君は水晶の音を聴いた事があるか？
紫水晶の音を聴くのは困難と思われるので、水晶発振子の音を聴いてみる事にしました。
そのままでは音を聴く事が出来ないので、簡単な発振回路を作りました。
水晶発振子とは何か？ 水晶発振子を検索すると、詳しく書かれていました。
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E6%99%B6%E7%99%BA%E6%8C%AF%E5%AD%90
水晶発振子（すいしょうはっしんし）とは、水晶の圧電効果を利用して高い周波数精度の発振を起こす際に
用いられる受動素子の一つである。
水晶振動子（-しんどうし）、クォーツとも呼ばれる。
アマチュア無線家の間では水晶発振子と呼ばれることが多いが、エレクトロニクス業界では水晶振動子と
呼ばれるのが普通である。
時計、無線通信、コンピュータなど、現代のエレクトロニクスには欠かせない部品となっている。
原理
圧電体である水晶の結晶を2枚の電極で挟み、電圧を加える（電界を印加する）と圧電体の変形が生ずる。
電気的特性としては、通常はコンデンサとして作用するが、その固有振動数に近いある特定の周波数でのみ
コイルとして動作する。
今回、使用した水晶発振子の電極部分を拡大したところ 発振子の両側(上と下)から2箇所ずつ電極が見えます。
発振回路において、トランジスタとコイル・コンデンサの接続の組み合わせにより発振の条件が決まる回路がある。
（ハートレー発振回路、コルピッツ発振回路など）
コイルが発振の条件として必要な部分に水晶発振子を接続すると、その固有振動数の発振出力が得られる。
その周波数は10-6オーダーの精度が容易に得られ、他に類を見ないものであることから、高周波における電気信号の
基準として広く用いられている。
結晶の大きさの関係から、実用に用いられている水晶発振子は1〜20MHz程度のものが多い。
ただし、時計用には32,768Hzが用いられる。
それ以上の周波数が必要なときは、オーバートーン発振させるか、周波数逓倍器を用いる。
水晶発振子( 右端は、32.768KHz / 時計用 )
発振周波数自体は、水晶の特性によって決まるため、基本的には変更できない（せいぜい0.1％程度の微調整）。
そのため無線通信などでは、用いる周波数に合わせて水晶発振子を差し替える方式が採られることもある。
しかし、デジタル回路におけるカウンタ回路などと組み合わせることにより、任意の周波数の出力信号を得ることが可能である。
VCXO（電圧制御水晶発振器）、PLL（Phase Locked Loop）などの回路がある。
コンピュータ用などには、単独の水晶発振子ではなく、発振回路と共に一つのパッケージに組み込み、
電源を接続すれば出力信号が得られるクロック・モジュールが使われている。
また、精度が低い代わりに安価なセラミック発振子が使われることもある。
クロック・モジュール
無線通信用には、水晶発振子と温度補償発振回路を一つのパッケージに組み込んだ、温度補償水晶発振器(TCXO)が
使われることが多くなってきており、小型化・低価格化が驚くべき速さで進んでいる。
無線通信では、水晶発振子をフィルタ回路の一部として使うことがある。
水晶フィルタ、または、クリスタルフィルタと呼ばれる。特に狭い帯域のフィルタ回路が必要な場合に用いられる。
それほど狭くない帯域の場合は、SAWフィルタが使われるようになってきており、生産量は減少している。
圧力をかけると水晶のひずみに応じて発振周波数が変化する。
そこで、これを圧力センサーとして利用する研究が大阪工業大学で行われている。
用途
* 時計
* 無線通信（発振回路、フィルタ回路）
* コンピュータ
* 計測機器
今回、入手した水晶発振子
水晶発振子は様々な周波数の物がありますが、耳で聴く事が出来る周波数は20KHz( 20000ヘルツ )以下の物です。
しかし・・・この周波数の水晶発振子は入手が難しく、秋葉原を探し回っても見付ける事は出来ないと思います。
ひょんな事からロシア製・10KHzの水晶発振子を入手出来たので、発振回路を作って音を聴く事にしました。
ガラス管( 直径 約18mm 長さ 約 68mm )の中に入っています。
細長い発振子( 長さ 38mm 2 x 3mmの四角柱形状 )が中央に見えます。
基本の発振回路例( 抵抗値・コンデンサの値は微調整が必要な場合があります )
多摩デバイスさんのページを参照しました。 http://www.tamadevice.co.jp/cmos-cirkits-1.htm
