VCO für Synth V / Octave und Batterieversorgung?

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Es war ein Traum von mir, seit einigen Jahren einen analogen Synthesizer zu bauen.

In dieser Zeit habe ich VCOs basierend auf dem 555-Timer gebaut, von denen ich weiß, dass sie im Allgemeinen keinen genauen Frequenzgang ohne viele zusätzliche Schaltkreise haben.

555 VCO

Ich habe auch einen VCO gebaut, der auf dem Operationsverstärker LM358 basiert. Dies scheint besser zu klingen und stabiler zu sein.

358 VCO

Viele VCO-Designs, die ich im Internet gefunden habe, sind ziemlich kompliziert zu bauen und erfordern das + -12V-Netzteil. Hier ist ein Beispiel für eine, die für den Betrieb mit zwei invertierten 9-V-Batterien ausgelegt ist.

358 V / Hz VCO

Was ich suche, ist ein einfaches Design, nicht viele Komponenten, ein V / Octave-Frequenzgang und Gleichstromversorgung über eine Batterie (oder zwei) (mit einem Audiofrequenzbereich zwischen 20 Hz und 12,5 kHz).

Ich denke auch über den DCO-Ansatz nach. Die Juno-Methode, einen programmierbaren Teiler zu verwenden, um eine Frequenz von einer Hauptuhr zu erreichen, scheint sehr attraktiv zu sein.

oscillator music vco

— blarg
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Welcher Frequenzbereich? Wenn Sie 555 erwähnen, bedeutet dies, dass Sie über kHz und nicht über MHz sprechen, aber Sie sagen es niemals.

— Das Photon

Audiofrequenzbereich. habe gerade die Frage bearbeitet, um dies aufzunehmen.

— Blarg

1 V / Oktave impliziert eine exponentielle Beziehung zwischen Spannung und Frequenz. Dies im analogen Bereich zu tun, erfordert normalerweise einen Diodenübergang, und es erfordert ziemlich viel Sorgfalt (und Komplexität), um eine solche Schaltung sowohl genau als auch stabil genug für Musikzwecke zu machen. Wie würden Sie diese Funktion mit einem Single-Chip-Mikrocontroller "simulieren"?

— Dave Tweed

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1 V pro Oktave mit einem Bereich von 20 Hz bis 15 kHz ist eine Steuerspannung, die bei einer 9-V-Batterie wahrscheinlich ein Problem darstellt. Ich sage nicht, dass Sie es nicht verkleinern können, aber ich sage, dass dies etwas komplexer wird und Sie nach einem einfachen Design suchen. Die Linearität einfacher analoger VCOs ist ebenfalls sehr schlecht, insbesondere wenn sie mehr als 9 Oktaven umfassen müssen. Ich würde digitale Ansätze in Betracht ziehen.

— Andy aka

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@JackDamery - Die neue Schaltung, die Sie hinzugefügt haben, ist immer noch eine lineare Schaltung mit Hz pro Volt. Sie können diese nicht für einen VCO in einem Synthesizer verwenden. Sie muss Oktave / Volt sein.

— Andy aka

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Es gibt Gründe, warum analoge Synthesizer heutzutage weitgehend veraltet sind, und der Hauptgrund ist, dass es sehr schwierig ist, einen guten VCO herzustellen, der über einen weiten Bereich von Spannungen und Temperaturen im Einklang bleibt. Ich schlage einen alternativen, hybriden Ansatz vor.

Verwenden Sie einen einfachen Mikrocontroller, entweder mit integriertem DAC oder externem Audio-DAC, als "Oszillator". Der Eingang zur MCU kann eine analoge Spannung zum internen ADC, zu MIDI-Daten oder zu anderen digitalen Daten sein. Der Ausgang wäre eine Sinuswelle mit der richtigen Frequenz. Der Ausgang geht dann an die analoge Schaltung Ihrer Wahl.

Stellen Sie sicher, dass die MCU von einem echten XTAL- oder Quarzoszillator und nicht vom internen Oszillator betrieben wird. Der interne Oszillator ist nicht genau genug, um die Dinge in Einklang zu halten.

Das Coole an diesem Ansatz ist, dass Sie problemlos andere Dinge als Sinuswellen ausgeben können. Quadrat, Dreieck, Sägezahn oder etwas "Brauches" ist genauso einfach wie eine Sinuswelle. Dies gibt Ihren analogen Filtern mehr Harmonische zum Spielen und erzeugt interessantere und nützlichere Klänge. Oh, und es ist ziemlich wenig Strom im Vergleich zu den typischen Methoden, VCOs zu machen.

Die ersten "digitalen" Synthesizer in den 1980er Jahren verwendeten diesen hybriden Ansatz und sind wirklich der wichtigste technologische Fortschritt, der Synthesizer zu einer breiteren Marktattraktivität gemacht hat - zumindest bis wir die Verarbeitungsleistung haben, dies vollständig im digitalen Bereich zu tun.

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Vielen Dank für diese informative Antwort. Dieser Ansatz ist sehr attraktiv, vielleicht könnte ich einen ähnlichen Sound wie der Korg DW8000 bekommen? Ich denke, der Schwierigkeitsgrad, die steile Lernkurve und die Unvorhersehbarkeit sind Teil der Anziehungskraft beim Aufbau eines analogen Synthesizers.

— Blarg

@JackDamery - Wenn Sie diesen Weg gehen, unterschätzen Sie nicht die Präzision des ADC. Die 3-Oktaven-Steuerung von beispielsweise 1 V bis 4 V deckt 36 Halbtöne ab. Wenn Sie einen "weichen" Glissando-Effekt erzielen möchten, sollten Sie wahrscheinlich 20 Schritte pro Halbton anstreben. Am unteren Ende des Spektrums wäre eine Halbtonänderung eine Voltänderung von etwa 50 mV, und Sie benötigen daher 2,5 mV für den Schritt 1/20 eines Halbtons. Dies impliziert eine ADC-Auflösung von ungefähr 11 Bit und dies gilt nur für einen VCO mit drei Oktaven. Gehen Sie für 16 Bit, wenn Sie können.

— Andy aka

Ich habe untersucht, ob ich diese Bibliothek für das Arduino als Wellenformgenerator verwenden und dann mithilfe analoger Schaltkreise Wellenformen / Filtern durchführen kann. Wirklich würde ich es vorziehen, die Wellenformgenerierung von jedem Mikrocontroller zu abstrahieren. Um in Ihrer ursprünglichen Antwort zu verstehen, schlagen Sie vor, eine analoge Spannung zu verwenden, um die Frequenz des digitalen Oszillators zu variieren und eine analoge Variation zu simulieren.

— Blarg

@JackDamery Sie können alle Mittel verwenden, mit denen Sie die MCU steuern möchten: MIDI, Analog-In, I2C, SPI usw. Das liegt ganz bei Ihnen und hängt davon ab, wie der Rest Ihres Systems aussieht. Ich persönlich würde eine digitale Verbindung verwenden, weil ich nicht gerne mit den Ungenauigkeiten analoger Signale herumspiele, aber analog könnte auch funktionieren.

Ein anderer Ansatz, den ich auf einem Plug-Board-Synthesizer (ca. 1989) gesehen habe, der jedoch nie persönlich verwendet wurde, war die Verwendung eines Mikroprozessors, eines DAC und eines analogen Quad-Sample-and-Hold ("Quash") zur Erzeugung von Steuerspannungen für vier lineare V / F-Oszillatoren . Der Prozessor könnte eine Nachschlagetabelle mit Tonhöhen verwenden, wodurch die Notwendigkeit eines Präzisions-Exponentialkonverters entfällt.

— Supercat

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Ich habe gerade erfolgreich einen VCO gebaut. Es erzeugt Rechteck- und Dreieckswellen, kann mit Spannung (LFO, Sequenzer usw.) gesteuert werden und ist einfach zu bauen. Lesen Sie diesen Artikel. Der VCO befindet sich auf Seite 10. Obwohl das Schema + -15 V (30 V) impliziert, habe ich nur 0-9 V verwendet. Der IC ist ein LM13700 OTA (Operational Transconductance Amplifier). OTAs werden häufig in analogen Synthesizern verwendet, da die Spannungssteuerung leicht realisiert werden kann. Ein OTA ist eine Art Operationsverstärker mit einigen zusätzlichen Funktionen. Mit diesen ICs können Sie einen VCO, VCA und VCF erstellen. Im Marston-Artikel finden Sie Beispielschemata für alle drei. OTA VCO aus Ray Marstons Artikel (Nuts & Volts)

— alkopop79
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Senden Sie mir eine Nachricht an alkopop79 bei gmail dot com! Ich kann mehr auf die OTAs eingehen. Ich empfehle dringend, das Buch „Operationsverstärker-IC-Schaltungen (Engineer's Mini-Notebook)“ von Forest Mim zu lesen. Der LM13700 kann günstig bei Rapid Online in Großbritannien gekauft werden (bei Ebay sind sie verdammt teuer!). Die Verwendung von OTAs ist nicht so einfach, macht aber viel mehr Spaß als Mikrocontroller! Sie werden seit den 70er Jahren in vielen Synthesizern verwendet.

— alkopop79

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$f=\frac {V}{10RC}$

— Scott Seidman
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Wenn Sie selbst mit der Suche beginnen, ist der niedrigere Suchbegriff für solche niedrigen Frequenzen "Voltage to Frequency Converter", da VCO Geräte mit viel höheren Frequenzen liefert

— Scott Seidman,

Ich sehe, dass es eine kleine Synth-Building-Community gibt. Aber oft basieren ihre Designs auf schwer zu beschaffenden ICs und +/- 15V-Netzteilen. Der AD564 sieht interessant aus. Ich versuche ein Beispiel dafür zu finden, das als VCO verwendet wird.

— Blarg

Es ist ein VCO. Dieser IC sollte das tun, was Sie brauchen, solange Sie keine Sinuswelle oder ähnliches benötigen. Lesen Sie das Datenblatt jedoch sorgfältig durch. Wenn Sie einen Eingangsbereich von 5 V wünschen, müssen Sie anscheinend 9 V mit Strom versorgen. Ich kann keine Grenzen dafür sehen, wie schnell der Eingang variieren kann, aber sie sprechen über den IC nach einer 60-Hz-Sinuswelle ohne Prob, und ich vermute, dass er viel schneller folgen wird.

— Scott Seidman

Klingt so, als ob die Synth-Community wie einige der Communities ist, mit denen ich mich in den Naturwissenschaften befasst habe, in denen die Schaltkreise vor langer Zeit von einem talentierten (oder nicht talentierten) Studenten ausgearbeitet wurden und dann wie ein Mentor an einen Mentee weitergegeben wurden Es war eine heikle Schriftstelle, die niemals geändert werden durfte. ;)

— Scott Seidman

Der AD654 sieht aus wie ein cooles Teil, hat aber einen 10% igen "Vollkalibrierungsfehler". Es ist unklar, was zu diesem Fehler beiträgt, aber es handelt sich höchstwahrscheinlich um Chip-zu-Chip-Variationen und Alterung. Es gibt auch mehrere Seiten des Datenblattes, auf denen die Kalibrierung erläutert wird.

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@JackDamery - Wenn Sie eine VCO-Schaltung mit Versorgungsschienen vorschlagen können, die nicht gut zu einer 9-V-Batterie passt, kann möglicherweise jemand Änderungen vorschlagen, damit sie mit einer 9-V-Batterie funktioniert. Aber nur Sie wissen, wie viel "einfach" bedeutet. Es ist möglicherweise auch einfacher, Stromkreise zu erzeugen, die +/- 12 V aus der 9-V-Batterie liefern. Beachten Sie jedoch, dass die Lebensdauer der Batterie möglicherweise verkürzt wird.

Außerdem sagen Sie jetzt in Ihrer Frage Hz / V, und ich glaube nicht, dass Sie dies benötigen - Sie müssen die Frequenz für jeden identischen inkrementellen Schritt der eingegebenen Spannung verdoppeln, dh 1 Oktave pro Volt, wie zuvor erwähnt. Ein Synth-VCO, der dies nicht tut, ist insofern eingeschränkt, als Sie VCO-Ausgänge nicht "mischen" und von derselben Eingangssteuerspannung aus steuern können, ohne dass Ihnen Müll in die Ohren gerät.

— Andy aka
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Hier ist eine Schaltung, die ich mit zwei pp3-Batterien erfolglos auf +/- 9 V ausprobiert habe. Ich würde es sehr gerne an 9v elektro-music.com/forum/topic-41483.html

— blarg

Dies ist eine lineare Schaltung mit Hz pro Volt und ist nicht für einen Musiksynthesizer geeignet. Es muss Oktave pro Volt sein, dh die Frequenz verdoppelt sich für jeden Spannungsanstieg am VCO-Eingang oder anders ausgedrückt: Jeder Halbtonanstieg wird durch einen identischen Anstieg der Eingangsspannung bewirkt - bei 100 Hz ist ein höherer Halbton 105,9 Hz, der nächste Halbton höher ist 112,2 Hz - der neue Schritt ist 6,3 Hz im Gegensatz zu 5,9 Hz für den ersten Schritt.

— Andy aka

Ich habe es seitdem auf +/- 12V arbeiten lassen und einen Exponentialkonverter von 1V pro Oktave zur Steuerung gebaut. Die Steuerung erfolgt über MIDI für CV mithilfe eines Arduino mit DAC-IC.

— Blarg

@ JackDamery das ist so cool Jack - welchen Exponentialkonverter hast du benutzt?

— Andy aka

Danke andy, es werden nur über 3 Oktaven gespielt, wenn auch SEHR analog. Hier ist ein Soundclip soundcloud.com/dot Ich habe den Expo-Konverter verwendet, der im unteren linken Fenster dieses Schaltplans dargestellt ist, aber ich musste die Transistoren unterwerfen. elektro-music.com/forum/phpbb-files/40106vco_954.png

— blarg

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Im Allgemeinen ist die Stabilität ein großes Problem bei Oktav-Frequenz-Wandlern mit mehreren Oktaven, die in einem Musikinstrument benötigt werden. Es gibt viele Schaltkreise, daher werde ich nur auf die allgemeine Lösung des Stabilitätsproblems eingehen.

Sie benötigen eine Art Rückkopplungsschleife, um den Oszillator in Echtzeit abzustimmen. Sie könnten es in einen kleinen Mikrocontroller implementieren, der die Frequenzsollspannung misst und auch die Ausgangsfrequenz des Oszillators zählt. Der Einstellausgang der MCU kann über digitale Potentiometer bereitgestellt oder als Spannung in die Oszillatorschaltung eingespeist werden - alles hängt vom Design des Oszillators ab.

Der Grund, warum ich den Oszillator "Oktave-Frequenz" nenne, ist, dass er impliziert, dass die VF-Beziehung nichtlinear ist. Die Spannung ist proportional zum Logarithmus der Frequenz.

— Stellen Sie Monica wieder her
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Durch Verwendung eines Transistor-NPN / PNP-Übergangs / +/- 9-Volt-Batterie als Konstantstrom-Referenzquelle / in einen gleichstufigen Widerstandsspannungsteiler / kann eine genaue Steuerspannung von 1 Volt / Oktave abgeleitet werden. Die exponentielle Umwandlung erfolgt durch die Dioden / Basis 2 Log / oder 1v / Oktave = 12 Halbtöne = 2f.

Sowohl Sequential Circuits als auch Oberheim verwendeten ähnliche Ansätze. Ein ADC wurde verwendet, um Werte der Kontrolltöpfe zu lesen / aufzuzeichnen und diese digitalen Wörter als Programmfelder zu speichern.

Die tatsächlichen VCO '$ / VCF' $ / VC @ '$ waren Curtis Electronics Chips 3310/3320/3330 / und / SEM' $ ein weniger stabiler Chip, der in Revision 1 & 2 Prophets verwendet wurde.

DACS wurden für digitale Modulatoren / LFO $ / SAH / Arpeggiatos / Portamento / Summers usw. verwendet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun.

Zunächst entscheiden / Additive oder subtraktive Synth? Ein Subtraktiv arbeitet mit VCF '$, um die Wellen zu formen / VCA' $, um ADSR auf beiden VCO '$ zu steuern. Die meisten frühen Synthesizer hatten eine Funktion zum Synchronisieren dieser Sprachoszillatoren.

Alle basierten auf 1 Volt / Oktave. Ein gutes Buch ? Musikalische Anwendungen von Mikroprozessoren ... Hal Chamberlain ... Electro Notes ...

Zu viele Quellen, um sie hier aufzulisten. Google es. Versuchen Sie Prophet 5 Schematics? OBXA / OB-8

Top-Down-Spannungsteiler / exponentielle / nichtlineare / transistorbasierte Tastaturteiler / 1 Volt pro Oktave. Ausgangs-CV '$ / Eingangs-CV' gleich @ 1V / Oktave. Standard.

http://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Voltage-controlled-oscillator-VCO-circuit-with-a-555-timer.php

https://drive.google.com/file/d/0B23HmiX6RdPbVVVCOUhpS05lNDg/view?usp=drivesdk

— Edward M Caraccioli
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