Модульный синтезатор своими руками

Автор: | 12.03.2024

Идея в том, чтобы разработать и собрать электронный синтезатор с некоторыми функциями, эффектами и т.д. Это мой старый школьный проект, и я переделал и изменил его. Это интересно.

В интернете есть много схем любительских синтезаторов. Большинство основано на 555 или какой — то схеме генератора. Ограничение таких решений в том, что такая схема генерирует только один тон одновременно. Чтобы играть реальные аккорды, необходимо нажимать несколько клавиш одновременно, соответственно получая несколько тонов одновременно. То есть, для 12 тонов, необходимо 12 генераторов частоты. Если клавиатура имеет 48 клавиш, то требуется 48 генераторов тонов.

Спасением может быть логическая CMOS микросхема 4060. 4060 представляет собой 14 канальный двоичный счётчик/делитель со сквозным переносом и генератор. Блок схема внутренних функций 4060 из даташита выглядит так. Выход Qn является n-ным значением счетчика, представленным как 2^n, например Q4 2^4 = 16(1/16 тактовой частоты) и Q5 2^5 = 32 (1/32 тактовой частоты).

О частотах хроматизмов можно прочесть здесь

Масштабы октав связаны. Первая октава C1 (16.3Hz) составляет половину второй октавы C2 (32.7Hz) и так далее. Микросхема 4060 может разделить их тактовую частоту через Qn выходы. Нам понадобится 12х4060 генераторов тона, и будет поддерживаться 7 октав(12×7 = 96 тонов, бинго).

Таким образом, первоначальный проект такой. Конструкция состоит из 12×4060 генераторов тона, dsPIC для звуковых эффектов и контроля, усилителей.

music33 1 Домострой

На первой схеме показаны генераторы тона 4060. Тактовая частота может быть рассчитана по формуле f = 1 / (2xPixR2xC1). Я планирую использовать 4 октавы (48 тонов) начиная с С3 (130Hz) до B6 (1975Hz). Вы можете сами выбрать требуемые величины. Я подготовил схему с 6 выходным тонам.

music33 2s Домострой

Следующие схемы являются простым блоком питания 7805 и усилителем LM386. Ничего особеннного.

music33 3 Домострой

music33 4 Домострой

Первый шаг заключается в подготовке физических кнопок и ПП. Кнопки взяты от клавиатуры выброшенной китайской игрушки. К сожалению, в игрушке использовались матричные кнопки. Я также сделал ПП для кнопок.

music33 5 Домострой

music33 6 Домострой

Подготовленная плата для кнопок с оригинальным размером кнопок:

music33 7 Домострой

music33 8 Домострой

Схемы и провода:

music33 9 Домострой

Первоначальная сборка закончена.

music33 10 Домострой

Для настройки частоты я использовал свой Nexus 7 и приложение-тюнер gStrings. Спасибо разработчику за такое полезное приложение. Необходимо настроить только одну октаву. Когда C3, C4 или любая другая нота настроена, остальные настроятся автоматически из-за делителя частоты.

music33 11 Домострой

Наконец, после выходных и большого количества кофе, первая фаза проекта получилась такой:

music33 12 Домострой

music33 13 Домострой

Следующие шаги:
-Вы можете заметить пустое пространство между платами. Да, это место для звуковых эффектов и контроля dsPIC.
-Также мне нужно сделать верхнюю крышку.

Мысли:
— Кнопки не такие мягкие, как оригинальная клавиатура. Необходимо найти более подходящее решение для конечного варианта устройства.
— Усилитель на LM386 не сочетается с тонами. Я заметил некоторые искажения при низком уровне громкости. Позже я заменю его на подходящий стерео усилитель. Я хочу иметь левые и правые октавы с разделенными эффектами и звуковым выходом.

datasheet Домострой

dorogi Домострой

lefttb Домострой

01 Домострой

02 Домострой

left t f Домострой right t f Домострой
01 Домострой

В функциональный состав синтезатора входят:

  • делитель напряжения;
  • генератор низкой частоты(ГНЧ);
  • тон-генератор;
  • генератор шума(ГШ);
  • блок регистровых делителей(регистры);
  • фильтр НЧ/ВЧ;
  • усилитель управляемый напряжением(УУН);
  • коммутатор;
  • внешний вход;

02 Домострой

Делитель напряжения используется для питания микросхем 5 Вольт, в схеме тон-генератора и регистровых делителей.

Расчёт сопротивление производится по формуле:

03 Домострой

04 Домострой

R1 = 820 Ом; R2 = 4,7 кОм; R3 = 820 Ом;

R4 = 4,7 кОм; R5 = 820 Ом; R6 = 4,7 кОм;

R7 = 47 кОМ; R8 = 8,2 кОм; R9 = 8,2 кОм;

R10 = 910 кОм; R11 = 8,2 кОм; R12 = 8,2 кОм;

C1 = C2 = C3 = C4 = C5 = 4,7 мкФ 10В; C6 = 0,1 мкФ;

VT1 = VT2 = VT3 = КТ315;

Резисторами R2, R4, R6 изменяют частоту генератора.

Резисторы R2, R4, R6, могут быть расположены как каждый отдельно, или могут быть спарены, так как показано на схеме:

05 Домострой

Также можно применит трёхсекционный переменный резистор(если такой имеется, ха))).

06 Домострой

R1 = 22 кОм; R3 = 1 кОм; R4 = 100 кОм;

C1 = C2 = C3 = 0,5 мкФ;

Колличество R2.n и S3.n зависит от колличества клавиш. R1 используется для опускания частоты генератора, при нормальной игре он должен быть в верхнем положении(R=0). Резистор R1 лучше всего применят ползункового типа и разместить в крайней левой части корпуса синтезатора.

Резистор R4 регулирует глубину частотной модуляции.

Переключатели S1 уменшает частоту в 2 раза. Переключатель S2 повышает частоту в 2 раза, если S1 находится в разомкнутом положении.

07 Домострой

R1 = 82 кОм; R2 = 430 кОм; R3 = 220 кОм;
C1 = 0,1 мкФ; VD1 = КС168А;

Резистор R3 регулирует уровень выходного сигнала.

08 Домострой

R1 = R3 = R5 = R7 = R9 = 430 кОм;

R2 = R4 = R6 = R8 = R10 = 4,7 кОм;

DD1 = DD2 = К155ТМ2;

выв. 14 DD1, DD2 = +5 Вольт;

выв. 7 DD1, DD2 = -5 Вольт;

Резисторами R2, R4, R6, R8, R10, производят плавную регулировку уровня регистров 1′, 2′, 4′, 8′, 16′, соответственно.

09 Домострой

R1 = 33 кОм; R2 = 82 кОм; R3 = 22 кОм;

R4 = 470 кОм; R5 = 1 кОм; R6 = 47 кОм;

R7 = 430 кОм; R8 = 47 кОм; R9 = 430 кОм;

R10 = 47 кОм; R11 = 47 кОм; R12 = R13 = 1 кОм;

C1 = 0,1 мкФ; C2 = 1000 пФ; C3 = 3000 пФ;

C4 = 0,1 пф; C5 = 3000 пФ; C6 = 0,1 мкФ;

VT1 = VT2 = VT3 = КТ315;

Резистрор R5 регулирует уровень резонанса. ВНИМАНИЕ, При малом сопротивлении R5, начинается самовозбуждение фильтра на высших частотах.

Резисторы R8, R10 производят регулировку по низким частотам. В разрывы схемы желательно поставить резисторы сопротивлением по 100 Ом.

Резистор R6 производит регулировку по высоким частотам, а резистор R11 служит для глубины модуляции по высоким частотам.

Усилитель управляемый напряжением:

10 Домострой

R1 = 24 кОм; R2 = 22 кОм; R3 = 3 кОм;
R4 = 4,7 кОм; R5 = 2 кОм; R6 = 100 кОм;
C1 = 0,1 мкФ; C2 = 4,7 мкФ; C3 = 0,1 мкФ;
VT1 = КТ315;

Резистор R6 регулирует глубину амплитудной модуляции.

11 Домострой

Переключение функциональных узлов осуществляется с помощью перемычек(в моём случае), вы можете использовать другой способ коммутации, например с помощью переключателей ил иразьёмов. я использовал перемычки от переключателя диапозонов телевизора.

Ещё немаловажным условием является, то чтобы перемычки легко достовались и вынимались, чтоб несоздовать неудобства во время игры.

Коммутатор можно разместить в правой части корпуса синтезатора.

12 Домострой

Резисторы также могут быть спарены, так как в моей конструкции.

Примеры звучания(АМ, фильтр, регистры, шум):

» data-medium-file=»https://i1.wp.com/sergeitrunov.ru/wp-content/uploads/2019/02/maxresdefault-2.jpg?fit=200%2C113&ssl=1″ data-large-file=»https://i1.wp.com/sergeitrunov.ru/wp-content/uploads/2019/02/maxresdefault-2.jpg?fit=480%2C270&ssl=1″ src=»https://i2.wp.com/sergeitrunov.ru/wp-content/uploads/2019/02/maxresdefault-2.jpg?resize=480%2C270″ alt=»модульный синтезатор своими руками» />

Думаю, многие, кто увлекается радиолюбительством ни раз ловили себя на мысли сделать модульный синтезатор своими руками или просто определённый блок, который обрабатывал бы звук именно так, как задумал автор. У этой идеи есть 2 подхода: 1) стать профессиональным радиоэлектронщиком самостоятельно с «нуля» в процессе домашнего самообучения; 2) создавать «методом тыка» с помощью DIY-синтезаторов (тут можно выделить две категории – аналоговый и цифровой подход). Мы рассмотрим подробно оба направления!

Часть 1: Стать профессиональным радиоэлектронщиком с «чистого листа».

Я сам увлекаюсь радиоэлектроникой с детства – это привил мне мой папа – профессиональный телемастер (сейчас уже гл. энергетик и завхоз Троицкой центральной больницы в Москве). Уже в 12 лет я травил платы со своей первой цветомузыкой и не плохо разбирался в схемах, хотя не знал назначения многих компонентов и того, как они действуют. Не докончив университет по специальности инженер автоматизации технических процессов, где также учёба была постоянно связана с электроникой, но поступив в колледж на электрика, а после его окончания – заново в университет по специальности инженер-электрик – у меня скопился довольно богатый опыт, а лучше даже скажу — план-программа того, как подтянуть человека с «полного нуля» до хорошего базового уровня знаний основ электротехники и радиоэлектроники. Учась в университете, мне приходится прибегать к ней часто – как старосту группы, меня иногда просят объяснить какой-либо предмет, но мне проще человеку дать поэтапный список шагов, которые ему помогут восполнить пробелы и понять суть.

Чего же касается радиоэлектроники, то в мою план-программу входит самые лучшие книги, конспекты и обучающие видео, которые методом тщательного отбора взяты из интернета. Программа рассчитана именно для тех, кто вообще не знаком с радиоэлектроникой и даже не помнит школьный курс физики и математики, но хочет посвятить свою жизнь паянию синтезаторов и примочек, а самое главное к их конструированию! Но изучать её надо строго по пунктам – от первого до последнего, не перепрыгивая (если, конечно, вы уже знаете что-то из этого, то такой манёвр разрешителен), чтобы стать профессиональным радиолюбителем-инженером. Рассмотрим по пунктам:

Этап первый: базовые знания — физика школьного курса, «алгебра и начала анализ».

