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2018-09-14 footfoot (21)

カセットテープ録音の回路(歪) 【自作テープ録音】

カセットテープの交流バイアス録音・再生・消去の回路図

自作してみたテープの録音・再生・消去回路を載せておきます。ただ、歪みがあるので改良必須です..

デモ動画はこちらから

あまり参考になる情報がなかったので自分なりに考えた回路です。ブレッドボード一枚に収まるぐらいのシンプルさは気に入ってるのですが、まだ実用に耐えません。ちょっと疲れたので一旦休憩中(ヽ´ω`)

手詰まり感もあるので問題点などありましたらコメントでもツイッターでもいいのでアドバイスよろしくお願いします。

 

▼デモ動画では磁気ヘッドの端子をワニ口クリップにして、録音・再生・消去の回路を切り替えてます。右の基盤は電源。

カセットテープ録音の実験回路。ブレッドボード

テープ録音・再生・消去の回路図

カセットテープ録音、再生、消去の電子回路。ACバイアスの歪みが多く要改良(クリックで拡大)

  • 電源は±9V
  • 磁気ヘッド(モノラル)のインダクタンスは53mH直流抵抗は100Ω
  • 録音方式は交流バイアス
  • Audio inの音源はスマホ(iPhone4s)のアプリを使用

ってな環境というか条件です。LTspiceを使ってシミュレーションしたりもしました。

さらっと回路の説明しときます。

REC 録音 (交流バイアス)

テープ録音は録音回路が一番難しいです。磁力のヒステリシス(ウィキペディア)曲線てのがやっかいで、そのまま音声をテープ(磁性体)に録音すると歪む性質があります。歪みを防ぐ役目が直流バイアスや交流バイアスで、直流バイアスは回路は簡単ですがS/N比が悪いのでACバイアスでやりました。交流バイアスは50kHz~100kHz程度の正弦波を音声に加算する方法です。(AM波のような乗算ではダメ)

回路の説明

初段はフィルムコンデンサ(C1,C2)とマイクロインダクタ(L1)とJFETのBF256Bを使ったコルピッツ発振回路(クラップ発振回路かも..)で50KHz程度の正弦波を作ってます。その正弦波をオペアンプのボルテージフォロワで電流増幅しまして、抵抗R3とR4でスマホの音声信号と正弦波を加算しつつ反転増幅。で磁気ヘッドに流してるいう感じ。

問題はどの程度の電流を磁気ヘッドに流せばいいのかってことで、この値を合わせるのがかなり難しそうです。ヘッドの仕様にもよりますし。この回路内で各振幅の調節はやってみたのですが、歪みは改善しませんでした。何か根本的にミスってる可能性もあります。電源電圧が足りないとか、オペアンプの選択ミスとか。モーターの回転むらってことも..

交流バイアスについて

バイアスについてはこのサイトが詳しいです。バイアスなし、直流バイアス、交流バイアスの図がわかりやすい。と言っても交流バイアスのほうがS/N比がいい理由がいまいち理解できてません(´ω`;)ムズイ

How AC Bias Really Works ... Maybe ... (http://www.hccc.org.uk/)テープ録音の交流バイアス直流バイアスを詳しく説明してるさいと

あと磁気記録(ウィキペディア)の交流バイアスやソニーの語録に書いてあるここの文は回路を組むのに重要なところだと思います。う〜ん、バイアスの最適値を探るのが難しそうだ..

録音バイアスを次第に大きくしていくと出力も大きくなるが、ある点からは逆に出力は低下をしはじめる。この最大出力が得られるときのバイアスをピークバイアス値という。ダイナミックレンジ、ひずみS/Nなど最もバランスのとれた状態になるのは、このピークバイアス時の出力からテープ出力が0.5dBから1dB低下するあたりとされている。これが最適バイアス値である。

直流バイアスは..

直流バイアスも回路が簡単なので試してみましたけど、ほぼノイズで音声として聞けませんでした。S/N比が悪い方法らしいのですが、悪いどころじゃないような。安価なポータブルレコーダーは直流バイアス方式が使われていた(る)ようですが、どんな回路なんだろう..気になる。

あ、テープレコーダーの消去ヘッドが永久磁石なら確実に直流バイアスだそうです。

PLAY 再生

再生回路はヘッドで読み取った電流を増幅する回路です。この回路はスピーカーを鳴らすためのデモ動画用なのでパワーアンプIC(LM386)を使ってますが、実際はオペアンプ等で増幅すると思うんであまり参考にはならないかも。

C4は直流カット用C5とR6は交流バイアスの高周波を取り除くローパスフィルター。値はけっこう適当で、音を聴きながらこのぐらいだろうって感じで決めました。AMラジオの経験が活きたな..

