初心者からはじめる「エフェクター自作 講座」〜 部品編(前編) 〜

初心者からはじめる「エフェクター自作 講座」〜 部品編(前編) 〜

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エフェクターを自作してみたいけど何から始めればいいんだろう?道具やパーツは何が必要?費用は一体どれくらいかかるんだろう…。

そこで!これからエフェクター作りに挑戦してみたい初心者の皆さまにむけて自作エフェクター入門講座を開講いたします。

講師は日本のハンドメイドエフェクターブランドが集まった「JPBA」の発起人でもあるビルダー小澤博氏。エフェクター作りの基本や基礎知識が学べるのはもちろん、実際に小澤氏が使用しているおすすめの工具やパーツもご紹介していただきます!趣味としてはもちろん、もっとスキルアップしたい方、さらには将来自分のエフェクターブランドを立ち上げてみたい本格派の方も必見のコンテンツです。


小澤博氏プロフィール
小澤博氏プロフィール
”痛エフェクター”のパイオニア的ブランド「Sound Project “SIVA”」を主宰するエフェクタービルダー。JPBA発起人。完全オリジナルのイラストを纏ったケースはもちろん、優れた機能とハイクオリティサウンドで世界中のアーティストから注目を集めている。最近ではエフェクターのみならずアンプキャビネットの開発を行うなど活躍の幅を広げている。
» Sound Project “SIVA”のエフェクター一覧はこちら
▼JPBAについてはこちらでもご紹介しています!

<特集記事>日本ハンドメイドエフェクターの快進撃!

こちらでは、エフェクターの自作をこれから始めてみたいという初心者向けの内容から初めて、オリジナルのエフェクターを作るところまでを連続講座としてご紹介してまいります。

» 道具編
» 部品編(前編)
» 部品編(後編)
» 筐体加工編(comming soon)
» 塗装編(comming soon)
» 基板製作編(comming soon)
» 組み立て編(comming soon)
» 各種作例(comming soon)
» PCB基板製作編[KiCAD](comming soon)
※メニュー項目は予定となります。再編する場合がございますのでご了承ください。
部品編(前編)

いうまでもなく、エフェクターを作るには、様々な部品が必要です。抵抗器、IC、スイッチ、配線材、その部品を乗せる基板、そして、それらを収めるケースなど、様々な種類の部品がエフェクター制作には必要です。

ここではエフェクター作りに必要な部品の紹介をします。大まかに電気的な説明もしますが、スペースの都合上、ここではざっくりとした説明になってしまうので、さらに詳しく知りたい方は専門の書籍などで調べてください。ここでは、『エフェクター製作初心者が必要最低限知っているべき知識』程度の大まかな説明にとどめておきます。

正直、組み立てるだけならそれぞれの部品の役割など知らなくてもエフェクターは完成します。しかし、何かしらトラブルが発生した時、自分で改造したくなった時、これらの知識があるのとないのではかなりの大きな差が出ます。まずは『そんなものか』程度にサラッと読んでいただき、知識として頭の片隅に置いておいていただければOKです。後から気になることが出てきたら、こんな記事があったなと思い出して改めて読んでもらえるような、そんな記事にしたいと思います。

回路図について
回路図とは電気回路を記述するための図です。それぞれの部品には回路図で示す記号が決まっています。これを回路図記号と言います。以前は日本で書かれたエフェクターの回路図は旧JIS基準のもので書かれたものが多かったのですが、最近は国際標準規格で書かれたものも増えました。それぞれの部品の説明で回路図記号を掲載しますが、エフェクターの回路図でよく書かれているものを紹介しています。

なお、部品編は内容が盛り沢山です、前後編に分けてお送りします。
塗装、筐体加工(穴あけ)で使う道具や材料などは、それぞれの項目で改めて紹介します。

1:抵抗器

電気を通しづらくする部品です。『通しづらい』と書くとマイナスのイメージですが、逆の考え方をすると『どれくらい電気を通すか』を制御するための大切な部品です。
トランジスタやオペアンプの働きを制御するために使ったり、音を調整するフィルター回路でコンデンサと組み合わせて使ったり、様々な場面で抵抗器は使います。

