Kit1

電子工作を始めてみよう

ChipTrickはこれから、電子楽器工作をやってみようかな、という初心者の為の手作り楽器キットです。ボタンを押すと、ChipTune的なノイズが出ます。スイッチをつけて出したり止めたりできるようにしただけなのだけど、ボタンの押し方を微妙に変える事でまるで、ただのノイズが、まるでリズムを刻むように聞こえてきませんか？

部品点数は全部で10こ。専用のPCB（プリント・サーキット・ボード）に部品を乗せてハンダ付けして主要部分を作み立てます。後は電池と、アンプやミキサーに繋げるジャックをつければ出来上がり。（ミキサーに接続するのがお勧めです）後はどんなケースに入れようかなと悩む楽しみ。もちろん、ヌードのままでもいけます。
このキットでは、電源スイッチはありません。遊び終わったら電池をはずしてください。

蛇の目エリアでは、ハンダ付け初心者の人のための練習に使います。（もちろん、追加回路を仕込んでもOKです。）回路図などは一番最後に紹介します。

どんな音がでるの

100聞は一見にしかず。まずはビデオを見て下さい。これは一番最初に組み立てたプロトタイプです。ビデオでは見られませんが蛇の目基板に組み立ててあります。
このキットも同様の、ケースに入れられます。手持ちで演奏するのなら、ケースに入れた方ががいいかもしれません。ステージでのワンポイントに、DJプレイでのアクセントに、色々に使えそうです。
さらに、基板を半分に切って、音源部分とスイッチ部分に分けやすくしてあります。ケーブルを延ばしてリモートChiipTrickに改造したり、自分だけのケースに詰め替える事もできそうです。
スイッチも、ゲームセンターにあるような大きなパッド型のスイッチに変えると、パーカッション的に叩く演奏ができるかもしれません
このページの写真はすべて、クリックすると拡大することができます。写真を見ながら、一緒に組み立てましょう。

部品をチェックしよう

主要な部品は、IC (One Chip CPU)、抵抗１本と、コンデンサが2種類。一つは「電解コンデンサ」、または「ケミカルコンデンサ」を略して「ケミコン」とも言います。もう一つは青くてちいさな積層セラミックコンデンサ。略して「積セラ」とも言います。
あとは、ボリューム、タクトスイッチ、ジャック。電池ボックス。詳細なリストは、一番最後に紹介します。ジャックなどを基板に接続するケーブルは、各自手に入れてください。1メートルで十分です。
ICと、ケミコン、電池は接続に向きがありますが、抵抗と積層セラミックコンデンサは、向きがありません。好きな方向につけてOKです。普通は、後からどんな値の部品を付けたの分かりやすい様に、向きを揃える様ににしますが、このキットではそろえるほど部品の数が多くありません。

キットの袋を開けて、部品をとりだして部品を一つづつ見てみましょう。
電解コンデンサーには、「10uF50V」と数字で表示されていますが、小さくて、印刷が難しそうな積層セラミックコンデンサや、丸い筒状になっていて、数字を印刷しにくい抵抗は、値を省略して表示してあります。抵抗は、カラーコードといって、色に数字を割り当て、値を示します。帯なら、どの向きにつけても後から見ることができます。ここは、「茶」「クロ」「橙」「金」の順番に見て、10kΩ (オーム)と読みます。
また、青い積層セラミックには小さな時で104と書かれているはずで、0.1μF （マイクロ・ファラッド）と読みます。

はんだ付けを始める前に

はんだ付けする前に、部品の足を整形します。自分で秋葉原に行って部品を揃えるのであれば、足の整形の不要な部品を買うようにすれば、そのままでもOKですが、このキットに入っている部品は微妙に足が曲がっています。ラジオペンチを使って、丁寧に伸ばすと、すんなり基板に入って、綺麗に仕上がります。
写真は、ケミコンと、積セラとスイッチです。電気は繋がっていて、他とショートしていなければ、大体動きます。ただ、今は大丈夫でも後からショートするかもしれません。また、基板と部品が浮いている状態ではんだ付けした基板の部品を後から基板に押し付けると、基板の銅箔ごとはがれてパターンがむしれます。基板と部品は可能な限りフィットさせてはんだ付けする方が良いです。