LM386はデータシートに載ってる基本的な回路なんですが、1ピンと8ピンを使ってゲイン(利得)を上げてます。間に10uF(C6)を挟めば最高の200倍なのでそうしたかったのですが、発振してしまったのでしかたなく100Ω(R7)も入れてゲインを落としてます。

ERASE 消去

消去は消去ヘッドが必要だろうと思ってたんですが、録音/再生ヘッドでも消去できました。なのでテープヘッド1つで3役こなせます。ナイス。

調べた限り消去方法は、交流バイアスの高周波を使う方法と、直流電流を流す方法の2通りあります。

今回はR1の1kΩで電流制限して直流電流を流して消去してみました。抵抗一本でいいのでちょう簡単。交流の高周波よりノイズが多い方法みたいですが、特に気にならなかったので直流でいいかなと。ただちょっと気になってるのが磁力ヒステリシスの性質で、消去方法で録音に影響しちゃうんじゃないかと..どうなんだろうか..

最後に

歪みがあるので回路はアップデートしていきたいと思ってはいますが、正直難しいので教えてくれる人いないかな..

 

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21 コメント

#1  - rrr 💬 :

play部分の +9vはnjm386のどのアウトプットから出てるのですか?

返信
#2  - footfoot 💬 :

質問の答えになってるかわかりませんが、NJM386(LM386)のアウトプット(Vout)は5ピンで、+9vの電源は6ピンです。データシートに載ってる基本的な回路なのでそちらを確認するといいかと思います。

返信
#3  - 大山 馨 💬 :

交流バイアスって、オペアンプでスイングさせるくらいの電圧じゃ少なすぎですよぉ~。
ノーマルテープで90ボルト以上要ります。
ハイポジなら120ボルトくらいです。
電流なんかほとんど流れません。ほんのわずかです。それよりも高電圧が要ります。
メタルテープだと180ボルトくらい要るんです。

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#4  - footfoot 💬 :

ええ90Vですか、そんな高電圧なんですね。歪んでるとはいえ±9V程度でなんで録音できたんだろう..
ノーマルテープ、ハイポジ、メタルテープでそんな違うんですね〜

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#5  - 大山 馨 💬 :

4558で30ボルトくらいのスイングを作ってバイアスに使用したことがあります。
録音できることはできましたが、バイアス不足は否めませんでした。
バイアスが不足するとレベルも不足するし、音質も良くないです。
動作するラジカセから部品をとって流用するのが楽だと思います。
試作実験に時間をかけたほうがいい部分でもあります。きれいな正弦波のほうがいいですし。

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#6  - footfoot 💬 :

>>バイアスが不足するとレベルも不足するし、音質も良くないです。
なるほど〜そうなるんですね。製品の部品を流用できればいいですが、ぼくのスキルで回路を読み解けるかどうか..

返信
#7  - 大山 馨 💬 :

消去ヘッドは交流バイアスよりも電流が多目に必要です。
昇圧にはトランスを使うのが簡単です。
フェライトコアのトランスで、巻き数比が1対100くらいかな?
鉄コアのトランスだと磁気飽和して正弦波にならないです。😅
交流バイアス方式のラジカセ分解してみればよくわかりますよ。
録音時にテスターで電圧測ってみてください。内部抵抗の大きなテスターのほうがいいです。

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#8  - footfoot 💬 :

>>消去ヘッドは交流バイアスよりも電流が多目に必要です。
半信半疑だったので助かります。
トランスで昇圧ですか。たしかにそれしかなさそうですね。トランスはあまり使ったことがないので勉強しないと。

>>鉄コアのトランスだと磁気飽和して正弦波にならないです。
そんな特性があるんですね。

返信
#9  - 大山 馨 💬 :

補足しますと、鉄心トランスでは数10kHzは追随できないのです。バイアス周波数が低くても25kHzですから鉄心トランスでは減衰して伝達できないというわけです。
フェライトコアはラジオでも使われているように数100kHzでも難なく伝達できます。

周波数の問題であったわけです。

コルピッツ発振回路やハートレー発振回路が参考になります。周波数の安定度がよろしくありませんが。😅

超高級デッキでは周波数変動をも抑えるためにPLL方式を採用したのもあったようです。

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#10  - footfoot 💬 :

>>鉄心トランスでは数10kHzは追随できないのです。
鉄芯は周波数に限界があったとは。目からウロコです。

PLLはたまに聞きますがなんだかすごく難しそうなやつですね..😅
コルピッツ発振回路やハートレー発振回路ならなんとかできそうです。その前にまともなオシロスコープを手に入れないと。

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#11  - 大山 馨 💬 :

直流バイアスはヘッドにもよりますが、抵抗を通して10ボルト程度の電圧で実験するといいでしょう。ヘッドに流す電流をどれくらいにするか?で抵抗値をカットアンドトライするしかないです。

