パラメトリックスピーカー

以前ｍａｋｅブログでパラメトリックスピーカー
http://jp.makezine.com/blog/2008/10/mtm02_parametric_speaker.html
の話を読んだ時、「うーん、コリャなんだ？」という
感じだったのですが、製品が秋月のカタログに載りました。

http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22K-02617%22&p=1
開発はトライステートなんですね。ということで
トライステートのサイトにＧｏ！

（訂正・追記）
　→ご指摘頂き、訂正いたします。
　　ｍａｋｅブログで紹介されていたものとトライステート
　　で紹介されていたものは、設計・製造とも別物です。
　　深く考えず書いてしまいました。すみません。


ふむふむ。簡単に言うと物凄く直進性の高い
音波を発する機械。
で、うーん、超音波スピーカを50個登載？
しかも周波数変調とな！？

周波数変調と聞いて、一気に興味が湧いてきました。
というのもここのところ超音波スピーカーと
センサーについて、あいとさんといろいろ
お話をさせていただいていたもので…。
http://8528.teacup.com/nekosan0/bbs
↑掲示板で。


このキットで使われている超音波センサは、
どうやら私が実験で散々使用した1個200円の
やつが50個使われている様子。
（それだけで10000円の計算！）

で、トライステートのサイトのムービーを
見ると、意味がよくわかりました。超音波の
鋭い直進性を利用してまっすぐ進めて、
それをＦＭ（周波数変調）をかけておくことで
可聴域の情報を乗せておくわけですね。

（周波数変調かけておくと何故耳に届いた
　時に可聴域の音声として聞こえるのかが
　今ひとつ理解しきれていませんが）

直進性は超音波だけの問題なのかな？超音波
スピーカ1個だけだと４０Ｋｈｚでは４０度ちかい
広がり方を持った指向性だったと思うんだけどな。

ある程度の面積をもったところから素元波を
発すると、その素元波が面の形の部分の延長
だけ周期の合った波として伝わって、それ以外の
角度では干渉し合って消えてしまうということ
なのかな？

そう考えると、遠くまで極めて狭いところだけで
音が聞こえ、それ以外のところでは干渉で攪乱
して聞こえなくなるってことなのかな？


それにしても、トライステートのページにある
作例「メガホン」は面白いな。狙った一人だけに
声が届いて、それ以外の人には聞こえない、みたいな
ことになるのかな？そこまでは狭くないのかな？
あ、20度って書いてある。20度なのか…。
まぁ、それでも十分狭いか。


あと、このページにちょこっと載せられている
アナログパネルメーター
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22M-00139%22&s=score&p=1&r=1&page=
を使った超音波検知マシン。これも簡単なのに面白いな。

耳でも聞こえず、テスターでもうまく取り出せず、
ロジアナでももちろん拾えないような超音波域の
アナログ信号を見るには、これは簡単で便利かも。


そういえば、超音波センサーの実験していたときに、
ＰＩＣ１２Ｆ６２９の内蔵ＲＣ発振器を使っていた
のですが、これじゃぁやっぱり周波数の誤差が
大きすぎたのかな？

トライステートの資料を見ると、４０．３Ｋｈｚに
校正するために（多分そのためだけに）ＰＩＣマイコン
を１個登載しているくらいだから、およそ４０Ｋｈｚ
というのではダメなのかもしれない…。
相当厳密に校正する必要があるのかも。


その他このページには、「足は放熱用のために切り落とさない」
とか、色々面白いことが書かれています。

うーん、超音波もやっぱり面白いな。


ひとまず、超音波を検知できる
　「アナログパネルメーターを使った超音波検知マシン」
が作りたくなったな。

１００ｕＡレンジのが良いのかな？なんでだろう？
電圧計じゃなくて電流計なんだなぁ…。抵抗も
挟まずに…。壊れないのかなぁ？昔、電流計に
直接電圧掛けちゃいけませんって習った記憶が
あるんだけどな。

ツクモが民事再生法適用申請

ツクモが民事再生法の適用を申請したそうです。
http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20081030-00000007-rbb-sci


うーん。時代なのでしょうかね？

ツクモというと私の思い出の中では、ＰＣ－８００１
用のソフトをカセットテープで売ってた頃、ツクモも
ツクモブランドでゲームを作って売ってたなぁ…と
いうのが印象的。
あと、TAKERUとか。あの頃がなつかしい…

ｗｉｎｄｏｗｓ時代になってからは、ツクモのような
ＰＣショップがたくさんできて、どの店も経営は
厳しいようです。

これまでにも幾つかのショップが倒産してきましたが、
一時期のような飛ぶように売れる時代が戻ってくるとも
思えないので、これからもこの手のお店の経営は
厳しいのではないかなぁと言う気がします。

赤字経営でもキャッシュフローが何とかなるなら
すぐに倒産ということにもならないのでしょうが、
そう考えると金融機関の貸し渋りが多かれ少なかれ
影響しているのかも知れません。

このさき、どうなっていくのやら…

ＦＭ音源を

マイコンで作ったＦＭ音源についてまとめています。

http://picavr.uunyan.com/experiment_fm_sound.html

ＦＭ音源の仕組みとか計算式とか、高校生の頃に
一生懸命本読んで理解した内容を一気に文章に
書き出しています。

それにしても、黒いゲジゲジの中の０と１で
構成されたデータと、そこに組み込まれた
計算式が、こんなにリアルで生々しい音を
作り出すものなのか…と、当時とても驚いた
ものです。計算式や仕組み自体はホントに
シンプルなんですけどね。

