オーディオコーデックの選択

１．はじめに

Hermes基板に内蔵されているMic及びPhoneの機能をRedPitayaでは「WM8731Audio Codec Proto」と呼ばれる外付け基板で実現している。MikroElectronica社から比較的廉価（送料込みで$28=約３，０００円程度）で入手できるのでこれを試してみた。今まではこの機能をPC内蔵のマイク及びスピーカーにVACで接続していたが、これではOpenHPSDRのMasterAFとかMIC利得とかのスライダーが使えないのとデジタルの場合にVAC切り替えが必要とか音声の遅延が気になっていたので試してみたかったためである。

２．接続

RedPitayaとの接続は下図の通りで、デジタル音声はI2S Codec(GPIO-driven frame-sync?)でボリューム等の制御はI2Cであり電源を含めて８本の接続が必要である。I2Cのアドレスは0x1Aである。

基板回路図

WM8731　　　 Red Pitaya

SCK --- DIO4_N (E1) Pin 12

MISO --- DIO5_N (E1) Pin 14

MOSI --- DIO6_N (E1) Pin 16

ADCL --- DIO7_N (E1) Pin 18

SDA --- (E2) Pin 10

SCL --- (E2) Pin 9

3,3V --- (E1) Pin 1 oder 2

GND --- (E1) Pin 25 oder 26

RedPitayaとの接続

実態配線図

３．実物の確認
ネットで問題視されている項目を実物で確認した。

１）クリスタル周波数
ATS 122SM-1 CTS 05 1630 CTS社の12.280MHzのSMDタイプの水晶発振器。マニュアル通りで巷で問題視されている16MHzのものではない。

クリスタルの捺印はATT122SM-1

２）C23は容量の表記はないが形状からして１μFはない。マイク入力のWolfsonのICマニュアルでの推奨値は１μFでIC側が正極となっている。このバイアスはエレクトレットマイク用であるがテスターで確認するとIC側が負極である。なお、ライン入力としてはハイ受けでステレオ入力が可能で基板にL/RLINEINが用意されている。

C23の形状

４．動作確認
WM8731を搭載したRedPitayaのインターフェースボード。マイクとヘッドフォーンがWM8731に接続される。キーヤーもRedPitayaのE1に収容されてRedPitayaの内蔵キーヤーが働いている。

上記の接続で

１）PowerSDRとRedPitayaのソフト設定等は不要でそのまま動作する。

２）OpenHPSDRではMasterAFとかMIC利得とかのスライダーが使える。

３）従来のVACを通しての復調音よりも遅延は少ない。音声復調の遅延は気にならない。CWにおいてもサイドトーンを聞きながらパドルを操作できる。

４）C23に１μFのコンデンサーを外付けしない場合はハイが強調されていて聞きづらい。１μFを追加するとローも伸びて聞きやすいが所詮はポータブルオーディオの範疇は超えられない音でありHF機だからとの割り切りが必要になる。

少し気になる点としてダイアルを回すとかすかにクリックノイズが聞こえる。どこで発生しているか原因は不明。また、CW Memories and Keyboardが使えない。このことは以下のサイトでも指摘されているが現状解決されていないようだ。

http://forum.cq-nrw.de/viewtopic.php?f=40&t=202

１μFのタンタルコンの＋極性マークに注意。

追記：ダイアルを回すときのクリック音はバンドスコープで雑音レベルが１０ｄBほど盛り上がるほど強力で、I2Cケーブルを抜いても止まらないがI2Sケーブルを抜くと止まることが分かった。（03/09/2018)

追記：ダイアル音はIN1とIN2の入力にステップアップコイルを入れるとなくなった。１２MHｚ帯で雑音が多いのが分かった。切り分けた結果PE4302EのクロックとTS-680SのUSBドングルからの雑音は特定できた。その他は依然不明。これらの雑音は送信用のバーチカルアンテナで強力に受信されるが屋外にあげたLZ1AQのスモールループアンテナでは感知されない。机の近くのPC周り（特にUSBの12Mbps(FS), 1.5Mbps(LS)は注意）からのものと推定される。（03/17/2017)

２つの雑音源は特定。

追記：１６０ｍ帯で1.85MHz付近で強力な雑音源は流用しているiPad用の電源アダプターであることが判明。自励であるためか不安定であるので容易にわかる。Switching電源の利用は160m運用には要注意。(03/18/2018)

５．VAC経由でPC側のASIOオーディオコーデックを利用する代案
Master AFスライドは使えなくなるが、VAC経由PCの内蔵オーディオコーデック利用するか外付けのオーディオデック利用する代案がある。以下この方法実例を示す。

この方法のポイントは

１）VACの接続先はSSBの場合はマイクスピーカーであるがデジタルではWSJT-Xなどのソフトがありこの選択機能が必要でVOICE MEETERなどのミキサーソフトを使う

２）モニターが使えないため内蔵のCWキーヤー機能が使えない。外付けのキーヤーを別途用意するかPCにソフトキーヤーを搭載するかの判断が必要。ソフトキーヤーを選択すると遅延特性が厳しいのでASIOまたはASIOALLなどの低遅延オーディオフォーマットの調整が必要となる。

６．実際の構成例
ASIO2のインターフェースを持つE-MU0204を中心にした構成例を以下の２枚の写真で示す。

BOSEのスピーカーとヘッドフォーンはE-MU０２０４に接続されている。手前のキーヤーはPCIインターフェースのCOMポートに接続されている。

RedPitayaのインターフェース基板にはVM8731コーデックは取り払われている。その代わりEhoCｗが制御するもう一つのCOMポートは草色のミニステレオコネクターでフォトカップラーを介してRedPitayaのE1コネクターのDash信号に接続されている。

以下に各ソフトの設定例を示す。

１）VOICEMEETERとASIO　Codec設定
ASIOの設定が重要。HARDWARE　OUT　A1でE-MU0204を選んでMenuでSystem settings/OptionsでBuffering　ASIOはOpenHPSDRと同じく512　Virtual ASIO TypeはInt32LSBに変更 Prefered Main Sample Rateは48000Hz, Engine ModeはSwiftを選択。

ASIO:ASIO E-MU AudioをクリックするとASIO　E-MU Audioのコントロールパネルが出る。Buffer Sizeは20ms, Bit Depthは24-bit。

２）OpenHPSDRの設定
Voicemeeter Virtual ASIOを選択してBuffer　Sizeは512, Buffer LatencyはAutoとした。　Gainの設定はVOICEMEETER側で行うことを前提に0dBとした。

３）EhoCWの設定
Sound　deviceでASIO: Voicemeeter Virtual ASIOをSample rateを4800 Channelsを1-2を選択。CW keyer　input portとRPのKey inputを制御するCOMポートを設定。25 wpm程度でも操作できる。

７．まとめ
PC側のオーディオデック用いる構成の最大メリット豊富な外付けオーディオコーデックが選択できることである。小生が使っているのはオーディオ機器としては普及品であるがS/Nは１１０ｄBを超える性能がありVM8731の８５ｄBに較べて２５ｄBは良い性能でありいったん聴き較べをするとVM8731に戻る気がなくなってしまう。しかし同期外れを防ぐためバッファーサイズなどの細かい調整とCPUの過負荷時の音切れを防ぐためにバックグランド処理を制限するなどのOSのチューニングが必要な難点がある。早く新型のPCに切り替えたい欲望をおさえるのに苦労することになる。（２０１８年１１月９日）