電圧制御増幅器(VCA)

電圧制御増幅器(VCA)とは

音声信号とコントロール信号を入力し、コントロール信号によって音声信号の音量を変化させる回路です。VCAとは”Voltage Controlled Amplifier”の略称です。

回路図

部品

記号部品名数量備考型番
P1基板用マイクロUSBコネクタ(電源専用)1P1, P2はどちらか一つあれば動きますMRUSB-2B-D14NI-S306
P2ピンソケットなど自由に1P1, P2はどちらか一つあれば動きます 
R1抵抗器 100kΩ1  
R2抵抗器 1kΩ1  
R3抵抗器 1MΩ1  
IC1NJM2737D

 

ICソケット2×4

1オペアンプ 
Q12SC1815-GR1NPNトランジスタ 
J1, J2, J3MJ-352W-O3オーディオジャック 

使い方

Audio IN 端子に音源を入力し、Audio OUT 端子にスピーカや次のエフェクタをつなぎます。そして、CV IN 端子にコントロール用の電圧を入力します。CV IN に入る電圧に応じて入力音源の最大振幅が制限されます。例えば 2.5V を入力すると音量は半分になります。入力用の音源としてオシレータなどをつなぐことも可能です。

使用例

  1. Audio IN に MP3 プレイヤー・スマホなど、Audio OUT にイヤホンなどを接続
    します。
  2. CV IN に LFO として抵抗とコンデンサを取り付けたオシレータを接続します。
  3. MP3 プレイヤーから音を流します。
  4. オシレータの音量と周波数によって、MP3 プレイヤーの音量が変化します。

音量が変わる仕組み

このVCAは、NPNトランジスタを使って音量を制御しています。

トランジスタにはエミッタ、コレクタ、ベースという3種類の端子があり、ベースに入力された電流の一定倍に増幅した電流を、コレクタとエミッタの間に流してくれる、という装置です。この増幅率を\(h_{FE}\)といいます。

イメージとしては、水道の蛇口のようなものです。水道の蛇口の入力と出力がコレクタとエミッタで、蛇口の開き具合をベースで制御する、という感じです。

信号の流れ

Audio Inから入力された信号は、オペアンプのバッファを経由した上で、トランジスタのコレクタに入り、エミッタから出てきます。その際、エミッタから出てくる信号の振幅の最大値は、ベースに流れる電流量に比例して制限されます。そして、ベースに流れる電流は、CV inから入力された電圧に比例して決定づけられます。例えば、CVに5Vを入力した場合と2.5Vに入力した場合では、CVが2.5Vの際の入力信号の振幅の最大値はCVが5Vの場合と比較して半分になる、ということです。

つまり、このVCAは振幅の最大値を制限しているので、厳密には増幅よりもリミッターという方が近いかもしれません。Audio inに三角波を入れた場合、CV電圧が下がるにつれて頂点が次第に平らになり、矩形波に近い音になる(=倍音成分が増える)ということもあります。

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