VCO para sintetizador V / Octave y suministro de batería?

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Ha sido un sueño para mí construir un sintetizador analógico durante algunos años.

En este tiempo, he construido VCO basados ​​en el temporizador 555, que sé que generalmente no tienen una respuesta de frecuencia precisa sin una gran cantidad de circuitos adicionales.

555 VCO

También construí un VCO basado en el amplificador operacional LM358. Esto parece sonar mejor y ser más estable.

358 VCO

Muchos de los diseños de VCO que he encontrado en Internet son bastante complicados de construir y requieren una fuente de alimentación de +12 V Aquí hay un ejemplo de uno diseñado para funcionar con dos baterías de 9v invertidas.

358 V / Hz VCO

Lo que estoy buscando es un diseño simple, no una gran cantidad de componentes, respuesta de frecuencia de V / Octava y alimentable por CC desde una batería (o dos) (con un rango de frecuencia de audio en algún lugar entre 20Hz-12.5kHz).

También estoy considerando el enfoque DCO, el método Juno de usar un divisor programable para lograr una frecuencia de un reloj maestro parece muy atractivo.

oscillator music vco blarg
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¿Qué rango de frecuencia? Mencionar 555 implica que estás hablando de kHz, no de MHz, pero nunca lo dices.
The Photon
rango de frecuencia de audio acabo de editar la pregunta para incluir esto.
blarg
1V / octava implica una relación exponencial entre voltaje y frecuencia. Hacer esto en el dominio analógico generalmente implica una unión de diodos de algún tipo, y se necesita un poco de cuidado (y complejidad) para hacer que dicho circuito sea lo suficientemente preciso y estable para fines musicales. ¿Qué le parecería "simular" esta función con un microcontrolador de un solo chip?
Dave Tweed
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1V por octava con un rango de 20Hz a 15KHz es un voltaje de control que probablemente será un problema con una batería de 9V. No digo que no puedas reducirlo, pero digo que esto agrega un poco más de complejidad y estás buscando un diseño simple. La linealidad de los VCO analógicos simples también es muy pobre, especialmente si necesitan abarcar más de 9 octavas. Consideraría enfoques digitales.
Andy alias
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@JackDamery: el nuevo circuito que ha agregado sigue siendo un circuito lineal de Hz por voltio; no puede usarlo para un VCO en un sintetizador; tiene que ser octava / voltio.
Andy aka

Respuestas:

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Hay razones por las cuales los sintetizadores analógicos son obsoletos en la actualidad, y el principal es que hacer un buen VCO que se mantenga en sintonía en una amplia gama de voltajes y temperaturas es muy difícil. Sugiero un enfoque alternativo e híbrido.

Utilice un microcontrolador simple, ya sea con el DAC incorporado o DAC de audio externo, como su "oscilador". La entrada a la MCU podría ser un voltaje analógico al ADC interno, datos MIDI o algún otro dato digital. La salida sería una onda sinusoidal de la frecuencia correcta. La salida luego va a su circuito analógico de elección.

Asegúrese de ejecutar la MCU desde un oscilador XTAL o de cuarzo real y no desde el oscilador interno. El oscilador interno no es lo suficientemente preciso como para mantener las cosas en sintonía.

Lo bueno de este enfoque es que puede generar fácilmente otras cosas que no sean ondas sinusoidales. Cuadrado, triángulo, diente de sierra o algo "personalizado" es tan fácil como una onda sinusoidal. Esto le da a sus filtros analógicos más armónicos para jugar y crear sonidos más interesantes y útiles. Ah, y tiene una potencia bastante baja en comparación con las formas típicas de hacer VCO.

Los primeros sintetizadores "digitales" en la década de 1980 utilizaron este enfoque híbrido y es realmente el principal avance tecnológico que hizo que los sintetizadores tuvieran un atractivo de mercado más amplio, al menos hasta que tengamos el poder de procesamiento para hacerlo completamente en el dominio digital.