当時のＰＣは処理速度が低すぎて、しかも
機械語のスキルも低かったので、計算式を
元に画面上にグラフを表示するところまで
しかできませんでした。

とてもじゃないけどソフトでＦＭ音源…なんて
夢の世界だったんですが、ＡＶＲは速いですね。
（ｄｓＰＩＣでも良いんですけど）


それにしても、やっぱＦＭ音源は面白いな。

実機に流し込んで起動！

ゆうべの、「ミ」の音のシミュレーションが上手く
行かなかった理由、判りました。

掛け算の筆算ロジックに間違え発見！　小学生に
笑われちゃいます…ハハハ。

ドの音の場合は、数値的にたまたま上手く通るだけ
だったのね…

というわけで小学生にばれないうちにロジックを修正。
シミュレーションを掛けたらちゃんと動きました。

続けて「ソ」と１オクターブ上の「ド」もコピペ
で作成。４音ともシミュレーション上手く行きました。


一通りソース全体を見直して、特に問題なさそう
なことを確認し、ＰＬＡＹＥＲに流し込んでみます…

ＰＬＡＹＥＲじゃなくてもいいんですが、音声出力
用の回路が既に組み込まれているＰＬＡＹＥＲなら
単に便利なので。
まぁ、抵抗２個とＲＣＡジャック、コンデンサの４つ
だけで組めるので、ブレッドボードでも良いんですけど。


で、音声出力をテレビに繋いでみました。

うん。出た！


思ったとおりの音があっけなく再生できました！
こんな風にちゃんと動いてくれるとやっぱり嬉しいな。

周波数比を１、２、３、４、５、６、７…と
上げていっても、やっぱり昔ながらのＦＭ音源
といった感じの音が出てくれました。

あと、変調の度合い（モジュレータの出力レベル）
も弄ってみましたが、これも想定どおり。


ちなみに１サンプル分のデータを出力する計算処理
に５６クロックを要しています。ハードウェア乗算
命令、やっぱ速いね！

単純に和音をたくさん出すことを考えると、
ギッチリ詰め込めば８和音くらいは出そうです。
（割り込み１回に５００クロックと仮定
　→発振器が２０Ｍｈｚの時４００００回／秒
　　の出力…ほぼＣＤレベルの２００００Ｈｚ
　　まで再生可能）

でも和音をべらぼうに出すよりも、もっと複雑な
アルゴリズムに対応するとか、エンベロープを
組み込むとかして、４和音程度出るといいなぁ
という気がします。


ひとまず、目下の成果物についてサイト上に
ページを作ってまとめておきたいと思います。
サンプリング音声やソースリストもそこに
載せておこうと思います。


（追伸）
サイトに纏め始めました。
http://picavr.uunyan.com/experiment_fm_sound.html

マイコンから出力された音声をｍｐ３形式で録音
したものを貼り付けてあります。
ご興味のある方は是非一度お聴きください。

（録音機材がイマイチなので音質がちょっと低く
　感じますが、直接アンプ－スピーカーに繋いで
　聴いてみると、結構ちゃんとした音が出ています）

シミュレータでチェック

ＡＶＲでＦＭ音源の続き。

コーディングと目チェックがおおよそ終ったので、
シミュレータに掛けてみて、思ったとおりの動作を
してくれるのかを試してみました。

…さて、どうでしょう…

うーん、いくつか想定外の動作。確認してみると
簡単な間違えをいくつか発見。

掛け算の筆算ロジックで、必要な数字を足し忘れて
いたり、割り込みが500クロック前提だったり
250クロック前提になっていたり。
ノートの書き方が今ひとつだったな。ゴチャゴチャ
してわかり難い…。

適当に直してシミュレータに掛けなおしてみると…

うん。「ド」の音の処理はだいたい想像どおり。
周波数比を変えたりしてみたところ、これも大体
想像どおり。


これに気を良くして、「ミ」の音のロジックを
組み込んでみてシミュレート。

うーん、なんか変。

緩やかに右肩上がりに数値が上昇していって、
1波形分のサンプル数（241サンプル分）を
出力したところで強制的にゼロ点に戻る感じ。

どこが悪いんだろう？
ひとまず、もう一回1ステップずつ動かしてみて、
想定どおり動いているのかを見直そう…。

ま、もうちょっとでコーディングと疎通は
ｏｋだな。

あとは、動作ボードのＰＬＡＹＥＲ上で悪さ
しないように、出力ピンの衝突とか、入力のまま
オープンにならないようにとか、その辺を確認
しなおしたら実機で動かしてみよう。

その後は、せっかくのＰＬＡＹＥＲなので、
十字キーやボタンで周波数など操作しつつ、
状況をテレビ表示できるようにしたいな。


その後は「和音」がどの程度出せるかだな。

目下、シミュレーターでは１モジュレータ＋
１キャリアーで５０クロックちょっとという感じ。

現在はＳＲＡＭを全然使わずレジスタファイル
で全部済ませており、これを和音を対応にするには
ＳＲＡＭを使うようにしないとならないので、
もう少し処理速度は遅くなるかな。

それを加味しつつ、割り込み周期とか和音合成
とか、フィードバックとかを考えていくと
せいぜい４～５和音程度が限界かな。

今は1モジュレータ＋1キャリアのアルゴリズム
1種類しかないけど、これをもう少し改善すると
したら、もうちょっと和音数は減るかも。

あ、エンベロープも組み込んでなかったな。
それが一番のネックになりそう。