抵抗器回路図記号

抵抗値について

どれくらい電気を通しづらくするかは『Ω(オーム)』という単位で表されます。数Ωから数 M(メグ)Ωまで 様々な値のものがあり、エフェクター作りでは何種類もの値を使います。


抵抗値早見表

どれくらいの電力まで耐えられるかの『W(ワット)』が決まっています。エフェクター製作では小型で扱いやすい 1/4W のものを 主に使います。この記事内では特段の記述がない限りは 1/4W の抵抗器を指します。

抵抗器の種類

抵抗器には素材による違いでいくつかの種類があります。エフェクターの製作でよく使われるのは、炭素皮膜抵抗か金属皮膜抵抗です。小型で扱いやすく安価で購入しやすいので、この記事内では『炭素皮膜抵抗』を使います。

抵抗器の種類

抵抗器

抵抗値の誤差について

テスターで抵抗値を測定すると、同じ値の抵抗器でもその数値にばらつきがあることがわかります。炭素皮膜抵抗も公称で抵抗値の誤差は±5%となっていますが、そんな大きな誤差の個体に当たることはかなり稀です。
5%と言うと誤差が大きい印象がありますが、アナログエフェクターの場合この誤差が問題となることはほとんどありません。

まずは理論値を使って考えてみます。
オペアンプの増幅率を決めるために、抵抗器を二本使います。その抵抗器の抵抗値の比で増幅率が決まります。

例えば50倍の増幅率を設定するために、一方の抵抗値を10KΩとして、もう片方の抵抗値を500KΩとします。1:50の比になりますので、増幅率は理論上は50倍です。ここでそれぞれの誤差が最大だと仮定します。10KΩ側が9.5KΩ、500KΩ側が525KΩとなります。これを計算してみると増幅率は約55.2倍となります。流石に5.2倍の差が出ると回路の場所によっては影響が出るかもしれません。

抵抗器誤差1

では、実際にそのような誤差の大きな個体に当たるのでしょうか?簡単なテストですが、100本入りの新品の抵抗器の封を切って、無作為に10本を取り出して測定して見ます。

この測定では一番小さい抵抗値で98.5KΩ、一番大きな抵抗値で99.2KΩでした。個体間の差が0.7KΩ(700Ω)の範囲で収まり、100KΩからの差で考えても1.5%となります。誤差が小さいとされる金属皮膜抵抗に近い数値です。

先ほどのオペアンプの例に当てはめてみると1.5%誤差で計算してみると、誤差が最大だとしても増幅率は約51.5にまで抑えられます。誤差が最大だと仮定してのことですので、実際はもっと少ない誤差で収まります。
このように、炭素皮膜抵抗でも誤差はほぼ気にする必要はありません。

抵抗器誤差2

抵抗器誤差3

接続する向き

抵抗器以外のパーツの中には、極性(電流の流れる方向、接続する決まった向き)があるものがあります。電解コンデンサーやダイオードは、その接続方向が決まっています。ですが、抵抗器には極性がないので、どちら向きに繋いでも大丈夫です。

2:コンデンサ

コンデンサはいろいろな機能的側面を持つ、不思議な部品です。『電気をためる』『直流を通さず交流のみを通す』『低い周波数は通しづらく高い周波数ほど通しやすい』という、いろいろな機能的特徴を持っています。

また、抵抗器以上に種類が多く、選択に悩むのもコンデンサです。
コンデンサは本当に奥深い部品です。詳しく書くには本が数冊書けてしまうレベルなので、ここで書くことは本当に浅い部分のこととして読んでください。

