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    ヤマハ DTXPRESS音源 レストア修理

    • 2014.10.03 Friday
    • 17:23
    ヤマハのエレクトリックドラム DTXPRESS の初代音源モジュールを入手したのですが、これが典型的な経年劣化状態だったので修理をしました。
    長いのでそのつもりでごゆっくりどうぞ。



    ドラム音源とはエレクトリックドラム(シンセドラム)を楽しむ時に使うメインの機材で、別に用意したパッドを叩いた信号を検知して指定した音色を出してくれます。その音色をステレオやPAに出せば本物のドラムに似た音や敢えて電子的な効果を加えた音などで演奏を楽しめるものです。このモデルはDTX系の初期型で基板に1999年6月検品印がある丸14年を経過したものでした。

    手元に来たときのなんとなく漂うジャンク風味で動かないだろうなと直感で感じます。電源はDC12vのセンタープラスでACアダプタ供給ですが、通電前に分解して状態確認を先行します。

    初対面の撮影をいつも忘れます。どうせ動かないモノの正面写真撮っても仕方ないからかな。ま、分解始めた写真からどうぞ。

    天板を外したところです。
    2階建ての上部分はトリガーの入力段で、トリガーとは楽器の場合は音を出すキッカケの信号のことで、これはドラム音源なのでパッド(パッド等は終盤の動作チェックで映ります)を叩いた振動をセンサーで拾って電気信号に変換したものをフォンプラグのケーブルで入力します。パッドの中に入っているセンサーはピエゾ素子などを使いパッドを叩いた物理的な振動圧力を電気信号に変えています。



    上の写真の2階部分を外して裏返した状態です。

    ドラムなのでタイコの種類やシンバルの基本的なセット分だけ入力端子が用意されているので、2階部分の基板はフォンのレセプタクルと入力段の波形成形回路が載ってます。ここはさほど汚れは無いです。


    1階部分を見ると、ひょえ〜〜残存フラックスの白濁とLSIのpinを跨ぐ堆積物。



    バックアップ電池周りも怪しい雰囲気

    外してみよう


    う....液漏れしてます。

    確かに10年超えだから当然といえば当然か。


    メインのLSIにもピン間を跨ぐ物質が覆い始めています。



    ROMを挿してるソケット周りはフラックスの変質。



    フロントパネル付近のチップにも同様にpinを跨ぐ堆積物。

    とは言え水没したようには見えない。


    向きを変えて 特に堆積?物の多そうなところ。

    特に目立つのは電池ケースの左タンタルコンデンサの足辺りから付近チップのピンを跨ぐ堆積物と、左上メインLSIマイコンと隣のROMを挿してるDIP42pソケットの周辺汚れやピン間を跨ぐ同様の堆積物。

    これはやっぱり通電前に基板洗浄です。


    洗浄前に外せる部品を外しておきます。

    メイン基板にはVRとSW付きVRとスライドスイッチ、その他に数種類のソケットがありますがVRとスライドスイッチは内部の摺動端子を保護するためにも外しておきます。あとレギュレーターのヒートシンクやROMも。

    各ケーブルのレセプタクルは単に端子の集まりなので一緒に洗浄してしまいます。乾燥は加熱乾燥で確実に。


    乾燥中に液漏れしていたCR2450の観察

    これは生きているのか?
    モデルが1999年頃なのに電池の印字が94って1994年製?


    測ってみたら生きていた

    再利用はしませんけどね。


    で、基板洗浄したらこんな感じになりました。
    LSIやメモリーチップのピンを跨ぐ堆積物は綺麗に落ちました。電池の液漏れで生じた雰囲気が放散してチップのピンに堆積した感じでした。



    洗浄後のアップ写真その2



    洗浄後のアップ写真その3



    洗浄後のアップ写真その4

    この付近も堆積物がpin間を跨いでいましたが綺麗になりました。


    続いてフロントパネルの基板を取り出してみます。

    正面右側の操作ボタンとLEDボタンの基板に該当します。金属フレームの下にネジ2つが隠れてます。

    この基板の裏面は綺麗なもの。

    散らばっているのはタクトSWとLED付きSWに被せているボタンですが正面は、


    ぎゃ〜

    錆びてる〜SWは生きているのか???
    良く見るとタクトSW正面の金属パネルだけ錆びて端子やパターン面は綺麗なもの。上に写っているプラスティックボタンが被さる部分でボタン付近を水拭きでもやって毛細管現象で染み込んだのだろうか?。

