¿VCO para sintetizador V/Octava y suministro de batería?

Ha sido un sueño mío construir un sintetizador analógico durante algunos años.

En este tiempo, construí 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 diseños de VCO que he encontrado en Internet son bastante complicados de construir y requieren una fuente de alimentación de +-12v. Aquí hay un ejemplo de uno diseñado para funcionar con dos baterías de 9v invertidas.

VCO de 358 V/Hz

Lo que busco es un diseño simple, no una gran cantidad de componentes, respuesta de frecuencia V/Octava y alimentado por CC desde una batería (o dos) (con un rango de frecuencia de audio entre 20 Hz y 12,5 kHz).

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

¿Qué rango de frecuencia? Mencionar 555 implica que estás hablando de kHz, no de MHz, pero nunca lo dices.
rango de frecuencia de audio. acaba de editar la pregunta para incluir esto.
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 bastante 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?
Bueno. Preferiría mantenerlo generado analógicamente. Tal vez debería actualizar la pregunta a una respuesta lineal hz/v.
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. Yo consideraría enfoques digitales.
Bueno, lo quiero dentro de ese rango. No es necesario abarcarlo todo. Tal vez solo 3 octavas.
@JackDamery: ¿mediste qué tan lineal era el circuito 358? Para la música (sintetizador analógico), debe ser muy lineal porque no puede permitirse el lujo de tener no linealidades superiores a (digamos) 1 quinto de semitono. Entonces, si ingresa 1.000 V para obtener (digamos) 500 Hz, esperaría ver 1000 Hz +/- 10 Hz al ingresar 2.000 V. Un cambio de 10 Hz en 1000 Hz es aproximadamente una quinta parte de un semitono, pero algunas personas esperarían tal vez una décima parte de un semitono (lo haría). Creo que el circuito LM358 con refinamientos es lo mejor que podrías obtener dado que dijiste que no querías que fuera complicado de construir.
@Andyaka No, desafortunadamente no lo hice como hace 3 años cuando era aún más novato en EE. He estado leyendo este libro www-personal.umich.edu/~damont/Klein1982.pdf tratando de aprender más sobre los circuitos de sintetizador. Dice que los vcos son generalmente un convertidor exponencial seguido de un oscilador controlado por corriente y luego un circuito de conversión de forma de onda. Parece que tengo más que aprender.
@JackDamery: buen enlace, amigo. El convertidor exponencial puede ser engañoso: si tiene una salida que se rige por voltios (entrada) por octava (salida), eso ha superado el problema de mantener dos VCO en "armonía" musical cuando ambos se alimentan del mismo voltaje de entrada.
@JackDamery: el nuevo circuito que ha agregado sigue siendo un circuito lineal de Hz por voltio; no puede usar esto para un VCO en un sintetizador; tiene que ser octava / voltio.

Respuestas (6)

Hay razones por las que los sintetizadores analógicos están en gran medida obsoletos hoy en día, y la principal es que hacer un buen VCO que se mantenga sintonizado en una amplia gama de voltajes y temperaturas es muy difícil. Sugiero un enfoque alternativo e híbrido.

Use un microcontrolador simple, ya sea con el DAC incorporado o el 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 hacer funcionar la MCU con un oscilador de cuarzo o XTAL real y no con el oscilador interno. El oscilador interno no es lo suficientemente preciso para mantener las cosas en sintonía.

Lo bueno de este enfoque es que puede generar fácilmente 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 mayor atractivo en el mercado, al menos hasta que tengamos el poder de procesamiento para hacerlo completamente en el dominio digital.

Gracias por esta respuesta informativa. Este enfoque es muy atractivo, ¿quizás podría obtener un sonido similar al Korg DW8000? Creo que el nivel de dificultad, la pronunciada curva de aprendizaje y la imprevisibilidad son parte del atractivo de construir un sintetizador analógico.
@JackDamery: si sigue este camino, 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 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.
He estado investigando el uso de esta biblioteca para Arduino como generador de formas de onda y luego formando/filtrando ondas usando circuitos analógicos. Sin embargo, realmente preferiría abstraer la generación de formas de onda de cualquier microcontrolador. ¿Debo entender en su respuesta original que está sugiriendo usar un voltaje analógico para variar la frecuencia del oscilador digital para simular la variación analógica?
@JackDamery Puede usar cualquier medio que desee para controlar la MCU: MIDI, entrada analógica, I2C, SPI, etc. Eso depende completamente de usted y depende de cómo se vea el resto de su sistema. Yo, personalmente, usaría una conexión digital porque no me gusta meterme con las imprecisiones de las señales analógicas, pero las analógicas también podrían funcionar.
Otro enfoque que recuerdo haber visto en el sintetizador de tablero de conexiones de alguien (alrededor de 1989) pero que nunca usé personalmente fue usar un microprocesador, DAC y una muestra y retención analógica cuádruple ("anulación") para producir voltajes de control para cuatro osciladores V/F lineales. . El procesador podría usar una tabla de búsqueda de tonos, eliminando la necesidad de un convertidor exponencial de precisión.

Acabo de construir con éxito un VCO. Produce onda cuadrada y triangular, se puede controlar con voltaje (LFO, secuenciador, etc.) y es fácil de construir. Echa un vistazo a 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 operativa). Los OTA se usan ampliamente en sintetizadores analógicos, ya que el control de voltaje se puede realizar fácilmente. Una OTA es una especie de amplificador operacional con algunas características adicionales. Puede construir un VCO, VCA y VCF utilizando 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)

¡Envíame un mensaje a alkopop79 en gmail punto com! Puedo dar más detalles sobre las OTA. Recomiendo encarecidamente leer el libro 'Circuitos IC de amplificador operacional (mini-portátil de 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.