コンデンサ回路図記号

多くの種類があるコンデンサですが、共通項目として「静電容量」と「耐圧」があります。

静電容量

静電容量は『F(ファラド)』という単位で表します。どれだけ電気を蓄えることができるかを表します。数値が大きほど、多くの電気を蓄えることができます。エフェクターでは 1F とか大きな数値はまず使いません。エフェクター で使うのは 1/1000000 にした値『μ(マイクロ)F』を単位としてよく使います。静電容量の単位については、表にまとめたのでそちらを見てください。

静電容量早見表

耐圧

コンデンサの耐圧は『V(ボルト)』で表します。単位からもわかる通り、耐えられる電圧を表しています。この耐圧を超える電圧がコンデンサにかかると、最悪の場合はコンデンサが爆発したり破損をしますので、必ず余裕のある耐圧のものを選びましょう。

エフェクターでは電源電圧として+9Vを使うことがほとんどですので、余裕を持って16V以上のものを選びましょう。だいたい普通に売っているのは16V以上のものが多いので、よほど小さい耐圧のものを選ばなければ大丈夫です。エフェクター内部で電源電圧を9Vより高い電圧に昇圧する場合は、昇圧後の電圧がどれくらいになるかによって、高い耐圧のコンデンサを選んでください。

コンデンサの種類

コンデンサの内部はそれぞれのリード線につながった二つの導電体で絶縁体を挟んだ構造になっています。導電体などにどんな素材を使うかなどで、種類が分かれます。コンデンサの種類には大きく分けて二つのグループに分かれます。さらにその中から素材の違いで種類が分かれます。

1:極性(決まった向き)のないグループ

このグループのコンデンサはどちら向きに繋いでも大丈夫です。

コンデンサの種類(極性なし)

コンデンサ極性無し

・フィルムコンデンサ
素材にフィルムを使ったものです。ポリプロピレン、スチロールなど様々なものが使われています。エフェクターでは音声が流れるところによく使われます。

・セラミックコンデンサ
素材にセラミック(陶器)を使ったものです。昔ながらなの円盤型のセラミックディスクコンデンサは、ギターのトーン回路にもよく使われています。0.1μF程度から数pFまで、多くの静電容量のものがあります。

・積層セラミックコンデンサ
誘電体などを多数積み重ねた構造のセラミックコンデンサです。小型で様々な値の静電容量のものが多く用意されている積層セラミックコンデンサは、エフェクター作りにはとても便利です。今後挙げます作例の中でも頻繁に使います。

・マイカコンデンサ
素材にマイカ(雲母)を使ったものです。精度も高く、音響特性も良いのですが、高価です。

2:極性(決まった向き)のあるグループ

このグループのコンデンサはつなぐための決まった向きがあります。

コンデンサの種類(極性あり)

コンデンサ極性あり

・電解コンデンサ
内蔵された二枚の金属板表面に化学反応を起こすことで、表面を酸化させ絶縁体の膜(サビ)を形成させたものを、絶縁体に使ったものです。1μF程度から数万μFまで、静電容量が大きいのが特徴です。家電製品の内部でたくさんそそり立っている円柱形の部品が電解コンデンサです。どちら向きに繋いでも大丈夫な無極性のものもあります。

・タンタルコンデンサ
素材にタンタルを使ったコンデンサです。電解コンデンサに比べて音響特性の良さや長寿命などの優れた点が多いですが、扱いがデリケートなのが難点です。

コンデンサーの働き

・コンデンサーの『電気をためる』という働きは、トレモロなどの揺れ系エフェクターで使う低周波を発生させるLFO(ローフリーケンシーオシレーター)回路などで利用します。LFOについて詳しく書くとこれだけでもう一つ記事が書けてしまうので、詳しくは省略します。

『直流を通さず交流のみを通す』という働きは、電源回路でのノイズの除去に利用したりします。
電源は綺麗な直流(一定の電圧)であることが望まれます。きれない直流でない(電圧が一定でない)場合、『サー』と言う高い音や『ブーン』と言う低い音のノイズとして影響が出る場合があります。

