В продолжение темы самостоятельного изготовления аналоговых и не очень синтезаторов, решил рассказать о новом опыте создания очередного аппарата.
Пример готового синтезатора NoiseLab
Это 4х голосный полностью аналоговый синтезатор, особенностью которого являются 8 генераторов шума.
Это открытый проект и ссылка на полную информацию для заказа такого набора и сборки будет в конце статьи.
Далее в статье я расскажу о его устройстве, работе и опыте проектирования и изготовления такого или подобного устройства в рамках России в сентябре 2024 года.
Ниже, я привел блок схему с устройством синтезатора (надеюсь можно будет рассмотреть)
Поскольку на борту у нас по сути 4 очень схожих между собой блока, будем рассматривать схему на примере одного из них.
По сути, каждый голос является отдельным субтрактивным синтезатором со своими раздельными настройками.
Блок-схема NoiseLab by Carlo
Вместо привычных VCO, я решил использовать по два генератора на каждый голос:
- Генератор белого шума
- Генератор металлнойза
Миксуя их между собой и изменяя частоту металлнойза можно получить уникальную звуковую основу для создания атмосферных или перкуссионных эффектов.
Я использовал достаточно классическую схему генератора белого шума, основанную на лавинном пробое нпн-транзистора.
Для корректной работы, необходим подбор транзистора, как правило шумящие транзисторы попадаются в дешевых наборах с алика.
В схеме можно заметить их два, это обусловлено лишь дополнительным посадочным местом на плате, для разных корпусов транзистора.
Для создания металлического шума, использовал 6 триггеров шмидта (CD40106), с резистором в обратной связи и конденсатором на землю.
С помощью резистора обратной связи задается частота каждого из 6 генераторов и после суммируется.
Для расчета частоты я воспользовался правилом золотого сечения, но конечно в связи с погрешностью деталей, не может быть речи о точности и эти значения очень условные.
Для изменения высоты этих генераторов я модулирую CD40106 по питанию.
Для управления этим параметром по CV, использовал один нпн-транзистор шунтированный на землю, это решение оказалось довольно простым и эффективным.
Для равномерного смешивания этих двух генераторов я использовал кроссфейд на одном ОУ.
Генераторы шума для синтезатора с блоком микшера
Далее смешанный сигнал с двух генераторов отправляется в низкочастотный фильтр (Low Pass VCF).
Он исполнен на транскондуктивном операционном усилители LM13700.
Это довольно популярная схема по мотивам фильтра KORG MS20, но на однополярном питании.
Стоит обратить внимание на светодиоды установленные в средней точке.
Заметил, что работа схемы сильно зависит от падения напряжения на этих диодах.
Обычно я использую красные 3мм светодиоды, но на некачественных деталях разброс от 1.62в до 1.75в, проведя некоторые замеры и эксперименты, я убедился, что для корректной работы, нужны диоды с падением 1.8в.
В текущей схеме использовал оранжевые диоды с падением 1.8в, показалось они выдают более яркий звук и контролируемую работу схемы.
Для управления по CV, я так же использовал нпн-транзистор, но с подтяжкой к питанию.
VCF A IN - вход является дополнительным для подключения внешнего источника звука в данный голос.
Для внутренней модуляции фильтра в схеме используются генераторы огибающих и LFO, о них я распишу далее.
VCF MS-20 Style (Фильтр низких частот) для аналогового синтезатора на однополярном питании.
Поскольку мы начали со звукового тракта, то следующим идет усилитель управляемый напряжением (VCA)
Это довольно простая схема на половинке LM13700, в зависимости от тока на управляющем контакте меняется коэффициент усиления, благодаря чему мы можем управлять громкостью с помощью напряжения.
Особенностью этой схемы является подтяжка к земле выходного буфера, через потенциометр громкости голоса.
Будьте внимательным при использовании этой схемы в своих устройствах, без потенциометра на выходе она не будет работать.
VCA (Усилитель управляемый напряжением) для синтезатора с однополярным питанием на LM13700.