最初の1発目をはんだづけしよう

今回使う抵抗は10kΩが1本だけです。 10kΩ は抵抗の値。一口に「抵抗」といっても色々な抵抗があります。ここでは、カーボン抵抗の1/4Wというものを使っています。ちょっとサイズが大きいので、足は根元からまげて使います。ぎりぎりのサイズになっていますが、この回路の場合は、1/6Wという小さなサイズの抵抗に差し替えても問題はありません。秋葉原では一袋100円程度です。
積層セラミックコンデンサとともに、基板の絵の場所に部品を差します。Rが抵抗(register)の意味です。根元まで入れてください。はんだ付けするべく基板を裏返したときに、また、位置（高さ)が変わるかもしれません。裏から出ている足を動かしていい場所に来るようにしてはんだ付けします。
糸ハンダは、半田ごてに当たると、スッと溶けてしまいます。半田ごては基板のランド(部品の足が通る丸いドーナツ部分）と、その穴から出ている部品の足に当てるようにします。このあと、乗せる半田がスッとなじむように、熱を加える、という印象です。ものの1秒程度で十分。そこに糸ハンダをスッと流し込む感じ。ここまでで2秒が基本。

はんだ付けの極意は、ビートを感じること。大体歩く早さのリズムをイメージします。120bpmで四分音符は、0.5秒。一小節で2秒になります。「ドンタンドンドンタン」、で1箇所ハンダ付け修了。
上手にハンダ付けできると、冷えて固まっているにもかかわらず、まるで、濡れたような、しっとりとした印象になります。溶けている時のはんだの表面張力で、ハンダが部品としっかりくっついている感じになります。
綺麗にできたら、裏から飛び出している足を適当な長さを残して切ります。2秒以内なら、コテの熱で部品が壊れることはほとんどありませんが、一応、放熱するチャンスを残す意味で、はんだ付けが終わるまでは足は残しておいたほうがいいかもしれません。
手早く確実にが、基本です。

ソケットをつけよう

ソケットの向きを基板の絵に合わせて、ソケットを基板に乗せて裏返します。あ、落ちた。ええ、落ちるのが自然です。慣れてくれば、裏から足をつまんで裏返えせるようになりますが、落ちないようにセロテープで軽く貼り付けて裏返してください。
糸はんだには、松ヤニ入りのものを使います。長時間半田ごてをあてていると、はんだに含まれていたヤニ成分が飛んでしまい、綺麗にハンダ付けができなくなります。2秒超えたと思ったら、潔くやり直し。基板や部品を十分に冷まして、再挑戦。
半田ごてに残ったハンダはぬれ雑巾などでふき取り、先っぽに付いたヤニのこげなども綺麗にふき取ってから、再挑戦します。
一方、べつに、綺麗にはんだ付けできなくても、ちゃんと付いている、他とショートしていない、の2点がクリアできていればまったく問題ありません。ただ、「これ、どー見てもくっついてるだろう？」と思っても実はくっついてない、または中途半端にくっついてる、と言うことも少なくないです。冷えて固まってるにもかかわらず、しっとりぬれた感じがするのはんだ付けを目指しましょう。

電解コンデンサをつける

電解コンデンサには、+側と-側の向きがあります。一つ前のソケットをつけたばかりの写真を見直してみてください。丸の中に+マークがあるはずです。こちらに、長い足を入れます。そのまま立ててつけてもいいのですが、ケースに入れるときに天井にぶつかるかもしれませんし、裸のまま使うにしても、出っ張りがあるとついうっかりむしってしまうかもしれません。寝かして取り付けましょう。
ICのソケットは間違って逆さにつけても、ICを逆さにいれれば、問題ありませんが、電解コンデンサは、逆さにつけると、もう一度はんだ付けしなおしになります。部品に要らない熱を加えることになります。電解コンデンサの向きは、ちょっと慎重に決めてください。