10KHzでは水晶に依りますが、この位の値で発振すると思います。
C1 / C2の値が大きいと、発振するまで時間が掛かります。
電源電圧は、3V位から発振します。
C1 / C2 = 470 - 1000PF位
Rf = 10Mオーム Rd = 47Kオーム
ケースを除くほとんどの部品
水晶発振子はソケットでネジ留めするよりも、結束バンドを2個使って挟むように固定した方が楽です。
裏側はテープで固定出来る様になっています。
プラ・ケースの裏フタはアルミ板になっています。
中身が見える様に、アクリル板を買ってきて見える様にしました。
完成後、電源をつないで発振を開始するとチーンと高い音が聞こえてきました。
発振子は四角の形状で、メッキされた二面に電極を接続しています。
耳元に近づけて360度回転させると、新しい発見が出来ました。
電極面とそうでは無い面とで音の大きさが変化します。
均一に聞こえると思ったのですが、そうでは無かったと実感出来ます。
機会をみて、録音してここでも聞こえる様にしたいと思っています。
2005年11月15日
パソコンのある( 但し、USB搭載機種 )場所でも使えるように、USBインターフェースの発振回路を作成しました。
USBインターフェースと言っても電源をもらうだけの話なので、大きな話題にはなりませんが・・・
これなら、オフ会などにUSBフラッシュ・メモリーと一緒に持って行っても受けるかな？
2005年11月18日 少し改造しました。
左側のコネクターはチェック用です。 下側の灰色ケーブルは、USBケーブルです。
ソケットになっているので、他の水晶発振子でも使う事が出来ます。
赤いターミナルは、ソケットに接続しています。 リード線タイプの水晶発振子( 下の8KHzなど )に使います。
発振周波数を確認してみました。 Part.1 10,000.095516Hz( 10.000095516KHz )と表示されています。
ぴったり合っていない原因は周波数調整用の回路が無い為です。 実用上、問題はないので省きました。
発振波形を確認してみました。 Part.2 正弦波ではなく、矩形波と呼ばれるものです。
10KHz以外に、20KHz,30KHz,40KHz,50KHz・・・と倍数の周波数が同時に出力に現れるためです。
10KHz以外を遮断するフィルターを取り付ければ、綺麗な正弦波になります。
今回は、水晶そのものから音を聴くのが目的なので、省いています。
発振波形を確認してみました。 Part.3
スペクトラム・アナライザーを使用して測定してみました。 発振した波形がどのくらい綺麗なのか( 信号純度 )、高調波( 発振周波数の倍数で現れる。 信号のレベルと周波数を同時に測定
)などが測定できます。
50オームの負荷を接続した時の出力電圧は、145.2mV となりました。
今回使用した機械は、1台でベンツ1台( 一番高い方の )と同じくらいの値段です。
他にも、音が聞こえる水晶が手に入りました。
上述の10KHzに比べて、同じ発振回路で試すとこちらの方が音が小さめでした。
この水晶に適した回路を使えば、音はもう少し大きくなると思います。
ただ、あまり大きな電圧を加えると振動子が割れてしまいます。
見つけるのは難しいので、大事にしないと・・・
知人に探して貰っていますが、ヨーロッパとかロシアの方が出回っているのでは？との感触でした。
10KHz以下の物があれば購入すると伝えたので、見つかったら連絡が来るでしょう。
こればかりは時間が掛かりそうですが。
これは、日本電気( NEC )製の8KHz 水晶振動子
楕円のガラス管に入っています。
金属ケースに入った水晶発振子 上：8.45663KHz 下：12.350KHz
上の8.4KHzは発振して音も聴く事が出来たが、下の12.35KHzは発振回路と合わないのか発振していない様子でした。
もう少し粘ってみます。
更に、応用するするなら
セイコー・エプソン SPG-8650O( 赤字はアルファベットのOです )
10KHzを分周するICです。 詳しいデータは、ここにあります！
発振させて音を聴くだけなら、必要はありません。 見付けにくいICです。
10KHzを1KHz,100Hz,10Hz,1Hz・・・と1/10ずつ周波数を下げる働きをします。
例えば1Hzにすると、LEDを1秒毎に点滅させる事が出来ます。
可変コンデンサ( ポリバリコン )
今回は無くても構いません。
もし周波数を正確に合わせたい希望があれば、使います。