Для управления фильтром (VCF) и громкостью (VCA), используются раздельные генераторы огибающей.
Схематически они идентичны, кроме потенциометра глубины (Depth) на фильтре.
Это максимально простая схема на сдвоенном ОУ.
Потенциометрами ограничивается тока заряда и разряда конденсатора C29/C32.
Его емкость отвечает за время работы огибающей, чем больше емкость, тем больше время заряда/разряда.
На выходе стоит ОУ в режиме повторителя напряжения.
Транзистор для подкачки тока для равномерного свечения диода.
Envelope (Генераторы огибающих) для управления VCF и VCA синтезатора NoiseLab
Но есть особенность.
Голоса группированы по два и втором модуляция фильтра (VCF) происходит от LFO.
В данном LFO две формы волны, ее выбор организован потенциометром смешивает между собой треугольник и квадрат.
LFO (Генератор низкой частоты) для модуляции фильтра (VCF) синтезатора
На самом деле, это не весь звуковой тракт и далее группа из двух голосов отправляется к дилей.
Это классическая схема дилея на PT2399.
Из особенностей, я использую входной буфер, как сумматор с двух голосов.
А так же управление скоростью дилея по CV, оно так же просто сделано через нпн-транзистор, с подтяжкой на землю.
Схема дилея на микросхеме PT2399 с CV входом для управления скоростью.
Далее уже с двух дилеев сигнал замешивается на выходе через активный сумматор с мастер громкостью.
Выходной микшер/буфер (который не запустился и в последствии будет удален)
В качестве ручного управления огибающими, используется два логических сенсорных датчика.
Они соединены между собой.
Один подключен непосредственно к входам огибающих, второй же выбирает решим работы первого (с фиксацией или без)
Это простой емкостный датчик TTP223, емкостью конденсатора можно подстроить его чувствительность.
Схема сенсорных датчиков TTP223 с двумя режимами работы.
По схеме вроде разобрались, давайте по проектированию.
В целом, вопросов по схеме было не много, но получив неудачный опыт по созданию устройств без прототипов (обязательно когда нибудь напишу об этом), решил не рисковать и собирать для начала на макетной плате все основные блоки, чтоб проверить работоспособность.
Процесс сборки прототипа на макетной плате.
Параллельно этому, я вносил правки в уже нарисованную схему и рисующуюся плату на ходу, основываясь на коррективах макетной платы.
Убедившись, что все работает и перенеся правки, я вернулся в easyeda.
Схема вышла довольно большая, но я разделил ее на одинаковые блоки, для удобства чтения.
Нет возможности прикрепить здесь PDF, но я обязательно опубликую отдельным файлом.
Общая схема синтезатора, разбитая по функциональным блокам.
Для сокращения время разработки, одновременно прототипировал на макетной плате, вносил с нее правки в схему и сразу обновлял будущую плату, которая была частично готова к этому моменту.
Это устройство предусматривает формат "бутерброда", так что платы по факту три.
На основной плате расположен весь звуковой тракт, управление и индикация.
По сути она и является всем синтезатором и можно пользоваться только ей, если организовать управление с внешних контроллеров.
Вид основной платы в программе EasyEda
На плате-панеле расположились сенсоры и питания для них, я специально решил максимально разгрузить ее и перенести как можно больше деталей на основную плату.
Для сенсорных датчиков TTP223 обязательным условием является отсутствие земляного полигона под ними, поэтому он не равномерный по всей плате
Вид платы-панели с сенсорными датчиками.
И нижняя плата, она является по сути крышкой, но задумана как плата для расширений, модов или исправлений ошибок.
На ней расположена макетная плата и площадки под дополнительные джеки 3.5мм, для модификаций и расширения функционала.
Вид нижней платы-крышки с макетной платой и дополнительными посадочными местами под гнезда.
После оформления плат и создания гербер файла, я отправился на поиски производителя печатных плат.
В рамках санкций, стоимости, сроков доставки и возможность оплаты, остановился на сервисе:
nextpcb.com
Впечатления довольно смешанные от работы сервиса, очень много согласований и просьб доплатить за работу, но если отказаться от них, все приходит так же как и было в заказе.