ラストスパート

昔は半導体は熱に弱い部品で、はんだ付けに時間が掛かりすぎると、その熱で壊れる事もあったようですが、いま、一番熱に弱い部品は、電解コンデンサや、プラスチックでできた、ボリュームや、スイッチかもしれません。足はメタルですが、プラスチックの筐体までの距離が短くてはんだ付けの熱を放熱するチャンスが少なくて、熱で中まで溶けてしまったりすることがあるかもしれません。
とはいえ、はんだ付けの時、銅箔と部品の足にコテからの熱が十分に行ってないと、半田がしっとりと両者を結び付けられません。びびらずに、きちんと熱を加えるようにはしてください。特に、銅箔面が広いグランドのエリアなど、なかなか半田ごての熱が入らない場合があります。ビビらずに、きちんと暖めてやると、綺麗にはんだ付けできます。

あらかじめ、タクトスイッチの足は伸ばしてありますか？この工作の最大の注意ポイントがここです。最初に書いたとおり、タクトスイッチの足は伸ばして、足が一番奥まで入るようにして、スイッチのオシリが、基板にちゃんと付いている状態にしてはんだ付けしてください。右の写真では、左がOK、右はNGです。

ここまで、なんとなく部品を選んではんだ付けしてきたように見えるかもしれませんが、実は、はんだ付けする順番にはルールがあります。基板を横から見てみて下さい。基板からの高さが大体同じような高さになるように、部品を選んで順番をつけていたんです。
はんだは溶けているときはまるで液体のように振舞います。普通に重力にしたがって流れます。無理な体勢では、無理なはんだづけしかできません。
たとえば、机と基板の間にニッパーの柄をはさんだりして、可能な限り、基板が机と水平になるように、ぐらぐら動かないようにして作業するようにします。
この工作の一番の難関は、VRを固定するための足のはんだ付けです。斜めについてしまうと、軸が斜めになってしまいますし、これだけ背が高いので、はんだづけするために基板を裏返して机の上に置きにくくなります。なにか枕にして、基板が水平になるように、ボリュームの軸が垂直に立つように、しかも、はんだ付けする相手はだだっ広いグランドプレーンと、今回の部品の中では最大級のメタルの足。時間をかけすぎないように、でも十分に熱を入れて、たっぷりはんだを流し込んでがっちり固定してください。
これで基板は完成。ICの向きを間違えないように乗せておきます。

ひと段落、次のステップの準備

写真のように、ジャックと電池ボックスにあらかじめリード線をはんだ付けしてしまいましょう。電池ボックスは、ばねの付いているほうがマイナス。黒にしておくといいかもしれません。ジャックは、オシリ(口が無いほう）に端子が2個ありますが、違う動作をします。オシリから見て、右側がプラグの先端になります。赤いリードをつけておきます。（色は何色でも構いませんが、2本のリード線が似たような場所から生えている場合、色を変えて接続ミスを防ぐのが狙いです。好きな色で結構です）
さて、電池とアウトプットジャックをつけたら完成。いや、先ほどのVRの足が難しかったかもしれませんが、実は、このリード線の配線が侮れないです。電池ボックスはビニール。それについた端子、小さくない。熱入れないと半田が乗らない。さらにのんびりはんだ付けしているとリード線のビニールが溶けてきます。あっと思うと、電池ボックスまで融けます。
解決策はありません。慣れです。特に電池ボックスの端子は、サビが乗っていると半田が乗りにくくなるかもしれません。この手のニッケルメッキされた端子のサビは、光り方が微妙に鈍い程度だったりして、目で見ても分かりにくい事があります。
はんだ付けしたい端子を手前に、引っ張りあげ、はんだ付けしやすい角度にまげて、ニッパの金属部分などでこすって肉眼で見てもわからない微妙なサビを磨いてから挑戦しましょう。
もし、うまくできなくて、電池ボックスが溶かしたら、スナップタイプの電池ボックスと、電池スナップを手に入れて再挑戦してください。ただ、間違って9Vの電池を接続すると、マシン全体が壊れます。出来上がった直後は間違える事は無いと思いますが、知り合いに貸したり、忘れた頃に帰ってきたりした時に、魔が差します。。

フィニシュ

電池の赤（+）は「VCC」、黒（-）は、「GND」へ接続します。ジャックの赤は、「OUT」へ、黒は「GND」に接続します。
ただ、リード線をストレートに配線するのではなく、冒頭の写真のように、ねじ止めの穴に一度通してからはんだ付けするようにすると、使ってる時にリード線がむしれることは少なくなります。これでも、電池ボックスやジャックのほうはむしれる可能性はありますが、経験的にリード線は基板からむしれる確率のほうが高いようです。

リード線を上手にはんだ付けするコツがあります。
先っぽ3mm程度被膜を剥いたら、あらかじめハンダを乗せて「ハンダメッキ」します。半田ごての小手先には余分なはんだが残りがちになりますから、濡れ雑巾などにこすりつけて余ったはんだを捨てるようにします。
また、はんだメッキしたリード線の先っぽにはんだが余りますので、1mmほどはニッパで切り落とします。トータルで2mm程度ビニールの被膜の付け根からきちんと「はんだメッキ」されてる状態にします。
この状態で端子などの上に重ねてはんだ付けするテクニックを「チョンズケ」と言う事があります。ちょこんと乗っけてはんだ付けしてある状態の事です。無理な力がかかると、むしれます。
一方、「からげはんだ」というテクニックがあり、真空管アンプ等をラグ板などを使って組み立てる時に使われるテクニックで、基本的に部品間の接触は部品同士をきっちりからませて作る。これがばらばらにならないようにハンダも乗せておくというスタンス。
「からげはんだ」は、やってみると、難しいです。ミスったき、修正が利きません。ただ、はんだ付け箇所がむしれるような無理な力がかかったら、先にリード線が切れます。初心者は、「チョンズケ」で十分です。僕自身もほとんどの場合は「チョンズケ」です。

さて改造しよう！（ノイズ以外の音を出す）

ココからが本番。一番楽しいところ。まずは、1chipCPU に書き込まれたソフトを書き換えてみましょう。（現在出荷されているキットにはすべてこのVersion２が書き込まれています）
ソフトを書き換えることで、ハードウエアには何の変更も加えなくてもノイズ以外の音も出るマシンに変化します。書き換え方は、Webを検索して調べてください。キットのページでもVersion2のソフトが書き込まれたチップのみの頒布もありますのでご利用ください。

1. ファームウエア Version2

このソフトウエアに3つのモードが追加されました。モードは、ボタンを押しながら電池をつなぐことで切り替えます。動作中に切り替える事はできません。
普通に電池をつなげば、オリジナルのchipTrickのまま。ボタンを押せばノイズが出ます。次に一度電池をはずし、向かって、左側のボタンを押したママ電源を入れると、矩形波モードになります。
右と左二つのつまみを回して決めた音程を、それぞれのつまみのの下のボタンで鳴らすことが出来きます。ピーッポ、ピッピッピッポー。サンバホイッスル風にならしてみるとたのしいかもしれません。
二つのボタンを同時に押すと、二つの音程の周波数の和と差の音も同時に出て、いわゆる擬似リングモジュレーションの音がでます。いろいろな高さの音が同時に聞こえて、かなり耳障りなギロギロいう音色が出ます。というか、わざと、です。
次に、もう一度電池をはずし、向かって、右側のボタンを押したママ電池をつなげると、R2D2モードになります。（R2D2は言うまでもなく、スターウオーズに出てきた2体の凸凹ロボットコンビの小さい方の名前からいただきました）。 このモードでは、左のボタンでランダムな音高の矩形波が、左のボタンでランダムな音高のノイズが出ます。 左側のつまみを回すことで変化するスピードを変えることができます。右側のツマミはなんの動作もしなくなります。

どんどん改造しよう！（スピーカーを鳴らす）

ChipTrickリリース以降、多くの方がいろいろな改造をしてくださいました。中でも一番多くの改造は、スピーカーを内蔵させてアンプを接続しなくても音が出るようにすることのようです。僕も、この改造をやってみました。
ChipTrickが出力する音は、矩形波のみです。色々な音が交じり合ったノイズのように聞こえますが、その本質は、1周期ごとに周波数が違う矩形波なのです。毎回周波数が違うので、音の高さ定まって聞こえず、まるでノイズのように聞こえるというのがこのマシンの名前の由来でもある「トリック」です。
実際に出力しているのは、オンかオフかだけの２値ですから、微妙な増幅は必要なく、リレーをカチカチ動かす様にスピーカーを駆動できればOK。ここでは、トランジスタを１つだけ使って、電池からの電圧をオンオフするだけのChipTrick専用のトリッキーなスピーカー駆動を試してみます。

この改造のための追加部品は、トランジスタ、抵抗、そしてスピーカーの3点です。回路図と、蛇の目基板への部品の配置の写真を掲載します。

1. 改造後の回路図
2. 部品をつけた基板の表の様子
3. 部品をつけた基板の裏の様子

トランジスタは、直流抵抗数オームのスピーカーに、電池の電圧3Vかけるのですから、コレクタに500mA程度流せるNPNタイプの物を選びます。いつも使っている2SC1815は、150mA程度しか流せず、スピーカーを十分にドライブできません。ベースにつける抵抗は100オーム。出てくる音はノイズですし、音そのものはトランジスタより接続するスピーカー、それを収める箱のほうのキャラクターが強く出ます。どれを選んでも同じようなものです。僕は2SC2120を使いました。
基板の裏の写真、ToSpeakerというところ（トランジスタのエミッタ）から、リード線を引き出し、スピーカーの+端子に接続。スピーカーの-端子は、電池のマイナスに接続します。スピーカーの出力を止めたいときは、この接続を切ればよさそうです。
100オームの抵抗は、コンデンサの-（IC側)へ、トランジスタのコレクタは、ICの8Pinに接続します。回路図と基板パターンを見て判断できるかも知れませんが、ここから3V取れます。

余談ですが、音が小さいなと思った場合にはスピーカーを箱に入れます。スピーカーは、裸で鳴らすとそのエッジの部分の空気が前後で回転してしまい、空気を効率よく振動させられないのです。どんな高級なスピーカーでも一緒です。スピーカーは箱に入れないと、その実力を発揮できてないと思ってください。箱でなくても、エッジ部分の空気の動きを止めるよう、穴を開けた薄いパネルに取り付けるだけでも違います。
ChipTrickに使うような小さなスピーカーであれば、チョコレートの空き箱などでも十分です。カッター等で穴をあけて内部に取り付けてください。たったそれだけのことで、倍ぐらいの音量が出て驚くと思います。

参考資料類

ChipTrick回路図(オリジナルバージョン）

PCBデザイン例

パーツリスト

Part#	item	memo
U1	ATTINY13A	1 Chip CPU
R1	10k	carbon 1/4W
C1	0.1uF	ceramic 50V
C2	10uF	chemical 50V
FRQ1	10K(B)
FRQ2	10K(B)
SW1	TackSwitch	momentary type
SW2	TackSwitch	momentary type
IC Sokect	8Pin DIP
Jack	φ6.3mm
BatteryBox	MU-3X2

• ・キットに同梱されているATTINY13Aはあらかじめファームウエアが書き込まれています。新品のATTINY13Aには別途プログラムの書き込みが必要です。
• ・PCBデザイン例は、自分でエッチングして基板を起こすための片面版のもので、キットに含まれているものとは違います。
• ・回路、ファームウエアは予告無く変更されることがあります。
• ・ここに紹介されているソフトはVersion１です。追加の機能はありません。比較するために掲載して置きますが、2011/11/15以降出荷されるキットのソフトにはVersion2が使われています。

開発のいきさつなどは、「たけだのをと」のVol20、「ソフトウエアノイズジェネレーター」に詳しく紹介されています。