楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント

音楽を奏でるIC部品を使ってみましょう

ここでは「UT66T」と「SM6201」という2つのICを紹介します。

これらのICは、電子音の音楽を内蔵しており、少ない外付けの部品で音楽を奏でることができるもので、ここに内蔵されている音楽も、いろいろなところで聞いたことのあるものなので、かなり身近でポピュラーなものです。

メロディーIC 「UT66T」

このICは、2SC1815バイポーラトランジスタのような外観で、圧電スピーカーを使って音を出すようにすると、外付けの部品がなくても結構聞こえる音量で音楽を奏でてくれます。

ここで紹介するのは、UST社の「UM66T」シリーズで、5曲組(ICは5個)の部品として秋月電子さんなどでも販売されており、ICの1つの価格が30円程度という安価なものです。

ここでは、データシートに掲載された回路で発音する様子を見て、なにかに応用できるかどうか・・・などを見ていきましょう。

メロディーICと結線図



基本回路はデータシートを参照します

  

特に気をつけるところもなさそうなので、データシートの回路図に沿って動作状況を見てみます。

データシートには下図のように、「Buzzerブザー」と「Speakerスピーカー」の回路が示されています。

データシートにある回路図

ここでは圧電スピーカー2種と小さな8Ωのダイナミックスピーカで音の出方を見てみます。

振動スピーカとダイナミックスピーカ

圧電スピーカーはいずれも50円程度ですし、右のインピーダンスが8Ωのダイナミックスピーカも100円程度の安価なものです。

圧電スピーカーで音を出すと・・・


圧電スピーカ用回路図

これをブレッドボードに組みました。 データシートにある回路と同じです。 

振動スピーカ回路をブレッドボードに組む

ここでは、電圧を変えた時の様子を見るために、可変の定電圧電源を用いていますが、今まで常用しているUSB充電器を改良した5Vの電源では、仕様の上限を超えます。 

仕様は4.5Vまでですので、それを使用しようとすると、電圧を下げる必要があります。

次に示す方法は、いろいろなところで役に立つ考え方なので、ここでもう一度「考え方のおさらい」をしながら、どうすればいいのかをみていきましょう。

電源電圧が高い場合の対処法

やり方としては、電源の5Vを分圧して低い電圧を取り出します。 

ここで、データシートから、Icは60μA以下と小電流なので、「R1+R2」は オームの法則でR=E/Iから 5/0.00006≒83kΩ 以上にすればいいことがわかります。

5Vから4Vの電圧wp取り出そうとする場合は、わかりやすいように R1+R2を100kΩとして、R1で1V、R2で4Vの電圧降下になるようにします。

そうすると、1/5と4/5で、20kΩと80kΩにすればいいことになります。

もちろん、きっちりの値の抵抗器は市販されていません。 そのため、その対策としては、流れる電流も少ないので、R2に100kΩの可変抵抗を使って、4Vになるように電圧を測って調整するのが実用的かもしれません。

******

ブレッドボードに組んでみてもシンプルな回路で、SWを押している間だけ音楽が流れます。

20mm振動スピーカでは5m程度離れても聞こえる程度の音ですが、13mmの振動スピーカでは1m程度離れると聞こえにくくなる程度の小さな音しか出ません。

大きい音がほしいのなら、よく鳴る振動スピーカを選ぶ必要があるようです。

出力の波形を見ると、次のように方形波が出力されており、その周期(周波数)を変えることで音程とタイミング(スピード)を取っているようです。

ICから出る波形

写真は、「エリーゼのために」の1フレーズの最終音の波形ですが、約800Hzの音になっていました。

次に、供給する電圧についてはどうでしょう

仕様にある1.5-4.5Vですが、電圧の高いほうが音程やピッチが安定するようです。

2V以下になると、少し音量が低下し、音が低音側に移動し、さらに、音の速度が低下しだします。

そして、1V程度までは音が小さくなっていって、それ以下では音が出ません。

音が小さい場合はスピーカーを使います

大きい直径の振動スピーカーでも実用になりますが、スピーカーを使えば、もっと大きな音が出ます。

スピーカを動かすためには電力増幅をする必要があるようで、データシートの回路では見慣れないトランジスタが使われていますが、特にこだわることはありません。

トランジスタ特性比較

この数値は、正確ではありませんが、このように、NPNのバイポーラトランジスタであれば、基本的な小電力増幅では、ほとんど、何を用いても大差ないと考えて、ここでは、おなじみの2SC1815を使って、下のような回路にしました。

ダイナミックスピーカ用の回路

これで音をだしてみると結構大きな音で、洋間4畳のドアを締めた外側でも音が聞こえるくらいの音が出ています。

音が大きいようなら次のように、可変抵抗を入れるといいでしょう。

可変抵抗を追加

振動スピーカの場合と同様で、スピーカーの場合でも、音を聞いて良し悪しをみると、電圧は高い4-4.5Vのほうが安定していい感じに聞こえます。

ちなみに、スピーカを鳴らした時の出力波形は、下のように、かなりノイズのようなものが混ざっています。 そして、その時のスピーカに流れる電流は24mA程度でした。

ICから出るオシロ波形

この原因については確かめていませんし、もちろん、この波形の音楽の状態を耳で聞いてみても不快感はありません。 

しかし、何しろ、この音の音楽自体はよく耳にする「電子音」ですので、「心地よい」とは言えません。

安価でできる回路ですので、一度、音を聞いてみてください。「この音か!」と思われる「しばしば耳にする音」だと気づくでしょう。 

ハッピーバースデイ、エリーゼのために・・・など5曲があるのですが、この2曲の他は、音程や旋律が変な感じの仕上がりで、5曲(5個)セットで150円と安価なICセットであっても、この2曲以外は「イマイチ」で、これを使うのはPASSしたくなる出来です。

次に、オルゴールIC「SM6201」を紹介します。

オルゴールIC SM6201-02

このICは、秋月電子さんのHPを見ていて、過去に何気なく買っていたもので、製造元の三合微科股?有限公司では6種類のものを製造しており、私が購入したのは、SM6201-02 です。

6種類の曲のICが販売

秋月電子さんのリンクからデータシートをダウンロードすると、2つの回路図が掲載されており、その簡単な方は次のものでした。 電源電圧は2.4-5V となっています。

メーカー推奨の回路図推奨回路図

しかし、そのとおりに組み立てても、なにかよくわからないことがあったので、次の回路に変えて組みましたので、これで説明します。

今回制作した回路図

ここでは電力増幅用トランジスタにS8050を使いましたが、これは、上に示したように、適当なものでいいでしょう。

ピン1とピン11はフリーにして、何もつなぎません。 ピン1のM0は、なんの動作なのかわかりませんでしたので使いませんでした。 簡単に動作などを説明します。

B01~B03は各曲を1回だけ演奏して停止します。 B00は、各曲を順番に1曲だけ演奏して停止します。 SWをONにすると、3曲が順番に、そしてエンドレスに演奏されます。

LED0は電源の確認用で、LED1は、曲が演奏されるのに合わせて点滅します。

曲調は12ピン・13ピンの抵抗で変えることができます。 ここでは470kΩと書いていますが、抵抗値を大きくすると、曲のスピードが遅くなります。

なお、推奨の回路図では音が大きすぎたので、10kΩの半固定抵抗を入れて、音を小さくできるようにしています。

ブレッドボードに組んでみました

ブレッドボードに組んでみると、こんな感じですが、今回は「ICソケット」を使わずに、ICを直接にブレッドボードに挿しています。

ICソケットの足が短くて、安定しないためですが、もちろん、配線中はICをささずに、ブレッドボードに「点」の印しをして、それに沿って配線しました。

このICはCMOS-ICですので、静電気や入電順などに気をつけないといけないのですが、複雑な回路ではないためにこのようないい加減な作業をしましたが、十分注意しないとICが破損しますので、このことをアタマに入れておいてください。

次に、これをICユニバーサル基板に組んで見たところ、ブレッドボードと違って、裏向きの配線になるし、思っていたよりも配線が入り組んでしまいました。

ここでは、連続演奏のための「SW」はつけていません。

ユニバーサル基板に組んでみました

上面の部品配置 裏面の配線状態

これを組み立ててみて音を聞くと、やはり「しばしば耳にする音」のようです。 あまり心地よい音とは言えませんが、親しみは感じます。 音楽性も何もありませんが、「こんな程度のもの」かもしれませんね。

私自身も、「とりあえず組んでみた・・・」というだけです。

圧電スピーカを使おうとすれば、(これはやっていないのですが)このままでは電力が大きすぎるので、S8050を使わないように回路変更するか、(これは、上のUM66Tのように、直結すればいいはずです) または、抵抗などで電圧電流をバイパスしてやる必要があるでしょう。

この場合は、10Ω(1W)程度の抵抗を並列に入れればいいと思いますが、希望の音の大きさにするには抵抗値について試行錯誤が必要になるかもしれません。 こういうことも「楽しみ」ですので、一度トライしていただくといいでしょう。

これらの使い方を考えると・・・

圧電スピーカを使えば、消費電力も小さいので、乾電池やボタン電池で3V程度で作動するので、引き出しやドアを開けて時の喚起音として使えそうです。

機械的なドア用のリミットスイッチを使ってもいいし、磁気を利用したセンサーを組み合わせると、非接触で曲のON-OFFができます。

リミットスイッチの例 WEBより

その他の方法としては、こちらで紹介した磁石のN-S極で切り替わる「ホール素子」やこちらで紹介した「リードスイッチ」などを使って、非接触でドアの開閉で音楽が鳴り出すようにするのは面白いかもしれませんね。

ここでは2種類のメロディーICを紹介しましたが、私としては、バイポーラトランジスタ型のUM66Tのほうが使いやすそうな感じがします。何らかのヒントにしていただければ幸いです。


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