とりあえず使える早押し機を作る

クイズ研究会で必要になる早押し機を、市販の電子工作キットを組み合わせることにより、最小限の手間と費用である程度使いやすいレベルのものを自作してみた記録です。

最後に、早押し機本体と正誤判定を同じケースに入れた場合の購入リストを挙げておきます。

品名型番単価個数金額
備考
基盤(本体)
HA-8083850138505500円出せば組立済のものが届きますが、今回の用途ではLEDを外すことになるのが却って面倒な可能性もあるので、素直に自分で組み立てることを前提とします。
ケース(本体)
PF18-5-12
869
1
869
「工作のしやすさ」「内蔵スピーカーの選択肢が広くなる」といった理由で、ワンサイズ大きい【PF20-6-13】の方がいいかもしれません
ケース(解答者)
SW-65B
132
8
1056

トグルスイッチ
(2回路)
1MD1-T2-B1-M1-Q-N-S1001100 「1着のみ&〇×時同時リセット/3着まで」の切替に使います
トグルスイッチ
(1回路)
1MS1-T2-B1-M1-Q-N-S80180電源スイッチとして使用します。

※前項(4)に掲載した写真では、手持ちからこちらのプッシュスイッチを使用しています。

個人的な好みとして、「トグルスイッチで上下どちらを向いているか」「プッシュスイッチで凹んでいるか出っ張っているか」といった具合に、電源スイッチは視認できたほうがいいかな、と考えます。

その意味では、ちょっと単価が高くなるのと、配線に一手間加わりますが、LED付きのこれを使うのもアリです。
LED(定電流)
(5個入り)
OSR5PA5A31A-CRLED1690
2
180
解答者8つとも、今回は全て赤としてみます。
拡散キャップ
(50個200円)
OS-CAP-5MK-12001200 LEDの光は直進するため横からは見えにくくなりますが、このキャップを付けることで解答者以外のスタッフや観客にも見えやすくなります。

なお、光った際にLED自体の色が透けていくので、キャップの色は白に統一することとします。

また、透明な接着剤(100均のでいいとおもいます)で付けることになりますが、塗って乾燥するまでにしっかりくっつけないと、後から意外に抜けやすいので注意です。
(今回使用するLEDで拡散キャップが無い光が直接目に入るとあまりよろしくありませんので…)
5mmLED用薄型ブラケット(10個100円)こちら1001100解答者用のLEDを固定するのに使用します。
ブラケット入りLED()1003
300着順表示用です。
判りやすくするため色を変えます。
リンク先のものは2つワンセットのものですが、明るさなどからこちらを選択しています。
ミニDINソケット(4P)DI-6795-41502300他の本体とS端子ケーブルで繋ぐのに使います。
ここでは一応17人以上でもプレー((=3枚接続)する可能性を考慮し、ソケットは2つ付けておくこととします。
ステレオミニジャックMJ-074N65161040解答者用ボタンが8人分。これが本体側と解答者側で2倍必要です。

「ケーブル部分を先に作ってからケースに固定する方が作業がやりやすいだろう」ということで選択していますが、解答者側の方はこちらのタイプでもいいかと思います。
(本体側は配線後にパネル取り付けしないと難しいです)
モノラルミニジャック(SW付)MJ-355601
60普段は内蔵スピーカーからの出力で、外部のスピーカーにも繋げられるようなスイッチ付きのものを用意します。
ステレオケーブル(3m)SS-30 1808
1440本体と解答者用ボタン×8を繋ぎます。

端の方の解答者のことを考えると、長さは5mを混ぜたり、延長コードを予め用意しておくのもアリかと思います。
プッシュスイッチ
(正誤)
PH-M2RR1S1 7881788 正誤判定用に「音を出す」「リセット」の2回路を同時に作動させるための二極双投のものです。
キャップを赤と白としています。

なお、今回は「ピンポン」の方は仕組み上、二極(Comに加え、NCとNOの両方があるもの)が条件になります。
(単極双投というのは多分無いとは思いますが)
PH-M2RW1S17881788
プッシュスイッチ
(リセット・順位切替)
PH-M1RK1S15151515 リセット/順位切替用です。(例示はキャップの色違い、黒と青です)
正誤と同じシリーズの単極を使用します。

(その辺りにこだわりが無ければ、解答者用ボタンと同じ安いものでも構わないかと)
PH-M1RB1S1 5151515
プッシュスイッチ
(解答者)
DS-19316581320
DCジャック(2.1mm)MJ-10401
40 ACアダプタを繋ぎます。
ACアダプタ(6V)AD-A60P1805801580リレー基板を使用して電球で表示することは無いものとして、6Vを選択しました。
将来的に拡張を考えるのであれば9Vになります。

ただし、乾電池は電源の無い外での使用を考慮してのものですので、電球をつかうはずも無いので6V=4本で充分でしょう。

もちろん、外で使用することを考えなければ電池ボックスとバッテリースナップは不要です。
電池ボックス(4本、Bスナップ)BH-341-2B60160
2.1mmDCプラグ付バッテリースナップ(縦型)こちら601
60
φ40 取りつけ金具付きスピーカーKP-S501220
1
220取り付けやすさと、HA-808と同時に共立エレショップで注文可能(通販の注文先を絞ることで送料を減らす目的)ということで、ここではこちらを例示しました。

どちらにせよ、大教室以上の大きな会場では外付けスピーカーに接続する前提です。

スピーカーの選択については前項も参照ください。
ピンヘッダ1×40PH-1x40SG351
35
直接コードを基盤にハンダ付けするより、ピンヘッダーをハンダ付けし、ジャンパーケーブル(メス)を挿すことで取り付け(と、取り外し)作業を容易にします。
今回はニッパーで必要分だけ切り取っていくタイプのものを選択しました。

※特記が無ければ2.54mmピッチのものと思ってよいかと思います。

ジャンパーケーブルは20cmのものを半分のところで切って10cmもあれば解答者用ボタンへのステレオジャックは付けられますし、長いものが必要であればカットする場所を変えればいいかと思います。

※「解答者用ボタンのLED8端子×2本」、「順位表示LED3つ×2本」、「順位切替とリセット、共通のGND(-)で3本」使用します。こちらはカットして半分ずつ使うことになります。

※上記に加え、連結・増設用のS端子で1端子について4本、計8本使用しますが、2.54mmピッチだとS端子側が非常に抜けやすくなります。
(ピンも若干曲げて広げることになります)

入手できれば2.0mm~2.54mmの変換を使う、もしくは2.0mmのジャンパケーブルを入手して2.54mmのものとハンダ付けしてしまう方がいいかと思いますが、ここでは「ホットボンドで固める」という強引な手段を執るものとして計算します。
ジャンパー ケーブル
メス-メス 20cm
(40p)
こちら1801180
ダブルコード(0.2sq、4m)こちら
34013402本のコードの色が異なり、(+と-の)区別がつきやすいものにしておいた方が配線時に楽です
ネジ・ナットセット(M3、96個入り)こちら439
1
439 ネジ・ナットは基板×2とスピーカーの取付に
中空スペーサーは基板とケース底面の間にスペースを確保するために使用します。

中空スペーサー(M3,
高さ5mm、10個)
こちら148
1
148
ロジックIC
(6インバータ)
TC4069UBP30130HA-808でも押した音を作るのに使われているICです。
これで「ピンポン」の音に加え、「ブー」の音も作ります。
ICソケット14ピン25125 上記のICを直接ハンダ付けしても良いのですが、ソケットを使用しておくことにします。

リンクは丸ピンソケットですが、板バネソケットでも問題はありません。
オーディオパワーアンプICTA7368PL60160 今回使用する、音を増幅するアンプです。
左記のリンク先では同等品の「TA7368PG」になっていることもあるようですが、問題ありません。
アルミ電解コンデンサ470μF10110 1μFの2つについては、NP(無極性)または積層セラミックコンデンサでも構いません。
100μF10220
1μF10220
積層セラミックコンデンサ0.1 μF(104)15230 2.54mmピッチのものと、5mmピッチのものがありますが、5mmの方を選んでおきます。
(2.54mmでも何とかなりますが、作成時に1箇所、注意点が発生します)
0.01μF(103)15575
カーボン抵抗1MΩ(茶黒緑金)80180カーボン抵抗のような少額の商品を通販で購入する場合、注文数の単位(n本ずつ)、もしくは注文最少数(最低n本以上)が決まっていることが多いです。

リンク先の共立エレショップの場合、20本単位のため、左表では1本4円×20本=80円で計算しています。
実際に必要なのは1MΩが3本、100kΩが4本で、それ以外が1本ずつです。
(東京・秋葉原の千石電商あたりに行けるなら、必要数だけ購入できたりするのですが)

なお、今回は安さを優先して小型カーボン抵抗 1/4Wへのリンクを張っています。

また、HA-808からの音声出力時に1KΩと10Ωの抵抗を使用することになっていますが、この回路は正誤判定基板側の空いている部分に組み込んでしまう前提で、1KΩのものは省略しています。
 ※抵抗は直列なら単純に足し算です。25kΩでも24kΩでもそこまで変わらないと思いますので
120kΩ(茶赤黄金)80180
100kΩ(茶黒黄金)80180
82kΩ(灰赤橙金)80180
68kΩ(青灰橙金)80180
47kΩ(黄紫橙金)80180
24kΩ(赤黄橙金)80180
150Ω(茶緑茶金)80180
10Ω(茶黒黒金)80180
スイッチングダイオードIN41481001100リンクの商品は50本入りですが、実際に使用するのは4本です
ユニバーサル基板
片面ガラスCタイプ
72×47mm
(2.54mmピッチ
)
60160 正誤判定用基板のICや抵抗などの部品を載せる基板です。

回路が書かれているわけではないので、抵抗等の余った足を折り曲げたり、切り取った分を足したりして、自分で必要な回路を繋げていくことになります。
ターミナルブロック小3ピン縦30260ボタン/電源/スピーカーなどとの接続に使用します。
(HA-808で、ボタンの部分で使っていたやりかたです)

ピンヘッダーとジャンパーケーブルを使用してもいいのですが、前述の内部の高さによる物理的干渉の理由から今回はターミナルブロックを使用します。

左表のリンク先は青色ですが、秋月電子では黒や緑の色違いも用意されているので、区別が付きやすいように色違いを買っておくのもアリです。
(大きさや形状には注意してください)
小2ピン縦20480
ボリューム
(Aカーブ)
500Ω89189秋月電子でTA7368を使用したアンプキットが販売されているのですが、ここで使われている基板上のボリュームが500Ωでしたので、それに合わせてみました。

リンク先の共立エレショップで販売していた500Ωのモノがローレット加工タイプだったので、ツマミもそれに合わせます。
ボリュームつまみ
(ローレット)
こちら
20120

上表の合計は17002円となりました。
(工具、はんだ、ホットボンドなどは含まれていません)

本体と正誤判定ボックスを分けていたこちらの記事では22940円でしたから、一体化することでACアダプタやアンプが1つに減らせた分ということになるでしょうか。

工作自体の難易度がかなり上がる選択肢ですが、これまでの組み立てで自信の付いた方は挑戦してみても面白いかと思います。

正誤判定音の出力基板を自作する稿は以上となります。

再三となりますが、『教務事務の軽減』管理人様にはこの場を借りて改めて厚く御礼を申し上げます。

ケース格納
高さ説明2

内蔵するスピーカーは、これまでこちらのマイクロスピーカーで充分としてきました。しかし、アンプを変えたせいなのか、どうも音の大きさ的にイマイチな気もするので、別のスピーカーを考えます。

ただ、ケースの天井部分に付けようとすると前述のボタンと同様、内部に干渉する可能性が高くなります。
そうするとサイドに付けることになりますが、ケースが【PF18-5-12】だと、留める部分も含めて4cm以内で、かつ出力がそれなりのスピーカーを探す必要があります。

