてるので帯域幅はかなり狭めです。とはいえ2kHzったってアナログフィルタはそんなに出来が良くないので実際は低周波の音声も拾えます。
わざわざHPFを入れている理由はノイズが入ってしまうせいです、これに関しては原因が良う分からんのでさっぱり。あなろぐはむずかしいなぁ。
ちなみにこちらのインタラプタにはオーディオインタラプタとしての機能だけでなく通常の可変Duty可変周波数のインタラプタとしての機能も実装されています。なんでもこなしちゃう万能型なのですね。

とりあえずオーディオインタラプタが完成したので次はSSTC Mk.IIIの話に移ろうかと。
まずはSteve大先生のMini SSTCをだいたい丸パクリして制御回路とハーフブリッジ回路を組みました。

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あらまぁなんとも雑な構成で。一応制御回路のアンテナフィードバック部分には20kHzほどのHPFがかかっています。テスラコイルの共振周波数を考えると本当はもう少しばかり高い周波数でかけても問題ないのですが、位相遅れの問題でこの程度に抑えています。
信号をフィードバックする回路での位相遅れは致命的な動作不良の原因となりかねませんので気をつけねばなりません。
また、制御回路のGDT駆動用のICはデッドタイムなしで数百kHzの信号をスイッチングするため非常にホットになるため熱伝導シールを使ってヒートシンクを貼っつけています。

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これあるとないじゃだいぶ変わるんで発熱するIC持ってる人は熱伝導シール貼っておくだけでも冷えるんでおすすめです。
あとは二年前に作ったSSTC試作初号機(だったっけな?)に使っていた電源を改修してノイズフィルタを入れました。

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当時入れてなかったの高調波的にあかんかったことは秘密です。

んで回路はできたんで次はコイル系を。

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安定の塩ビ管にUEW。キャスター使ってコイル回す手動コイル巻き機は圧倒的なコスパでホント有能だからオススメ。

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一時間ほどせっせと巻いていたら巻き終わりました。あとは塩ビ管をぶった切って上にトロイドとしてアルミボウル乗っけて適当に一次コイルをIV線ででっち上げて接続すれば完成。

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以上サルでも作れるテスラコイル講座でした。もう慣れっこの回路なんで作るのは数日程度で終わりました。

それで最終的な動作テスト動画がこちらです。



ここには音楽がちゃんとある(音量はない)。一次コイルを適当に作りすぎたせいか放電距離と音量が出ないんですよねー、インタラプタの周波数が高いのも問題の一つのようです。後者に関してはどうにもならないですが一次コイルの改良は近いうちにやる予定です。
音としてはスピーカーとして十分聞き取れるレベルの音質で動いているのでひとまず成功ですが音量が上がらないと厳しいなぁと思います。
おまけで燃やしたのに関しては色々と事故があったからですが人為的ミスなので回路自体に問題はなさそうです。

まあそんなこんなでテスラコイルの放電でもスピーカーはできますよと。ただ現状の放電距離ではFBTスピーカなんかに負けてしまっているのでもう少しばかり放電してくれないとテスラコイルであるメリットがないですね。

とりあえずの試作は出来たので今後改良できたら良いなと思います。こちらのインタラプタを使用した場合に発生しうる問題は特に無いので、他のSSTCにも使えそうです。
文化祭もありますし、マルチコプターの部品も注文したのでそっちの方もそろそろ蒼穹へと翔び立ちたいなぁと思います。Li-poで爆発オチは勘弁で。ではまた今度。
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プロフィール

おぺら

Author:おぺら
強電から弱電まで狭く浅くやっています。
強電:コイルガン(充電&発射部)、テスラコイル
弱電:コイルガン(制御)、鉄道模型版PRC&CTC、マルチコプター
最近はエンジン回して遊んでいます。

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