リレー式のアッテネータが完成しました

 今日は、穏やかな初秋の秋葉原で、「手作りアンプの会」主催のリレー式のアッテネータ作製会に出席して、最後の仕上げと動作試験を行いました。

ファイナルの抵抗の決定
 アッテネータの出力に繋がるメインアップの入力と平行となる抵抗の値と種類を決定して取り付けました。この抵抗は、負荷が常時掛かる部分で、音質を決定する度合いが大きい部分です。そこで、今までの経験則から金属箔抵抗を迷わずに選定しました。
 取り付けた抵抗は、Vishay無誘導金属箔抵抗 VSR(0.25W) 0.1%で、このアッテネータに繋ぐメインアンプの入力インピーダンスを20KOhmと想定して、6.8KOhmとしました。R-Rの抵抗は、オリジナルのTAKMAN REY50 0.5W 1%で、音響用抵抗の品質として申し分ありません。

黒い四角のVishay VSR金属箔抵抗と、青磁色のTAKMAN REY50です。
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2Way電源への変更
 オリジナルの電源の仕様は、パワーパック(安定化スイッチング・ACアダプター、トランス式ACアダプター)ですが、それに加えて、筐体内部にバッテリー・チェンバーを設けて、AC電源とバッテリー駆動が可能な仕組みにしました。バッテリーで駆動しても、消費電力が6V/0.12VAなので、連続で数日連続稼動が可能なので、充分実用に耐えられます。

以下の様に、電源スイッチを設ける事にしました。バッテリーの重さにより適度な安定感が得られました。
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今後の予定
 リレー式アッテネータは、これにて完成として、オフ会等に持ち出して、有効活用を図りたいと思います。

リレー式のアッテネータを作製しました

 チャンネルセレクター付きのリレー式のアッテネータを作製しました。
 来る9月30日に「手作りアンプの会」の主催で、リレー式のアッテネータの製作会が催される予定ですが。それに先立ち、リレーのキットを作製させていただきました。

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作製した観想
 今まで作製したリレー式のアッテネータと比べて、極めて合理的に設計されて、インプリメンテーションが容易です。既製のケースを用いて、前面パネル、背面のパネルが、PCBとシルク印刷で出来ています。作製時間は2~3時間で完成する事が可能です。

内部の写真
 10個のラッチングリレー(赤)を用いています。部品は総てDIP部品で、製作に際して、目や指先に優しい仕様です。
 アッテネータで7個(7ビット)と、ミュート用に1個、入力セレクター用に2個で計10個という贅沢な設計です。
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簡単な仕様
 2Wayの入力セレクター機能
 入力のセレクション毎に減衰量の設定が可能
 赤外線リモコン機能あり
 チャンネル数:2
 最大減衰値:-63.5dB
 ステップ数:128
 ステップ毎の減衰量:-0.5dB
 インピーダンス:5kOhm
 外部表示装置で減衰値の拡大表示可能

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その11

 そろそろ完成させないと、秋されの候となり、音楽をいそしむにはベストシーズンなので、精力的に進めたいと思います。ようやく、ファンレス、USBレスのクワイエット・パソコンを形にする事が出来そうです。

クーリングシステムの最終確認
 最大視聴時間に合わせ実設置個所で、6時間の連続負荷試験を行いました。結果としては、全く問題ないので、負荷試験はこれにて完了とします。 以下のグラフが、その結果ですが、TDP35WのCPUの選択と、熱容量が大きくヒートパイプ方式の優れたキャビネットの組み合わせ結果だと思います。

画面をクリックすると拡大表示されます。自然対流の冷却で6時間のフル負荷でも安定しています。
X軸が負荷試験時間(分)、Y軸が負荷100%試験のCPU温度です。100分頃から安定期に入ります。この手の試験は最低6時間は必要です。
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エンタープライズ用のNIC
 オンボードのNICを用いてWindows Server 2012 R2 Essentialsの導入を試みましたが、最新のマザーボードのチップセットでは、Windows Server 2016 以前のサーバー用プラットフォームのサポートが終了しており、NICのドライバーの導入が出来ない仕組みになっています。ディスクトップ用プラットフォームのWindows7、8、8.1、10は、この限りでは無いのですが、インテル、マイクロソフトの戦略に沿った結果になりました。そこで、エンタープライズ用のNICとして、Intel Pro/1000 PCIe Express Server Gigabit Card NIC D33025 (インテル® 82571EB Redwater、TDP:4.95 W)BoxをeBay経由で米国から入手しました。このNICは、最大負荷で24時間365日に渡り連続運転可能な仕様です。これにより、CPUの負荷が下がり、信頼性の高いLANの通信が実現します。
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更なるノイズ対策
 スイッチング・電源の発振部分と、トランス部分が剝き出しなので、アルミのパンチング・メタルで可能な範囲内で、塞ぐする事にしました。
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SDメモリー対策
 新たな音源をSDメモリーから取り込む場合、USBのSDカード・リーダーを用いれば、いともたやすく取り込めるのですが、USBをBIOSレベルで無効にするので、その方法は採れません。考えられる方法として、ホットプラグのe-SATAを用いる方法とIEEE1394(Firewire)を用いる方法が考えられます。IEEE1394にはバスパワーの12Vを供給する予定が無いので、消去法で、e-SATAを用いたアクセス方式で、進める事にしました。

SDカードリーダー
 SATAを用いたSDカードを多用したドライブは存在するものの、ホットプラグのe-SATAインターフェースを用いたSDカードリーダーは現存しない様です。そこで、SATAインターフェースのSDカードリーダーをe-SATAインターフェース・カードを用いて、新たに作製する事にしました。
画面をクリックすると拡大表示されます。
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パイロットランプ
 クワイエットパソコンには、電源の表示LEDのみでハードディスクのアクセスLEDは、音楽鑑賞には不必要と考えていましたが、悲しいかな所詮パソコンで、電源を投入しても稼動しているのか否か解りません。現時点でのコンシュマー用のパソコンではキャタストロフィックな障害にあった場合でも状況が全く解らない事が多々有ります。安心の為にディスク・アクセスを示すLEDをIR受信機の窓に取り付けました。サーバー専用のマザーボードの場合は、ディスク・アクセスの他に、サーマルチェック、LANのトラフィックを反映するシグナルが得られますが、今回は廉価版のマザーボードなので、残念ながらそれらは存在しません。
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今後の予定
 明日からは、懸案事項のWindows Server 2012 R2 EssentialsとWindows 7 Proのデュアル・ブートストラプトの環境を整えて、いよいよ視聴を行うことにします。瞬時の切り替えができないものの、3分位の切り替え時間で比較を行う予定です。それから今回インテルのNICを導入しましたが、ドライバーソフトの新たな導入等なく、バスに差し込んで電源を投入したら、LANの全ての環境が整ってました。流石インテル製のNICです。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その10

 徐々に本調子がでてきました。先ずは、発熱と放熱の関係を調べました。デジタル温度計をチップセットに取り付けCPUの温度はマザーボードに添付の管理ソフトで測定してます。 ランニングを24時間程行い、CPU 温度が36℃で、チップセットが、37℃といったところです。室温が25℃ですので、10%程度の軽負荷では、10度程度の上昇で全く問題ありません。

クワイエットパソコンの印象
 クワイエットパソコンですから、音が出なくて当然ですが、パソコンから音が全く出無いで静寂ですと、とても違和感を感じます。これも、その内に慣れると思いますが、音の出ないボリュームから音が出て、今まで暗騒音の基であったパソコンから音が出ないと、面喰らいます。

負荷試験
 CPU に100%の最大負荷を掛けて、クーリングシステムが飽和状態に達しないで、特別な冷却装置無で、安定状態となるかが、最大の課題です。計測ソフトのOCCTを用いて、最大の負荷状態で二時間に渡り測定しました。
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測定項目
 ・CPU の温度
 ・コア#0の温度
 ・コア#1の温度
 ・GPUの温度
 ・スイッチング電源の温度
 ・ヒートシンクの温度
 ・スイッチング電源の各電圧

被測定チップ
インテル®CORE 3-6300T(Skylake) 3.3GHz TDP 35W
インテル® H110 Chipset Northbridge TDP 6W

測定時間
 9月19日 14時06分~16時06分 2時間
 室温28度 湿度28% 無風状態
 設置場所 床に直置き

CPUの温度特性
 以下の様に100%の高負荷で、67℃を保っています。この状態で盛夏の35℃の室温でもプラス7℃でも74℃を超える事は無くジャンクション温度以下なので、問題ないと思います。

X軸が時間(分)の経過で、Y軸が温度(℃)です。クリックで拡大表示
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GPUの温度特性
 以下の様にCPU より低く、57℃です。

クリックで拡大表示
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ヒートシンクの温度
 以下の様に外付けの温度計を洗濯ばさみでヒートシンクに固定して測定したところ48.0℃まで上昇しました。固定する力が弱く正確には測定できていません。しかしCPUの温度を超える事は無いですが、アルミは銅に比べて熱が篭ると言うか、アルミの材質がダイキャストで良く無いようです。
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スイッチング電源の温度
 最大負荷の状態で50℃前後で、全く問題ありません。スイッチング電源の放熱パネルをPCの筐体にシリコングリースで熱結合したので、10%の過負荷でも大丈夫です。

スイッチング電源の電圧
 高負荷にも拘わらず、12V系:12.0 DCV~12.1 DCV、5V系:5.04 DCV~5.08 DCV、3.3V系;3.30 DCV~3.34 DCVの結果が得られて大満足です。とても良い電源だと思います。問題はEMIノイズです。

今度の予定
 特に致命的な問題は無いと想定できますが、チップセットのTDPが6Wなので、常夜灯(棗球)程度の発熱が有ります。ヒートシンクの熱容量増大の処置が必要かと思います。
 ヒートシンクの試験をWindows7で無事に終える事が出来たので、今度は、最終目標のWindows Server 2012 Essentialsに切り替える予定です。これから、マイクロソフトのEvaluation Centerを参考に、ドライバー類を準備して、のんびり行う予定です。

最終目標
 SNRは、本来は信号に含まれるノイズの量を表しますが、目標は数値ではなく実際聴いた時の透明感や静寂感など、どれだけ音に雑味やノイズが少ないかを期待します。以前に短時間ですが、パソコンに座布団を何枚も被せて、SNRが良化して、音と音に隙間が生まれ、それぞれの楽器が分離して聴こえるようになり、静かな部屋に楽器の音の余韻がフワッと広がるような表現が、より鮮明になった記憶があります。それが最終目標です。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その9

改めて消音パソコン(クワイエットパソコン)とは
 パソコン内部からの雑音は、CPUファン、ケースファン、電源ファン、ハードディスクが中心です。ここまでは、ノートパソコンは兼用しているものの、殆どのパソコンで存在しています。更に加えて機器構成により、グラフィックボードファン、ハードディスクファン、BDファン、チップセットファンがあります。これらのファンの総てを無くしたのが消音パソコンで、結構ハードルが高い機器構成です。 

 今日は、電源の投入を行い、BIOS画面を表示する所で止めました。Fanコントロールをインヒビットする場所を調べて、30分ほどランニングを行い、発熱の状態を簡単に確認しました。
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内部
 正面を見ますと高級なパワーアンプの様な佇まいですが、上蓋を開けると、MicroATXのパソコンである事が解ります。電気的なノイズの発生元であるFanが一切ありません。ファンからの雑音(ブロアーノイズ)が聞こえると、その音量より小さな細かいニュアンスが感じ取れなくなってしまいまい音楽本来を楽しめなくなります。
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温度の確認
 CPUと電源関係は殆ど温度が上がりませんが、CPUやメモリバス側のチップセットが結構温まります。積極的な換気が無いので、一寸厳しい状態です。
 写真で赤い丸で囲んだヒートシンク
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チップセットのクーリング
 現行のヒートシンクは、キャビネット内部のエアーフローを期待して小型の物が装着されています。何らかの対策が必要と思われます。

今後の問題
 チップセットのクーリングの為にヒートパイプとするか、大型のヒートシンクに交換するか検討を行います。そして、最終的には、負荷試験のソフト OCCT 4.5.1 を用い温度測定を行う予定です。それからファインメットビーズをATX電源のケーブルの途中に入れる予定ですが、当分先になりそうです。

OCCTの画面キャプチャー
画面をクリックすると拡大されます。
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消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その8

 今日は、朝から雨なので、散歩に出かけずに手間が掛かる工作を行いました。以前から気になっていた件で、ATX電源ケーブルが必要以上に長い事です。シャシーの蓋をすれば解らないのですが、手塩に掛けて作製しているクワイエットパソコンなので、ATX電源ケーブルの長さを最適化する事にしました。得られるボーナスとして精神衛生上好ましい事に加えて、エアーフローの良化が有ります。

ATXのピン
 ATXのコネクタは、モレックス(Molex Incorporated)製が標準です。モレックス社は米国イリノイ州の世界最大のコネクタ会社で、創業はプラスチックの植木鉢だそうです。ATX電源の場合、5557と5559という型番のコネクタで、極めて頑丈です。コネクタからピンを抜くのが、極めて至難の技で、殆ど再利用を行わないで、新規に作成する事が殆どです。そこで、そのピンを抜く事にチャレンジしてみました。

ピンリムーバー
 以下の道具が、ピンリムーバーです。モレックスの純正で 57013-6000 材料はハガネではなくチタンの様です。なんと、このリムバーの購入金額で、ATX電源のケーブルが何本も購入可能です。ATX電源ケーブルのピンを抜く場合、世界広しと、この工具しかありません。
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リムーバーの使い方
 写真の様にピン側からピンのストッパー目掛けて差し込みます。 差込には、力を必要としません。止まる所まで差し込みます。
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 そして、リムーバーを差し込んだ状態で、反対側からリード線を引き抜くと、簡単に抜けます。ピンは全くの無傷の状態で再利用が可能です。
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短縮の成果
 ピンリムーバーを使い、リード線の長さを調整して、ATX電源ハーネスのフィティングを行いました。最後にアセテートの絶縁テープを巻いて完了です。
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今後の予定
 明日からは、S-ATAの電源ケーブル長を調整する予定です。作業を進めると徐々に狭隘になり、ファインメット・コアーのフィルターを入れる場所が無くなりそうです。先ずは一度組み上げてから、余裕が有る時にATX電源ケーブルの途中にファインメットコアーを通す方法を試してみます。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その7

 クワイエットパソコンの電源ユニットが軽負荷にも拘わらずコンデンサーから熱が生じており、又、コイルから発振音が出るので、素性を調べてみました。専用電源は、Streacomブランドの電源で、オリジナルの米国のMini-Box社の製品をコピーしたものです。写真で解るように、PCBのパターンが異なるので、新たな設計と思われますが、リフローが汚く、他の部品も含めて動作する極限まで原価が削減されてます。又、モレックスのパチモンのコネクタの精度が低く、差込むと抜けなくなる粗悪品で、無理するとマザーボードが歪んで壊れてしまいます。

問い合わせ結果
 販売元に英国のQuiet PC Ltdに問い合わせました。
 問い合わせ内容は、コンデンサー付近で熱を帯びる、コイルから音がする旨を伝えたところ、・・・早速、送って欲しい、不具合があった場合、新品と交換するが、送料は依頼者負担との事です。そして、恐らく検証結果は、「仕様の範囲内」であるとの回答が想定されるので諦めました。

オリジナルの電源
http://www.mini-box.com/picoPSU-160-XT
 設計は米国で、製造は恐らく大陸だと思いますが、色の付いたコネクタを用いて、模造がし難くなっています。又、要のコンデンサーは、日本製(パナソニック)の導電性高分子固体電解コンデンサ(OS-CON)を使用しており、ごく普通の商品です。

オリジナル基板の表
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オリジナル基板の裏
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模造電源
 中国製で、以下の名称でアマゾン等を検索すると、2,000円前後(送料無料)で購入可能です。
zmart DC-ATX-160W 160W AC pico BOX ATX ITX psu
 表面実装タイプの中国製コンデンサーで、得体の知れない物です。容量も470マイクロから何と三分の一の150マイクロに削減されています。動作環境が0~40℃なので、オリジナルのOSコンと異なって、外装が固体風を装っているだけで、中身は安価な電解液タイプであると想像できます。

模造基板の表
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模造基板の裏
pachi_R.jpg
 
電源の交換
 日本の電気用品安全法のPSEに相当する英国のBEAB(British Electrotechnical Approvals Board)の認可が取れてない電気製品でした。電源が悲しい状態なので、早速、日本製のスイッチング電源を入手して、放熱用シリコーングリスを塗布して、シャシーに取り付けました。
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スイッチング電源
 ニプロン PCFL-180P-X2S2で国産の産業用で高品質です。
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各電圧毎に基板が分離されており、OSコンデンサーを多用しています。
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今後の予定
 これで、電源の問題が解決したので、ハードディスクの取り付けを行います。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その6

 ヒートパイプの自作を試みて、東急ハンズから銅のパイプとパイプ・ベンダーというパイプの曲げる道具を購入して、練習してみましたが、ハッキリ言って熟練を要します。特に曲げる位置の均一化は難しいです。やはりヒートパイプを作る時に、作動液(Working fluid)とウィック(毛細管構造の芯)を封入する前の素のパイプ状態で、バーナーで赤熱に加熱しながら曲げないと綺麗に加工できません。
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練習した結果です。素のパイプですと、慣れれば、パイプを潰さず無傷で自由に曲げる事が出来る様になります。

下手な考え休みに似たり
 やはり素直にマザーボードを買い換えたほうが、無駄な出費にならないと考えて、あっさりとマザーボードを買い換えました。

購入したマザーボード
 世界のトップシェアーのASUSTeKのボードを購入しました。サイズは小振で、説明書が総て日本語で、いい事尽くめです。しかし、細かい事を言うと、説明内容に誤りが多々あります。

ヒートパイプを取り付けた感じ
 なかなかの面構えをしています。いかにも高性能といった感じで、筐体の厚いヒートシンクで効果的な放熱が出来そうです。もともと65W(最大87W)の放熱容量があるところに、TDP35WのCORE i3-6300T(Skylake) 3.3GHzを実装するので、容量的には全く問題ないと想定されます。
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今後の予定
 今回、消音パソコン用に作製した、フィルターの効果を調べて、プラットフォームの導入を行う事にします。

消音パソコン(クワイエットパソコン)へ移行 その5

ヒートパイプが短くて、CPUにとどかない痛恨のミス

 今回は、マザーボートとキャビネットを選択する上で、確認の漏れによる痛恨のミスをおこしてしまいました。何時も万事上手く良くとは限らない、「頭を冷やして落ち着け・・・」という天の言葉の様です。正しく、CPU のクーラーが上手く取り付けられず、肝心な頭を冷やす事が出来ません、というミステイクです。
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左側には、メモリースロットがあり、左には、拡張ボードのコネクタがあり、長さが解決しても高さの問題が有ります。

問題点
 Streacom FC9 ALPHAを選択するとき、格納可能なフォーム・ファクターとしてMicro-ATXが、可能との事で、選定しましたが、実は、Micro-ATXとしての規定の範囲は、マザーボートのサイズ、取り付け螺子穴、バックパネル夕出力コネクターの位置、拡張スロットルの位置と数の範囲内で、今回問題となった、CPUの位置は規定されてません。消音パソコン(Streacom FC9 ALPHA)のクーリングシステムは、一般的な、ASUSTeK、GIGABYTEのMicro-ATXに合わせて設計されている様です。これは、暗黙のデファクト・スタンダードであり、今回選定した、Super Micro Computer社のマザーボードは、サーバー用に特化して、Micro-ATXという範囲内で、ラックマウントの保守用にオプティマイズされたCPU、メモリー、SATAコネクター位置の様です。保守の為にラックから引き出した場合、全STATA のコネクタが左手前に、設定のピンヘッダーが中央手前、メモリが右手前に集中した基板です。

問い合わせ結果
 販売元に英国のQuiet PC Ltdに問い合わせました。結果は想像したとおりの、つれない返事です。

 以下、回答内容です。
 商品の仕様は、明確に開示しているので、確認してください。ヒートパイプのライザーと30mm長いヒートパイプを別途販売しているので、それを生かして独力で解決してほしい。無理な場合、返品に応じます。・・・てな、当たり前の回答です。
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解決策
 ここで諦めて、ASUSTeK製のマザーボードを入手すれば、総てが一挙で解決する事ができますが、今までの努力が総て徒労に終わるので、乗りかかった船の勢いで、諦めずにクーリングシステムの改修を行う事にします。

今後の問題
 先ずは、長尺のヒートパイプを入手して、キャビネットとCPUにヒートパイプをフィティングさせる事を試みます。最近、加齢のせいか、泥縄式の解決が多いです。 やせ我慢ですが、「時間の無駄遣いは楽しいです」・・・