しかし、現実は完全に綺麗な一定の電圧とは行きません。どうしても電源に交流成分としてノイズが乗ってしまい、綺麗な直流とはならないことがあります。そこで電源回路にノイズとして乗った交流成分を、コンデンサーを通してGND(グラウンド)に逃してしまうために使ったりします。

コンデンサがノイズ(交流成分)を取り除く仕組み模式図(1)

コンデンサがノイズ(交流成分)を取り除く仕組み模式図(2)

『低い周波数は通しづらく高い周波数ほど通しやすい』は皆さんすぐに想像できるように、音質の調整に大活躍します。エフェクターではこの働きをとてもよく使います。歪み系エフェクターによくついているToneコントロールは、コンデンサーのこの働きを利用して高音を削っていくものです。

コラム:GNDについて

コンデンサの説明の中で『GND』という言葉が出てきました。部品、回路の説明をするために欠かせない話題なので、ここでちょっと説明しておきます。電気的なことをあまり知らない方には聞きなれない用語だと思いますが、エフェクター作りではとても重要となってくる用語です。

『GND』は『グランド』と読みます。英語で書くと『Ground(グランド)』です。地面です。GNDと『アース』を同じ意味で使う場合もあります。アースを英語で書くともちろん『Earth』です。Earthは地球。地面を表すGNDと地球を表すアース。何か壮大な視点になってきました。

GNDは電気回路を動かすときの基準となるものです。エフェクターも電気回路を使った機械ですので、当然GNDが必要になります。エフェクターで考えるときは一般的に『0V』の点がGNDとなりますです。基準となるGND(0V)が無いと、電源の+9Vを定義できません。

エフェクターの電源は+9Vの電池を使うことが多くあります。では具体的にGNDとなる0Vがどこかというと、エフェクターのアルミケースやジャックに繋いだシールド線で繋がったギターの弦だったりします。電池のマイナス端子は0Vではありません。あくまで『プラス端子から見て9Vの差がある』だけで0Vと定義されてはいません。電池のマイナス端子をエフェクターのGND(0V)についなで、はじめてマイナス端子が0Vでプラス端子が+9Vと定義されます。

+9Vの電源からきた電気はトランジスタやオペアンプなどを動かす仕事をします。そのあとの電気の行き先はどこに行くでしょう?行き先はGNDになります。行き先のない電気は仕事をすることができません。電源である+9VとGNDが何かしらの部品を通して繋がっていないと回路が動きません。

GND回路図記号

GNDとは?

エフェクターのGNDの行き先は?

GNDに接地していないと回路が成立しない

GNDの働き

3:ダイオード、LED

ダイオードやLEDは、電気を一方向にのみ通す働きをする半導体です。LEDもダイオードの一種ですが、電気を通すと発光します。

ダイオード回路図記号

ダイオードの種類(写真)

ダイオードの種類(図表)

ダイオードの特性

ダイオードの特性として、一定以上の電圧がかかった時だけに、一方向へ電気を流します。ダイオードには二本の電極があり、それぞれアノード(+)とカソード(-)と名前がついています。電気はアノード(+)からカソード(-)へ流れます。エフェクター作りでは、電源の電極を逆に刺してしまった時の破損防止策としてや、ディストーションなどで歪みを作る時などにダイオードを使います。

ダイオードの極性

オーバードライブやディストーションなど、歪みを作る時に使うダイオードは種類によって音に違いが出ます。一定以上の電圧がかかった時に電気が流れるようになる電圧(順電圧)の違いだったり、ダイオードの素材(シリコン、ゲルマニウム)の違いでも音が変わります。一般的には順電圧の低い方が歪みが深くかかります。

ダイオードのでの歪みの違い

LEDの使い方

LEDはエフェクターのOn/Offの視認のためのインジケーターにも使います。LED的にはこっちの方が本来の使い方になるのでしょう。LEDを発光目的で使う時には、電流が流れすぎないように抵抗器(保護抵抗)を繋いで使います。保護抵抗は流す電流の量で変わります。抵抗値が大きい(電流量が少ない)ほどLEDが暗くなり、抵抗値が小さい(電流量が多い)ほどLEDが明るくなります。

どれくらいの抵抗値が適切かは、LEDのデータシートと言う仕様書に書かれている最大電流以下でどれくらい電流を流すかを決めて計算します。ありがたいことに、電源電圧と流したい電流量を入力するとどれくらいの抵抗器を使えばいいのか計算してくれる、計算ツールを提供してくれているサイトがあるので、そこを活用すると便利です。

» LEDの抵抗値計算
http://akizukidenshi.com/catalog/contents2/led-r-calc-pc.aspx

4:トランジスタ、FET

信号を増幅する、スイッチになるなどのさまざまな動作をする素子です。スイッチ用途などにも使います。トランジスタやFET一個だけでエフェクターの心臓部になったりします。トランジスタとFETの話題だけで本が数冊書けてしまうので、ここでは本当にサラッと書きます。

トランジスタもFETも、エフェクターでは主に信号(音)を増幅する用途で使います。大まかに何が違うのかというと、電流で動作するのがトランジスタ、電圧で動作するのがFET、という点が違いです。

トランジスタ回路図記号

トランジスタとFET

トランジスタ

今のトランジスタの材料はシリコンが主流ですが、以前はゲルマニウムが使われていました。現在はゲルマニウムを使ったトランジスタは製造されていません。

三本の脚の役割

トランジスタにはエミッタ(E)コレクタ(C)ベース(B)と言う 3 本の脚があります。脚の並び順はだいたい日本製と海外製でそれぞれ決まっていますが、例外もあるので使うトランジスタのデータシートで確認してください。脚の配置が一緒でしたら、そのまま他のトランジスタに入れ替えてもだいたい動作します。

エミッタ(E)とコレクタ(C)に繋がる抵抗器の抵抗値の比で増幅率が変わります。

FETにもトランジスタと同じように脚が3本あります、ソース(S)ゲート(G)ドレイン(D)という名前になっています。これもだいたい同じような足脚の並びになっていますが、データシートで確認することをお勧めします。

トランジスタとFETにあるそれぞれの『型』

トランジスタとFETにはそれぞれ二つの『型』に分けられます。このあたりはそれぞれに掘り下げるととても奥深い話になってしまうので、『そういう型があるのか』程度の認識で大丈夫です。

・トランジスタの型

トランジスタには『NPN型』と『PNP型』の二つの種類があります。
NPN型とPNP型では、後に続く回路(負荷)をエミッタにつなぐかコレクタにつなぐかで使い分けます。

・FETの型

FETには『Nチャンネル型』と『Pチャンネル型』の二つの種類があります。
Nチャンネル型とPチャンネル型は電流の流れる向きが違います。Nチャンネル型では、ドレインからソースに向かって電流が流れます。Pチャンネル型の電流の向き逆になり、ソースからドレイン方向に流れます。

5:IC(集積回路)

オペアンプ

ICにはいろいろな種類がありますが、エフェクター作りで一番多く使うであろうICはオペアンプです。オペアンプはいくつもの抵抗器、ダイオード、トランジスタなどが小さな個体の中にギュッと詰まっているもので、省スペースで少ない外付け部品で増幅回路を形成してくれる部品です。

オペアンプ回路図記号

オペアンプには8本以上の脚があり、それぞれに役割が振り分けられています。回路は1個だけのものから複数個が入っているものまで様々です。エフェクターでよく使われるのは2回路入りのオペアンプです。エフェクターでよく使う代表的な2回路入りオペアンプに『4558』という型番のものがあります。

