Elementarny układ syntezatora
Wraz z popularnością nurtu Synthwave w muzyce wróciły do łask analogowe syntezatory.
W niektórych krajach żywy jest cały segment DIY budowniczych analogowych instrumentów.
Postanowiłem nieco się zabawić i zbudować najbardziej elementarny element syntezatora czyli (VCO) Voltage Controled Oscylator z układem obwiedni i modulacji częstotliwościowej.
Opracowanie zaczerpnąłem z materiału, który przygotował Moritz Klein "This analog circuit can sound like any drum" https://www.youtube.com/watch?v=Xbl1xwFR3eg
Efektem działania jest syntezator tzw. kick drum - czyli jeden z najbardziej podstawowych z elementów automatu perkusyjnego.
Zmiany względem projektu z youtube
Względem oryginalnego projektu Moritza zmieniłem układ wyzwalania (TRG), z układu bazującego na komparatorze zastosowałem monostabilny układ na zegarze NE555.
Trudnością było uruchomienie całości i uzyskanie eleganckich przebiegów, wydaje się, że materiał wideo nieco upraszcza temat, ewentualnie brakuje nieco informacji.
Niemniej, po kilku dniach zabawy udało mi się złożyć własną topologię, która generuje takie przebiegi wyjściowe (ten drugi z modulacją cz.):
Topologia układu
Mamy tu trzy główne bloki:
- VCO sygnału akustycznego.
- Układ generujący sygnał sterujący VCO sygnału akustycznego, to jest sygnał VCOC (od control).
- Układ generowania sygnału trigger (TRG i TRG2), który wyzwala uderzenie bębna,
VCO sygnału akustycznego
Podstawą całości jest układ VCO, składający się z U1A i U1B. Układy zasilane +/- 10V.
U1A stara się ściągnąć swoje wejścia do tego samego potencjału, ładując kondensator C1.
Układ U1B działa jak komparator przełącza tranzystor Q2 dzięki czemu całość zaczyna działać jako generator przebiegu piłokształtnego.
Kondensator Q1 otwierany chwilowo (szpilka) napięciem układu wyzwalającego, powoduje restart generatora od powtarzalnej identycznej wartości i kierunku narastania napięcia wyjściowego.
Diody D1 i D2 zamieniają przebieg piłokształtny na dość brzydki, pełny harmonicznych sinus. W tym przypadku lepszego nie potrzebujemy.
Z tego co wiem, to w tego typu układach dodawano wręcz rozwiązania wprowadzające więcej harmonicznych by dodatkowo kolorować brzmienie.
Głębokość modulacji diodami kontroluje potencjometr montażowy RV2.
Częstotliwość VCO zadana jest napięciem VCOC oraz pojemnością C1.
Kolejnym problemem jest przetworzenie powtarzalnego sygnału periodycznego sinus w nazwijmy to, uderzenie dźwięku. Służy do tego układ obwiedni zrealizowany na tranzystorze Q3 i U2A. Tranzystor Q3 otwierany jest tutaj przez specjalnie przygotowany sygnał o przebiegu rampy, począwszy od skoku jednostkowego do powolnego wygasania. Sygnał ten przygotowywany jest w oparciu o D3 i C3, długość "ogona" ustala potencjometr RV3 (ten powinien być dostępny dla operatora).
W oryginalnym rozwiązaniu zamiast diod D6 i D7 był rezystor 470k, ale dla mnie diody sprawdzają się lepiej.
Dodałem też kondensator C16, gdyż w moim układzie pojawiała się składowa stała, wyeliminowałem ją w ten nieco brutalny sposób (zamiast zastanowić się, skąd się ona bierze i usunąć ją u źródła
).
Przypominam, że wszystkie układy scalone są zasilane symetrycznie +/- 10V.
Układ generujący sygnał sterujący VCO sygnału akustycznego
Sygnał VCOC jest również uzyskiwany mieszania napięcia stałego i napięcia zmiennego uzyskanego z kolejnego układu VOC.
Układ ten ma podobną topologię, różni się tylko częstotliwością pracy, zadaną C2 oraz napięciem z RV5. Zazwyczaj jest ona o rząd wielkości mniejsza niż cz. głównego VOC generującego wyjściowy sygnał audio.
Ten potencjometr również powinien być dostępny dla operatora. Układ produkuje przebieg piłokształtny którego amplituda jest regulowana RV6.
Potencjometr RV6 powinien być dostępny dla operatora. Natomiast potencjometr RV7 używamy tylko raz, ustawiając DC offset całego układu tak by w żądnym przypadki napięcie VCOC nie spadało poniżej 0V.
Potencjometr RV8 narzuca napięcie stałe, czyli główną częstotliwość za jaką będzie pracował VCO sterowany z VCOC.
W jednym ze skrajnych położeń tego potencjometru, napięcie generowane w układach U3A, U3b nie będzie miało wpływu na VCOC.
Tranzystor Q6 sterowany z TRG2 ma za zadanie restartować generator w przypadku pojawienia się sygnału wyzwalającego.
Przy uruchamianiu układu generowania VCOC należy zwrócić uwagę czy faktycznie pojawienie się sygnału TRG2 (z NE555) powoduje restart generatora piły, oczekujemy
takiego przebiegu na wyjściu generatora (pin 1 U3A) przy pojawieniu się TRG2 na bazie tranzystora Q6.
Przebiegi wyjściowe VCOC zależnie od ustawień RV5, RV6 o RV8 mogą wyglądać tak:
Może to być też po prostu wartość stała z zakresu od 0 do VCC. Wówczas uzyskamy czysty pojedynczy ton bez modulacji częstotliwości.
Układ generowania sygnału trigger
Rezystor RV4 służy do regulacji amplitudy sygnału szpilkowego powodującego wyzwolenie układu kick drum. Zbyt mała amplituda nie spowoduje wyzwolenia. Zbyt duża będzie generowała zniekształcenia.
Co dalej
Zdecydowanie warto się pobawić bardziej zaawansowanym sposobem generowania VCOC tak by uzyskać bardziej ciekawe brzmienia.
Na podobnej zasadzie można zbudować również syntezator każdego innego rodzaju dźwięku, nie tylko drum.
Uzyskamy to przez zmianę częstotliwości generatora plus wydłużenie obwiedni.
Wraz z popularnością nurtu Synthwave w muzyce wróciły do łask analogowe syntezatory.
W niektórych krajach żywy jest cały segment DIY budowniczych analogowych instrumentów.
Postanowiłem nieco się zabawić i zbudować najbardziej elementarny element syntezatora czyli (VCO) Voltage Controled Oscylator z układem obwiedni i modulacji częstotliwościowej.
Opracowanie zaczerpnąłem z materiału, który przygotował Moritz Klein "This analog circuit can sound like any drum" https://www.youtube.com/watch?v=Xbl1xwFR3eg
Efektem działania jest syntezator tzw. kick drum - czyli jeden z najbardziej podstawowych z elementów automatu perkusyjnego.
Zmiany względem projektu z youtube
Względem oryginalnego projektu Moritza zmieniłem układ wyzwalania (TRG), z układu bazującego na komparatorze zastosowałem monostabilny układ na zegarze NE555.
Trudnością było uruchomienie całości i uzyskanie eleganckich przebiegów, wydaje się, że materiał wideo nieco upraszcza temat, ewentualnie brakuje nieco informacji.
Niemniej, po kilku dniach zabawy udało mi się złożyć własną topologię, która generuje takie przebiegi wyjściowe (ten drugi z modulacją cz.):
Topologia układu
Mamy tu trzy główne bloki:
- VCO sygnału akustycznego.
- Układ generujący sygnał sterujący VCO sygnału akustycznego, to jest sygnał VCOC (od control).
- Układ generowania sygnału trigger (TRG i TRG2), który wyzwala uderzenie bębna,
VCO sygnału akustycznego
Podstawą całości jest układ VCO, składający się z U1A i U1B. Układy zasilane +/- 10V.
U1A stara się ściągnąć swoje wejścia do tego samego potencjału, ładując kondensator C1.
Układ U1B działa jak komparator przełącza tranzystor Q2 dzięki czemu całość zaczyna działać jako generator przebiegu piłokształtnego.
Kondensator Q1 otwierany chwilowo (szpilka) napięciem układu wyzwalającego, powoduje restart generatora od powtarzalnej identycznej wartości i kierunku narastania napięcia wyjściowego.
Diody D1 i D2 zamieniają przebieg piłokształtny na dość brzydki, pełny harmonicznych sinus. W tym przypadku lepszego nie potrzebujemy.
Z tego co wiem, to w tego typu układach dodawano wręcz rozwiązania wprowadzające więcej harmonicznych by dodatkowo kolorować brzmienie.
Głębokość modulacji diodami kontroluje potencjometr montażowy RV2.
Częstotliwość VCO zadana jest napięciem VCOC oraz pojemnością C1.
Kolejnym problemem jest przetworzenie powtarzalnego sygnału periodycznego sinus w nazwijmy to, uderzenie dźwięku. Służy do tego układ obwiedni zrealizowany na tranzystorze Q3 i U2A. Tranzystor Q3 otwierany jest tutaj przez specjalnie przygotowany sygnał o przebiegu rampy, począwszy od skoku jednostkowego do powolnego wygasania. Sygnał ten przygotowywany jest w oparciu o D3 i C3, długość "ogona" ustala potencjometr RV3 (ten powinien być dostępny dla operatora).
W oryginalnym rozwiązaniu zamiast diod D6 i D7 był rezystor 470k, ale dla mnie diody sprawdzają się lepiej.
Dodałem też kondensator C16, gdyż w moim układzie pojawiała się składowa stała, wyeliminowałem ją w ten nieco brutalny sposób (zamiast zastanowić się, skąd się ona bierze i usunąć ją u źródła
).
Przypominam, że wszystkie układy scalone są zasilane symetrycznie +/- 10V.
Układ generujący sygnał sterujący VCO sygnału akustycznego
Sygnał VCOC jest również uzyskiwany mieszania napięcia stałego i napięcia zmiennego uzyskanego z kolejnego układu VOC.
Układ ten ma podobną topologię, różni się tylko częstotliwością pracy, zadaną C2 oraz napięciem z RV5. Zazwyczaj jest ona o rząd wielkości mniejsza niż cz. głównego VOC generującego wyjściowy sygnał audio.
Ten potencjometr również powinien być dostępny dla operatora. Układ produkuje przebieg piłokształtny którego amplituda jest regulowana RV6.
Potencjometr RV6 powinien być dostępny dla operatora. Natomiast potencjometr RV7 używamy tylko raz, ustawiając DC offset całego układu tak by w żądnym przypadki napięcie VCOC nie spadało poniżej 0V.
Potencjometr RV8 narzuca napięcie stałe, czyli główną częstotliwość za jaką będzie pracował VCO sterowany z VCOC.
W jednym ze skrajnych położeń tego potencjometru, napięcie generowane w układach U3A, U3b nie będzie miało wpływu na VCOC.
Tranzystor Q6 sterowany z TRG2 ma za zadanie restartować generator w przypadku pojawienia się sygnału wyzwalającego.
Przy uruchamianiu układu generowania VCOC należy zwrócić uwagę czy faktycznie pojawienie się sygnału TRG2 (z NE555) powoduje restart generatora piły, oczekujemy
takiego przebiegu na wyjściu generatora (pin 1 U3A) przy pojawieniu się TRG2 na bazie tranzystora Q6.
Przebiegi wyjściowe VCOC zależnie od ustawień RV5, RV6 o RV8 mogą wyglądać tak:
Może to być też po prostu wartość stała z zakresu od 0 do VCC. Wówczas uzyskamy czysty pojedynczy ton bez modulacji częstotliwości.
Układ generowania sygnału trigger
Rezystor RV4 służy do regulacji amplitudy sygnału szpilkowego powodującego wyzwolenie układu kick drum. Zbyt mała amplituda nie spowoduje wyzwolenia. Zbyt duża będzie generowała zniekształcenia.
Co dalej
Zdecydowanie warto się pobawić bardziej zaawansowanym sposobem generowania VCOC tak by uzyskać bardziej ciekawe brzmienia.
Na podobnej zasadzie można zbudować również syntezator każdego innego rodzaju dźwięku, nie tylko drum.
Uzyskamy to przez zmianę częstotliwości generatora plus wydłużenie obwiedni.
Fajne? Ranking DIY
