0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Модернизируем синтезатор своими руками

Модернизируем синтезатор своими руками

В этой статье, я расскажу, как можно модернизировать в домашних условиях музыкальный синтезатор. Задача будет состоять в том, чтобы мы сначала разработали, а затем заново собрали электронный синтезатор, но уже с дополнительными эффектами и функциями.

Сегодня в интернете существует довольно-таки большое количество разных схем для любительских синтезаторов. Большинство из них основывается по принципу 555 или других схемах генераторов. Ограничение состоит лишь в том, что такая схема может генерировать всего лишь один тон одновременно, а для того чтобы играть аккордами, нам необходимо зажимать клавиши вместе, получая при этом несколько звучащих одновременно тонов.

Соответственно для 12 тонов, нам потребуется 12 частотных генераторов. Если Ваша музыкальная клавиатура состоит из 48 клавиш, значит, вам нужно будет 48 генераторов тона.

Итак, в таком случае нас может спасти логическая микросхема CMOS 4060. Такая микросхема имеет четырнадцати канальный двоичный делитель/счётчик с функцией сквозного переноса, а также сам генератор. Блок схема функций CMOS 4060 имеет такой вид: Qn выход будет иметь n-ое значение счётчика, как 2^n, это означает, что Q4 2^4 = 16(1/16 частоты такта) при этом Q5 2^5 = 32 (то есть 1/32 частоты такта). В моем случае, я воспользуюсь именно этой микросхемой.

Размеры октав между собой связаны. Самая первая октава, она же C1 (частота 16.3Hz) имеет в себе ровно половину октавы C2 (частота 32.7Hz) и т.д. CMOS 4060 способна разделять ихнюю тактовую частоту через выходы Qn. Для этого понадобится (4060×12) генераторов тона, при этом будет поддержка 7 октав (7х12 = 96 тонов).

Собственно первоначальный проект получается такой: конструкция составляет в себе 12х4060 генератора тона, и dsPIC который предназначен для эффектов, усилителей и контроля.

На схеме выше изображены CMOS 4060 генераторы тона. Частоту такта которых, мы можем рассчитать по формуле f = 1/(2xPixR2xC1). В моей разработке я использую 4 октавы (то есть 48 тонов) начав с октавы С3 (частота 130Hz) и до октавы B6 (частота 1975Hz). Вы же можете выбрать сами величины, которые Вам требуются.

Итак, подготовлена схема, в которой 6 выходных тонов:

Следующие действия:
— На изображении Вы можете заметить пустое место между платами. Всё верно, это пространство предназначено для контроля dsPIC и звуковых эффектов.
— Также нам необходимо сделать верхнюю крышку.

Мои мысли насчёт этой сборки:
— Кнопки, к сожалению не такие мягкие, как в оригинальной клавиатуре. Поэтому необходимо будет найти более подходящий вариант для решения конечного варианта устройства.
— Усилитель LM386 не совсем сочетается с тонами. При низкой громкости мною были замечены некоторые искажения. Поэтому позже, я скорее всего заменю его на более подходящий стерео-усилитель. Ещё я бы хотел, чтобы у меня были как левые так и правые октавы с раздельными эффектами и выходом звука.

Самодельный музыкальный синтезатор

Идея в том, чтобы разработать и собрать электронный синтезатор с некоторыми функциями, эффектами и т.д. Это мой старый школьный проект, и я переделал и изменил его. Это интересно.

В интернете есть много схем любительских синтезаторов. Большинство основано на 555 или какой — то схеме генератора. Ограничение таких решений в том, что такая схема генерирует только один тон одновременно. Чтобы играть реальные аккорды, необходимо нажимать несколько клавиш одновременно, соответственно получая несколько тонов одновременно. То есть, для 12 тонов, необходимо 12 генераторов частоты. Если клавиатура имеет 48 клавиш, то требуется 48 генераторов тонов.

Спасением может быть логическая CMOS микросхема 4060. 4060 представляет собой 14 канальный двоичный счётчик/делитель со сквозным переносом и генератор. Блок схема внутренних функций 4060 из даташита выглядит так. Выход Qn является n-ным значением счетчика, представленным как 2^n, например Q4 2^4 = 16(1/16 тактовой частоты) и Q5 2^5 = 32 (1/32 тактовой частоты).

Читать еще:  Украшения для вязальщицы

О частотах хроматизмов можно прочесть здесь

Масштабы октав связаны. Первая октава C1 (16.3Hz) составляет половину второй октавы C2 (32.7Hz) и так далее. Микросхема 4060 может разделить их тактовую частоту через Qn выходы. Нам понадобится 12х4060 генераторов тона, и будет поддерживаться 7 октав(12×7 = 96 тонов, бинго).

Таким образом, первоначальный проект такой. Конструкция состоит из 12×4060 генераторов тона, dsPIC для звуковых эффектов и контроля, усилителей.

На первой схеме показаны генераторы тона 4060. Тактовая частота может быть рассчитана по формуле f = 1 / (2xPixR2xC1). Я планирую использовать 4 октавы (48 тонов) начиная с С3 (130Hz) до B6 (1975Hz). Вы можете сами выбрать требуемые величины. Я подготовил схему с 6 выходным тонам.

Следующие схемы являются простым блоком питания 7805 и усилителем LM386. Ничего особеннного.

Первый шаг заключается в подготовке физических кнопок и ПП. Кнопки взяты от клавиатуры выброшенной китайской игрушки. К сожалению, в игрушке использовались матричные кнопки. Я также сделал ПП для кнопок.

Подготовленная плата для кнопок с оригинальным размером кнопок:

Схемы и провода:

Первоначальная сборка закончена.

Для настройки частоты я использовал свой Nexus 7 и приложение-тюнер gStrings. Спасибо разработчику за такое полезное приложение. Необходимо настроить только одну октаву. Когда C3, C4 или любая другая нота настроена, остальные настроятся автоматически из-за делителя частоты.

Наконец, после выходных и большого количества кофе, первая фаза проекта получилась такой:

Следующие шаги:
-Вы можете заметить пустое пространство между платами. Да, это место для звуковых эффектов и контроля dsPIC.
-Также мне нужно сделать верхнюю крышку.

Мысли:
— Кнопки не такие мягкие, как оригинальная клавиатура. Необходимо найти более подходящее решение для конечного варианта устройства.
— Усилитель на LM386 не сочетается с тонами. Я заметил некоторые искажения при низком уровне громкости. Позже я заменю его на подходящий стерео усилитель. Я хочу иметь левые и правые октавы с разделенными эффектами и звуковым выходом.

Цифровой синтезатор своими руками

Синусоидальный сигнал можно получить обычным аналоговым способом, но существуют и цифровые способы синтезирования сигналов. При использовании цифрового синтезатора искажения не зависят от частоты сигнала, а также стабильность частоты в этом случае гораздо выше. В статье, ниже давайте подробнее рассмотрим схему и принцип действия цифрового синтезатора.

Сегодня компьютеры, оборудованные звуковой картой могут генерировать различные сигналы, которые можно использовать для измерений. Также синусоидальный сигнал можно создать с помощью регистров сдвига, на которые подаётся сигнал с тактового генератора, и на выходе которых установлен набор резисторов, преобразующих параллельный цифровой код в аналоговый сигнал.

При использовании резисторов с разными значениями на выходе можно получить различную форму периодических сигналов. Однако из-за того, что система цифровая, и сигнал генерируется ступенчато, то в выходном сигнале могут присутствовать гармоники частоты дискретизации.

Поэтому или частота дискретизации должна быть очень большой и сигнал должен быть сформирован из большого числа ступенек, или частоту следует выбрать приемлемой и использовать небольшое число ступенек, например 32, но фильтровать выходной сигнал. В этом генераторе применён последний способ.

Принцип работы синтезатора сигнала

Схема цифрового генератора

Тактовые сигналы, которые имеют максимальную частоту 6,4 мГц сформированы астабильным мультивибратором на логических элементах G1..G3 микросхемы IC1. Перестройки частоты осуществляется потенциометром P1, в то время как для изменения частоты по декадам используется переключатель К/1.

Микросхема IC1 состоит из набора скоростных КМОП элементов, вместо неё можно использовать менее скоростные ТТЛ логические элементы, скорректировав значение сопротивления R2=270 Ом.

На микросхемы IC1..IC3 подаётся напряжение питания +6 вольт (по паспорту 74AC00 её максимальное напряжение питания может составлять 6 вольт, для серии 4000 — 15 вольт). Чем больше питающее напряжение, тем больше максимальная рабочая частота микросхем. Для делителя IC2 максимальная рабочая частота будет составлять 6,4 МГц при напряжении питания 6 вольт.

Читать еще:  Мак крючком - 5 красивых проектов

Микросхема 74AC00 может выдержать долговременное повышенное напряжение питания до 6..6,5 В (особенно при слабом нагружении выхода).

Тактовая частота задающего генератора в 32 раза больше, чем частота синтезируемого синусоидального сигнала. При максимальной тактовой частоте 6,4 МГц это будет соответствовать частоте синусоидального сигнала 200 кГц. Двоичный счётчик IC2 делит частоту входного сигнала на 32. С выхода Q4 счётчика IC2 сигнал подаётся на вход первого сдвигового регистра IC3, с его выхода Q3B сигнал поступает на вход DA следующего сдвигового регистра IC4. Состояния выходов сдвиговых регистров изменяются синхронно с тактовыми импульсами, поступающими с выхода задающего генератора IC1.

Давайте рассмотрим осциллограмму сигналов на входах и выходах сдвигового регистра IC3:

Сигналы на входах CpA, CpB, DA и выходах Q0A..Q3A, Q0B..Q3B сдвигового регистра IC3.

Из этого рисунка видно, что с каждым тактовым импульсом данные, поступающие на входы DA сдвиговых регистров, записываются в первый разряд каждого из регистров и одновременно сдвигаются на один разряд дальше, данные постепенно переходят с первого регистра на второй, и далее процесс повторяется.

К выходам сдвиговых регистров подключена матрица резисторов R3…R30, которая производит цифро-аналоговое преобразование сигнала и формирует синусоиду.

Сигнал на входе счётчика ID2, на его выходе и синусоида в точке соединения резисторов R3..R30.

Если использовать другие номиналы резисторов то можно будет сформировать любые другие периодические сигналы, например, сигнал треугольный формы. Сумма всех токов с выхода резисторной матрицы поступает на вход усилителя IC5. Синусоидальный выходной сигнал должен быть со средним значением ноль вольт (т.е. без постоянной составляющей выходного сигнала).

Сдвиг уровня сигнала осуществляется с помощью подачи на прямой вход операционного усилителя напряжения смещения с помощью делителей R31 и R32.

Поступающий с выхода IC5 ступенчатый сигнал фильтруется так, что бы осталась только основная гармоника. Для этого используется фильтр нижних частот. Применение цифровой фильтрации было бы предпочтительнее, но это значительно усложнило бы конструкцию.

Труднее всего осуществлять фильтрацию в нижнем диапазоне частот: проблема решается путём компромиссов. Здесь применяется активный фильтр третьего порядка на операционном усилителе IC6 и пассивных элементах R37…R39, C15…C17 в цепи обратной связи.

То же самое можно сказать и о других фильтрах, частоты которых лежат в диапазонах 200 Гц…2 кГц, 2 кГц…20 кГц, 20 кГц…200 кГц, которые очищают синусоидальный сигнал. Вообще для каждого фильтра необходим свой усилитель, но поскольку всё равно необходимо коммутировать цепи тактового генератора переключателем К/1, то используются коммутируемые полосовые фильтры в цепи IC6, коммутируемые переключателями К/2 и К/3.

Операционный усилитель TL080 (IC6) усиливает сигнал, поступающий на его вход в два раза по амплитуде, он имеет низкий уровень искажений и линейную частотную характеристику до частот 300 кГц. Интегрирующая цепь R36, C14 подавляет всплески сигнала, образующиеся в основном на высоких частотах. Сопротивление резистора R36 относительно невелико, что бы амплитуда сигнала не уменьшалась под нагрузкой. Для питания операционных усилителей необходимо симметричное стабилизированное напряжение питания, поэтому кроме источника +6 В применяется ещё и источник -6 В.

Сборка и настройка синтезатора

Рисунок печатной платы изображён на рисунках ниже.

Конденсаторы, используемые в самом высокочастотном диапазоне должны быть припаяны с очень короткими выводами, в первую очередь это касается C5!

Тактовый генератор обеспечивает стабильность частоты порядка 10-3…10-4. Перемычка на входе IC2 переключается в верхнее по схеме положение, и на вход IC2 подаётся частота с синтезатора. Значение частоты должно быть в 32 выше, чем частота синтезируемой синусоиды.

Настройка синтезатора

Вместо переключателя K временно устанавливают короткие перемычки (что бы провода, ведущие к переключателю не мешали), настраивая прибор на третий диапазон. Убедитесь, что тактовый генератор работает и на выходе IC5 присутствует ступенчатое синусоидальное напряжение, а на выходе IC6 присутствует синусоидальный сигнал. Если при максимальном положении потенциометра P2 наблюдается несимметричное ограничение сигнала, то придётся подобрать резистор R34.

Далее следует отрегулировать потенциометр P2 так, что бы сигнал не был ограничен. Теперь надо проверить уровень постоянной составляющей сигнала, которая должна быть равна нулю, это проверяют осциллографом с включённым режимом по постоянному току (так называемый открытый вход), для регулировки подбирают величину сопротивления R31 (или уменьшить сопротивление R32 до 1,6 кОм и включить последовательно с ним подстроечный резистор 470 Ом для регулировки, отрегулировать, измерить сопротивление подстроечного резистора, прибавить к нему 1,6 кОм и таким резистором заменить резистор R32).

Читать еще:  Компактная рогатка для стрел своими руками

Амплитуда сигнала при перестройке на каждом диапазоне не должна изменяться более чем на 1%. На самом верху диапазона может наблюдаться некоторое его снижение (несколько процентов). Для подстройки этого фильтра можно припаять конденсатор ёмкостью 100 пФ параллельно конденсатору C22 со стороны фольги. Не забудьте так же проверить, что изменение амплитуды по диапазонам не превышают 1%! Такие же настройки следует провести и на других диапазонах.

При необходимости, конечно, может быть добавлен дополнительный диапазон частот 0,2…2 Гц. Для этого используют отдельную плату. Номинал конденсатора для задающего генератора должен иметь ёмкость 3 мкФ, сопротивления фильтра — по 150 кОм, ёмкости фильтра — 866 нФ, 280 нФ и 352 нФ. Переключатель K должен быть заменён на пятипозиционный.

Если всё работает, то можно подключить переключатель диапазонов, используя короткие проводники. Вполне возможно, что из-за паразитных ёмкостей проводников переключателя в верхнем диапазоне придётся уменьшить ёмкость конденсатора C5.

Устройство смонтировано в небольшом металлическом корпусе. Источник питания состоит из трансформатора с двумя вторичными обмотками (2×10..12 В, 1..2 Вт), выпрямителя на диодах 1N4001, электролитических конденсаторов 470 мкФ и двух интегральных стабилизаторов напряжения 78L06 (положительный) и 79L06 (отрицательный).

Для выходного разъёма генератора используется байонетный BNC коннектор. Общий провод печатной платы гальванически соединён с корпусом. Плата блока питания крепится винтами к корпусу. Ручка настройки должна быть оснащена большой шкалой. Выключатель питания — обычный тумблер.

Для выхода сигналов тактовой частоты f0 и f0/32 можно сзади корпуса установить разъёмы RCA или BNC. Для подключения внешней задающей частоты сигнала f0 там же можно разместить ещё один разъём.

Эскиз передней панели

На ось переменного резистора точной настройки можно надеть шкалу, изготовленную из белого картона, проградуированную делениями, что упростит использование прибора, калибровку шкалы осуществляют с помощью частотомера.

И в заключение необходимо проверить коэффициент гармоник, обычно составляющий не более 0,1%, но если точнее подобрать сопротивления R30…R33, то можно получить коэффициент нелинейных искажений лучше чем 0,07%.

При использовании цифрового синтеза искажения не зависят от частоты сигнала. Стабильность частоты в этом случае гораздо выше, чем в аналоговом генераторе, а диапазон перестройки частоты получается больше, чем например у генератора на мосте Вина. Данную схему можно использовать в качестве лабораторного генератора или для радиостанции.

Hobby Elektronika 2000, №7-8

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Солнечная электростанция — современный способ электроснабжения нашего дома. Вопрос использования альтернативных источников энергии возникает у многих. И это не удивительно, ведь постоянный рост цен на электричество заставляет задумываться об этом всё чаще и чаще. Вот и встаёт вопрос: почему бы не использовать бесплатные неиссякаемые природные ресурсы — ветер, солнце, воду? Давайте сегодня поговорим об солнечной энергии, а точнее о солнечной электростанции.

Переделка клапана от стиральной машины на питание напряжением 12 вольт постоянного тока

Для автоматического управления различными гидравлическими системами необходимы электрические клапаны. Готовые изделия достаточно дороги. Поищем решение подешевле.

Очень удобно хранить машину в гараже. Особенно зимой — она лучше заводится, меньше происходит износ деталей и т.д. и т.п. Гараж — это хороший домик для вашего любимого авто Он охраняет его и от хулиганов, и от угонщиков, и от атмосферного воздействия. Также в гараже можно хранить инструменты, приборы и устройства для ремонта и поддержания автомобиля в исправном состоянии. Конечно, в зимнее время встаёт вопрос об отоплении гаража.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector