안정적인 멀티 바이브레이터 회로 체인으로 구축 된 음악 신시사이저가 몇 시간 후에 "조정 불능"상태가되는 이유는 무엇입니까?

나는 출력이 오디오 증폭기 칩 (LM386)과 스피커에 연결되어 9V DC 배터리로 전원이 연결된 13 개의 불안정한 멀티 바이브레이터 회로 체인을 사용하여 프로토 타입 키보드 / 사운드 신시사이저를 제작했습니다.

각 개별 회로는 특정 저항 값과 직렬로 연결된 미세 조정 트림 팟을 변경하여 뮤지컬 옥타브 (C5, C #, D 등 최대 C6)에서 13 개 주파수 중 하나로 조정됩니다. 야구장 주파수.

발진은 당신이 볼 수있는 고전적인 BJT 불안정한 멀티 바이브레이터이다 여기에 그림 1 과 어떤이의 설명 글 .

프로토 타입은 짧은 기간 (최대 하루) 동안 올바르게 튜닝 상태를 유지합니다.

여기가 어떤 소리인지들을 수 있습니다. (0:49 초에 시작하는 것이 안전-Wadsworth 의 상수 ;)

내가 이해할 수없는 것은 회로가 자발적으로 튜닝 된 것처럼 보이는 이유입니다. 즉, 하나 이상의 개별 회로가 튜닝 된 것과 다른 주파수로 끝나는 것입니다 (오 스코프 및 기준 피아노와 비교하여 확인) .

디 튜닝의 주파수 편차는 일반적으로 2-5 %이며, 이는 눈에 띄게 나타납니다 (예 : 523Hz의 C5가 540Hz 또는 510Hz로 돌아갈 수 있음). 흥미롭게도 연주 중에 디튠이 발생하지 않습니다. 그러나 몇 시간 후에 키가 더 이상 같은 소리를 내지 않습니다.

나는 원래 트리머 냄비가 기계적으로 스스로 휴식을 취하고 있다고 생각했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 트리머 포트를 교체하여 저항 값만으로 특정 주파수를 "고정"하여 설계에 변화가 없도록했습니다.

그러나 트림 팟을 고정 저항 값으로 교체 한 후에도 디 튜닝 문제가 지속됩니다.

이전 : 저항 값이 고정 된 13 키 아날로그 신시사이저

해결 : 순수한 아날로그 디자인의 과제를보다 잘 이해하기 위해 유용한 피드백, 디지털 디자인 아이디어 및 역사적 배경에 대해 감사합니다. 모든 대답은 훌륭했습니다. 나는 ToddWilcox의 대답을 받아 들였다. (a) 디 튜닝은 순수한 아날로그 디자인에서 기대되는 부분이다. (b) 아티스트는 악기를 빠르게 튜닝하는 매끄러운 방법을 확립하는 방법에있다.

즉각적인 문제를 해결하기 위해 트리머 포트 (1-2K 옴)를 설계에 다시 배치하여 각 키에 2-5 %의 조정 성을 제공했습니다. 연주를 시작할 때 13 개의 발진기를 튜닝하는 데 몇 분이 소요되며, 그 후에는 한 번에 몇 시간 동안 튜닝 상태를 유지합니다. 아래의 새 이미지를 참조하십시오.

벽에 따뜻한 새 배터리를 사용하여 실험 결과를 게시합니다. 디지털 설계 (디지털 분배기 및 / 또는 555 타이머 칩 사용)는 흥미롭고 잠재적으로 크기를 크게 압축합니다. 향후 업데이트는 프로젝트 페이지 에서 찾을 수 있습니다 .

이후 : 튜닝 기능을위한 트리머 포트 (1-2k 옴)가있는 13 키 아날로그 신시사이저

내가 이해할 수없는 것은 회로가 자발적으로 튜닝 된 것처럼 보이는 이유입니다. 즉, 개별 회로 중 하나 이상이 튜닝 된 것과 다른 주파수로 끝나는 것입니다 (로스 코프, 그런 다음 기준 피아노 사용).

다른 답변에서 언급했듯이 온도 변화.

나는 음악가로서 다음을 기반으로 한 디자인보다 100 % 아날로그 인 오실레이터의 사운드를 선호하기 때문에 여기에 답을 추가하고 있습니다.

근접 공차 결정을 기반으로 단일 고주파 발진기로 사용되는 회로. 그런 다음 디지털 카운터를 사용하여이 주파수를 스케일의 각 음표에 대해 원하는 주파수로 나눕니다.

이 스택의 EE는 과학적으로 차이를들을 수 없다고 끊임없이 언급 할 수 있습니다. 지갑에 차이가 들리지 않기를 간절히 바라지 만 말할 수는 있지만 미묘하지는 않습니다.

어쨌든, Moog Music 및 Sequential Circuits (이전의 DSI)와 같은 주요 100 % 아날로그 신디사이저 제조업체들은이 문제를 수년에 걸쳐 다른 방식으로 해결해 왔습니다. 구식 솔루션에는 사용자의 개입과 잦은 조정이 필요합니다. 오리지널 Moog Minimoog (가장 인기있는 변형 후 AKA "모델 D")에는 신호 경로의 일부가 아닌 수정 발진기 회로가 내장되어 있지만 안정적인 440Hz 톤을 생성합니다. 440Hz 크리스탈 톤을 켠 다음 키보드에서 A를 연주 한 다음 마스터 튜닝 노브를 돌려 신디사이저를 귀로 다시 튜닝합니다. 이것은 Minimoog가 (일부 기술적 개선으로 재발행 된) 단일 합성이기 때문에 실용적이었습니다. 세 개의 오실레이터 뱅크를 모두 조정하면 완료됩니다.

순차적 회로 선지자 5는 다른 것입니다. 모든 오디오 생성 및 신호 경로는 아날로그이며 표류하기 쉬우 며, 어떤 방식으로 튜닝을 위해 Minimoog와 유사한 프로세스가 사용되지만, 사용자는 수정 발진기 톤을 듣고 수동으로 아날로그 발진기를 튜닝하는 대신, Prophet 5에는 마이크로 프로세서 제어 자동 튜닝 교정 기능이 있습니다. 한 소스에 따르면 튜닝 버튼을 누른 후 약 15 초가 소요되었습니다.

Prophet 5에 자동 튜닝 시스템이 필요한 한 가지 이유는 모노 포닉 3 오실레이터 신디사이저가 아니라 각각 10 개의 오실레이터에 대해 각각 2 개의 오실레이터 5 개의 음색을 갖는 폴리 포닉이기 때문입니다. 쇼 중간에 드리프트가 발생할 수 있기 때문에 신디사이저를 재조정하는 상당히 빠른 방법이 음악가들에게 유용하도록 만들었습니다.

제가 제안한 것은 100 % 아날로그 톤을 얻기 위해 자체 발진기를 구축하는 경우 몇 가지 튜닝 메커니즘을 원할 것입니다. 발진기 설계를 사용하여 가능한 한 열적으로 안정적으로 만들려고 할 수도 있습니다.

이 길을 가고 있다면 Moog 방법으로 시작하여 신디사이저를 재조정하고 최소한 안정적인 디자인을 얻기 위해 사용할 수있는 마스터 튠 노브를 디자인하는 방법을 알고 있어야합니다. 전형적인 가정 방에서 한 시간. 그런 다음 발진기를 기준 크리스털과 전기적으로 비교하고 튜닝 노브를 자동으로 조정할 수있는 마이크로 프로세서를 촉구하는 "그라데이션"을 볼 수 있습니다.

현재 Sequential Circuits와 Moog Music은 Prophet 6 및 Model D Reissue 제품에서 실시간 마이크로 프로세서 제어 튜닝 조정 기능을 제공하며 Sequential은 마이크로 프로세서가 튜닝을 얼마나 잘 유지하는지 제어 할 수있는 추가 제어 기능을 제공하여 약간의 빈티지 효과를 얻습니다. 스타일 오실레이터가 사운드에서 표류합니다.

Prophet 5 디자인에 대한 추가 정보

Prophet 5의 오실레이터가 더 안정적으로 만들어지는 한 가지 방법은 하나의 칩에서 가능한 한 완전한 오실레이터가있는 아날로그 집적 회로를 사용하는 것입니다. 즉, 칩의 모든 구성 요소가 온도를 함께 (적어도 개별 구성 요소보다 서로 가깝게) 변경했습니다.

"온칩 온도 보상 회로"도있었습니다. 정확히 무엇이 포함되어 있는지 잘 모르겠지만, 칩 온도로 인한 실제 전압 드리프트를 가능한 한 많이 발생시키기 위해 온칩 구성 요소를 사용하는 회로 설계라고 생각합니다.

예언자 5 서비스 매뉴얼의 2-19 페이지는이 주제에서 매우 흥미 롭습니다 : https://medias.audiofanzine.com/files/sequentialcircuitsprophet-5servicemanual-text-470674.pdf

크리스털 발진기의 아날로그 온도 보상 회로 설계에 대한 흥미로운 논문을 발견했습니다. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.11.2410&rep=rep1&type=pdf

본질적으로 완전히 아날로그이며 각 발진기에서 다음과 같은 다양한 요인에 따라 주파수를 생성하는 회로를 명확하게 구축했습니다.

1. 발진기 전원 공급 장치의 전압 레벨로 변경합니다.
2. 온도에 따른 트랜지스터의 Vbe 레벨 변화.
3. 시간과 온도에 따른 저항 값의 변화.
4. 시간과 온도에 따른 커패시터 값의 변화.
5. 불안정한 발진기 구성에서 커패시터 유전체 특성의 변화.
6. 프로토 타입 근처의 물체로 인해 스트레이 회로 동작이 변경됩니다.
7. 지구에서 본 태양에 대한 달의 위치.

작동 주파수가 많이 변동되지 않는 회로를 구축하는 방법이 있습니다. 위에서 열거 한 다양한 효과를 제거하거나 취소하도록 설계되었습니다. 기존의 한 가지 방법은 정밀 공차 결정을 기반으로 단일 고주파 발진기로 사용하는 회로를 설계하는 것입니다. 그런 다음 디지털 카운터를 사용하여이 주파수를 스케일의 각 음표에 대해 원하는 주파수로 나눕니다.

디지털 회로 방식의 가치를 보여주기 위해 C5에서 C6까지 한 음표의 옥타브를 보여주는 작은 스프레드 시트를 만들었습니다. (공칭 주파수는 Google에서 찾은 차트에서 가져온 값으로 A [440] 참조의 스케일 공식을 사용하여 스프레드 시트에서 계산되지 않습니다).

22.1184 MHz (8 비트 임베디드 비즈니스에서 사용되는 공통 MCU 주파수) 의 크리스털 주파수를 사용 하면 생성 된 주파수가 원하는 공칭에 매우 가깝다는 각 음의 정수 디지털 분배 계수를 볼 수 있습니다.

언급되지 않은 또 다른 요소는 회로에 배터리 전원이 공급된다는 사실입니다.

스피커를 운전하고 있으므로 LM386을 사용하여 입증 된 바와 같이 전력 소비가 상당하며 9V 배터리는 몇 시간 동안 상당한 전압 강하를 경험합니다. 공급 전압은 발진기의 작동 주파수를 결정하는 또 다른 요소입니다.

배터리를 9V 벽면 사마귀로 교체하고 어떻게되는지보십시오.

답변 : 가열, 온도 변화 등으로 인해 부품 특성이 변경되어 디 튜닝이 발생합니다. 온도 제어 챔버에 배치하고 사용하기 전에 안정화시켜이를 최소화 할 수 있습니다.

나는 13 개의 톤을 만들기 위해 마이크로 컨트롤러를 사용하여 동일한 작업을 수행했습니다.

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

데모를 할 때 버튼이 8 개 밖에 없었습니다. PC 자체 전원 스피커를 사용하여 재생했습니다.

톤은 마이크로 초 수준의 정확도로 생성됩니다. 또한 16MHz 수정 클럭 소스를 기반으로하기 때문에 표류하지 않습니다.

uC 인 Atmega1284P에는 32 개의 IO가 있으므로 13 개의 버튼과 13 개의 출력이 직접 지원됩니다.

더 많은 메모를 원하십니까? 다른 프로세서를 추가하고 톤의 반주기가 포함 된 배열을 변경하십시오.

기본적으로 구형파를 좋아하지 않습니까? 출력에 필터링을 추가하십시오.

일반적인 RC 발진기의 주파수는 RC 시간 상수와 각 사이클에 필요한 "RC 감쇠"의 양에 의해 제어됩니다. 555 회로가 다른 많은 종류의 이완 발진기보다 안정적인 이유 중 하나는 스윙하는 전압의 비율이 관련된 트랜지스터의 특성에 상대적으로 영향을받지 않기 때문입니다. 대조적으로, 사용중인 불안정한 모노 바이브레이터는 트랜지스터의 턴온 특성에 매우 민감하며 온도에 민감합니다.

장비를 튜닝하는 데 시간이 오래 걸리고 튜닝이 진행될 때 모든 트랜지스터가 평형 작동 온도에 도달했을 것이라고 생각합니다. 기기를 끄면 트랜지스터가 냉각됩니다. 전원을 켜고 즉시 연주를 시작하면 악기를 튜닝 할 때보 다 더 차가워 지지만, 트랜지스터가 튜닝 된 온도에 도달 할 때까지 기다리면 튜닝이 원하는 수준에 가까워 야합니다. 있다,이다.

덧붙여서, 진공관 전자 오르간 I는 RC 회로보다는 조정 된 LC 회로를 사용하여 자랐습니다. 동조 LC 회로의 주파수는 주로 커패시터 및 동조 가능 인덕터의 값에 의해 제어됩니다. 적절한 크기의 튜너 블 인덕터는 아마도 대부분의 칩보다 비싸지 만 LC 회로를 사용하는 증폭 구성 요소 (각 오실레이터에 이중 트라이 액 튜브의 1/2을 사용하는 기관)의 수를 최소화하려는 경우 LC 회로를 사용하는 것이 실용적 접근법 일 수 있습니다.