なお、スピーカーユニット自体にネジ止め用の穴が着いていない場合、このようなスピーカーホルダーを使うか、留め具で3点止めする必要があります。(留め具を取り付けるスペースが結局無さそうな気もしますが…)

40×40スピーカー(8Ω2W)「8Ω」「ネジ留め可能」「全体で4cm程度に収まる」などの条件で検索するといくつかはヒットするのですが、音楽用の比較的高額なものも多いようです。

比較的安価なものだと左のリンクのモノかな、と思うのですが、こちらのお店、現状通販オンリーになっており、どうしても送料が掛かるのは若干ネックではあります。

(2021/11/12追記)
42×42の方のリンクも追加しました。
こちらでも【PF18-5-12】の短辺にギリギリ入ります。

※なお、40×40の方はM3のネジが通りますが、42×42の方は穴が少し小さくM2.5になります。これまでと同じように穴開けは3mmにしてワッシャーを使うのがいいかと思います。
42×42スピーカー(8Ω2W)
4cm
4Ω3W
秋月電子で2021年初頭から4cmのスピーカーユニットが発売されていました。
こちらのスピーカーホルダーもギリギリ使えそうですが、【TA7368PL】の説明書を見るに、4Ωだと電圧は6Vにしておかないと、9Vや12Vで使用した場合はスピーカーが壊れる可能性がありそうです。
φ40 取りつけ金具付きスピーカー8Ω0.5W。
共立エレショップで販売しているこちらなら、基板と同じ3mmのネジとナットがそのまま使えるのは大きな利点です。
ブレッドボード用ダイナミックスピーカー
8Ω1W。
直径28mmのため、留め具3つでもケースの横側にギリギリ収まりそうです。
コード部分は途中で切り取ってハンダ付けすればいいかと思います。
スピーカーユニット 5cm
8Ω 0.5W
ケースをワンサイズ大きくして、スピーカーの大きさも5cmで考えると選択肢はかなり広がります。例えば左のリンクのような製品も【PF20-6-13】のサイドにギリギリ入ります。
マイクロスピーカー8Ω。
前項で「教室中に届かないかも」と書きましたが、10人弱が集まって…というぐらいの広さなら聞こえるかと思うので、とりあえずこれにしておく手もあるかと思います。
(執筆時点ではまだ、いわゆる「密になる」というのを気にする必要がありそうですが…)

いずれにせよ、会場の広さによっては外部のスピーカーに接続する前提で考えておいた方がいいかと思います。

高さ説明2
正誤判定用の音を出す基板が完成したら、ケースに収めて実際に使えるようしていきます。

従来通りに「HA-808」の早押し機本体とは別に、正誤判定ボックスとして組み立てても良いのですが、今回使用したアンプ「TA7368PL(PG)」は2~10Vの電圧で使用可能となっています。
(絶対最大定格14Vという資料もあるのですが、一応低い方に合わせます)

「HA-808」の使用に必要な電圧は6~12Vですから、同じケースに入れ、同じ電源から並列に取った場合でも、6Vまたは9VのACアダプタなら減圧処理をせずに使えるわけです。
 (※電球表示のためのリレーを使用する場合は9Vになります)

また、「HA-808」から出る「押したときの音」も、正誤判定音の方で使用するアンプで一体化してやれば、ボリュームもスピーカーも1つで済むことになります。

というわけで、ここからは本体/正誤判定を一つのケースに収める前提で話を進めます。

なお、従来通りに正誤判定ボックスを本体とは別途作成する場合でも
  • アンプ付きで作成しているので、音声出力と別途のアンプキット(MA-739など)を組み込む必要が無い(費用と工作の手間が減る)
  • 本体と電圧が同じなので、ACアダプタを逆に付けて故障させるリスクが減る
といった利点があります。
正誤判定
(こちらの写真ではケースにSW-125を使用しています。
 また、ターミナルブロックではなくピンヘッダーとジャンパーケーブルでの接続としています)

この場合の以降の作り方はこちらを参照してください。

ケース格納
こちらでもケースの大きさを考察していますが、上の写真は【PF18-5-12】を使用しています。
ケースの短辺の方に電源用スイッチ・電源用ジャック・スピーカーを取り付けて、ギリギリピッタリ収まるぐらいになります。
(磁石部分の厚みで基盤と干渉して閉まらない可能性があるので、性能の良いスピーカーユニットを選択する際はご注意ください)

【2021/11/09追記】
上記写真では[HA-808]本体の説明書通りに抵抗を取り付けたうえで正誤判定基板に信号を入力し、その上で24kΩ抵抗を取り付けて減衰させ、「ピンポン/ブー」の音と音量が同じぐらいになるようにしています。
この[HA-808]説明書に記述された部分については、2021/11/09に正誤判定基板側に取り付けるやりかたに変更していますので、それ以前に本項を参照された方はご注意ください。

高さ説明1
正誤判定用基板は裏側にも配線しているので、スペーサーを噛ませケース底面との間にスペースを確保することは必須になります。
そうすると、正誤判定用の押しボタンスイッチを取り付けたとき、「押したときのLED」または「リレー出力用」のピンヘッダーにジャンパーケーブルを取り付けたものと干渉してしまうことが考えられます。
(特に、リレー出力用の方はそのまま6~12Vの電力が流れている端子もあるので、ジャンパーケーブルを付けていないピンとボタンの足が接触すると大変危険です)

高さ説明2
うまく干渉しない位置にボタンを取り付けられればいいのですが、ターミナルブロックを使用して相対的に高さが低い、正誤判定用基板の方にボタンを取り付けるという手もアリかと思います。
(ボタンの並び順を上からと下から、どちらにするかはお好みです)

また、後述するスピーカーの大きさのこともあるため、ケース自体をワンサイズ大きい【PF20-6-13】にしておく手もあるかと思います。

高さ説明3
「1着のみ⇔3着まで」と「○×と同時にリセットする/しない」の切替は別々にしていましたが、「1着のみ判定でリセットしないのは、次の問題でリセットし忘れするリスクの方が面倒」「3着まで判定なのに誤答と同時にリセットしてしまうと、2着以降が判らなくなる」というのを考えると、2回路のトグルスイッチ1つにして、「3着まで / 1着のみ&○×同時にリセット」という形にしてみました。


なお、今回の正誤判定基板を組み込む一体型の場合、レリーズを付けるのは諦めた方がいいかと思います。
8ピン表
一応作ってはみたのですが、「本体のリセット/順位切替、それらに共通のGND」で3つに加え「ピンポン音で3つ」「ブー音で2つ」と、8つの信号が必要になります。
ミニDINには8ピン規格もあるのですが、あまり一般的ではないので、コネクタケーブル(と延長)は注文品になるかと思います。

かつ、今回の正誤判定では、2極(Com/NC/NO)のボタンで、押したときに「ピン」の音、話したときに「ポン」の音を出すことになるため、本体とレリーズの両方に繋がっていると(どちらかを押しても、もう片方が押していない状態のため)音がうまく出ません。
これを解決するには【どちらから音を出すかを切り替える、3極のスイッチを途中に噛ませる】か、【正誤判定用のボタンを本体に付けず、レリーズのみにする】のどちらかになります。

レリーズの目的は、本体を解答者側に寄せることで、解答者側の複数のケーブルを伸ばすより、判定者側の1本を伸ばした方が効率的(特に大会などで解答者が舞台上、スタッフが舞台下の場合など)、というものですが、これだけの手間を掛けるなら、素直に解答者用ボタンに繋ぐステレオケーブルの延長コードを買った方がいいように思えます。

【2023/08/31追記】
このミニDIN8ピンによるレリーズですが、ケーブル自体がノイズの発生源となり雑音がひどくなるという弊害が判明しましたので、尚更オススメいたしません。

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