オペアンプは色々なメーカーから同じ型番のものがリリースされています。もちろん『4558』も各社がリリースしています。メーカーによる細かい違いはありますが、どれも同じ『4558』です。基本的な構造はどのメーカーのものも一緒ですので、ジェネリック医薬品のように機能はほぼ同じものとお考えください。
基本的に同じ回路数のオペアンプでしたら足の配置は一緒なので、差し替えても動作します。

オペアンプ4558-04

4558セカンドソース

そのほかのIC

オペアンプの他には、一定の電圧を作り出すレギュレータICもよく使います。三つの端子を持った3端子レギュレータは、外付けの部品が少なく、綺麗な電源を簡単に作ってくれるので本当に便利です。その他にもディレイ効果を得るための専用ICや、リバーブ効果を得るための専用ICなど、様々なものがあります。

IC

6:ソケット

熱に弱い半導体は、直接半田付けをすると熱で破損することがあるので、ソケットを使うことをお勧めします。ソケットは、半田付けの時の熱によるICの破損を避けるほかに、簡単に部品の差し替えができるので、抵抗値による違いなどを色々と試したいときなどにも役立ちます。

ソケット

7:基板

基板の種類

抵抗器や IC などの部品を乗せてつなぎ、回路を形成するための板です。配線があらかじめ施されているプリン ト基板と、配線を自分で行うユニバーサル基板があります。

基板

基板の違い

・ユニバーサル基板とは

ユニバーサル基板は予め配線がされていない基板で、部品の足脚同士を繋いで自分で配線をしていくものです。自分で配線をしていけばどのような回路でも作ることができます。
ガラスエポキシや紙フェノールなどの素材の違いがあります。安くて任意のサイズに切り出しやすいので、紙フェノールのものを選ぶと良いでしょう。この記事内ではまずはユニバーサル基板を使った作り方を紹介します。

・プリント基板とは

プリント基板は銅箔によって予め配線が終わっている基板です。部品を正しく乗せていけば簡単に完成させることができます。しかし、決まった用途にしか使えません。同じエフェクターをたくさん作る場合や大きな回路規模のものを作るときには断然プリント基板を使う方が楽で間違いがありません。

プリント基板を自分で作るには下記の手順になります。

①自分のデザインした回路のパターンを描きます。
②それを、プリント基板の銅の張ってある面に転写します。
③不要な銅箔を溶かすためにエッチングを行います。
④さらに、部品を取り付けるための穴をあけます。

エッチングとは、硫酸などの腐食作用を利用して、必要な銅箔部分のみにレジスト処理(防錆)を施し、不要な部分だけを溶かす技法です。プリント基板だけでなく、銅版画などにも使われる技法です。
エッチングで使う硫酸は有毒な物質です。扱ったり処分の際には各自治体によって決められた手順、方法に従い、安全に配慮して作業をしてください。

自分でプリント基板を作ろうとすると、エッチングのための腐食液やパターン転写のための道具を揃えたり、エッチングで出た有毒な廃液を適切に処分したりと、手間とお金と技術が必要です。今は安価にプリント基板を作ってくれる業者さんもありますので、プリント基板を作るなら私は業者さんに頼んでしまうのをお勧めします。このシリーズの後半のほうで紹介することになりますが、、KICADと言う基板設計ソフトを使ってデータを作り、プリント基板を業者さんに発注するやり方も紹介します。

本講座をもとにエフェクターを製作される際は、安全に留意のうえ個人責任で行ってください。作り方や道具の取り扱いを誤ると怪我や火災など大きな事故につながる可能性もあります。万一損害や不利益が発生した場合でも、当サイトおよび執筆者は一切の責任を負う事はできませんので、あらかじめご了承お願いいたします。

後半は手で触って操作することの多いボリュームコントロールなどに使うPOT(ポット)のことや、実際に部品を購入できるオススメのお店なども紹介していきたいと思います。

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