直流バイアス用ヘッドとして定格も不明なヘッドですから自分で探すしかないのです。

交流バイアス用ヘッドでも直流バイアスはできます。やってみればわかります。

直流バイアス方式の場合、消去ヘッドはマグネットの場合が多いですかね?今入手できるレコーダだと。

ダイソー行ってマグネット買って、それで録音済みのテープに直接当ててみてください。その部分だけ消えますよ。
正確には磁気飽和させて上書きしてるだけで、ノイズになるだけなんですけどね。😅

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#12  - footfoot 💬 :

>>抵抗を通して10ボルト程度の電圧で実験するといいでしょう
バイアス電圧高めにして抵抗で調節するんですね。なるほど〜参考になります。

>>直流バイアス用ヘッドとして定格も不明なヘッドですから自分で探すしかないのです。
そうなんですね。ヘッドの仕様も機種によってバラバラで大変なので最近は新品の機種に絞ってテストしてます。

>>正確には磁気飽和させて上書きしてるだけで、ノイズになるだけなんですけどね。
やっぱり交流の消去が理想なんですね。

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#13  - 大山 馨 💬 :

バイアス用のトランスはバイアス発振コイルという呼び方をすることがあります。
ラジオ用の大きめなIFTボビンに1次側10回2次側1000回巻けると自作は可能。😅
かなり細い線でないと巻けませんが。😅

あとはトランジスタ1発のブロッキング発振回路の要領で動作させれば高電圧が出せます。電源12ボルトで2SC1815を使って100ボルト近く出せます。

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#14  - footfoot 💬 :

ACバイアスは交流波の作リ方がさっぱりわからなかったので助かります!
トランスって大きいものを想像してましたがIFTって小さいんですね。あれがIFTトランスだったことも知りませんでした😅
ラジカセ分解して調べてみます。

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#15  - 大山 馨 💬 :

電圧高いのでビリっときます。
気をつけてください。😅

返信
#16  - 大山 馨 💬 :

ACバイアスの周波数はヘッドによって決まるので、波形を見ながら決めた方がいいです。電圧値が高いので、簡易型のオシロだと壊してしまう恐れあり。😅

入力が絶縁されたオシロを使うことwlおすすめします。

ヘッドもインダクタなのでピークがあるんです。そこを使わないと有効なバイアスを作れないんです。それを確かめるにはオシロが一番簡単、というわけです。

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#17  - footfoot 💬 :

ちゃんとしたオシロスコープ持ってないんですよね。簡易オシロだと±20Vが限界なので分圧..しちゃダメですかね

>>ヘッドもインダクタなのでピークがあるんです。そこを使わないと有効なバイアスを作れないんです。それを確かめるにはオシロが一番簡単、というわけです。
ああそれがピークなんですね。ちょっと勉強し直してきます。そういえばLTspiceだそんな現象おこらなかったような。実際にテストしないとだめですね。
貴重な情報ありがとうございます!

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#18  - 大山 馨 💬 :

バイアスがまともになっても別の問題が出てて来ます。
サウンドの高域不足です。
録音アンプの出力に高域ピーキングのLCRタンクを直列に入れます。
高域補償と呼ばれています。
ヘッドのドライブはインピーダンスの低いアンプが必要で、その点ではオペアンプでオッケーですが、音質的に不満が出てくるようならディスクリートで組み上げるほうがいいかもしれません。
パワーアンプを使うという荒業は昔の初期のラジカセで使われた方法です。
だから録音時に音量が変えられなかったんです。
その後、パワーアンプは本来の用途のみになって、バリアブルモニターが謳い文句のラジカセに変わっていったのですよぉ~。

返信
#19  - footfoot 💬 :

いわゆるハイ落ちというやつですね。

>>録音アンプの出力に高域ピーキングのLCRタンクを直列に入れます。
録音から高域を上げておくんですね。参考になります。

>>音質的に不満が出てくるようならディスクリートで組み上げるほうがいいかもしれません。パワーアンプを使うという荒業は昔の初期のラジカセで使われた方法です。だから録音時に音量が変えられなかったんです。
ディスクリートのアンプは1石の簡単なやつしか作ったことないのでできるかな..ICを使うと柔軟に組めないのはなんとなくわかります。

返信
#20  - 大山 馨 💬 :

ほんとにメンドくさくなったら、直流バイアスで逃げちゃう、というのもアリです。😅
今ホームセンターとかで売られているミニカセットは直流バイアス方式です。
ラジオがついてても。😅

昔はほとんどそれでしたから。(笑)

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#21  - footfoot 💬 :

今まさに直流バイアスに逃げてます😅
交流バイアスは難しいですね〜。スキル不足をビシバシ感じます。

とりあえずは直流バイアスで機種を限定して簡単な回路のレシピを作ろうと思ってます。インスタントに誰でも作れたら面白いかなと。

楽器の用途ならノイズや歪などあっても旨味だ!と言い訳できますし😅

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