【夏休み企画】自由研究 ちょっとFMラジオを作る

夏休みという歳ではないのですが、
昔夏休みといえば、宿題と自由研究というのが
定番だったかと思います。

この歳になって、自由研究というのもないのですが、
実用も出来るしできあがりまで楽しめるように
自由研究と題して、今年はFMラジオを作ってみようと計画しています。

仕様検討

子供の時は、絶対そんなこと考えず、
とりあえずイメージだけして進めていましたが、
今までの経験が物を言う所かなと仕様を考えて見ます。

1．USB電源でかつ電源がなくても使用出来る
2．音も少しだけいい音（そこそこの高音と低音）を奏でる
3．見た目をちょっとだけ、古き良き時代にデザインする
4．FMは、76MHｚ～108MHｚまで
　（補完放送も受信できるようにしたい）
5．出来るだけ小さいサイズでまとめたい
　（といっても電子工作レベルだと限界はあるけど）

では、以下から詳細を検討していきましょう。

1．電源がなくても使用出来る

　これについては、USB端子をつけて内部電源は
　全てUSB電源を起点として動作するように設計を行う。
　その中で、電源無しでも使用できる条件があるので
　バッテリーを搭載することで、
　USB電源がある時はUSB電源を使い動作し
　電源がない時は内蔵バッテリーから駆動し動作するように設計する。

これは、単純にUSB電源のチャージ制御基板を使えば実現出来る。
USB－＞制御基板－＞バッテリー　充電に関する電気の流れ
ラジオ受信時は、バッテリー－＞FMラジオ受信基板とその他基板類へ
電気が流れる。

充電しながらでも、使用できる仕様にしたいので
USB－＞制御基板－＞バッテリー と FMラジオチューナーその他の基板へ
電気を流す。USBバッテリーチャージ制御基板から流れてくる
電流が余れば、バッテリーにチャージされるし、足り無いと
バッテリーからもFMラジオチューナーその他の基板へ電源が供給される。

これで1についてはクリアである。

2．音も少しだけいい音で奏でるようにしたい

これについては、高音域については、出来るだけフルレンジの小さいスピーカーを使用し
高音域が出やすい構成のスピーカーを搭載する。
小さいスピーカーを使えば、低音域が全くといって良いほどで無いので
そこは、別のウーファーを使い低音域成分だけとりだして
別のアンプを使って駆動する。

ウーファーは、それなりに出力がないと駆動しても、スピーカー自体を
震わせる力が弱くなってしまうので、別のアンプを用意する。
内部電圧は、バッテリーの3．7V仕様の設計の為、
3．7Vで数十ワットクラスの出力を絞り出すのは苦労するので
内部で3．7Vから12Vを生成し、アンプは12V駆動とした。
これで、中高音から低音まで、少し迫力がありつつ
それなりの音が表現できる設計である。

3．古き良き時代のデザインする

古き良き時代の昭和な雰囲気を残したデザインで仕上げたい。
筆者が考えるのは、VUメーターとかあっても意味はないが
目で楽しめるようなギミックを搭載したい。
実用性も考えて、バッテリー電圧や電流なども見える化しておきたい。

4．FMラジオチューナーの対応周波数

これは、流石にこれの範囲を受信出来るチューナーを利用する。

5．出来るだけ小さくまとめたい

全体のパーツ類を考えた上で、内部空間を側壁なども使って
コンパクトにまとめて、出来るだけコンパクトにまとめる。

では、上記詳細仕様を元に、内部構造を検討する

内部構造の検討

全体構成図を作成する

バッテリーは、リチウムイオン電池の3．7Vを使用し、
ある程度の容量を確保する。ただし、搭載する本数は当初4本で
必要に応じて4～8本まで増やせる構成とする。

それぞれ、基板毎の動作する際、要求電圧が違うので
5Vからバッテリー電圧に減圧して、3．7V化してバッテリーに充電
放電も3．7ｖの電圧を基点として設計している為
DCDC（昇降圧出来る電圧コンバーター）を使い、
要求電源を作り出す仕様である。

電圧管理として、USBからバッテリー間と、バッテリーから各制御基板へ
モニタリング用に電圧・電流を計れるメーターを取り付ける。
また、電圧計についても、必要がないときは電源を落として
電圧表示LEDの駆動電源もカットして、駆動時間を確保するようにする。

サブウーファーは、場合により停止出来る様にスイッチを取り付けて
必要に応じて停止させる。バッテリー電源を使う場合は、音質より
駆動時間を確保する場合、スイッチでウーファー電源を落とせる仕様。

VUメーターも照明がついているので、必要がないときについては
スイッチでオフにして、消費電力及びまぶしさを低減する。

外見をデザインしていこう

なかなか組み込むケースサイズが見つからず苦労しましたが
ようやく組み込めるサイズが見つかったので、昨日orderを行いました。
使うケースは下記のケースを使い、必要なパーツを組み込んで行きます。

フロントのデザイン

フロント周りは、電源スイッチ等のスイッチやパイロットランプを
前面左下に配置するでデザインを考えました。

左右にフルレンジのスピーカーを配置して
真ん中にFMラジオチューナーとVUメーターを配置。
真ん中のつまみは、左は周波数変更であり、右は全体の音量をこちらで制御出来る。

右下には、上記でも書いた通りバッテリー電圧とバッテリーから出力する
電流をモニタリング出来る様な仕様で電圧計を配置している。

また、USBの5Vからバッテリー側に流れる電圧・電流をモニタリングすることで
バッテリーの充電状況を把握することが出来る。

リヤデザイン

リヤは比較的simpleな構成

サブウーファーの音量調整つまみと、サブウーファーへ流し込む周波数成分を
調整する為のつまみを取り付ける。

マスター音量は前面に用意するが、内部でライン接続されているので
裏面でマスター音量1でも大きすぎるような場合
裏面でステレオアンプの音量を絞って調整する。

USB　TYPEーCのコネクターを用意する。
データ通信用ではなく充電用の為取り付ける。

裏面右上にBNC端子を用意して、内部のFMラジオチューナーのアンテナ端子と
接続し、BNC端子型ロッドアンテナと接続する。もしくは、外部にFMラジオの
アンテナを設置した場合、外部のアンテナも接続できる使用にする。

では、実際にケースに組み込む前に動作確認してみましょう

だいたいこんな感じで受信してたり、音質的にこの時点で
だいたいの想像が出来ますね。後は、ちゃんとケースに組み込んで
動作確認すれば終わりですね。それなりの音になっていると思います。
どうしても、小さいスピーカーって低音が弱いですからね
2．1チャンネルのラジオとか、あまり見たことないので
これはこれでいいのかなと思います。
VUメーターが良い感じで動作してますね。
古き良き時代ですね。昔のオーディオはよくついてましたからね。
無駄にパワー計とか。今何ワット出力してるのか？とかとか。

次の回へ続く！

ケース加工して組み込みについては、
また、ケース類が到着したら完結編をかこうと思います。
楽しみにお待ちくださいませ。