    ま、これも洗浄してSWの導通チェックです。


    洗浄後

    写真では違いが解りませんが、ベタベタは落ちてサラサラに乾燥しています。
    全SWの絶縁導通を調べると問題ないので表面だけ腐食したようです。今後も進行しないことを願うと同時に、モノを見ておけば故障した時に部品手配し易いというものです。


    液晶キャラクタの基板も外してチェック。
    裏面はシールド板で覆われています。


    16キャラクタの2段表示LCDモジュール。



    シールドを外すと裏面はこうなってまして。

    44780は個人的に印象深いチップです。


    AUX入力基板も外してチェック。

    外した写真が無いけど、これは純粋にオーディオアナログ信号が入る基板で全く痛み汚れは無し。


    ほぼ基板はバラしたので残ったケースも洗浄して乾燥させました。


    鉄板で作られているので端子が密着していた背面の一部のサビはありがちですが、中央付近の底面のサビはバックアップ電池の液漏れによるものです。

    電池は基板の上側なので液が直接触れたのではなく、液漏れで発生した腐食性ガス?が電池付近にある配線パターンのスルーホールのいくつかを通って底面に達して、鉄板を錆びさせたということになります。

    メイン基板の表面やIC/LSIのピン間の堆積物もそのガスの影響じゃないかな?と想像してます。違うかもしれませんがどっちにしても電池の液漏れは痛みを早める困ったものです。

    さて、全体の洗浄も済んで外したパーツを全て復元して、ようやく電源を入れて現状の確認ができます。


    どんな動きをしたかと言うと、

    キャラクタLCDが全黒状態です〜〜 わはは。

    これはLCDモジュールの制御プログラムを自作した方などが初期化に失敗した話でよくある現象のようですね。

    とは言え製品として世に出たシステムなのに起動時に初期化失敗ってのはまずありません。

    ということはマイコン側が動いていないから初期化動作していないか、LCDモジュール側のドライバICが壊れているかのどちらかでしょう。
    ということで再び分解してLCDモジュールの信号をみてみます。


    LCDモジュールはオプトレックスのDMC16205NYでインターフェースは15pinでマイコンの125pin〜127pin、135pin〜142pinに繋がってます。

    モジュールをメイン基板に繋いでバラック状態で電源ON時のIO信号を観測すると動きはなくレベルは固定してるので、やはりマイコン側(メインのLSI)が動かないからON時の不定のまま固定してると考えて良いようです。
    赤字が測定した固定レベル




    そうするとマイコン側の問題なのでON時リセットがあるかチェックしてみると、リセット信号を出すチップが乗っていましたが(タンタルの上のチップ)、これは電源電圧がドロップしたとき用で通常のON時はマイコンの内部リセットだけでした。



    次にマイコンが動かなくなってしまう原因として電源のノイズを疑ったので、マイコン周辺裏面電源ラインに付けられているチップコンデンサと表面側の電解コンデンサをチェックしましたが問題なく容量抜けもリークもありません。
    洗浄前の写真しか無かったので汚れてますが裏はこんな感じで実装されています。



    残りはパターン切れ等の接触や配線不良なので、表面的にフラックスの変質が目立ってなんとなく怪しいと思っていたROMのソケット(DIP42p)下のパターンにダメージが無いか確認をしてみます。
    よっこらせと42pinのハンダを抜いてソケットを外しクリーニングしてみると、


    綺麗なもので腐食断線などは見られません。


    さて困りました他のチップ同士の接続には問題無さそうなので動かない原因は何だろうと思いつつ、今外したソケットを再びハンダ付けして電源入れてみると、あれ?

    動いた、なんで?(KIT=1表示の1が点滅してます。撮影タイミングで消えたように写ってます)

    ROMソケットのランドスルーホールが再ハンダで回復?そんな繊細な壊れ方するほどの高密度実装でもないし.....。と思いながら観察してるとフリーズしてますw(点滅が固定に変わる)。

    回復とフリーズで明らかな接触不安定と判ったので基板に力を加えたり振動を加えて、どの辺りで影響が大きいのか探ります。ところが振動にはとても敏感でどこを触っても簡単にフリーズする感じでしたが振動ではなく力を加えると安定することが判りました。

    メイン基板を反らせる感じでROMソケット付近を上に持ち上げると安定し、逆にROMを上から押すと簡単にフリーズしたので、ROMソケットの接触が怪しい。爪楊枝でROMのpinに1本づつ触れるといくつかのpinでフリーズするので、ソケットの端子部劣化と確定です(早く気付けよ〜俺)。