Знание физики и математики — это бесценно! Ни один генератор или фильтр вы не сможете создать, если не будете знать высшую математику и физику (я конечно пугаю, их расчёт довольно таки прост…но что-то вы должны знать, к примеру матрицы, комплексные числа и дифференцирование). Поэтому нужно начинать именно с этого. Если вы их не любите значит у вас был скучный учитель. Но преподаватели преподавателям рознь. Самый лучший «физик школьного курса» — это Павел Андреевич Виктор из Ришельевского лицея — заслуженный учитель Украины, кандидат физико-математических наук:

Конечно, можно пройти весь курс, так как он объясняет просто изумительно, но на это уйдёт много времени. Поэтому начните чисто с электродинамики. Обязательно заведите тетрадь, чтобы делать конспект – это очень важно для запоминания. Если вы каждый день будете «проходить» по одному ролику, то через два месяца будете знать в совершенстве базис. Не думаю, что есть кто-то в ютубе, кто лучше его объясняет физику.

При этом попутно начинаем читать книгу Виктор Борисов «Юный радиолюбитель» — это обязательно! С ней я провёл своё детство и считаю её отличным «вступлением» в радиоэлектронику.

модульный синтезатор +своими руками

" data-medium-file="https://i2.wp.com/sergeitrunov.ru/wp-content/uploads/2019/02/5086635_sbig.jpg?fit=109%2C150&ssl=1" data-large-file="https://i0.wp.com/sergeitrunov.ru/wp-content/uploads/2019/02/5086635_sbig.jpg?fit=363%2C500&ssl=1" src="https://i0.wp.com/sergeitrunov.ru/wp-content/uploads/2019/02/5086635_sbig.jpg?resize=363%2C500" alt="модульный синтезатор +своими руками" />

По поводу алгебры и начала анализа, то я вам советую начать читать такую интересную книгу Каганов М. И. «Абстракция в математике и в физике», которая во-первых, привьёт вам любовь к данном предмету (если у вас её нет), а во вторых вы вспомните некоторые основы математики. Книга очень интересная, так как повествует от том, чем вообще занимаются математики и в какие «дебри они залезли». После того как вы её прочитаете (достаточно только раздел математики), можно приступать к изучению «алгебры и начала анализа». В принципе, для этого подойдет учебник Алимов А.Ш, Колягин Ю.М. и др. «Алгебра и начала анализа», как по мне – один из самых лучших и понятных.

12522676 Домострой

Второй этап: продвинутые знания — высшая математика и основы электротехники и радиоэлектроники.

Высшая математика очень легко изучается с помощью самого лучшего конспекта по ней — Д. Т. Письменный «Высшая математика. Конспект лекций. Полный курс» — даже самые полные троечники в школе будут знать матан как минимум на твёрдую четвёрку – это 100% подтверждено практикой. Просто шикарная книга, в которой всё разжёвано до мелочей и очень понятным языком.

Теперь основы электротехники. Изучаем Н.Н. Гусев «Электротехника и основы промышленной электроники». Оттуда берём умение вычислять токи методом Киргофа, методом контурных токов, построение потенциальных диаграмм, векторная диаграмма токов, отображение токов в комплексной плоскости. В принципе этого достаточно.

image003 Домострой
ORCad

С этого момента закупаемся программой ORCad (или как вариант — NI Multisim) и начинаем проектировать простые схемы из «основ электротехники» и «юный радиолюбитель». Попутно изучая Виктора Акуленко «OrCAD для чайников» (г. Тюмень) и Кеоун Дж. «OrCaD Pspice. Аналих электрических цепей».

Третий этап: радиоэлектроника.

После того, как вы прошли два предыдущих этапа – время перейти к изучению радиоэлектроники. Здесь нам поможет такой канал на ютубе как «Электротехника и электроника для программистов»:

Это самый лучший канал по радиоэлектроники на просторах ютуба – лучше его нет в принципе. Там полный курс того, что нужно знать для создания электроники любой сложности. Но синтезаторы я не отнёс бы к электроники сложного уровня, скорее среднего, а иногда даже – малого.

Кроме этого желательно прочитать книгу создание Грэм Д «Проектирование и применение операционных усилителей» и Цыкина А.В. «Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты».

Читайте также  Механизм книжка для шкафа

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *