Formant digitales Erweiterungsmodul

Schon zu den Zeiten, als ich meinen Formant gebaut habe, hatte ich das Problem, das Gerät zu stimmen. Insbesondere, wenn es darum ging, die VCOs auf Akkorde einzustellen, hatte ich (aufgrund meines mangelnden "musikalischen Gehörs") Probleme. Damals habe ich mir mit einem Frequenzzähler und einer Tonfrequenztabelle beholfen. Einen (digitalen) Tongenerator für diesen Zweck zu bauen, habe ich damals aufgrund der "krummen" Frequenzverhältnisse schnell aufgegeben. Aber heutzutage gibt es ja Mikrocontroller, mit denen das viel einfacher zu realisieren ist. Und einen "Akkordgenerator" mit dieser Technik aufzubauen, sollte dann auch nicht mehr ein unüberwindbares Problem darstellen.

Der Stimmgenerator

Prinzipschaltung Stimmgenerator
Funktionsweise Stimmgenerator
Da ich das Keyboard schon so weit erweitert hatte, daß neben der Keyboard-Spannung ("KOV", 1V/Oktave) und dem "GATE"-Signal auch eine Information über den Zustand der momentan betätigten Tasten vorliegt, sollte es doch kein großes Problem mehr sein, aus der Tasteninformation (mit Hilfe eines Mikrocontrollers) einen entsprechenden (quarzstabilisierten) Stimmton zu erzeugen. Ein (in Halbtönen einstellbarer) Offset zu dem "Originalton" der gedrückten Taste wäre auch nützlich, um Akkorde stimmen zu können, und eine Anzeige der gespielten Note wäre auch nicht schlecht... Die Schaltung dazu besteht nur aus einem Mikrocontroller mit quarzstabilisiertem Takt, einem Bus-Interface, um die Daten des Keyboards zu empfangen, und einer einfachen Lautstärkeeinstellung für den erzeugten Ton. Auch die Komplexität der zur Tonerzeugung notwendigen Firmware hält sich in Grenzen. Zur Anzeige des aktuell erzeugten Tons und zur Einstellung des Halbton-Offsets dient ein entsprechendes Display-Modul, welches ebenfalls an dem Kommunikationsbus angeschlossen wird.

Der Akkordgenerator

Die Erzeugung eines (variablen) Akkords gestaltet sich schon ein wenig komplizierter, da zu diesem Zweck die frequenzbestimmende Steuerspannung (KOV) der einzelnen VCOs verändert werden muß. Damit der "Versatz" zwischen den einzelnen VCOs auch z.B. bei einer FM (Vibrato) erhalten bleibt, wird hierzu etwas (möglichst präzise) Analogtechnik in Form von Addierverstärkern notwendig. Für die drei VCOs in meinem Formant werden zwei Offset-Spannungen benötigt, da der erste VCO ja auf dem "Grundton" verbleiben kann, während die beiden anderen VCOs um einige Halbtöne höher erklingen. Nur leider verfügen die von mir verwendeten Mikrocontroller nur über einen Ausgang, an dem ein Signal mit (genügend schneller/genauer) Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt werden kann. Also müssen aus einer erzeugten analogen Spannung zwei Offset-Spannungen für die beiden VCOs erzeugt werden. Zu diesem Zweck werden (entsprechend synchronisierte) "Sample&Hold"-Schaltungen (S&H) eingesetzt. Die Notwendigkeit einer Synchronisation zwischen dem PWM-Signal und den S&H-Signalen ergibt sich aus dem Umstand, daß nach der Tiefpass-Filterung des PWM-Signals noch immer ein wenig "Ripple" mit der PWM-Frequenz auf der erzeugten "Gleichspannung" vorhanden ist. Würde diese Spannung unsynchronisiert in die S&H-Schaltungen übernommen, ergäbe sich eine (mehr oder weniger periodische) Schwankung der Frequenz zweier VCOs. Die Firmware im Mikrocontroller berechnet die notwendigen Offset-Spannungen aus dem eingestellten Akkord und jeweils zwei Werten, die zur Kompensation von Bauteiltoleranzen justiert werden können. Ein weiterer (justierbarer) Wert dient dazu, den Einfluß des Tiefpasses bei der Umschaltung zwischen den beiden erzeugten Spannungen zu kompensieren. All diese Werte werden (zusammen mit den eingestellten Akkorden) im EEPROM des Controllers gespeichert, damit diese Einstellungen durch das Ausschalten des Geräts nicht verloren gehen.
Prinzipschaltung Akkordgenerator
Funktionsweise Akkordgenerator

Die Schaltung

Übersicht und Anschlüsse
Die gesamte Schaltung besteht aus den Teilen "Übersicht und Anschlüsse", "Stromversorgung", "Digitalteil", und "Analogteil". Die Übersicht zeigt die Anschlüsse des Moduls, die u.A. die Umschaltung der KOV- und GATE-Signale zwischen dem "Normalmodus" und dem "Digitalmodus". Im "Normalmodus" werden die an diesem Modul aufgetrennten Signale mittels Schalter direkt durchgeschaltet, und dieses Modul hat (mit Ausnahme des Signals des Stimmtongenerators) keinen Einfluß mehr auf das Grundgerät. Um das Modul komplett ausbauen zu können, existiert ein Kurzschußstecker (blaue, gepunktete Linien im Schaltplan), der die aufgetrennten Signale so verbindet, wie es die originale Schaltung vorsieht.
Die Stromversorgung erzeugt u.A. eine Spannung von -5V, die das Netzteil des Grundgeräts nicht zur Verfügung stellt, jedoch für den Analogteil (S&H-Schalter) notwendig ist.
Stromversorgung
Digitalteil
Der Digitalteil enthält außer dem Mikrocontroller das Interface zum Kommunikationsbus, den PWM-Tiefpass, und die beiden Flipflops zur Synchronisation der S&H-Signale mit dem PWM-Signal. Außerdem ist noch ein SPI-Erweiterungsport vorgesehen, der jedoch momentan noch nicht verwendet wird.
Der Analogteil enthält die S&H-Schaltungen (incl. entsprechenden Pegelwandlern) und die Addierverstärker. Die "Sample and Hold"-Stufen bestehen aus analogen CMOS-Schaltern (MOS4066), die die aus dem PWM-Signal erzeugten Offsetspannungen auf die Kondensatoren C10 und C11 schalten. Die beiden Feldeffekt-Transistoren reichen die Spannung der beiden Kondensatoren an die Addierverstärker weiter, und sollten daher eine möglichst gleiche Kennlinie (UGS vs ID) haben. Eine einfaches Verfahren zu Selektierung der verwendeten Transistoren ist im "Formant-Handbuch" (S.21 und 22) zu finden. Geringe Differenzen lassen sich beim Abgleich der Schaltung mittels R20 ausgleichen.
Analogteil

Das Layout

Layout
Das Layout der Leiterplatte ließ sich mit einer Kupferebene realisieren, was jedoch dazu führte, daß acht Drahtbrücken und eine isolierte Leitung (vom Steckverbinder zum Potentiometer) notwendig wurden. Aber bei den vielen Leitungen zu den Bedienelementen (wie bei anderen Formant-Modulen auch) fällt das ja kaum auf. Die Leiterplatte ist relativ schmal ausgeführt, da unterhalb der Platine noch das Display-Modul montiert wird. Wer seinen Format mit den – in der originalen Bauanleitung vorgesehenen – 32poligen Steckverbindern und einer entsprechenden "Backplane" zur Verdrahtung der Module untereinander aufgebaut hat, kann beim Nachbau dieses Moduls die Maße der Leiterplatte auf die vorgesehenen 160x100mm vergrößern und einen entsprechenden Steckverbinder auf der zusätzlichen Fläche plazieren. In diesem Fall ist dann jedoch ein entsprechender Ausschnitt für das Display-Modul vorzusehen.
Das Layout der Frontplatte (in den Originalmaßen 71x132.5mm) habe ich gleich mit in der Datei des Layouts der Leiterplatte erstellt, um die Position der Bedienelemente mit in dem Platinen-Layout berücksichtigen können.

Der Aufbau

Modul Frontseite
Bei dem elektrischen Aufbau dieses Zusatzmoduls ist zu beachten, daß die Widerstände R12, R13, R16, R18, R19, und R21-29 die Steuerspannungen der VCOs beeinflussen. Daher sollten für diese Widerstände möglichst Metallschicht-Widerstände verwendet werden, die eine geringere Temperaturdrift aufweisen als Kohleschicht-Widerstände. Gleiches gilt für die Trimmer R17, R20, R34, und R35. Hier ist es ebenfalls empfehlenswert, eine Ausführung in etwas hochwertigerem Material (Cermet) zu verwenden. Außerdem ist die Verwendung eines IC-Sockels zumindest für "X6" (PIC16F819) vorzusehen, um ggf. mal ein Update der Firmware vornehmen zu können.
Modul Rückseite
Der mechanische Aufbau dieses Zusatzmoduls entspricht dem Aufbau meiner anderen Formant-Module "mit doppelter Frontplatte": Die Bedienelemente sind in einer separaten Montageplatte eingelassen, wodurch entsprechende Befestigungsschrauben auf der Frontplatte weitgehend vermieden werden. Das Potentiometer ist auf der Lötseite der Platine bestückt und stabilisiert (neben einigen Lötpunkten) die Montageplatte. Die Befestigung der Frontplatte erfolgt mittels der Verschraubung der zwei 3.5mm Klinkenbuchsen. Das Display-Modul ist mit Hilfe eines ein/aufgelöteten Sechskantbolzens montiert. Die Tastenplatine wird ebenfalls mittels (auf der Frontplatte aufgeklebter) Schraubbolzen befestigt.

Der Einbau in das Grundgerät

Da dieses Modul die KOVs der verschiedenen VCOs (und ggf. auch das GATE-Signal) beeinflußt, ist eine Auftrennung dieser Signale zwischen dem "Interface-Empfänger" (Handbuch S.20) und den VCOs bzw. ADSRs notwendig. Die Verbindung zum VCF habe ich im originalen Zustand belassen, da mein Aufbau nur über einen VCF verfügt. Das vom Interface kommende KOV-Signal führt nun (statt auf die KOV-Eingänge von den VCOs) auf Pin 5 von "PI1". Und die KOV-Eingänge der VCOs sind mit den Pins 2, 3, und 4 von "PO1" verbunden. Das GATE-Signal vom Interface führt nun auf Pin 4 von "PI1", und die ADSRs sind mit dem Pin 1 von "PO1" verbunden. Damit ich den Formant auch ohne das DIG-Modul betreiben kann, habe ich an dem Leitungsbündel, welches zu dem Modul führt, eine zusätzliche Buchsenleiste angeschlossen, in die ich den Stecker, der sonst zu der Buchsenleiste "PO1" führt, stecken kann. Damit werden die zur Überbrückung des Moduls notwendigen Verbindungen hergestellt. Wer die Leiterplatte mit einer 32poligen Steckerleiste erweitert hat, benötigt einen entsprechenden Kurzschlußstecker, dessen Verbindungen im Schaltplan weiter oben als blaue, punktierte Leitungen angedeutet sind. Pin 7 von "PI1" wird mit dem internen Datenbus verbunden, der die Kommunikation mit dem erweitertem Keyboard sicherstellt. Eine kleine Besonderheit des Moduls ist noch das Signal "IOS" auf Pin 5 von "PO1": Dieser Anschluß führt das (mit dem Regler "TUNETONE" einstellbare) Ausgangssignal des Stimmtongenerators. Ich habe dieses Signal über einen 100kΩ-Widerstand und einen 680nF-Kondensator auf den Summenpunkt des Eingangsverstärkers (Verbindung von R15, R16, R18, und Pin 2 von IC4) des "DUAL-VCA" (S.62/63 im Handbuch) gelegt. Wer diese Erweiterung nicht durchführen möchte, kann auch ein Patchkabel von der Klinkenbuchse "OUT" dieses Moduls zum Eingang "ES" des VCA legen, und die Lautstärke des Stimmtons mit dem Regler "ES" einstellen. Nachdem das Modul nun verkabelt ist, ist noch ein (einmaliger) Hardware-Abgleich auszuführen, bevor das Modul fest in dem Grundgerät eingebaut werden kann.

Der Hardware-Abgleich

Um die S&H-Stufen und die Addierverstärker abzugleichen, ist das Modul mit Hilfe der Tasten "MODE" und "SELECT" in den Abgleichmodus "Adj0" zu versetzen. Die beiden nun im Display angezeigten Zahlen sollten "128" (den Standardwert) betragen. Ist dieses nicht der Fall, sind diese Werte mittels der Tasten SELECT, UP und DOWN auf diesen Wert einzustellen.
1.
Multimeter zwischen Signal "KOV" (Pin 5 vom Stecker "PI1" oder rechter Anschluß von "R13", zwischen den beiden Steckverbindern) und Signal "KOV_A" (Pin 8 von "X1" oder entsprechender Anschluß an "SW3") anschließen. "R34" so justieren, daß die angezeigte Spannung bei einer Änderung der KOV zwischen ca. 0V und ca. 3V (mitttels Keyboard) möglichst konstant bleibt. Der Absolutwert der angezeigten Spannung ist nicht weiter wichtig, er sollte jedoch ca. 2V nicht überschreiten.
2.
Multimeter zwischen Signal "KOV" (siehe "1") und Signal "KOV_B" (Pin 14 von "X1" oder entsprechender Anschluß an "SW3") anschließen. "R35" so justieren, daß die angezeigte Spannung bei einer Änderung der KOV zwischen ca. 0V und ca. 3V möglichst konstant bleibt.
3.
Multimeter zwischen Signal "KOV_A" (siehe "1") und Signal "KOV_B" (siehe "2") anschließen. "R20" so justieren, daß die angezeigte Spannung möglichst genau 0V erreicht.
4.
Multimeter zwischen Signal "KOV" und Signal "KOV_A" (siehe "1") anschließen. "R17" so justieren, daß die angezeigte Spannung möglichst genau 0V erreicht.
5.
Abgleich (Punkte 1-4) ggf. wiederholen.
Nun sollten die Toleranzen der verwendeten Bauteile so weit kompensiert sein, daß ein weiterer Abgleich erst nach einem Austausch von Bauteilen wieder notwendig wird. Geringe Toleranzen (z.B. durch größere Temperaturdifferenzen) können mit Hilfe eines "Software-Abgleichs" (Funktionen "Adj0", "AdjS", und "AdjC") im eingebauten Zustand ausgeglichen werden.

Die Bedienelemente

Frontplatte
Buchse
"DBUS"
Diese Buchse ist direkt mit dem internen Datenbus verbunden, an dem außer diesem Modul auch das Display und das erweiterte Keyboard angeschlossen sind. Mit Hilfe eines entsprechenden seriellen Adapters kann hier z.B. ein PC angeschlossen werden, um (mit entsprechenden Programmen) z.B. die Betätigungen des Keyboards aufzuzeichnen oder auch das Keyboard zu simulieren. Wird hier z.B. ein Audiosignal angeschlossen, kann das zu heftigen Funktionsstörungen führen.
Schalter
"KOV"
Dieser Schalter bestimmt, mit welchen KOVs die VCOs angesteuert werden. In Stellung "NORM" bekommen alle VCOs das gleiche Signal aus dem Keyboard-Interface (Originalfunktion). In Stellung "DIG" bekommt nur VCO 1 die "originale" Steuerspannung, und die VCOs 2 und 3 erhalten u.U. eine Spannung, die höher ist, als die KOV von VCO 1, und somit zur Bildung eines Akkord-Klangs führt.
Taster
"RESET"
Eine Betätigung dieses Tasters löst einen Reset des eingebauten Mikrocontrollers aus, und sollte zu einem definierten Zustand des Moduls führen. Normalerweise wird dieser Taster nicht benötigt, aber auch die beste Firmware kann sich mal "verheddern" ...
Schalter
"GATE"
Dieser Schalter bestimmt, mit welchem GATE-Signal die ADSRs angesteuert werden. In Stellung "NORM" bekommen die ADSRs das Signal aus dem Keyboard-Interface (Originalfunktion). In Stellung "DIG" wird das GATE-Signal vom eingebauten Mikrocontroller anhand der Tasten-Informationen vom Keyboard erzeugt. Damit ist es z.B. möglich, bei jeder Tastenbetätigung einen GATE-Impuls auszulösen, auch wenn eine andere Taste währenddessen gedrückt ist. Das "digitale" GATE-Signal ist in den den Betriebsmodi Tune und Cho verfügbar.
Regler
"TUNETONE"
Mit diesem Regler lässt sich die Lautstärke des Stimmtons (Signal "IOS", intern am VCA angeschlossen) einstellen.
Buchse
"OUT"
An dieser Buchse liegt das Signal "EOS" des Stimmtongenerators mit einem Pegel von ca. 2.5V an. Der Regler "TUNETONE" hat keinen Einfluß auf dieses Signal.
Display
Auf dem Display können bis zu acht alphanumerische Zeichen dargestellt werden. Der genaue Inhalt des Displays ist abhängig vom aktuellen Betriebsmodus. Nach dem Einschalten (oder der Betätigung des Tasters "RESET") sollte der Text "Off" angezeigt werden, was bedeutet, daß momentan keine der Modul-Funktionen aktiv ist.
Taster
"MODE"
Eine Betätigung dieses Tasters bewirkt, daß auf der linken Seite des Displays der nächstmögliche Betriebsmodus ("Tune", "Cho", "Adj0", "AdjS", "AdjC", oder "Off") angezeigt wird. Wird keiner der angebotenen Modi mit Hilfe der Taste "SELECT" ausgewählt, schaltet das Modul nach einigen Sekunden in den Modus "Off".
Taster
"SELECT"
Eine Betätigung dieser Taste bewirkt, daß der auf der linken Seite des Displays aktuell angezeigte Modus (→ Taster "MODE") aktiviert wird. Je nach gewählten Modus ändert sich dadurch der Inhalt des Displays. Die Deaktivierung des aktuellen Modus wird durch Drücken der Taste "MODE" ausgelöst, wodurch ein anderer Modus vorgeschlagen wird, der mittels "SELECT" gewählt werden kann. Erfolgt keine Auswahl eines anderen Modus, schaltet das Modul nach ein paar Sekunden in den Ruhezustand "Off". In manchen Modi wird diese Taste auch verwendet, um zwischen zwei zu verändernden Werten umzuschalten.
Taster
"UP"
Die Funktion dieser Taste ist abhängig vom aktuellen Betriebsmodus. Meist bewirkt eine Betätigung eine Erhöhung eines angezeiten Wertes.
Taster
"DOWN"
Die Funktion dieser Taste ist abhängig vom aktuellen Betriebsmodus. Meist bewirkt eine Betätigung eine Verringerung eines angezeiten Wertes.

Die Betriebsmodi

Dieser Abschnitt beschreibt die momentan in der Firmware implementierten Betriebsmodi. Es mag sein, daß mit der beschriebenen Hardware noch einige weitere Modi realisierbar sind, jedoch halte ich es momentan für wichtiger, erst einmal das Grundkonzept darzustellen, und erst später an Erweiterungen zu denken. Siehe dazu auch den Abschnitt Zusammenfassung und Ausblick.
Off
In diesem Modus beeinflußt das DIG-Modul die KOV-Signale nicht, und der Stimmtongenerator ist abgeschaltet. Dieser Modus wird nach dem Einschalten (oder einem Reset) automatisch gewählt, oder auch aktiviert, wenn die Modus-Auswahl (→ Taste MODE) nicht mit der Taste SELECT bestätigt wird.
Modus "Off"
Tune
In diesem Modus wird bei Betätigung einer Keyboard-Taste der Stimmtongenerator auf den entsprechenden Ton eingestellt und aktiviert. Die KOVs zu den VCOs wird nicht verändert, da der Stimmtongenerator unabhängig von den VCOs ist. Die Lautstärke lässt sich mit Hilfe des Reglers TUNETONE einstellen. In der rechten Hälfte des Displays wird der momentan erzeugte Ton angezeigt. Durch Drücken der Tasten UP oder DOWN lässt sich ein Halbtonoffset gegenüber der gedrückten Taste des Keyboards einstellen. Dieser Offset (in Halbtönen) wird in der linken Hälfte des Displays angezeigt. Diese Möglichkeit erleichtert das Einstellen der VCOs auf Akkorde. Der Bereich des Offsets umfasst ±36 Halbtöne, also ±3 Oktaven. Das nebenstehende Bild zeigt das Display während die Taste "F" auf dem Keyboard gedrückt ist -> +2 Halbtöne = "G". Das eigentliche Stimmen des VCOs auf den vom Stimmtongenerator erzeugten Ton erfolgt durch Einschalten eines einzelnen VCOs und verdrehen der VCO-Regler OCTAVES (COARSE und FINE), bis die Schwebung zwischen Stimmton und VCO-Ton möglichst langsam wird.
Modus "Tune"
Cho
Im Modus Cho (Chord) addiert der Akkordgenerator des DIG-Moduls eine vorgegebene Anzahl von Halbtonschritten auf die KOVs für VCO 2 und VCO 3. VCO 1 bekommt die unveränderte KOV. Um diesen Modus zu nutzen, sollten alle drei VCOs auf den gleichen Ton gestimmt sein. Das Display zeigt dabei die Töne von VCO 2 (links) und VCO 3 (rechts) an, die die VCOs spielen, während VCO 1 ein "C" spielt. Daher ist die (unmodifizierte) Anzeige im Display "C" und "C", was bedeutet, daß alle drei VCO den gleichen Ton spielen. Mit Hilfe der Tasten UP und DOWN kann einer von acht vorprogrammierten Akkorden ausgewählt werden. Im nebenstehenden Bild wurde ein Abstand von einer und zwei Oktaven gegenüber VCO 1 für die VCOs 2 und 3 gewählt. Damit die VCOs 2 und 3 die modifizierten KOVs erhalten, muß der Schalter KOV auf "DIG" stehen. Zur Programmierung der acht möglichen Akkorde wird der zu modifizierende Akkord mit den Tasten UP und DOWN ausgewählt, und mit Hilfe der Taste SELECT der Editiermodus gestartet. Zur Signalisierung dieses Zustandes erscheint ein Cursor (blinkendes Leerzeichen) neben der zu modifizierenden Tonangabe, die nun mit Hilfe der Tasten UP und DOWN verändert werden kann. Ein Drücken der Taste SELECT schaltet den Cursor (und damit die Editiermöglichkeit) auf die andere Tonangabe, oder schaltet wieder zurück auf den Normalmodus (keine blinkender Cursor mehr sichtbar). Die veränderten Werte werden im EEPROM des Mikrocontrollers gespeichert, und stehen damit auch beim nächsten Einschalten des Formants wieder zur Verfügung.
Modus "Chord"
Adj0
Dieser Modus ist Teil des "Software-Abgleichs" und dient der Einstellung des "Nullpunkts" der Addierverstärker, die für die Akkorderzeugung (Modus Cho) verwendet werden. Die Voraussetzungen, daß dieser Abgleich korrekt ausgeführt werden kann, sind im Abschnitt Software-Abgleich aufgeführt. Wie im nebenstehenden Bild zu sehen, zeigt das Display in diesem Modus zwei Werte und einen Cursor an. Der linke Wert ist die Einstellung für VCO 2, der rechte Wert wirkt auf VCO 3. Der Cursor zeigt an, welcher der beiden Werte mit Hilfe der Tasten UP und DOWN verändert werden kann. Der Cursor kann mit Hilfe der Taste SELECT zwischen den beiden Werten hin- und hergeschaltet werden. Das Ziel dieses Abgleichs ist es, daß alle drei VCOs den gleichen Ton erklingen lassen. Für den allerersten Abgleich ist ein "mittlerer" Ton des Keyboards (z.B. "f") empfehlenswert, der Gleichklang aller drei VCOs sollte sich aber über mindestens fünf Oktaven erstrecken. Die angezeigten Werte sollten dabei möglichst nicht mehr als 10-20 vom Standardwert "128" abweichen. Ist dieses nicht möglich, sollte der Hardware-Abgleich erneut durchgeführt werden. Die eingestellten Werte werden beim Verlassen dieses Modus (mittels Taste Mode) im EEPROM gespeichert, und bleiben somit erhalten.
Modus "Adj0"
AdjS
Dieser Modus ist Teil des "Software-Abgleichs" und dient der Einstellung der "Schrittweite für einen Halbton" der Addierverstärker, die für die Akkorderzeugung (Modus Cho) verwendet werden. Die Voraussetzungen, daß dieser Abgleich korrekt ausgeführt werden kann, sind im Abschnitt Software-Abgleich aufgeführt. Wie im nebenstehenden Bild zu sehen, zeigt das Display in diesem Modus zwei Werte und einen Cursor an. Der linke Wert ist die Einstellung für VCO 2, der rechte Wert wirkt auf VCO 3. Der Cursor zeigt an, welcher der beiden Werte mit Hilfe der Tasten UP und DOWN verändert werden kann. Der Cursor kann mit Hilfe der Taste SELECT zwischen den beiden Werten hin- und hergeschaltet werden. VCO 2 und VCO 3 werden in diesem Modus so angesteuert, daß sie drei Oktaven höher erklingen, als VCO 1. Das Ziel des Abgleichs ist es, eine möglichst langsame Schwebung zwischen VCO 1 und VCO 2 (bzw. VCO 1 und VCO 3) einzustellen. Die angezeigten Werte sollten dabei möglichst im Bereich von 30 bis 225 bleiben. Ist dieses nicht möglich, sollte der Hardware-Abgleich erneut durchgeführt werden. Die eingestellten Werte werden beim Verlassen dieses Modus (mittels Taste Mode) im EEPROM gespeichert, und bleiben somit erhalten.
Modus "AdjS"
AdjC
Dieser Modus ist Teil des "Software-Abgleichs" und dient der Einstellung der "Kompensation des PWM-Tiefpasses" der Addierverstärker, die für die Akkorderzeugung (Modus Cho) verwendet werden. Die Voraussetzungen, daß dieser Abgleich korrekt ausgeführt werden kann, sind im Abschnitt Software-Abgleich aufgeführt. Im nebenstehenden Bild ist zu sehen, daß in diesem Modus nur ein Wert eingestellt wird. Wird der Cursor im Display links angezeigt, sollte VCO 2 den gleichen Ton erzeugen wie VCO 1, und VCO 3 sollte drei Oktaven höher erklingen. Wird der Cursor im Display rechts (→ Taste SELECT) angezeigt, sollte VCO 3 den gleichen Ton erzeugen wie VCO 1, und VCO 2 sollte drei Oktaven höher erklingen. Der angezeigte Wert kann mit Hilfe der Tasten UP und DOWN verändert werden kann. Das Ziel des Abgleichs ist es, in beiden Varianten eine möglichst langsame Schwebung zwischen den VCOs einzustellen. Der eingestellte Wert wird beim Verlassen dieses Modus (mittels Taste Mode) im EEPROM gespeichert, und bleiben somit erhalten.
Modus "AdjC"

Der "Software-Abgleich"

Dieser Abgleich dient dazu, die Werte einzustellen, die der Mikrocontroller zur Berechnung von Tonverschiebungen im Modus Cho (Akkordgenerator) verwendet. Normalerweise braucht diese Einstellung nur ein Mal (nach dem Aufbau des Moduls) vorgenommen werden. Ist jedoch das Gerät z.B. größere Temperaturdifferenzen ausgesetzt, kann ein nachträglicher Abgleich notwendig werden. Um diesen Abgleich korrekt durchzuführen zu können, müssen zuerst alle drei VCOs auf den gleichen Ton gestimmt werden (siehe Punkte 1-3).
1.
Schalter KOV auf "NORM" stellen.
2.
Mit Hilfe des Tasten MODE und SELECT den Stimmtongenerator (Modus TUNE) aktivieren. VCO 1 aktivieren (einzelne Kurvenform, z.B. "S├Ągezahn" einschalten), VCOs 2 und 3 abschalten (keine Kurvenform wählen). Nun Taste "C" auf dem Keyboard betätigen, und Regler TUNETONE so einstellen, daß der Stimmton und der Ton des VCOs etwa gleich laut hörbar sind. VCO 1 mit Hilfe der VCO-Regler OCTAVES (COARSE und FINE) abstimmen, bis beide Töne gleich hoch erklingen, und die Schwebung möglichst langsam ist. Dann den gleichen Vorgang mit den VCOs 2 und 3 wiederholen.
3.
Stimmtongenerator durch kuze Betätigung der Taste MODE abstellen. Nach einigen Sekunden sollte das Display "Off" anzeigen.
4.
Schalter KOV auf "DIG" stellen.
5.
Mit Hilfe des Tasten MODE und SELECT den Modus "Adj0" aktivieren. Dann den Nullabgleich wie hier beschrieben durchführen.
6.
Mit Hilfe des Tasten MODE und SELECT den Modus "AdjS" aktivieren. Dann den Schrittabgleich wie hier beschrieben durchführen.
7.
Mit Hilfe des Tasten MODE und SELECT den Modus "AdjC" aktivieren. Dann den Kompensationsabgleich wie hier beschrieben durchführen.
8.
Den Abgleich durch kuze Betätigung der Taste MODE beenden. Nach einigen Sekunden sollte das Display "Off" anzeigen.

Das "Material"

Das hier angebotene Material unterliegt der Creative Commons Lizenz "CC BY-NC-SA".
fo_digmod_V0.3_kicad.tgz Archiv mit allen benötigten KiCad-Dateien.
fo_digmod_V0.12_src.tgz Archiv mit Quellcode und Hexcode für den Mikrocontroller.

Zusammenfassung und Ausblick

Das hier vorgestellte Modul ist ursprünglich aus dem Wunsch entstanden, meinen Formant ohne die Verwendung externer Geräte überhaupt einmal stimmen zu können. Bei der Restaurierung hat es sich auch sehr nützlich zum Abgleich der VCOs erwiesen. Aber dann kam der alte Gedanke an eine "Quasi-Polyphonie" (mit maximal drei Tönen) wieder auf, und die Schaltung des Moduls wurde etwas komplexer... Da ich bisher noch keinen "brauchbaren" Algorithmus gefunden habe, der diesen Modus (incl. der "Release-Phase" der Töne!) realisiert, habe ich den experimentellen Code dazu wieder entfernt, und übrig geblieben ist ein "Akkordgenerator", der sich auch als recht nützlich erwiesen hat. Vielleicht finde ich ja noch ein Verfahren, um den Formant "teil-polyophon" macht. Momentan denke ich ich jedoch eher über einen "Sequencer" nach.

Hinweise für Nachbauwillige

Wer diese Konstruktion nachbauen möchte, sollte über Kenntnisse der Funktionsweise des Formant-Synthesizers, der Herstellung von einseitigen Leiterplatten, des Aufbaus elektronischer Schaltungen, und im Umgang mit PIC-Mikrocontrollern verfügen. Es handelt sich hierbei nicht um einen Bausatz, sondern eher um eine Anregung für eigene Konstruktionen. Alles, was ich dazu anbieten kann, befindet sich auf dieser Seite, d.h. Nachfragen nach fertigen Modulen, Bausätzen, oder bereits programmierten Microcontrollern sind zwecklos → Ich "produziere" ausschliesslich für den Eigenbedarf.

 


Für die Funktionalität und Nachbausicherheit dieser Konstruktion kann ich keinerlei Verantwortung übernehmen. Die hier angebotenen Schaltpläne, Layouts, und der PIC-Quellcode unterliegten der Creative Commons Lizenz "CC BY-NC-SA" Eine kommerzielle Verwertung dieses Materials (oder auch von Teilen davon) ist nur mit meiner ausdrücklichen Genehmigung zulässig.


Startseite   Hardware   Formant   Rechtliches   Kontakt

HTML und Design: DK1RM erstellt: 4.10.2019 - letzte Änderung: 20.10.2019