豊橋工業高校　模型部
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客車への音声送信方法についての研究

なぜ送信方法の変更を考えているか

  • 現在使用されているFM波による音声送信には次のような問題点がある。
    • FMなのでアナログ波。
      • 外的影響を受けやすい
      • 客車側の受信性能が悪いため下手なスマートフォンよりも受信感度が悪く、また向上させるのも中々困難。
  • これらのことから、次期送信方法の検討を始めた。費用は現在のFM送信の際にかかったコストと同等に抑えることを目標にしている。

  • またスピーカーユニットも問題があった
    • 現在出力が2W、以前のまだマトモだった時はもっと出力が大きい。（先輩に確認済み）
      • そのため出力の（許容入力の）大きいスピーカーユニットに交換する

  • さらに客車の設計にも問題があった。（先輩に確認済み）が改善は困難なため今回は見送る
    • バスレフ方式でなく密閉式なため客車の場合、特性があまり良くない。ただポートをつけると空気を吸い込むため影響を考え回路で補正する。

  • 以上のことから今回は抜本的に変更を行う。


進行状況記録(最近数件のみ)

  • 2013-2014 構成検討 テスト
  • 2014/02/02 ほぼ構成確定。あとはエンクロージャ設計
  • 2014/02/04 エンクロージャー仮設計。バスレフ方式にできなさそうなので密閉でシミュレートした結果、低域が残念なのでベースブースト回路も作成するか否か検討。
  • 2014/03 許可が降りたため4月の部費等にて購入予定。文章修正、諸項目追加。
  • 2014/04中旬 注文
  • 2014/5/26 届かない 約一ヶ月
  • 2014/6/16 一部届いた
  • 2014/06/17 製作開始
  • 2014/07/04 USB-DAC LPF D-classAMP 基板完成
  • 2014/07/08 動作テスト USB-DAC右チャンネルに問題が
  • 2014/07/11 全基板完動
  • 2014/07/14 もうRaspberian諦めた（）Arch-Linuxを使う
  • 2014/09/27 紆余曲折を経て音声をネットワーク越しで再生することに成功。あとはハード面のみ

現在の構想

  • ubuntu上でwineを利用しkbsoundを実行、そこで再生された音声をPulseAudioでストリーミング配信し、Raspberry Pi上のLinuxで受信する。
    なお、Raspberry Piとルーター間はIEEE802.11nの150Mbps(GW-450 KATANAの仕様)で通信し、PCとルーター間は有線LANで接続する。
  • スピーカーアンプはアナログアンプの放熱が大変なためD級を使用する

費用）

  • これは確定

  • Raspberry Pi Model B 512MB \2950
    • RSコンポネーツでもAmazonでもスイッチサイエンスでも買える
    • 内蔵センサでSoCの温度監視が出来、外部センサも使えるため拡張性がある。

  • 部室のルーター \0
    • PLANEX製のアレ

  • GW-450D KATANA \2600
    • PLANEX製 放熱が厳しいため分解して使用する
    • 無線LAN子機としてはトップクラスのアンテナゲイン、ただ速度はルータと子機の仕様上150Mbpsとなる

  • FOSTEX P1000k x2 \1164 x2 = \2328
    • FOSTEX製
    • スピーカーユニット。現在のユニットは2.5Wでアレなため増強。


  • 計 7878

  • ベストの組み合わせを模索中。現時点（2014/02/02）ではこの構成

  • USB-DAC AKI.DAC-U2704 REV.C 1700円（改造する
    • 秋月製
    • 定番のバーブラウン社USB-DACのPCM2704を使用したキット。
    • ローパスフィルタ（47μx2 10kΩx2 100Ωx2 0.022μF x2 0.0047μF x2 390Ω x2)を追加する。又インピーダンスを落とす等のためのコンデンサ交換（低ESR 220μF ｘ3 1000μF）

  • アンプ DAMP-3120NW 3700円
    • 共立電子製
    • TI社D級パワーアンプのTPA3123D2を使用したキット。ICは最新のTI社のものでは無いが、制作事例が多いため選択。ヒートシンクなしで20W出力ができる。

  • 計 7878+1700+3700＝13278円+α



環境メモ

  • Ubuntu12.04 LTS 3.2.0-58 generic-pae
  • 導入pkg Wine 1.7.1.1
  • 設定etc xorg.conf 手動作成によりradeonドライバ使用、pulseaudio設定ファイル編集
    • Intel Speed Stepオンだと起動できないためBIOSでオフに（LC700の場合


  • Raspberry Pi Model B
    • Raspbian


ToDoリスト(2014/08/02現在)