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Gracias por esta respuesta informativa. Este enfoque es muy atractivo, ¿tal vez podría obtener un sonido similar al Korg DW8000? Creo que el nivel de dificultad, la curva de aprendizaje empinada y la imprevisibilidad son parte de la atracción de construir un sintetizador analógico.
blarg
@JackDamery: si sigue esta ruta, no subestime la precisión del ADC. El control de 3 octavas de, digamos, 1V a 4V cubre 36 semitonos y si desea un efecto de glissando "suave", probablemente querrá apuntar a 20 pasos por semitono. En el extremo inferior del espectro, un cambio de semitono sería un cambio de voltios de aproximadamente 50 mV y, por lo tanto, necesitará 2.5 mV para el paso de 1/20 de un semitono. Esto implica una resolución ADC de aproximadamente 11 bits y esto es solo para un VCO de tres octavas. Ve por 16 bits si puedes.
Andy alias
He estado investigando el uso de esta biblioteca para Arduino como generador de formas de onda y luego formando / filtrando ondas usando circuitos analógicos. Realmente preferiría abstraer la generación de forma de onda de cualquier microcontrolador. Debo entender en su respuesta original, está sugiriendo usar un voltaje analógico para variar la frecuencia del oscilador digital para simular la variación analógica.
blarg
@JackDamery Puede usar cualquier medio que desee para controlar el MCU: MIDI, entrada analógica, I2C, SPI, etc. Eso depende completamente de usted y depende del aspecto del resto de su sistema. Yo, personalmente, usaría una conexión digital porque no me gusta meterme con las imprecisiones de las señales analógicas, pero lo analógico también podría funcionar.
Otro enfoque que recuerdo haber visto en el sintetizador de tablero de conexión de alguien (alrededor de 1989) pero que nunca usé personalmente fue usar un microprocesador, DAC y muestra y retención analógica cuádruple ("quash") para producir voltajes de control para cuatro osciladores lineales V / F . El procesador podría usar una tabla de búsqueda de tonos, eliminando la necesidad de un convertidor exponencial de precisión.
supercat
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Acabo de construir con éxito un VCO. Produce ondas cuadradas y triangulares, se puede controlar con voltaje (LFO, secuenciador, etc.) y es fácil de construir. Mira este artículo. El VCO está en la página 10. Aunque el esquema implica + -15V (30V), solo usé 0-9V. El IC es un LM13700 OTA (amplificador de transconductancia operacional). Las OTA se usan ampliamente en sintetizadores analógicos ya que el control de voltaje se puede realizar fácilmente. Una OTA es un tipo de amplificador operacional con algunas características adicionales. Puede construir un VCO, VCA y VCF usando estos circuitos integrados y en el artículo de Marston hay esquemas de ejemplo para los tres. OTA VCO del artículo de Ray Marston (Nuts & Volts)

alkopop79
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¡Envíame un mensaje a alkopop79 en gmail dot com! Puedo dar más detalles sobre las OTA. Recomiendo leer el libro "Circuitos IC de amplificador operacional (mini-notebook del ingeniero)" de Forest Mim. El LM13700 se puede comprar barato en Rapid Online en el Reino Unido (¡son muy caros en Ebay!). ¡Usar OTA no es tan fácil pero es mucho más divertido que los microcontroladores! Se han utilizado desde los años 70 en muchos sintetizadores.
alkopop79
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¿Qué tal algo como el AD654 ? El rango de frecuencia es de 0-500 kHz. Es sintonizable con un par RC, dondef=V10RC. Si no puede obtener el rango correcto, siempre puede hacer una división entre 10 en la salida.

Scott Seidman
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Si comienza a buscar por su cuenta, encuentro que para frecuencias bajas como esta, el mejor término de búsqueda es "Convertidor de voltaje a frecuencia", ya que VCO producirá dispositivos de frecuencia mucho más alta
Scott Seidman
Veo que hay una pequeña comunidad de construcción de sintetizadores. Pero a menudo sus diseños se basan en circuitos integrados obsoletos y fuentes de alimentación de +/- 15v. El AD564 se ve interesante. Estoy tratando de encontrar un ejemplo de esto usado como VCO.
blarg
Que es un VCO. Este IC debe hacer lo que necesita, siempre y cuando no necesite una onda sinusoidal, o algo así. Sin embargo, lea la hoja de datos cuidadosamente. Si desea un rango de entrada de 5v, parece que tendrá que alimentar con 9v. No puedo ver los límites de cuán rápido puede variar la entrada, pero hablan sobre el IC que sigue a una onda sinusoidal de 60 Hz sin problema, y ​​sospecho que seguirá mucho más rápido que eso.
Scott Seidman
Parece que la comunidad de sintetizadores es como algunas de las comunidades con las que he tratado en las ciencias, donde los circuitos fueron elaborados hace años por un talentoso (o no) estudiante de posgrado hace mucho tiempo, y luego pasaron de mentor a aprendiz como era una escritura delicada, que nunca se cambiará. ;)
Scott Seidman
El AD654 parece una parte genial, pero tiene un "error de calibración de escala completa" del 10%. No está claro qué contribuye a este error, pero lo más probable es que las variaciones de chip a chip y el envejecimiento. También hay varias páginas de la hoja de datos que analizan la calibración.
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@JackDamery: si puede sugerir un circuito VCO con rieles de suministro que no sean una buena combinación para una batería de 9V, entonces tal vez alguien pueda sugerir alteraciones para que funcione con una batería de 9V. Pero solo usted sabe cuánto significa "simple". Además, podría ser más fácil producir circuitos de alimentación que den +/- 12V de la batería de 9V, pero tenga en cuenta que la vida útil de la batería puede reducirse.