    問題の42pinソケット。端子部は板バネ式の簡易品で端子は柔軟性がありません。色も黒ずみがありますね(早く気付けよ〜俺)。

    一度外したのですが、もう一回外して新品に交換します。


    新しいソケットは丸pinの信頼性が高いタイプです。



    付けました。

    わざと0.5mmほど浮かせてハンダ付けしてました。また抜かなきゃならない事態になったとき、表面側ランドをpinが完全に塞いでいない方がハンダを抜きやすいので。でも、直ればもう付け替えの必要は無いんですけど癖ですね。


    ついでですが液漏れしていたバックアップ電池のソケットも交換します。

    pin配置はオリジナルのソケットと全く同じものです。
    何故交換したかと言うと、漏れた液の影響ではなく、電池CR2450の外寸が変わっていて、新品のパナソニック電池では元々のソケットに入らないのです。ボタン電池は外周と内周の境目に段差がありますがその段差の高さが全く違うので、この14年間のどこかでCR2450の規格が変わったのですね。


    交換後



    再び仮組で動作チェックです。


    また1の点滅と撮影タイミングが合ってませんが、フリーズしなくなりました。判りやすく派手に振動を与えてチェックした動画がこれ。


    接触不良については大丈夫になりました。


    いくつかチェックをしながら組み直します。

    電源部分は洗浄時にヒートシンクを外したのでグリスも新しく付け直していますが、これが結構熱くなるんです。指先で軽く触れても1秒間我慢できるかどうか位の温度なので動作中の波形観測で指先以外が触れると思わず引っ込めます。

    ケース内は換気がないので熱の籠もりは相当あると予想できます。この熱と電池の液漏れの相乗効果でソケットなど金属表面の劣化を促進したかもしれません。

    AUX入力回路のコンデンサ。

    カップリングにも使ってますが容量は保っていて劣化もなさそうなので交換は見送り。


    セルフテストや波形の観測をしてみます。

    トリガー端子の入力テストではヘッドフォン端子から出力されるオーディオ帯域の正弦波をトリガー入力へ入れます。信号はトリガー入力段の波形成形を経てDC化されて4つの入力毎にMUXで1本化しマイコンへ入力されます。マイコンの入力は3ラインあるので12ch分の入力に対応してます。


    上は入力されたテスト用のオーディオ信号、下は入力段によってピークで整流されDC成形された波形。DCレベルは叩いた強さ「音量」に該当し、MUXによって4つのchを順に切り替えて周期的にマイコンに入力されてます(0.2ms/div)。

    マイコン内部でこの波形が正常か判定されるのですが、この個体ではATTを入れた状態でのトリガーテストが当初BADカーブ判定とクロストーク判定がまちまちで現れたので、2階部分のトリガー入力段のディスクリート部品を全部再ハンダの上でフラックス除去剤でクリーニングしたところパスに変わりました。

    それでもch6の入力がときどきBADカーブ判定になり上と同様に波形観測したのですが、パスする他のchの波形とFailしたときの波形に違いが無いことと、MUX出力からマイコン入力間のコネクタ部分でch6を含む5〜8のラインを1〜4のラインと入れ替えると、判定がNG6→NG2に変われば入力段だが変わらなかったり違うchがNGになったり微妙です。これは入力段の問題ではなくマイコンまでの経路のアナログ信号に乗るノイズなどの影響を受けやすいテストかもしれません。

    波形をアナログ観測すると結構大きなスパイクノイズ(クロック起因?)が乗っているので、マイコン内部の波形判定時のストローブ位置によっては誤判定されても不思議じゃないかも。とは言え全部のパスコンを交換してみるほど厳密は求めないので保留かな〜。

    NG判定されているときに実際のパッドを繋いで発音させても動作には全く不具合は感じないので、ここは厳しいセルフテストでたまにコケるだけとしておきます(笑)。


    ホスト端子のセルフテストはループバックさせると判定可能になります。



    MIDI端子も同様にIN-OUT間でループさせて判定できます。



    条件付きですが一応セルフテストOKと判断したので実音出力でお試しを。

    バッチリOKです。

    これにて修理完了です。

    交換したのはDIP42ソケット、CR2450電池と電池ケース、容量は正常でしたが液漏れ電池に近くてキャップ部分が錆びてきた主電源ラインの平滑用電解コンデンサ2個でした。
     
    オマケ〜

    トリガー信号の位相と音源内部での波形を調べたのでその結果です。

    ローランドのトレーニングパッドRM2(で使われているRP2)を実験材料にトリガー波形がどう検出されているのか気になったのです。何故かと言うとなんとなく打感の強弱に対して出力される音量のリニアリティが乏しい感じがあり、ゴーストノートの音が思いのほか出なかったりするのです。下手くそなので練習としてはタップストロークの音量もある程度残したり一定に保つ訓練にはなりますが、生楽器よりも明らかに小音量時の音消え(トリガー抜け)が多いので、演奏のつもりで叩いた時にはかなりの「違和感」になります。もちろん音源側の発音パラメーターを変える手もありますが今回はハードの影響を中心に探りました。


    まず実験台のパッドRP2のヘッドの中はこれです。


    硬質スポンジの下に円盤状の圧電素子が固定されいて、ヘッドは三角錐の頂点に触れて抑えられている状態です。写真のスポンジは摩耗したので過去に修復しています。ヘッドを叩いた振動は硬質スポンジを伝わって圧電素子に伝わって、生じた電圧はフォン端子のチップとスリーブに入ります。配線はチップに黒、スリーブが赤になっていました。

    ヘッドを戻して音源のスネアに繋いで叩いてみます。


    1発だけタップストロークより強く叩いた波形です。(上がch2、2ms/div)
    上が入力されたトリガー信号で下は入力段で整流されてマイコンに送られるMUX出力の波形。

    入力の白線が0vレベルでパッドの圧電センサーからは叩かれて押された瞬間はマイナス電圧が出て、その反動のリバウンドからプラス電圧に変化し、あとはパッド全体に残る振動が伝わって細かい波になってます。
    この音源のトリガー入力段ではプラス電圧のピークをコンデンサにチャージしているので実際の叩いた瞬間のアタック部分ではなく、その後の跳ね返ったところから入力信号となってマイコンに送られています。

    リバウンドさせた波形ではどうなるかというと、

    上がトリガー入力で下がマイコンに送られる整流後の出力波形で4回のバウンドストロークを拾った波形。(上がch2、50ms/div)
    3打目の出力レベルが約0.5vです。

    本来のアタックである立ち下がりのピークと跳ね返りの立ち上がりピークの差が目立ちます。差が広がるのはセンサーとヘッドを繋いでいる硬質スポンジが結果的に叩かれたヘッドの振動をミュートしているためでしょう。
    このトリガー信号の特性に対して跳ね返り部分を検出して発音させているこの音源では、ストロークを弱くするほど手に残る打感からイメージする生ドラムの音量感よりも先に音にならないトリガー抜けが生じる違和感リニアリティの悪さになると判ります。
    これを音源側で補正するならゲインを上げて抜けを防ぎながらベロシティカーブで打感と発音のリニアリティを探る感じだと思います。


    トリガーを逆相にした場合

    判りやすくフォルテで叩いた波形。(上がch2、20ms/div)
    今回使ったパッドには位相切替SWは無いので、パッドを繋ぐフォン端子の内部接続でチップとスリーブを入れ替えましたが、本来のアタックである一発目の波形を音源が拾っています。フォルテの音量もきちんと上がります。


    再びリバウンドさせた波形

    3打目の出力レベルで約1v(オリジナル配線の写真とオシロのゲインが変わってます)。
    アタックを拾っているので先のオリジナル時とほぼ同じ打感の3打目でも発音音量に関わる出力レベルが上がりました。
    体感でもスティックの転がりを良く拾いつつそのときの音量も上がり過ぎずで、トリガー抜けの違和感も減って良いことずくめです。


    結論
    メッシュヘッド+硬質スポンジのタイプではアタック部分とそのリバウンドの波形差が大きいときがあるので、トリガー信号でのアタックが正相か逆相か、それを受ける音源側ではどのように検知し波形加工しているかによって打感と発音のリニアリティが変わります。メーカー純正同士の組み合わせでは気にならないと思いますが、私のようにパッドと音源で異なるメーカー品を混在させる場合は正相逆相の切替を試すと打感と発音がより近づく方が選べるでしょう。ちなみに音源側でパラメータを変えて同様の効果を得られると思いますが、その際はパラメーターの変更範囲に限られることと修理等でファクトリーリセットで消える事を前提に設定内容を控えておくと良いですね。

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    • 2017.01.14 Saturday
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      コメント
      すごいです
      スペシャリストですね
      感動しました。
      • 通りすがりです
      • 2017/11/08 7:21 PM
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