Roland αJunoのDCO(1)

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Roland αJunoの最大の特徴をひとつ挙げるとすると、DCOになると思います。
JunoシリーズはJuno-6、Juno-60、Juno-106、αJunoの4シリーズですが、すべて「6音ポリ」「1DCO/Voice」という仕様が共通しています。
この制約の中で、シンセサイザーとして「良い音」を追求した結果がJunoシリーズのDCOです。
JunoシリーズのDCOは当初から一貫してユニークな発想で構成されていますが、αJunoのDCOはその集大成と言えるでしょう。

「DCO」=Digitally Controlled Oscillatorなので、アナログシンセじゃなくてデジタルシンセなのでは?

という印象を持ってしまうかもしれませんが、DCOは現代のソフトシンセのような、D/A変換で波形を生成するものではありません。

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JunoシリーズのDCOは、Juno-6/60ではチップ化されておらず、Juno-106で2DCOをワンチップにしたMC5534Aが開発され、αJunoで6DCOがワンチップ化されました。
αJunoのDCO「MB87123」は出力端子が6個(6音ポリなので)、チップに命令するためのアドレス/データ兼用の8bitバス、バスがアドレスを指定することを示すALE、それにクロックとチップセレクトの信号しかありません。

洗練されすぎていて内部で何をしているのか分かりませんが、87123の内部構成は簡単なブロック図がメンテナンスマニュアルに掲載されています。

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この図を見ると、クロックからピッチ信号を生成し、そのピッチ信号で鋸波、矩形波、サブオシレータの3つの波形を生成していることが分かります。

その波形生成の仕組みについては、αJunoのメンテナンスマニュアルには書かれていないのですが、Juno-6/60/106のメンテナンスマニュアルには解説がありました。
中でもJuno-60のマニュアルが一番詳しく書かれています。

DCOで鋸波を生成する仕組みを非常に単純化すると次の図のようになっています。

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左側から電流を流すと、時間の経過に従ってコンデンサに電荷が貯まり、Aの部分の電圧が上がっていきます。
ここで、スイッチを押すとコンデンサの電荷が放電されて、電圧が一気に下がります。
スイッチを離すと、また電荷が貯まり始めて電圧が上がっていきます。
この「スイッチを押す周期」を制御すれば、希望の周波数の鋸波が得られます。

スイッチを押す、とは波形の生成をリセットすることに相当します。
JunoシリーズのDCOは、波形をリセットするタイミングをデジタルで制御しています。
そのタイミングは、数MHzのマスタークロックを16bitのカウンターでカウントすることで作り出しています。
カウンターのカウント値は、生成したい周波数から逆算できます。

長くなったので続きます。

αJunoのLCDのLEDバックライト化検討

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直前の記事で、αJunoのLCDのELパネル交換について書きましたが、当初はELパネルではなく、上の写真のようなLEDバックライトに交換できないかと考えていました。
結局、交換は難しいという結論になったのですが、参考までに調べた内容をまとめておきます。

バックライト用のLEDパネルは、厚みが3mm近くあります。

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一方、ELパネルは厚みが0.4mmと非常に薄いものです。
LCDモジュールは基板とLCDでバックライトを挟むような構造になっていますので、ELパネルのスペースにLEDバックライトを入れるのは困難です。

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LEDバックライトは、表と裏に半透明のシートを貼った透明なアクリル板に、側方からLEDの光を入れ、その光が半透明のシートで反射されながら少しずつアクリル板の表面に漏れ出るような構造になっています。
これだと、どうしてもLED素子の大きさでバックライトの厚みが決まってしまいます。
面実装タイプのLEDだと、1.0mm×0.5mmといったサイズのものもありますが、こんどは光量が不足してしまいそうです。複数使うとなると、配線が問題になります。

aliexpressで「ultra thin led backlight」といったキーワードで検索すると、0.5mm厚のLEDバックライトも存在していそうではありますが、ELパネルの置き換えにすぐ使えそうな商品は見つかりませんでした。
普通に考えれば、LCDモジュールが2,3mm厚くなったところで、困る人は少ないのでしょう。

次に、LCDモジュールごとLEDバックライトタイプのものに交換するということを考えました。
αJunoに使われているLCDモジュールは、表示が16文字×1行、コントローラが日立のHD44780という非常に広く使われていたチップになっています。
現在でも、16文字×2行のLCDモジュールはHD44780の互換品がよく使われています。
16文字×1行のモジュールは国内ではあまり見かけませんが、aliexpressなどでは普通に見つかります。
日本円にして300円程度のものですので、2つほど試しに購入してみました。

互換品を使う場合は、物理的な大きさ、接続コネクタ、プログラムから制御する際の互換性が問題になります。

まず、物理的な大きさですが、モジュールの基板サイズやネジ穴の位置は同じです。
下の写真は、上が購入した互換品、下が本来のモジュールです。

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しかし、モジュールの厚みは、LEDバックライトのせいで互換品の方がだいぶ厚くなっています。
モジュールを横から見たところです。
中央の半透明の部分がバックライトになります。

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以下の写真は、上が本来のモジュールを取り付けた状態、下が互換品をセットしてみた状態です。
モジュールが金具から2〜3mmほど浮いてしまっています。
長いネジを買ってくれば、取り付けは不可能ではなさそうです。

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次にコネクタですが、αJunoのメインボードとLCDモジュールの間は14極のFPCケーブルで接続されています。
従って、このケーブルを挿入できるようなコネクタが入手できるのが一番望ましいです。
LCDモジュールからコネクタを取り外して使うということも考えられますが、後戻りできない道になってしまいます。

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探してみたところ、14極ではなく16極のコネクタをマルツオンラインで見つけました。
タイコエレクトロニクスの6-520314-6という型番のものです。
価格は335円でした。

本体(基板取り付け側) 6-520314-6の通販ならマルツオンライン

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16極ですが、LCDモジュール側はLEDバックライトのための電源も含め、もともと16個のホールがあるので、基板取り付けは問題ありません。
ケーブル取り付けの際はピン1に寄せて取り付けることが必要です。

最後に、プログラムの面での互換性です。
コントローラは互換品ですが、コマンド体系が互換というだけで、完全なコピー品ではありません。
そのため、置き換えてみたら正しく動作しないということも起こり得ます。

下記のリンク先では、αJunoのLCDをOLEDモジュールに置き換えた場合の問題点が解説されています。
αJunoのファームウェアでは、16文字×1行のLCDを8文字×2行として制御するモードで動作しており、電源ON時にLCDモジュールがこのモードで動作する前提になっているために、置き換えたOLEDモジュールでは正しく動作しないという状況になったそうです。

OLED display for Alpha JUNO 2 | Jeroen Oldenhof

この問題は互換コントローラの問題なので、実際に接続して試してみないと起こるかどうか分かりません。
この方が使われたモジュールはWinstar製ということなので、おそらく以下の商品と同じではないかと思います。

【共立エレショップ】>> OLEDディスプレイ キャラクタ表示タイプ 16文字x1行 青文字: 【能動・受動・機構パーツ】 << 電子部品,半導体,キットの通販

確かに、説明に「HD44780系コントローラとほぼ同じ操作性(イニシャライズ等一部変更が必要)」とありますね。

問題が起こってしまった場合ですが、この方は、αJunoのROMのプログラムコードを書き換えてこの問題点を解決しています。
そのためにはEPROMのプログラマと、メインボードのEPROMの交換が必要になります。

さすがに、ここまでややこしくなってくると、素直にELパネルの交換で済ませようという気になりました。
ただ、OLEDディスプレイの場合にはバックライトは必要ないので、モジュールの厚みはLEDバックライトのLCDよりも薄くなります。
そういう意味では、コントローラの互換性があるOLEDディスプレイが、交換にはベストな選択かもしれません。

Gearslutzの以下のフォーラムを見ると、そのようなOLEDディスプレイモジュールも存在するようです。

Alpha Juno Screen Replacement – Gearslutz Pro Audio Community

一番最後の書き込みで、ポーランドのTMEというメーカーのモジュールを使ったとあります。
こちらのモジュールのようです。

DEP 16101-W DISPLAY ELEKTRONIK – Display: OLED | TME – Electronic components

表示面の厚さはELバックライトのLCDと同じ5mm程度のようです。
価格が20ドルちょっとなのでやや高価ですが、試してみたい気はします。

αJunoのLCDバックライトを交換

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私が手に入れたαJunoは、LCDのバックライトが点灯しません。
このLCDはSHARP製のLM16155Bというモジュールで、バックライトにはELパネルが使われています。
調べてみると、EL素子は使用していなくても経年劣化で発光しなくなっていくそうです。
αJunoは発売から30年以上経っていますから、おそらくバックライトはほぼ全滅ではないでしょうか。

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αJunoに限らず、古いシンセサイザーや家電のLCDはほぼ全てELパネルが使われていますので、交換を試みている人も結構多いようです。

バックライト交換2:マイアミ君の雑記帳:So-netブログ

節約生活:YAMAHA TG77 液晶バックライト交換&タクトスイッチ交換&内蔵電池ホルダー化 – livedoor Blog(ブログ)

Remplacement backlight du ROLAND juno 2

交換自体はそれほど難しくは無さそうなので、私も修理してみることにしました。
交換用のELは、自分でELシートを買ってきて電極を取り付け、ラミネータで封印すれば作ることができるようです。
しかし、今回はネットで見つけたバックライト専門業者から完成品を購入してみました。
その名もbacklight4youという、そのものズバリの名前で、ドイツのネットショップです。
LM16155に使用できるのはサイズが18mm×74mm(発光部分ではなくラミネートを含めた外形サイズ)のもので、発光色はホワイトブルーグリーンイエローから選択できます。
Juno-2では、元の発光色はホワイトらしかったので、ホワイトを選択してみました。

EL-Panel, pink-white, 18mm x 74mm, laminated – backlight4you

価格は送料を含めて15,99 EUR、約2000円というところです。
この値段なら、余ってしまう材料や手間のことを考えると、自作する場合と大した差は無さそうです。
届いたものはこちらです。

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こちらは裏面です。

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バックライトの交換には、液晶モジュールを取り外す必要があります。
モジュールはネジ4本でパネルに固定されていますが、取り外すのは容易です。

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写真のように、モジュールには14ピンのFFCケーブルが接続されていますが、このケーブルは単に引っ張れば外れます。裏表を覚えておいてください。
右へ伸びている白・黒2本の線はEL用の電源です。
この部分は高圧ですので、電源が入っている状態で触ってはいけません。
この線も外したほうが作業が楽になりますが、今回は半田付けを2箇所やり直すだけなので、外さずに進めました。

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上の写真は、LCDモジュールを横から見たところです。
中央の2本の電極がELパネルの電極です。
基板にはELパネル用のホールは無く、電極は基板の端を表から裏へ回りこむようにして接続されています。
従って、取り外すのも簡単です。

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はんだ吸取器や、はんだ吸取線を使ってはんだを除去した状態です。
この状態で電極をはんだゴテで押せば簡単に外れます。

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ELパネルはLCDの下に差し込まれているだけですので、電極が外れていれば、引っ張れば抜けます。

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上が新しいELパネル、下が古いELパネルです。

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新しいELパネルを挿入し、電極を折り曲げてはんだ付けすれば交換完了です。

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ちなみに、添付の説明書には「はんだ付けの際には、電極が過熱しないように放熱させること。銅のコインを電極に当てておくと良い」みたいなことが書かれていました。(やりませんでしたが)