¿Qué tal algo como el AD654 ? El rango de frecuencia es 0-500kHz. Es sintonizable con un par RC, donde F = V 10 R C . Si no puede obtener el rango correcto, siempre puede dividir por 10 en la salida.

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
Veo que hay una pequeña comunidad de construcción de sintetizadores. Pero a menudo sus diseños se basan en circuitos integrados obsoletos difíciles de obtener y fuentes de alimentación de +/- 15v. El AD564 parece interesante. Estoy tratando de encontrar un ejemplo utilizado como VCO.
Es un VCO. Este IC debería hacer lo que necesita, siempre que no necesite una salida de onda sinusoidal, o algo así. Sin embargo, lea la hoja de datos cuidadosamente. Si desea un rango de entrada de 5v, parece que necesitará alimentación con 9v. No puedo ver los límites sobre qué tan rápido puede variar la entrada, pero hablan de que el IC sigue una onda sinusoidal de 60 Hz sin problemas, y sospecho que seguirá mucho más rápido que eso.
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 algún estudiante graduado talentoso (o no) hace mucho tiempo, y luego se entregaron de mentor a aprendiz como era una escritura delicada, que nunca se cambiaría. ;)
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 se trate de variaciones y envejecimiento de chip a chip. También hay varias páginas de la hoja de datos que analizan la calibración.
@JackDamery Aunque obviamente desea mantenerse alejado de los IC obsoletos y difíciles de obtener, los suministros duales de +/- 15V son una buena idea en audio.
@DavidKessner, el 10% no es tan grande en comparación con la tolerancia de límite y, si fuera importante, se puede recortar con un potenciómetro en un amplificador de entrada. Sin embargo, la linealidad es bastante buena.
@ScottSeidman Sí, se puede recortar. Más concretamente, debe ser recortado. Lo cual no es un problema con una versión de microcontrolador.

@JackDamery: si puede sugerir un circuito VCO con rieles de suministro que no son una buena combinación para una batería de 9V, entonces tal vez alguien pueda sugerir modificaciones para que funcione con una batería de 9V. Pero solo tú sabes cuánto significa "simple". Además, podría ser más fácil producir circuitos de alimentación que proporcionen +/-12 V de la batería de 9 V, 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, sea lo que necesita: debe 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 en el sentido de que no puede "mezclar" las salidas de VCO y controlarlas desde el mismo voltaje de control de entrada sin ensuciarse los oídos.

Aquí hay un circuito que probé sin éxito en +/- 9v usando dos baterías pp3. Me gustaría mucho adaptarlo a 9v electro-music.com/forum/topic-41483.html
Este es un circuito lineal de Hz por voltio y no es adecuado para un sintetizador de música. Debe ser una octava por voltio, es decir, la frecuencia se duplica por cada aumento de voltios en la entrada del VCO o dicho de otro modo, cada aumento de semitono se produce por un aumento idéntico en el voltaje de entrada: a 100 Hz, un semitono más alto es 105,9 Hz, el siguiente semitono más alto es 112,2 Hz; el nuevo paso es 6,3 Hz en lugar de 5,9 Hz para el primer paso.
Desde entonces, lo tengo funcionando en +/- 12v y construí un convertidor exponencial de 1v por octava para el control. El control lo proporciona MIDI a CV usando un Arduino con DAC IC.
@JackDamery, eso es genial, Jack: ¿qué convertidor exponencial usaste?
Gracias andy, solo rastrea alrededor de 3 octavas, aunque MUY analógico. Aquí hay un clip de sonido soundcloud.com/dot Usé el convertidor expo ilustrado en la ventana inferior izquierda de este esquema, pero tuve que reemplazar los transistores. electro-music.com/forum/phpbb-files/40106vco_954.png
Buen conector de sonido en la cara: ¿entonces eres música?
Gracias, el único filtro es la parte silenciosa al final donde lo pasé por un Monotron. Sí, soy yo. ¿También construyes sintetizadores?
@JackDamery Si haces clic en mi perfil, te llevará a mi sitio web de música o simplemente busca en Google a James Oakwood. Pop semi-convencional, rock, jazz y blues son mis cosas. Lo toco todo, ¡pero construí cosas de sintetizador en los años 70!

En términos generales, la estabilidad es un gran problema con los convertidores de octava a frecuencia de un rango de varias octavas necesario en un instrumento musical. Hay muchos circuitos por ahí, por lo que solo abordaré 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 del punto de ajuste 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 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 no es lineal. El voltaje es proporcional al logaritmo de la frecuencia.

Mediante el uso de un transistor NPN/unión PNP/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 voltio/octava. La conversión exponencial la hacen los diodos / base 2 Log / o 1v/ octava = 12 semitonos = 2f.

Tanto Sequential Circuits como Oberheim utilizaron enfoques similares. Se empleó un ADC para leer/registrar valores de los potenciómetros de control/y estas palabras digitales se almacenaron como parches de programa.

Los VCO'$ / VCF'$ / VC@'$ reales eran chips de Curtis Electronics 3310/3320/3330 / y/o SEM'$, un chip menos estable utilizado en las revisiones 1 y 2 de Prophets.

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

Antes que nada, decida / ¿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 primeros sintetizadores 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. Pruebe los esquemas de Prophet 5 ? OBXA / OB-8

Divisores de voltaje de arriba hacia abajo / exponenciales / no lineales / divisores de teclado basados ​​en transistores / 1 voltio por octava. Salida CV'$ / Entrada CV' mismo @ 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

¿VCO para sintetizador V/Octava y suministro de batería?
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