Además, ahora dice Hz / V en su pregunta y esto, no creo, es lo que necesita: necesita duplicar la frecuencia para cada paso incremental idéntico en el voltaje ingresado, es decir, 1 octava por voltio como se mencionó anteriormente. Un VCO de sintetizador que no hace esto está limitado porque no puede "mezclar" las salidas de VCO y controlarlas desde el mismo voltaje de control de entrada sin que se acumule basura en los oídos.

Andy alias
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Aquí hay un circuito que he probado sin éxito en +/- 9v usando dos baterías pp3. Me gustaría adaptarlo a 9v electro-music.com/forum/topic-41483.html
blarg
Este es un circuito lineal de Hz por voltio y no es adecuado para un sintetizador de música. Debe ser de octava por voltio, es decir, la frecuencia se duplica por cada aumento de voltios en la entrada de VCO o dicho de otra manera, cada aumento de semitono se produce por un aumento idéntico en el voltaje de entrada: a 100 Hz, un semitono más alto es 105.9Hz, el siguiente semitono más alto es 112.2Hz: el nuevo paso es 6.3Hz en comparación con 5.9Hz para el primer paso.
Andy aka
Desde entonces lo hice funcionar en +/- 12v y construí un convertidor exponencial de 1v por octava para el control. El control es proporcionado por MIDI a CV usando un Arduino con DAC IC.
blarg
@JackDamery que es tan genial Jack, ¿qué convertidor exponencial usaste?
Andy alias
Gracias Andy, solo rastrea más de 3 octavas, aunque MUY analógico. Aquí hay un clip de sonido soundcloud.com/dot Utilicé el convertidor de exposición ilustrado en la ventana inferior izquierda de este esquema, pero tuve que sustituir los transistores. electro-music.com/forum/phpbb-files/40106vco_954.png
blarg
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En términos generales, la estabilidad es un gran problema con los convertidores de octava a frecuencia de un rango de varias octavas necesarios en un instrumento musical. Hay muchos circuitos por ahí, así que abordaré solo la solución general del problema de estabilidad.

Necesita algún tipo de bucle de retroalimentación para sintonizar el oscilador en tiempo real. Podría implementarlo en un pequeño microcontrolador que mediría el voltaje de consigna de frecuencia y también contaría la frecuencia de salida del oscilador. La salida de ajuste de la MCU podría proporcionarse a través de potenciómetros digitales, o inyectarse como un voltaje en el circuito del oscilador; todo depende del diseño del oscilador.

La razón por la que llamo al oscilador "octava a frecuencia" es que implica que la relación VF es no lineal. El voltaje es proporcional al logaritmo de la frecuencia.

Reinstalar a Mónica
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Mediante el uso de una unión NPN / PNP de transistor / batería de +/- 9 voltios como fuente de referencia de corriente constante / en un divisor de voltaje resistivo escalonado igual / se puede derivar un voltaje de control preciso de 1 volt / octava. La conversión exponencial se realiza mediante los diodos / base 2 Log / o 1v / octava = 12 semitonos = 2f.

Tanto los circuitos secuenciales como Oberheim utilizaron enfoques similares. Se empleó un ADC para leer / registrar valores de los potes de control / y estas palabras digitales almacenadas como parches de programa.

Los VCO '$ / VCF' $ / VC @ '$ reales fueron Curtis Electronics Chips 3310/3320/3330 / o SEM' $, un chip menos estable utilizado en los Profetas de Revisión 1 y 2.

Los DACS se usaron para moduladores digitales / LFO $ / SAH / Arpeggiatos / Portamento / Summers, etc. Hay varias formas diferentes de hacerlo.

En primer lugar decidir / sintetizador aditivo o sustractivo? Un sustractivo opera usando VCF '$ para dar forma a las ondas / VCA' $ para controlar ADSR en ambos VCO '$ / La mayoría de los sintetizadores tempranos tenían una función para sincronizar estos osciladores de voz.

Todos se basaron en 1 voltio / octava. Un buen libro ? Aplicaciones musicales de microprocesadores ... Hal Chamberlain ... Electro Notes ...

Demasiadas fuentes para enumerar aquí. Buscalo en Google. Prueba los esquemas del profeta 5? OBXA / OB-8

Divisores de voltaje descendente / exponencial / no lineal / divisores de teclado basados ​​en transistores / 1 voltio por octava. CV de salida '$ / CV de entrada' igual @ 1v / octava. Estándar.

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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