Заказ плат мне обошелся в 84 доллара, с учетом скидки (около 8000р на момент оплаты)
Отдельно хочется отметить их собственный софт для проверки корректности плат.
https://www.nextpcb.com/dfm
Очень подробно показывает спорные моменты с подробным объяснением с какими трудностями столкнуться китайцы при изготовлении каждого из этих элементов.
Так же можно короткую сводку получить с примерами в пдф файле.
Скрин из отчета HQDFM с подробной информацией о возможных проблемах.
По поводу деталей не вижу смысла особо расписывать, заказ у проверенных магазинов с которыми работал раньше на али.
Вы наверняка уже столкнулись с проблемой заказа электронных комплектующих, но на момент заказа деталей, все еще действовала одна лазейка, так что залетел в последний вагон.
Спустя примерно месяц ожиданий, весь набор плат и комплектующих был получен:
Я не заказывал трафареты и всю пайку планировал провести обычным паяльником.
Это довольно легкий процесс при использовании удобного оборудования.
Для этих целей я взял:
- Жало типа "К" (Топориком)
- ТАГС (флюс, выбор стал именно на него так как легко отмывается в теплой воде)
- Точный маленький пинцет
- Припой 0.6мм с флюсом для пайки выводных элементов (потенциометры/светодиоды)
В целом это минимальный набор для более менее комфортной пайки смд компонентов.
Так же я использую в проектировании довольно крупный типоразмер "1206".
Они практически идентичны размеру например выводных резисторов на 0.125вт, так что паять их руками обычно не составляет труда даже начинающим.
Как правило я начинаю с микросхем и транзисторов, а далее перехожу резисторы, конденсаторы и тд.
Процесс пайки печатных плат
Полная сборка в ручную, обычным паяльником и пинцетом заняла два довольно плотных вечера.
Сама по себе сборка оказалась довольно простой и комфортной.
Естественно не обошлось и без трудностей, при первом включении не получил никакого звука.
Отказался работать выходной микшер/буфер.
Оценив его схему, было решено, что проблема в контрафактном ОУ.
Несмотря на неудобное расположение, я все таки замел его на более качественный, изменений к сожалению не последовало.
Разбираться в проблеме, я конечно же не стал, а вооружившись парой резисторов 0.25вт, сделал пассивный сумматор на выход.
Решение оказалось рабочее, освободившееся место планирую использовать для дип-переключателя разных режимов коммутации.
Так же я промахнулся с выбором посадочного места под шлейф, подходящего не нашел в скором доступе, так что решил кинуть проводам, благо шаг посадочного места 2мм и припаять провод не составило труда.
Не используемый блок (не нужно запаивать)
По итогу я получил уникальный инструмент с необычным звучанием, для создания звуковых спецэффектов, перкуссии и прочего саунд-дизайна.
Готовый NoiseLab by Carlo
В этот раз я предусмотрел CV/GATE входы на панели сверху и не прогадал.
Данный инструмент прекрасно дружит с различными секвенсорами и внешними контроллерами, расширяя возможности до абсолютно другого уровня.
NoiseLab by Carlo вместе с Arturia Beatstep Pro
В будущем обязательно запишу видео работы и отдельно опубликую.
По ссылке можно открыть целиком проект, посмотреть плату, схему и внести свои корректировки.
NoiseLab by Carlo - Analog PolyNoise Synth
Следить за новостями можно здесь:
- Блог в ВК
- Блог в ТГ
Пообщаться, узнать подробнее здесь:
- Чат "Сборка Онлайн"
- Чат "Кружок"
В ТГ чате кстати часто записываю кружочки с работой приборов.
По вопросам предзаказа готового синтезатора или кит-набора для сборки в личку:
- Евгений Карло
Поддержать не только лайком, но и монетой можно здесь:
- Поддержка монетой.
Если есть какие то ошибки, пожалуйста, обратите на них внимание, обязательно исправлю.
Всем любви и музыки!