  • RasPi
    • ヒートシンク及び冷却ファンを取り付ける
    • IP固定

  • DAMP-3120NW
    • しっかりした電源用配線をつくる

  • USB-DAC
    • LPF配線変更

  • PC
    • IP固定

  • other
    • USB供給用のDC-DCの制作（2Aは欲しい所）
    • しっかりしたシールドのあるスピーカーケーブル等
    • 保護回路系

製作録

  • 2014/06/17

  • 届いてる部品を使って制作を始めた。

  • 秋月USB-DACを一部制作。なんか全部FineGoldなのはたまたま。コンデンサ選びは計画的に。
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  • Raspberry Piセットアップ
    • ＼ﾄﾞﾝ／
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    • ほんとに手のひらサイズ
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    • 手持ちの16GB Class10 SDHCを使用してRaspberianをセットアップ。
    • 初期設定～
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  • 使用する無線LAN子機
    • ＼ﾄﾞﾝ／
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    • で か い
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  • Raspberry PiのUSBの出力がシビアな事が判明したため、外部電力供給可能なUSBハブを利用して、極力RasPiに負荷を掛けないようにする予定。
    • 無線LAN子機を刺した瞬間リブート・・・

  • ※秋月DACの搭載するコンデンサ等をweb上の先人様の情報に従い変更しています。ありがとうございます。URL


  • 2014/07/04

  • D級アンプキットが届いたようなので、組み立てた。また、LPFも作成し接続。（LPFは3DのY.Iに協力してもらった）
  • いきなり完成写真
    秋月DACの出力を引き出し、外部LPFで20HzあたりでLPFになるように定数を設定。そして、基板に戻して端子台から最終的な出力をDAMP-3120NWに接続。

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  • 2014/07/08

  • USB-DAC,D-class Ampの動作試験を行った。D級アンプに関して問題はなかったが、USB-DACの右チャンネル出力に問題があり、ブーンというノイズとともに無負荷時の電圧がかなり差が・・・。
    またアンプに繋いだ所、音量にかなり差。LPFの回路が臭そう

  • Raspberry Piの電源安定化を実施。ただ、効果はあるものの使用する子機に関してはリブートしてしまう。やはり外部供給が一番安定か

#ref error ：画像を取得できませんでした。しばらく時間を置いてから再度お試しください。

  • 2014/07/11

  • 問題の右チャンネルをオシロで波形をモニタしながら検証中、たまたまコンデンサに触れたら波形が変化したためコンデンサの不良と判断。取り外してみると案の定壊れていた。
    そのため、コンデンサを予備のニチコンFGに交換した。ただ、キット付属がニチコンFWのため揃ってないのは何となくアレ
  • 動作テストとして1時間連続稼働させた所OKだった。(12V電源)

  • Raspberry PiのPulse Audioが動かない・・・

  • 2014/07/14

  • Win32DiskImagerを使って4回目のイメージ焼き。Arch-LinuxのLatestを使用。動くといいんだが。

  • 2014/07/15

  • 面白そう（）なMonitorXをいれるために、package-query yaourt等々compile。gccとかmakeとかいろいろ元からは無いので事前にインストールすること。

  • 2014/07/16

  • GW 450D KATANAのArch-Linux ARM用firmwareのコンパイル。が、鯖がまずいのかArch-Linuxがおかしくなってるのかわからないがろくにパッケージインストールできなかった・・・

  • 2014/07/18

  • Mirror先にあると思ってたarmv6h Architecture用のがなかったというミス() 用意されてるmirrorに変更して、とりあえずgitとかインストール。
    実機でコンパイルすることに。長い・・・
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  • コンパイル中
#ref error ：画像を取得できませんでした。しばらく時間を置いてから再度お試しください。
  • patch command not foundで止まったのでインストール（忘れてた）。
#ref error ：画像を取得できませんでした。しばらく時間を置いてから再度お試しください。

  • 2014/08/02

  • あれからあるErrorが解決できないのでcompileができない...詰んだ...
  • とりあえず、USB電源供給用DCDC 5Vを作ったり、他のハード部分を後輩に進めておいてもらうことに
  • ARM系Arch-Linuxの知識豊富な方居ませんか（）

  • 2014/08/27
  • どうやらソースコードがおかしい模様

  • 2014/09/06
  • 一度まっさらにして再構築。
。

  • 2014/09/19
  • d-busとの連携がうまくいかない。また、数年物のSDカードを使ったため死にかけてきた。Amazonで急遽SDHC購入

  • 2014/09/27
  • 先日、Arch-Linuxでいろいろやっていたが、結局Raspbianに戻りそれで構築した所うまくいった。
    そして、無事ネットワーク越しで再生が出来た。又、USB-DACの出力も確認。
  • あとは保護回路や電源回路周りを製作すればいけそう

  • 2014/10/18
  • 今日電源を入れたら音が一切でなくなった。PulseAudioの受信とALSAのデバイス認識は出来て、aplayでも再生されていることになっているはずなのに。
  • 頭ハゲそう

  • 2015/2
  • 紆余曲折を経た結果、AtomのMiniITXマザーを客車に積み、Windows上で動くfoobar2000を使って低レイテンシに再生することにした。
  • かなりうまくいっている模様

書いた人

  • H.G

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最終更新：2015年03月21日 10:26