Çok değişken multivibratör devreler zincirinden oluşturulan müzik sentezleyici neden birkaç saat sonra "uyumsuz" oluyor?

Çıkışı bir 9V DC pille çalışan bir ses yükseltici çipine (LM386) ve hoparlöre bağlı olan 13 adet kararsız çok değişkenli devreden oluşan bir zincir kullanarak bir prototip klavye / ses sentezleyici oluşturdum.

Her bir bireysel devre, belirli direnç değerleriyle seri halinde olan ve salınımı cihazın içine sokan ince ayarlı bir trimpotu değiştirerek, bir müzikal oktavdaki (C5, C #, D, vb. C6'ya kadar) 13 frekanstan birine ayarlanır. basketbol sahası sıklığı.

Salınım, burada Şekil 1'de görebileceğiniz ve bu makalede açıklanan klasik BJT kararsız multivibratörüdür .

Prototip, kısa bir süre boyunca (bir güne kadar) doğru şekilde kalır.

Burada neye benzediğini duyabilirsiniz. (0: 49s'da başlamak güvenli - Wadsworth sabiti ;)

Anlayamadığım şey, devrenin neden kendiliğinden düzeldiği görünüyor, yani bağımsız devrelerin biri veya birkaçı, ayarlandıklarından farklı frekanslara sahip (bir okop ve referans piyanoya karşı kontrol edilmiş) .

Ölçümün frekans sapması tipik olarak% 2-5'tir, bu duyulabilir bir şekilde fark edilir (örn. 523Hz'de C5, 540Hz veya 510Hz'ye çıkabilir). İlginçtir, oyun oynarken hiçbir zaman cansızlık olmaz. Ancak birkaç saat sonra, tuşlar artık aynı şekilde gelmiyor.

Başlangıçta belki düzeltici kapların mekanik olarak kendi başlarına gevşettiklerini düşünmüştüm. Bunu ortadan kaldırmak için, kesme direncini değiştirdim, sadece direnç değerlerine dayanan belirli frekansları "kilitlemeye" çalışarak tasarımda değişkenlik kalmamasını sağladım.

Ancak ayar sökme problemi, trimotları sabit direnç değerleri ile değiştirdikten sonra bile devam ediyor.

Önce: Sabit dirençli 13 tuşlu analog sentezleyici

Çözüm: Saf bir analog tasarımın zorluklarını daha iyi anlamak için tüm faydalı geri bildirimler, dijital tasarım fikirleri ve tarihsel bağlam için teşekkürler. Bütün cevaplar mükemmeldi. ToddWilcox'un cevabını, (a) birleştirmek saf analog tasarımların beklenen bir parçası olduğunu düşündüğümdeki cevabını kabul ettim, (b) sanat eseri, enstrümanı hızlı bir şekilde ayarlamada kaygan bir yolun nasıl belirleneceğine yatar.

Acil problemi çözmek için, her bir tuşa% 2-5 oranında ayarlanabilirlik sağlamak için yeniden tasarımlı düzeltici kapları (1-2K ohm) koydum. 13 osilatörü ayarlamak için oyunun başlangıcında birkaç dakika sürüyor, ardından bir seferde birkaç saat uyumda kalıyorlar. Aşağıdaki yeni resme bakın.

Duvardaki siğil, taze pilleri kullanarak deney sonuçlarını yayınlayacaktır. Dijital tasarımlar (dijital bölücü ve / veya 555 zamanlayıcı yongaları kullanarak) ilginçtir ve potansiyel olarak büyüklüğü önemli ölçüde sıkıştırabilir. Gelecekteki güncellemeler burada proje sayfasında bulunabilir .

Sonra: Ayar yeteneği için düzeltici saksılara (1-2k ohm) sahip 13 tuşlu analog sentezleyici

Anlayamadığım şey, devrenin neden kendiliğinden düzeldiği görünüyor, yani bağımsız devrelerin biri veya daha fazlası, ayarlandıklarından farklı frekanslarda (bir oskop kullanılmış ve sonra bir referans piyano).

Diğer cevapta belirtildiği gibi sıcaklık değişir.

Buraya bir cevap ekliyorum çünkü bir müzisyen olarak, aşağıdakilere dayanan bir tasarımdan% 100 analog olan osilatörlerin sesini tercih ederim:

yakın toleranslı kristali temel alan tek bir yüksek frekanslı osilatör olarak kullanılan bir devre. Daha sonra, bu frekansı ölçeğin içindeki her not için istenen frekansa bölmek için dijital sayaçların kullanılması kullanılır.

Bu Yığın üzerindeki EE'ler, bilimsel olarak farkı duyamadığım için durmadan yorum yapabilir. İnanın bana, cüzdanım canımca, farkı duyamadığımı diliyorum derken, duyabiliyorum ve bu ince değil.

Her neyse, Moog Music ve Sıralı Devreler (eski adıyla DSİ) gibi büyük% 100 analog synth üreticileri yıllar içinde bu sorunu farklı yollardan çözdüler. Eski okul çözümü, kullanıcı müdahalesi ve sık sık ayarlama gerektirir. Orijinal Moog Minimoog (en popüler varyantından sonra AKA "Model D"), sinyal yolunun bir parçası olmayan, ancak 440 Hz tonlu bir stabilite oluşturacak şekilde inşa edilmiş bir kristal osilatör devresine sahipti. 440Hz kristal tonunu açtıktan sonra klavyede A tuşunu çalın ve ardından sentezi kulağa göre yeniden ayarlamak için Master Tuning düğmesini çevirin. Bu pratikti, çünkü Minimoog bir monosynth idi (bazı teknolojik gelişmelerle yeniden yayınlandı). Üç osilatörün bankasını hep birlikte ayarladığınızda, işiniz biter.

Sıralı Devreler Peygamber 5 farklı bir şeydir. Tüm ses üretme ve sinyal yolu analogdur ve sürüklenmeye eğilimlidir ve bir şekilde ayarlama için Minimoog'a benzer bir işlem kullanılır, ancak kullanıcının bir kristal osilatör tonunu dinlemesi ve analog osilatörleri elle ayarlaması yerine, Peygamber 5, mikroişlemci kontrollü otomatik ayar kalibrasyonuna sahipti. Bir kaynağa göre, Ayar düğmesine basıldıktan yaklaşık 15 saniye sonra ayar yapıldı.

Peygamber 5 için bir otomatik ayarlama sisteminin gerekli olmasının bir nedeni, bir monofonik 3 osilatör sentezi olmak yerine, toplam on osilatör için her biri 5 ses 2 osilatörlü polifonik olmasıdır. Bir gösterinin ortasında sürüklenme olabileceği için, synth'i yeniden ayarlamak için oldukça hızlı bir yol, müzisyenler için faydalı olması için gerekliydi.

Öyleyse önereceğim şu ki,% 100 analog tonu elde etmek için kendi osilatörlerinizi oluşturuyorsanız, bazı ayarlama mekanizmaları ile gelmek istersiniz. Onları mümkün olduğunca termal olarak kararlı hale getirmek için osilatör tasarımları ile oynamak zorunda kalabilirsiniz.

Bu yola girersem, Moog yöntemiyle başlardım ve synth'i hızla yeniden ayarlamak için kullanabileceğim bir ana ayar düğmesinin nasıl tasarlanacağını bildiğimden emin olurdum ve en azından kararlı bir tasarım elde etmek için çalışırdım Tipik bir ev odasında bir saat. Sonra, osilatörleri referans kristal ile elektriksel olarak karşılaştırabilen ve ayar düğmesini otomatik olarak ayarlayabilen bir mikroişlemcinin üzerine dokunmaya "mezun" olarak bakabilirim.

Günümüzde, hem Sıralı Devreler hem de Moog Music, Prophet 6 ve Model D Reissue ürünlerinde gerçek zamanlı mikroişlemci kontrollü ayar ayarına sahiptir ve Sıralı, mikroişlemcinin ayarlamayı ne kadar iyi tutacağını kontrol etmenizi sağlayan bir kontrol sağlar; tarzı osilatör ses kayması.

Peygamber 5 tasarım hakkında daha fazla bilgi

Peygamber 5'in osilatörlerinin daha kararlı hale getirilmesinin bir yolu, bir çip üzerinde mümkün olduğunca tam bir osilatöre sahip olan analog entegre devreler kullanmaktı. Bu, çip üzerindeki tüm bileşenlerin birlikte sıcaklığı değiştirdiği anlamına gelir (en azından ayrı bileşenlerden daha yakın).

"Çip üzerinde sıcaklık dengeleme devresi" de vardı. Bunun tam olarak ne içerdiğinden emin değilim, ancak benim tahminime göre, talaş sıcaklığı nedeniyle "gerileme" nedeniyle gerçek voltaj sapmalarını sağlamak için talaş üstü bileşenleri kullanan devre tasarımı.

Peygamber 5 Servis El Kitabının Sayfa 2-19’u bu konuda çok ilginç: https://medias.audiofanzine.com/files/sequentialcircuitsprophet-5servicemanual-text-470674.pdf

Kristal osilatörler için analog sıcaklık dengeleme devresi tasarımları üzerine ilginç bir yazı buldum: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.11.2410&rep=rep1&type=pdf

Doğada tamamen analog olan ve her osilatörde aşağıdaki gibi çeşitli faktörlere bağlı olan bir frekans üreten açıkça bir devre oluşturdunuz:

1. Osilatöre gelen güç kaynağının voltaj seviyesini değiştirir.
2. Transistörlerin Vbe seviyesinin sıcaklıkla değişimi.
3. Dirençlerin değerlerinin zaman ve sıcaklıktaki değişimi.
4. Kapasitörlerin değerlerinin zaman ve sıcaklıktaki değişimi.
5. Değişken osilatör konfigürasyonunda kondansatör dielektrik özelliklerinde değişiklikler.
6. Kaçak devre davranışı prototipin yakındaki şeyler nedeniyle değişir.
7. Ayın dünyadan görüldüğü gibi güneşe göre konumu.

Operasyonel frekansta fazla kayma göstermeyen devreler kurmanın yolları vardır. Yukarıda sıralanan çeşitli etkileri ortadan kaldırmak veya iptal etmek için tasarlanmıştır. Geleneksel yöntemlerden biri, yakın toleranslı bir kristali temel alan tek yüksek frekanslı osilatör olarak kullanan bir devre tasarlamaktır. Daha sonra, bu frekansı ölçeğin içindeki her not için istenen frekansa bölmek için dijital sayaçların kullanılması kullanılır.

Dijital devre yaklaşımının değerini göstermek için müzik notalarının oktavını C5 ile C6 arasında gösteren küçük bir tablo oluşturdum. (Nominal frekanslar, Google’da bulunan ve A [440] referansından alınan ölçek formülleriyle hesaplanan çizelgede hesaplanmayan değerlerdir.)

22.1184 MHz'lik bir kristal frekansı kullanarak (8 bit yerleşik işyerinde kullanılan ortak bir MCU frekansı) , her bir not için bir tamsayı dijital bölme faktörü ile üretilen frekansın istenen nominal değere çok yakın olduğunu görebilirsiniz.

Bahsedilmemiş bir başka faktör, devrenin pille çalışan olmasıdır.

Bir hoparlör kullandığınız için, güç tüketimi önemli olacaktır (bir LM386 kullanmanızın gösterdiği gibi) ve 9 voltluk bir pil birkaç saatlik bir süre içinde önemli miktarda voltaj düşüşü yaşayacak. Besleme gerilimi, osilatörünüzün çalışma frekansını belirlemede başka bir faktördür.

Bataryanızı 9 voltluk bir duvar siğiliyle değiştirmeyi deneyin ve ne olduğunu görün.

Cevap: Isıtma, sıcaklık değişimi vb. Nedeniyle değişen parçaların özellikleri nedeniyle tortulaşma meydana gelir. Bunları, sıcaklık kontrollü bir odaya koyarak ve kullanmadan önce dengelenmesini sağlayarak en aza indirebilirsiniz.

Aynı şeyi 13 ton oluşturmak için bir mikrodenetleyici kullanarak da yaptım.

https://www.youtube.com/watch?v=4c8idXN4Pg0

Demoyu yaptığımda sadece 8 düğme vardı. Onları oynatmak için PC destekli bir hoparlör kullandım.

Tonlar, mikrosaniye doğruluk düzeyinde oluşturulur. Ve 16 MHz kristalli bir saat kaynağına dayandıkları için sürüklenmiyorlar.

ATmega 1284P, 32 IO'ya sahiptir, bu nedenle 13 düğme ve 13 çıkış doğrudan desteklenir.

Daha fazla not ister misiniz? Başka bir işlemci ekleyin ve tonların yarım dönemlerini içeren diziyi değiştirin.

Temelde kare dalga tonunu beğenmediniz mi? Çıkışlara filtreleme ekleyin.

Tipik bir RC osilatörünün frekansı, RC zaman sabiti ve her döngü için gereken "RC bozunması" miktarı tarafından kontrol edilir. 555 devresinin diğer birçok gevşetici osilatör tipinden daha stabil olmasının nedenlerinden biri, aralarında salınan voltajların oranının ilgili transistörlerin özelliklerinden nispeten etkilenmemiş olmasıdır. Aksine, kullandığınız asıl monovibratör, transistörlerin dönüş sıcaklığına duyarlı özelliklerine karşı çok hassastır.

Aletin ayarlanması biraz zaman alır ve ayarların yapıldığı sırada tüm transistörlerin denge çalışma sıcaklığına ulaşmış olacağını tahmin ediyorum. Biri cihazı kapatırsa, transistörler soğur. Biri gücü açar ve hemen çalmaya başlarsa, cihaz ayarlandığında olduğundan daha soğuk olur, ancak eğer transistörlerin ayarlandıkları sıcaklığa erişmesini beklerse, ayar yapılması gereken yere yaklaşmalıdır. olmak.

Bu arada, büyüdüğüm vakum tüplü elektronik organ RC devreleri yerine ayarlanmış LC devrelerini kullandı. Ayarlanmış bir LC devresinin frekansı, öncelikle kapasitör ve ayarlanabilir indüktör değerleri ile kontrol edilecektir. Eğer biri yükseltici bileşenlerin sayısını azaltmak istiyorsa (her osilatör için 1/2 çift triyak tüp kullanılan organ), LC devrelerinin kullanılması pratik bir yaklaşım olabilir, ancak uygun büyüklükteki ayarlanabilir indüktörler muhtemelen çoğu cipsden daha pahalıya mal olabilir.