ЭЛЕКТРОМУЗЫКАЛЬНАЯ АППАРАТУРА И ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИМИНИСИНТЕЗАТОР

April 8, 2015 by admin Комментировать »

С.Сабуров

Описываемая конструкция предназначена для исполнения как солирующих, так и музыкальноритмических партий в составе ансамбля. В силу своих схемотехнических особенностей этот монофонический синтезатор создает эффект полифонического звучания, достигаемый за счет применения комбинированного способа формирования амплитудно-временных и спектрально-временных характеристик. В нем использована и синтезаторная, и органная технология темброобразования, что позволило довольно простыми способами получить хорошие музыкально-эстетические параметры. Минисинтезатор несложен в налаживании, обладает неплохой температурной стабильностью музыкального строя, позволяет подключить секвенсор непосредственно к контактам клавиатуры, что обусловлено ее особенностью.

Основные характеристики минисинтезатора

Синтезатор (рис. 1) состоит из блока клавиатуры AI с контактами S1, блока формирования строя U1, блока тональных генераторов G1, формирователя базового спектра 1)2, формантного блока ZI,

Рис. 1. Структурная схема минисинтезатора генератора шума G2, низкочастотного генератора G3, генератора огибающей G4, управляемого фильтра Ζ2 и усилителя А2, управляемого напряжением.

Блок клавиатуры (БК) А1 производит последовательный опрос клавиш и определяет крайнюю правую из нажатых (правая мажоритарность). Позиционный код нажатой клавиши преобразуется в частоту следования импульсов начальной установки (ИНУ) блока формирования строя U1. Кроме этого, БК выдает сигнал «Строб», который сигнализирует о нажатии и удержании любой из клавиш, а также блокирует блок U1 после отпускания клавиши, чем обеспечивает «запоминание» тона.

Блок формирования строк (БФС) Ш преобразует частоту следования ИНУ в экспоненциально зависящее от нее управляющее напряжение клавиатуры (УНК), которое поступает в блок тональных генераторов G1. Масштабирование экспоненциальной характеристики УНК позволяет сформировать темперированный ряд напряжений, а следовательно, и частот, однозначно связанных с позиционным номером опрашиваемых клавиш.

Кроме того, в БФС с появлением импульса «Запись» из блока клавиатуры происходит «запоминание» УНК· Здесь же осуществляются интегрированный по времени переход от тона к тону («портаменто»), плавное ручное масштабирование шкалы частот в пределах одной октавы («глиссандо») и модуляция УНК синусоидальным напряжением низкочастотного генератора G3 («частотное вибрато») .

Блок тональных генераторов (БТГ) G1 преобразует УНК в напряжение звуковой частоты. Наличие в БТГ нескольких генераторов, управляемых напряжением и имеющих небольшую взаимную расстройку, позволяет получить «хорус»-эффект. А из-за того, что один из генераторов блока имеет расстройку в музыкальный интервал «квинта» 11 /2 тона, при желании можно реализовать эффект двузвучия.

Блок формирователей базового спектра (БФБС) U2 состоит из нескольких линеек делителей частоты и формирователей скважности, подключенных к соответствующим генераторам, управляемых напряжением. Выходы всех делителей и формирователей соединены с коммутатором, которым выбирают разряд делителя частоты (этим определяется интервал частотной шкалы, соответствующий имитируемому инструменту) и форму сигнала — «меандр» или импульсы (от этого зависит базовый спектр инструмента).

Формантный блок (ФБ) ΖΙ представляет собой набор активных и пассивных фильтров с фиксированными, заранее подобранными частотами среза. В отличие от БФБС, где в основном задается плотность и позиционное расположение гармоник спектра, здесь происходит формирование огибающей спектра.

В данном минисинтезаторе для имитации инструментов струнной группы используются пассивные фильтры, а для деревянных духовых — активные ФНЧ. Характеристики фильтров подобраны опытным путем.

Управляемый фильтр (УФ) Ζ2 предназначен для создания характерной синтезаторной динамики спектра и шумовых эффектов. Он может выполнять функции фильтра низших, высших частот и полосового фильтра. В качестве входных используются сигналы, поступающие из блока U2, генератора шума G2 или внешние. Частоту среза фильтра изменяют либо вручную, либо автоматически напряжениями с низкочастотного генератора G3 или генератора огибающей G4.

В узле Ζ2 предусмотрена также ручная регулировка добротности фильтра («резонанс»).

Управляемый напряжением усилитель (УНУ) А2 модулирует по амплитуде сигналы и формирует тем самым амплитудно-временную характеристику выходного сигнала.

Генератор огибающей (ГО) G4 является функциональным генератором, вырабатывающим управляющее напряжение, с помощью которого имитируются во времени процессы атаки и затухания реальных звуков.

ГО имеет два режима работы: ручной и автоматический. В первом цикл атака — затухание начинается только после прихода с БК сигнала «Строб», т. е. при нажатии клавиши. Во втором режиме этот процесс начинается при нажатии кнопки «Старт» и автоматически возобновляется после окончания процесса «Затухание сигнала». Ручной режим реализуется в двух видах: атака — затухание и атака — поддержка — затухание. В первом случае длительность амплитудного цикла не зависит от времени удерживания клавиши, а определяется только заданными параметрами атаки и затухания. Во втором случае при нажатии клавиши отрабатывается процесс атаки, а затем уровень сигнала сохраняется максимальным до тех’ пор, пока она не будет отпущена. И только после этого начинается затухание сигнала. В автоматическом режиме поддержку не используют.

Выходное напряжение ГО используется, как отмечалось, в качестве управляющего в блоке Ζ2, что позволяет получить ряд интересных динамических тембровых эффектов.

Низкочастотный генератор (НЧГ) G3 вырабатывает инфранизкое синусоидальное напряжение, амплитуду и частоту которого можно изменять вручную. Это напряжение, поступая в блоки U1 и Ζ2, используется там при реализации частотного и тембрового вибрато.

Рис. 2. Принципиальная схема клавиатуры

Генератор шума (ГШ) G2 вырабатывает сигнал с равномерной плотностью распределения спектральных составляющих в звуковом диапазоне — «белый» шум. Этот сигнал используется как базовый для обработки в управляемом фильтре с целью имитации природных шумовых явлений (ветра, прибоя, ударов грома и т. д.).

Внешние устройства. Данная модель синтезатора имеет два входа, к которым можно подключить внешние устройства. На один из них можно подать звуковой сигнал от органа, электрогитары, микрофона и т. д., который затем подвергнется обработке в канале управляемый фильтр — управляемый напряжением усилитель, к другому — подключить секвенсор.

Вход секвенсора — это универсальная обратимая (вход — выход) 34-разрядная параллельная магистраль. Кроме 30 разрядов, соединенных с контактами клавиатуры, она содержит четыре отдельных шины: «Общий провод», «+5 В», сигнала «Строб» и сигнала «Пауза» от дополнительной 31-й клавиши, которая используется при стыковке синтезатора с цифровым секвенсором, разработанным автором. Эта же магистраль позволяет подключить к синтезатору ножную клавиатуру, для чего на разъем заведена шина «+5 В», которая через резисторы соединена с контактами ножной клавиатуры (рис. 2). Последняя весьма полезна в случае одновременной игры на двух клавишных инструментах (например, электрооргане и синтезаторе).

Рассмотрим принципиальные схемы блоков синтезатора.

На рис. 2 изображена схема клавиатуры синтезатора из 30 клавиш, что составляет 2 ‘/2 октавы. Каждая клавиша механически связана с одним из пары нормально разомкнутых контактов. Верхние по схеме контакты соединены с шиной «Общий провод», а нижние — с соответствующими их номеру входами мультиплексоров в блоке клавиатуры D1. Если контакты разомкнуты, то на вход мультиплексора поступает уровень логической 1, если замкнуты — логического 0.

Магистраль секвенсора и ножную клавиатуру подключают к нижним по схеме контактам. Нумерация клавиш и входов БК начинается с нижнего ДО (соответствует номеру 1).

Принципиальная схема блока клавиатуры приведена на рис. 3. На микросхеме D1-DD5 собран задающий генератор. Счетчики DI-DD10 и D1-DD11 формируют адреса разрядов мультиплексоров опроса клавиатуры. И кроме того, счетчик D1-DD10 участвует в организации временного разделения сигналов «ИЗ», «Строб», «ИНУ», которое необходимо для правильной отработки их последующими блоками, и в формировании импульса «Начальная установка».

Так как в синтезаторе применяется принцип правой мажоритарности, то и опрос клавиатуры происходит справа налево, т. е. от клавиш с большим нфмером к клавишам с меньшим. Поэтому 8-разрядный счетчик на микросхемах D1-DD10, Dl-DDil работает в режиме обратного счета и при начальной установке все его разряды принимают единичное состояние. Импульс начальной установки выдается с выхода элемента D1-DD 12.2 только в том случае, когда при опросе обнаруживается нажатая клавиша.

Выходы мультиплексоров D1-DD1 — D1-DD4 подключены к коммутатору D1-DD6, который управляет сигналами с дешифратора на микросхемах D1-DD7, D1-DD8. Дешифратор и коммутатор обеспечивают последовательное подключение мультиплексоров при опросе клавиатуры. Элементы D1-DD12.1 и D1-DD12.2 разделяют во времени импульсы «ИЗ» и «Начальная установка». Элемент D1-DD14 разрешает появление импульса «ИНУ» либо после того, как счетчик установится в нулевое состояние (когда нет нажатой клавиши), либо после прихода импульса «Начальная установка» (запись логической 1 при нажатой клавише). Из схемы видно, что частота следования импульсов «ИНУ» обратно пропорциональна номеру нажатой клавиши.

Сигнал «Строб» формируется /?5-триггером на элементах D1-DD13.1, D1-DD13.2. Он присутствует на выходе блока клавиатуры до тех пор, пока нажата хоть одна клавиша, так как этот триггер устанавливается в нулевое состояние импульсом с выхода заема счетчика DI-DD11, что соответствует «пустому» циклу опроса клавиатуры.

Применение в выходных каскадах блока клавиатуры элементов с открытым выходом позволило, используя внешние резисторы, сформировать двухполярные уровни импульсов «ИНУ» и «ИЗ», необходимые для работы аналоговых ключей в блоке формирования строя.

Принципиальная схема блока формирования строя представлена на рис. 4. Принцип получения темперированного ряда управляющих напряжений клавиатуры основан на экспоненциальной зависимости напряжения разрядки конденсатора от времени.

Импульс «ИНУ», приходящий с блока клавиатуры, открывает электронный ключ на транзисторе U1-VTI и конденсатор U1-C2 заряжается примерно до напряжения 5 В. По окончании этого импульса ключ закрывается и конденсатор U1-C2 разряжается через резисторы U1-RI — U1-R3. При появлении нажатой клавиши из блока D1 на транзисторы UI-VT2, U1-VT3, работающие в ключевом режиме, поступает импульс «ИЗ», который открывает их. При этом происходит запись текущего значения напряжения на конденсаторе U1-C2 (с выхода повторителя на операционном усилителе UI-DAI) в аналоговую ячейку памяти, выполненную на конденсаторе UI-C6 и повторителе на микросхеме UI-DA2. Таким образом обеспечивается хранение этого напряжения при отпускании клавиши.

Рис. 3. Принципиальная схема блока клавиатуры

После импульса памяти в блок VI снова поступает импульс «ИНУ», и начинается следующий цикл зарядки-разрядки конденсатора U1-C2. Это повторяется до тех пор, пока не будет отпущена нажатая ранее клавиша. За несколько циклов удается уменьшить ошибку в запомненном конденсатором UI-C6 напряжении, которая неизбежна из-за конечного времени поляризации диэлектрика конденсатора.

Для уменьшения погрешности целесообразно в качестве U1-C2 и U1-C6 использовать конденсаторы серии ФТ с диэлектриком из фторопласта, имеющие, кроме того, малый ток утечки. По той же причине повторители предпочтительно выполнять на операционных усилителях с полевыми транзисторами во входных цепях. И еще. Повторители должны обладать минимальной собственной погрешностью — иметь минимальный тепловой дрейф выходного напряжения.

Названным условиям удовлетворяют, в частности, операционные усилители серии К.816 (К816УД2А), у которых входное сопротивление равно 100 МОм, дрейф напряжения смещения — менее 20 мкВ/°С. При замене названных ОУ другими следует принять во внимание эти параметры.

Элементы U1-C3 — U1-C5 и U1-R4, входящие в цепь частотной коррекции, предупреждают самовозбуждение операционного усилителя U1-DA1. Резисторами U1-R5—U1-R7 устанавливают нулевое напряжение смещения на выходе U1-DA1 при отсутствии входного сигнала. Аналогичные функции выполняют цепи U1-C7—U1-C9, UI-R9 и U1-R8, U1-R10, U1-R1I; U1-C11 — U1-C13, U1-R20 и U1- R19, U1-R21, U1-R22; U1-C14 — UI-C16, U1-R26 и U1-R25, U1-R27, U1-R28.

С резистора UI-R12 снимается управляющее напряжение, необходимое для масштабирования выходного сигнала низкочастотного генератора

G3. Интегрированный переход от тона к тону осуществляется цепочкой RJ, UI-CI0. В операционном усилителе U1-DA3 происходит модуляция управляющего напряжения выходным сигналом блока G3— реализуется эффект «частотное вибрато».

С выхода микросхемы UI-DA3 напряжение поступает на цепочку из резисторов UI-R24, R2, U1- R23. Перемещением движка переменного резистора R2 из одного крайнего положения в другое можно смещать строй инструмента в пределах одной октавы. С части резистора R2 напряжение подается на выходной каскад, выполненный на операционном усилителе UI-DA4 (неинвертирующий усилитель) и транзистор UI-VT4 (усилитель мощности). Усиление по мощности необходимо из-за того, что блок формирования строя одновременно подключен к четырем тональным генераторам.

На рис. 5 изображена схема блока тональных генераторов. Логические КМОП элементы (элементы И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-HE) характеризуются термостабильным порогом срабатывания и способностью работать с отрицательной обратной связью в режиме усиления аналоговых сигналов в широком диапазоне амплитуд. Эти свойства, а также возможность сделать блок тональных генераторов достаточно компактным, обусловили выбор микросхем К176ЛА7 в качестве базовых элементов генераторов.

Рис. 5. I ΙριιιιιυιιιπππΜκΐΗ схема б.кжн тональных генераторов

Тональные управляемые напряжением генераторы (их четыре) построены по классической схеме «интегратор-компаратор». Все они аналогичны, поэтому на схеме изображен подробно только один из них. На элементе G1-DD1.1 собран интегратор, на G1-DD1.3 и G1-DD1.4 — компаратор. Интегратор преобразует управляющее напряжение в зарядный ток конденсатора G1-C2, определяющий время, за которое выходное напряжение интегратора достигнет порога срабатывания компаратора. При срабатывании на выходе компаратора появляется отрицательный перепад напряжения, который через

Рас. 6. Принципиальная схема блока формирования базового спектра диод GI-VDI поступает на вход интегратора. Как только выходное напряжение интегратора превысит порог срабатывания компаратора, на выходе последнего появляется логическая 1. При этом снимается блокировка интегратора и процесс повторяется. Таким образом управляющее напряжение клавиатуры (УНК) преобразуется в импульсную последовательность.

Цепочка GI-CI, GI-R3 предотвращает самовозбуждение генератора. Подстроечным резистором GI-R5 устанавливают начальное значение частоты управляемого напряжением генератора. Подстроечным резистором G1-R1 масштабируют управляющий ток. Делитель G1-R6, GI-R8 определяет порог срабатывания компаратора, резистор GI-R10 — его гистерезис.

Так как три из четырех тональных генераторов блока GI настроены в унисон, то, чтобы исключить их взаимную синхронизацию, все генераторы питаются от источника -(-12 В через LC-фильтры: G1-L1. G1-C3; G1-L2, G1-C6; G1-L3, GI-C9; G1-L4, GI-C12. Конструктивно желательно генераторы отделить друг от друга экраном.

Блок формирования базового спектра (рис. 6) представляет собой набор простейших делителей частоты и формирователей импульсных сигналов. Как базовые используются сигналы двух видов.

«Меандр» является базовым спектром для имитации групп деревянных инструментов (флейта, фагот и т. д.), импульсный сигнал—для группы струнных смычковых инструментов (скрипка, виолончель и т. д.). Выходы унисонных формирователей объединяются на переключателях 5Л/ — SA4, что позволяет при их включении получать эффект, основанный на некоррелированной частоте и фазе сигналов генераторов I, II, III в блоке G1. Резисторы U2-R2—U2-R24 ограничивают ток при включении тумблеров «Хор. эффект».

При отсутствии счетчиков К176ИЕ2 вместо них можно использовать последовательно включенные триггеры К176ТМ2.

Одиночные и групповые сигналы из блока формирования базового спектра поступают в формантный блок ZI (рис. 7). Спектр струнных смычковых инструментов оптимизируют с помощью пассивных фильтров на элементах Z1-CI0 — ZI-C13 и ZI-R13 — Z1-R16, а спектр деревянных духовых — активных фильтров низших частот, выполненных на базе операционных усилителей ZI-DA1 и ZI-DA2. Выходы всех фильтров объединены и через регулятор уровня R12 подключены к управляемому напряжением усилителю А2. Переключатели S^5 — SAI4 позволяют выбрать спектр имитируемого инструмента.

Рис. 8. Принципиальная схема низкочастотного генератора

Рис. 9. Принципиальная схема генератора огибающей

Принципиальная схема низкочастотного генератора G3 приведена на рис. 8. Собственно НЧ генератор собран на микросхеме G3-DDI и почти аналогичен тональному генератору в блоке GI. Разница только в том, что диод заменен частотозадающим резистором R3. Ток зарядки параллельно включенных конденсаторов обусловлен амплитудой логических сигналов, поступающих с выхода компаратора, и регулируется этим резистором.

С выхода элемента G3-DD1.1 снимается напряжение треугольной формы. Подстроечным резистором G3-R3 устанавливают амплитуду выходного напряжения, резистором G3-R9 добиваются его симметричности относительно нулевого уровня на выводах 7 и 8 блока G3.

Так как приращение частоты тона от ноты к ноте возрастает по экспоненциальному закону, то таким же образом должна увеличиваться и девиация частоты при реализации эффекта частотного и тембрового «вибрато». Для этого в блок G3 введена система масштабирования амплитуды, выполненная на элементах G3-DAI и G3-DA2. Непосредственно масштабирование производится на интегральном умножителе G3-DA1 путем перемножения выходного сигнала функционального генератора (на микросхеме G3-DDI) и управляющего напряжения, поступающего на вывод / блока G3 с вывода 3 блока U1. Низкоомный вход «X» умножителя G3-DAI (вывод 9) соединен с выходом генератора через согласующий каскад на двухзатворном полевом транзисторе G3-VTI. Резистором G3-R5 устанавливают на этом входе рабочее напряжение примерно 4,5 В. Подстроечными резисторами G3-R12 и G3-R23 балансируют умножитель (о том, как это делают, будет рассказано ниже). Управляющее напряжение подают на вход «Υ» умножителя (вывод 3) через согласующий каскад, также собранный на двухзатворном полевом транзисторе G3-VT3.

В рассматриваемом синтезаторе применен эффект задержки «вибрато» относительно нажатия клавиши: частотное или тембровое «вибрато» появляются лишь после отпускания клавиши и увеличивают свою глубину со скоростью, определяемой сопротивлением переменного резистора R5. Этот эффект реализуется с помощью транзистора G3-VT2.

При нажатии клавиши на затворы транзистора поступает сигнал «Строб», который открывает его. Этим самым шунтируется управляющий вход умножителя и эффект «вибрато» не возникает. После отпускания клавиши сигнал «Строб» пропадает. Транзистор G3-VT2 закрывается и управляющее напряжение начинает «записываться» в конденсатор G3-C7 с постоянной времени, обусловленной сопротивлением резистора R5, что создает эффект задержки «вибрато». Диод VD1 обеспечивает быструю разрядку конденсатора G3-C7 при следующем нажатии клавиши. Чтобы получить режим «непрерывного вибрато», необходимо замкнуть контакты выключателя SA15. В этом случае умножитель не реагирует на сигнал «Строб».

Подстроечным резистором G3-R31 балансируют управляющее напряжение УНК при нажатой клавише.

С дифференциальных выходов 6 и 8 умножителя

Рис. 10. Принципиальная схема генератора шума сигнал поступает (для улучшения динамического диапазона) на дифференциальный каскад, собранный на операционном усилителе G3-DA2, а с него через регулятор «Амплитуда НЧГ» — резистор R4 подается на выходной усилитель G3-DA3. С последнего сигнал НЧГ приходит в блок формирования строя U1 и на управляемый фильтр Ζ2.

На рис. 9 приведена принципиальная схема генератора огибающей. Напряжение огибающей формируется на конденсаторе G4-C4, логические функции в блоке выполняют микросхемы G4-DD1 — G4-DD5, а в аналоговую форму их преобразуют аналоговые ключи с цифровым управлением (микросхема G4-DA1) и компаратор G4-DA2. На операционном усилителе G4-DA3 выполнен высокоомный повторитель напряжения, предназначенный для усиления по мощности сигналов, выдаваемых в управляемый фильтр Ζ2 и усилитель А2.

Рассмотрим работу блока G4 в режиме «Атака — поддержка — затухание».

При нажатии клавиши на вывод 1 блока G4 приходит сигнал «Строб», который переключает триггер на элементах G4-DD4.1 и G4-DD4.2. При этом открывается ключ G4-DA1.I и конденсатор G4-C4 заряжается от источника +12 В с постоянной времени, обусловленной сопротивлением резистора R7. Зарядка продолжается до тех пор, пока напряжение на входе 2 компаратора (поступает с делителя G4-R15, G4-R16) не достигнет порога срабатывания. Перепад напряжения с выхода компаратора через согласователь ТТЛ-КМОП уровня на транзисторе G4-VT1 и инверторы G4-DD5.2 и G4-DD3.I приходит на генератор одиночных импульсов, собранный на элементах G4-DD3.2 и G4-DD3.3, и запускает его. Импульс с последнего возвращает триггер на элементах G4-DD4.1 и G4-DA4.2 в исходное состояние. С элемента G4-DD4.2 выдается разрешение на разрядку конденсатора G4-C4 через ключ G4-DA1.2 (затухание), но до тех пор, пока присутствует сигнал «Строб», это разрешение не проходит через элемент G4-DD5.1. Так реализуется режим «Поддержка».

После отпускания клавиши блок работает в режиме «Затухание». Сигнал «Строб» исчезает и начинается разрядка конденсатора G4-C4.

Режим «Атака — затухание» отличается от описанного лишь тем, что блокировка с элемента G4-DD5.1 снимается и разрядка конденсатора начинается сразу после срабатывания компаратора G4-DA2.

В режиме «Автомат» в логическую цепь дополнительно включается генератор одиночных импульсов, выполненный на элементах G4-DD2.3 и G4-DD2.4. Он срабатывает после того, как компаратор возвратится в исходное состояние по окончании процесса «Затухание», и выдаст импульс на триггер, составленный из элементов G4-DD4.1, G4-DD4.2. После этого протекает процесс «Атака».

В автоматическом режиме запуск генератора огибающей производится кратковременным замыканием контактов переключателя SAI8. Время разрядки конденсатора G4-C4, т. е. длительность затухания, регулируют переменным резистором R8. Подстроечным резистором G4-R9 устанавливают ширину петли гистерезиса компаратора, а следовательно, и амплитуду выходного напряжения генератора огибающей.

Для облегчения плавной регулировки коротких циклов «Атака — затухание» в режиме «Автомат» выключатели SA19 и SA20 шунтируют соответствующие времязадающие переменные резисторы R7 и R8.

На рис. 10 приведена схема генератора шума. Источником шума является германиевый транзистор G2-VT1. Усиленный операционным усилителем G2-DA1 шум через нормализующий фильтр поступает на управляемый фильтр Ζ2.

Управляемый напряжением усилитель (рис. 11) состоит из микшера, выполненного на операционном усилителе A2-DA1, умножителя на микросхеме A2-DA2, дифференциального (A2-DA3) и выходного (A2-DA4) усилителей.

На микшер с управляемого фильтра и формантного блока поступают сигналы, уровни которых соответственно регулируют резисторами R11 и R12. Подстроечным резистором A2-R3 устанавливают на выходе операционного усилителя A2-DA1 напряжение смещения +4,5 В, необходимое для нормальной работы умножителя.

Каскады на микросхемах A2-DA2 и A2-DA3 работают аналогично таким же каскадам в низкочастотном генераторе G3. Операционный усилитель A2-DA4 включен по схеме инвертирующего усилителя. Переменным резистором R10 регулируют громкость синтезируемого сигнала.

Управляемый фильтр Ζ2 (рис. 12) имеет две группы входов. На первую — входы 1—3, 6, 7 — поступают сигналы, подлежащие формантной обработке, на вторую — входы II—14 — управляющие. Сигналы с блока формирования базового спектра через выключатели SA21—SA23 поступают на истоковый повторитель, собранный на транзисторе Z2-VT1, а с него через переменный резистор R13 — йа вход микшера, основой которого является операционный усилитель Z2-DA1. Кроме того, на микшер через переменный резистор R14 приходит сигнал с генератора шума, а через R15 — от внешнего источника.

Управляющие сигналы объединяются на операционном усилителе Z2-DA2. Переменным резистором RI7 можно изменять частоту среза фильтра. На резистор R18 приходит напряжение с генератора огибающей и при перемещении движка от одной крайней точки к другой можно получить прямую и инверсную функции управления. Переменным резистором R19 регулируют глубину тембрового «виб-

рато». На выходе ОУ Z2-DA2 включен диод Z2-VD1, ограничивающий функции в области регулировок нижними частотами среза фильтра. Это требуется для того, чтобы исключить разрыв отрицательной обратной связи фильтра, который приведет к громким щелчкам, неприятным на слух.

Фильтр построен по дискретно-аналоговой схеме. Задающий генератор на логических элементах Z2-DD1.1 — Z2-DD1.3 вырабатывает напряжение

Рас. 12. Принципиальная схема управляемого фильтра треугольной формы, которое, суммируясь на элементе Z2-DD1.4 с управляющим напряжением, преобразуется в импульсы с переменной скважностью. Эти импульсы управляют аналоговыми ключами Z2-DA4.1, Z2-DA4.2, регулируя ток зарядки конденсаторов в интеграторах (операционные усилители Z2-DA3 и Z2-DA4). Изменение проводимости ключей равносильно изменению постоянной времени интеграторов. Таким образом регулируют частоту

Рис. 13. Принципиальная схема блока питания среза фильтра. В цепи положительной обратной связи стоит переменный резистор R16, который позволяет варьировать добротностью фильтра.

Выходы фильтров высших и низших частот, а также полосового через выключатели SA24 — SA26 объединены на истоковом повторителе, собранном на транзисторе Z2-VT2.

Источник питания (рис. 13) состоит из понижающего трансформатора 77, трех мостовых выпрямителей и стабилизаторов напряжений +12, —12 и +5 В, в регулирующей цепи которых включен операционный усилитель (соответственно GB1-DA1, GB1-DA2, GB1-DA4). В стабилизатор напряжения +5 В введен дополнительный опорный стабилизатор GB1-DA3, так как желательно снизить пульсации выходного напряжения, которые на кратных им музыкальных тонах могут стать причиной паразитной частотной модуляции.

В процессе налаживания синтезатора сначала проверяют работоспособность блока клавиатуры, который при правильной сборке в регулировке не нуждается. Достаточно проверить наличие частоты задающего генератора (4 кГц) и увеличение частоты следования импульсов «ИНУ» и «ИЗ» при последовательном переборе клавиш слева направо.

Далее, соединив с общим проводом неинвертирующие входы всех операционных усилителей блока формирования строя, устанавливают на выходах ОУ нулевое смещение. При этом используют балансировочные резисторы U1-R6, U1-R10, UI-R21, U1-R27. Затем подключают вольтметр к выводу 10 микросхемы U1-DA2 и, нажимая различные клавиши, наблюдают за уровнем выходного напряжения. Его изменение свидетельствует о работе формирователя и ключей.

На следующем этапе желательно использовать цифровой вольтметр, который необходимо подключить к выходу операционного усилителя U1-DA2. Предварительно движки переменных резисторов R1 и R4 следует установить в положение минимального сопротивления. Используя клавиатуру и вращая движок подстроечного резистора U1-R3, нужно добиться, чтобы управляющее напряжение клавиатуры «УНК» при нажатии одноименных клавиш через октаву отличалось в два раза, а у соседних полутонов — в Ψ2 раз (в 1,059463 раза) во всем диапазоне клавиатуры.

После этого замыкают контакты выключателей SA1 — SA4 и присоединяют осциллограф к одному из выходов блока тональных генераторов, например к выводу 11. Нажимая противоположные крайние клавиши и используя подстроечные резисторы Gl-Rl, G1-R5 (и аналогичные им в узлах 11, III), нужно получить унисонную работу узлов I, II, III в блоке GI. Это потребует неоднократного повторения операции с последовательным приближением, причем подстройку следует осуществлять в области низших частот резистором GI-R5, а в области высших — G1-R1.

Далее к выходу формантного блока (к выводу 10) подключают усилитель и на слух по камертону или по другому инструменту устанавливают строй синтезатора. Для этого сначала движок регулятора «глиссандо» R2 устанавливают в верхнее по схеме положение и подстроечными резисторами U1-R23, UI-R24 устанавливают на слух строй управляемых генераторов I, II, III в блоке G1 (используют регистры SA7 — SA14). Методом последовательных приближений добиваются того, чтобы строй синте-

затора в верхнем и нижнем положениях резистора R2 отличался на одну октаву. При этом, если не хватит масштаба УНК, может потребоваться изменение унисонной точки сведения генераторов.

Затем выключателем 5/45 или 5/45 коммутируют сигнал с узла IV блока GI на выход формантного блока и тоже настраивают его в унисон с сигналами узлов I, II, III. После этого регулятором в узле IV, аналогичным GI-RI, устанавливают необходимый музыкальный интервал. На этом настройка тонообразующего тракта заканчивается.

Налаживание низкочастотного генератора сводится к балансировке умножителя. Резистором G3-R5 устанавливают на истоке транзистора G3-VT1 напряжение 4,5 В. Резистором G3-R9 добиваются симметричности треугольного напряжения на истоке G3-VTI относительно напряжения смещения. Далее движок резистора R5 переводят в положение минимального сопротивления и, прерывисто нажимая любую из клавиш, балансируют умножитель. Подстроечным резистором G3-RI2 устраняют «пролезание» управляющего напряжения на выход, а резистором G3-R23 задают масштаб его воздействия на перемножаемую функцию (глубину модуляции). Полное пропадание функции НЧГ при нажатой клавише достигается подстройкой резистора G3-R3I. Точность балансировки контролируют осциллографом на выходе операционного усилителя G3-DA2.

Увеличивая амплитуду треугольного напряжения задающего генератора подстроечным резистором G3-R3 и меняя смещение резистором G3-R8, добиваются, чтобы на выходе ОУ G3-DA2 сигнал одинаково ограничивался сверху и снизу и по форме приближался к синусоиде. Масштаб увеличения амплитуды НЧГ с увеличением высоты тона подбирают на слух резистором G3-R23 либо UI-RI2.

Настройка генератора огибающей сводится к установке ширины петли гистерезиса компаратора резистором G4-R9. Регулировкой следует добиться на выводе 7 блока G4 размаха выходного сигнала, равного 1,5…2 В. Сам по себе ГО при правильном монтаже налаживания не требует. Следует отметить, что для того чтобы напряжение на конденсаторе G4-C4 не превышало верхнего порога срабатывания компаратора при включении синтезатора, перед включением желательно устанавливать резистором R7 максимальную длительность атаки. В режиме автоматической генерации огибающей переключатель 5/4/5 должен находиться в положении «АЗ», чтобы исключить влияние сигнала «Строб» при игре на клавиатуре.

При налаживании управляемого фильтра устанавливают диапазон ручной регулировки частоты среза и блокировку управления по низшей частоте. Для этого на вход фильтра через переключатель SA23 подают самый низкий тон клавиатуры, резистором R16 устанавливают максимальную добротность, движок резистора RI7 переводят в верхнее по схеме положение, включают один из выводов и подстройкой резистора Z2-R9 добиваются восстановления обратной связи, т. е. появления на выводе 19 блока Z2 низшей спектральной составляющей входного сигнала. Вращая движок резистора RI7, убеждаются в появлении на выходе высокочастотных составляющих. При управляющем напряжении, равном О В, и при данных элементах верхняя частота среза равна приблизительно 8 кГц. Резистором Z2-R28 устанавливают на аноде диода Z2-VDI такое же напряжение, как и на движке резистора Z2-R28, что исключает переход управляющих функций ниже критического предела разрыва обратных связей фильтра. Выбор типа характеристики фильтра производится одним из трех переключателей.

Генератор шума в налаживании не нуждается. Настройка блока А2 производится так же, как и балансировка умножителя НЧГ, с той лишь разницей, что здесь нужно подстроечным резистором A2-RI9 добиться полного пропадания выходного сигнала на выводе 10 микросхемы A2-DA3 при отжатых клавишах. Смещение на выводе 9 микросхемы A2-DA2 устанавливают резистором A2-R3.

Несколько слов об элементной базе. В данной конструкции применены стандартные намоточные узлы: трансформатор TI — ТА11, катушки G1-LI — G4-L4 — ДМ-0,1 индуктивностью 80 мкГн. Конденсаторы могут быть любого типа, за исключением тех, которые оговорены в тексте. Все постоянные резисторы, кроме примененных в стабилизаторах,— МЛТ-0,125      (ОМЛТ-0,125), в стабилизаторах —

МЛТ-0,5. В качестве подстроечных резисторов желательно использовать резисторы с червячной передачей, например СП5-2 или СП5-14. Для резисторов времязадающих цепей предпочтительна логарифмическая зависимость сопротивления от угла поворота движка. В качестве переключателей можно применить как тумблеры, так и кнопочные переключатели П2К с независимой фиксацией.

Лучшие конструкции 31-й и 32-й выставок творчества радиолюбителей /Сост. В. М. Бондаренко.— М.: ДОСААФ, 1989,— 112 с., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты