ทำไมซินธิไซเซอร์เพลงที่สร้างขึ้นจากห่วงโซ่ของวงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่มีความเสถียรได้รับ“ การปรับแต่ง” หลังจากไม่กี่ชั่วโมง?

ฉันสร้างคีย์บอร์ดซินธิไซเซอร์ / เสียงต้นแบบโดยใช้โซ่ของวงจรมัลติวิเบรเตอร์แบบแอสทีอาร์ 13 อันซึ่งเอาท์พุทเชื่อมต่อกับชิพเครื่องขยายเสียง (LM386) และลำโพงทั้งหมดใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V DC

แต่ละวงจรได้รับการปรับให้เป็นหนึ่งใน 13 ความถี่ในดนตรีคู่ (C5, C #, D, และอื่น ๆ ถึง C6) โดยการปรับแต่งทริปต์ที่ปรับแต่งที่อยู่ในอนุกรมที่มีค่าตัวต้านทานที่เฉพาะเจาะจง ความถี่ของสนามเบสบอล

ความผันผวนเป็นคลาสสิก multivibrator astable BJT คุณสามารถเห็นในรูปที่ 1 ที่นี่และที่จะมีการอธิบายในเรื่องนี้บทความ

ต้นแบบยังคงอยู่ในการปรับแต่งอย่างถูกต้องเป็นระยะเวลาสั้น ๆ (ไม่เกินหนึ่งวัน)

คุณสามารถได้ยินสิ่งที่ดูเหมือนที่นี่ (ปลอดภัยที่จะเริ่มต้นที่ 0: 49s - ค่าคงที่ของ Wadsworth ;))

สิ่งที่ฉันไม่สามารถหาได้คือเหตุใดวงจรจึงดูเหมือนว่าจะได้รับการกระตุ้นตามธรรมชาตินั่นคือวงจรหนึ่งหรือมากกว่านั้นจบลงด้วยความถี่ที่แตกต่างจากที่ปรับไป (ตรวจสอบกับ o'scope และเปียโนอ้างอิง) .

ส่วนเบี่ยงเบนความถี่ของ detuning โดยทั่วไป 2-5% ซึ่งสามารถได้ยินได้ชัดเจน (เช่น C5 ที่ 523Hz อาจเดินไปที่ 540Hz หรือ 510Hz) สิ่งที่น่าสนใจคือการลดความเร็วไม่เคยเกิดขึ้นขณะเล่น แต่หลังจากผ่านไปหลายชั่วโมงปุ่มก็จะไม่เหมือนเดิมอีกต่อไป

ตอนแรกฉันคิดว่าบางทีหม้อที่กันจอนก็ผ่อนคลายด้วยตนเอง ในการกำจัดสิ่งนี้ฉันได้แทนที่หม้อทริมเมอร์เพื่อพยายาม "ล็อคใน" ความถี่ที่เฉพาะเจาะจงตามค่าตัวต้านทานเพียงอย่างเดียวเพื่อไม่ให้มีการเปลี่ยนแปลงในการออกแบบ

แต่ปัญหาการยกเลิกการจูนยังคงมีอยู่แม้จะเปลี่ยน trimpots ด้วยค่าตัวต้านทานคงที่

ก่อน: ตัวสังเคราะห์อนาล็อก 13 คีย์พร้อมค่าตัวต้านทานคงที่

การแก้ไข: ขอบคุณสำหรับข้อเสนอแนะที่เป็นประโยชน์แนวคิดการออกแบบดิจิทัลและบริบททางประวัติศาสตร์เพื่อทำความเข้าใจกับความท้าทายของการออกแบบอะนาล็อกที่บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น คำตอบทั้งหมดนั้นยอดเยี่ยม ฉันยอมรับคำตอบของ ToddWilcox เมื่อฉันได้รับจากมันว่า (a) detuning เป็นส่วนที่คาดหวังจากการออกแบบเชิงอะนาล็อกที่บริสุทธิ์ (b) ศิลปะตั้งอยู่ในวิธีที่จะสร้างวิธีการปรับจูนเครื่องมืออย่างรวดเร็ว

เพื่อแก้ปัญหาเฉพาะหน้าฉันได้ใส่หม้อแบบที่กันจอน (1-2K โอห์ม) กลับมาในการออกแบบเพื่อให้แต่ละปุ่มมีความสามารถในการปรับแต่งได้ 2-5% ใช้เวลาสองสามนาทีในการเริ่มเล่นเพื่อปรับแต่งออสซิลเลเตอร์ 13 ตัวหลังจากนั้นพวกเขาจะอยู่ในการปรับแต่งเป็นเวลาหลายชั่วโมงในเวลาเดียวกัน ดูภาพใหม่ด้านล่าง

จะโพสต์ผลการทดลองโดยใช้แบตเตอรี่หูดผนัง การออกแบบดิจิทัล (ใช้ตัวแบ่งดิจิตอลและ / หรือชิปจับเวลา 555) น่าสนใจและอาจบีบอัดขนาดได้อย่างมีนัยสำคัญ การปรับปรุงในอนาคตสามารถพบได้ที่หน้าโครงการที่นี่

หลัง: ซิงโครนัสแบบอะนาล็อก 13 ปุ่มพร้อมทริมเมอร์หม้อ (1-2k ohm) สำหรับปรับแต่งความสามารถ

สิ่งที่ฉันไม่สามารถหาได้คือเหตุใดวงจรจึงดูเหมือนว่าจะได้รับการกระตุ้นตามธรรมชาตินั่นคือวงจรหนึ่งหรือมากกว่านั้นจบลงด้วยความถี่ที่แตกต่างจากที่พวกเขาถูกปรับให้เป็น (ใช้ออสโคปและเปียโนอ้างอิง)

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามที่กล่าวไว้ในคำตอบอื่น ๆ

ฉันกำลังเพิ่มคำตอบที่นี่เพราะในฐานะนักดนตรีฉันชอบเสียงของออสซิลเลเตอร์ที่เป็นแบบอะนาล็อก 100% มากกว่าการออกแบบตาม:

วงจรที่ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่สูงที่เพิ่มขึ้นตามผลึกความทนทานต่อการปิด จากนั้นการใช้ตัวนับดิจิตอลจะใช้เพื่อแบ่งความถี่นี้ให้เป็นความถี่ที่ต้องการสำหรับแต่ละโน้ตในสเกล

EEs ในสแต็กนี้อาจแสดงความคิดเห็นไม่สิ้นสุดว่าฉันไม่สามารถได้ยินความแตกต่างทางวิทยาศาสตร์ได้ เชื่อฉันเมื่อฉันพูดว่ากระเป๋าเงินของฉันปรารถนาอย่างสุดซึ้งที่ฉันไม่สามารถได้ยินความแตกต่าง แต่ฉันทำได้และมันก็ไม่ได้บอบบาง

อย่างไรก็ตามผู้ผลิต synth synth อนาล็อกรายใหญ่เช่น Moog Music และ Sequential Circuits (DSI เดิม) ได้แก้ไขปัญหานี้ในรูปแบบที่แตกต่างกันในช่วงหลายปีที่ผ่านมา โซลูชันโรงเรียนเก่าต้องการการแทรกแซงจากผู้ใช้และการปรับจูนบ่อยครั้ง Moog Minimoog ดั้งเดิม (AKA "Model D" หลังจากตัวแปรที่ได้รับความนิยมมากที่สุด) มีวงจรออสซิลเลเตอร์คริสตัลที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางสัญญาณ แต่จะสร้างเสียง 440 Hz ที่เสถียร คุณเปิดโทนคริสตัล 440Hz จากนั้นเล่น A บนแป้นพิมพ์แล้วหมุนลูกบิดปรับแต่งหลักเพื่อปรับแต่งเสียงสังเคราะห์ด้วยหูอีกครั้ง นี่เป็นประโยชน์เพราะ Minimoog เป็น / คือ (มันถูกออกใหม่พร้อมกับการปรับปรุงเทคโนโลยีบางอย่าง) เป็นโมโนโครม เมื่อคุณปรับธนาคารของออสซิลเลเตอร์ทั้งสามเข้าด้วยกันคุณก็ทำเสร็จแล้ว

วงจรต่อเนื่องศาสดา 5 เป็นสิ่งที่แตกต่าง การสร้างเสียงและเส้นทางสัญญาณทั้งหมดเป็นแบบอะนาล็อกและมีแนวโน้มที่จะล่องลอยและในทางใดทางหนึ่งกระบวนการที่คล้ายกันถูกนำมาใช้เป็น Minimoog สำหรับการปรับจูน แต่แทนที่จะเป็นผู้ใช้ที่ฟังคริสตัลออสซิลเลเตอร์ the Prophet 5 ซึ่งเป็นจุดเด่นของไมโครโปรเซสเซอร์ควบคุมการสอบเทียบอัตโนมัติ จากแหล่งข้อมูลหนึ่งการปรับใช้เวลาประมาณ 15 วินาทีหลังจากกดปุ่มปรับแต่ง

เหตุผลหนึ่งที่ระบบปรับแต่งอัตโนมัติมีความจำเป็นสำหรับศาสดา 5 คือแทนที่จะเป็น monophonic 3 oscillator synth มันเป็นเสียงโพลีโฟนิคที่มี 5 เสียง 2 ออสซิลเลเตอร์แต่ละครั้งรวมเป็นสิบออสซิลเลเตอร์ เนื่องจากการดริฟท์อาจเกิดขึ้นในช่วงกลางของการแสดงวิธีที่ค่อนข้างรวดเร็วในการปรับแต่ง synth อีกครั้งจึงจำเป็นต้องทำให้มันมีประโยชน์สำหรับนักดนตรี

สิ่งที่ฉันแนะนำคือถ้าคุณกำลังสร้างออสซิลเลเตอร์ของคุณเองเพื่อให้ได้เสียงอะนาล็อก 100% คุณจะต้องหากลไกการปรับแต่ง คุณอาจต้องเล่นกับการออกแบบของ oscillator เพื่อพยายามทำให้มันมีความเสถียรทางความร้อนมากที่สุด

ถ้าฉันเดินไปตามถนนสายนี้ฉันจะเริ่มต้นด้วยวิธีการ Moog และตรวจสอบให้แน่ใจว่าฉันรู้วิธีการออกแบบปุ่มปรับแต่งเสียงต้นแบบที่ฉันสามารถใช้เพื่อปรับแต่งเสียงสังเคราะห์ใหม่และงานเพื่อให้ได้การออกแบบที่เสถียรอย่างน้อย ชั่วโมงในห้องบ้านทั่วไป จากนั้นฉันอาจดูที่ "การสำเร็จการศึกษา" เพื่อตรึงไมโครโปรเซสเซอร์ที่สามารถเปรียบเทียบออสซิลเลเตอร์กับคริสตัลอ้างอิงและปรับลูกบิดปรับแต่งอัตโนมัติ

วันนี้ทั้ง Sequential Circuits และ Moog Music มีการปรับจูนที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์แบบเรียลไทม์ในผลิตภัณฑ์ Prophet 6 และ Model D Reissue และ Sequential ยังมีการควบคุมเพิ่มเติมซึ่งช่วยให้คุณควบคุมว่าไมโครโปรเซสเซอร์รักษาจูนได้ดีเพียงใด - สไตล์ออสซิลเลเตอร์ลอยอยู่ในเสียง

เพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบศาสดา 5

วิธีหนึ่งที่ออสซิลเลเตอร์สำหรับศาสดา 5 มีเสถียรภาพมากขึ้นคือการใช้วงจรรวมแบบอะนาล็อกที่มีออสซิลเลเตอร์ที่สมบูรณ์มากที่สุดเท่าที่จะทำได้บนชิปตัวเดียว นั่นหมายความว่าส่วนประกอบทั้งหมดบนชิปเปลี่ยนอุณหภูมิด้วยกัน (อย่างน้อยก็ใกล้กันกว่าองค์ประกอบที่แยก)

นอกจากนี้ยังมี "วงจรชดเชยอุณหภูมิบนชิป" ฉันไม่แน่ใจว่าสิ่งที่เกี่ยวข้อง แต่ฉันเดาว่ามันคือการออกแบบวงจรที่ใช้ส่วนประกอบบนชิปเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แท้จริงเนื่องจากอุณหภูมิของชิป "ยกเลิก" มากที่สุด

หน้า 2-19 ของคู่มือบริการศาสดา 5 น่าสนใจมากในหัวข้อนี้: https://medias.audiofanzine.com/files/sequentialcircuitsprophet-5servicemanual-text-470674.pdf

และฉันพบกระดาษที่น่าสนใจเกี่ยวกับการออกแบบวงจรชดเชยอุณหภูมิแบบอะนาล็อกสำหรับคริสตัล oscillators: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.11.2410&rep=rep1&type=pdf

คุณได้สร้างวงจรที่มีลักษณะแบบแอนะล็อกอย่างชัดเจนและสร้างความถี่ในแต่ละออสซิลเลเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น:

1. เปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟเป็นออสซิลเลเตอร์
2. การเปลี่ยนแปลงระดับ Vbe ของทรานซิสเตอร์ที่มีอุณหภูมิ
3. การเปลี่ยนแปลงค่าของตัวต้านทานเมื่อเวลาและอุณหภูมิ
4. การเปลี่ยนแปลงค่าของตัวเก็บประจุในช่วงเวลาและอุณหภูมิ
5. การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกในการกำหนดค่า oscillator astable
6. พฤติกรรมของวงจรจรผิดปกติเนื่องจากสิ่งต่าง ๆ ใกล้ตัวต้นแบบ
7. ตำแหน่งของดวงจันทร์สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์เมื่อมองจากโลก

มีวิธีการสร้างวงจรที่ไม่มีความถี่ในการปฏิบัติการมากนัก พวกมันถูกออกแบบมาเพื่อกำจัดหรือยกเลิกเอฟเฟกต์ต่าง ๆ ที่ระบุไว้ข้างต้น วิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปคือการออกแบบวงจรที่ใช้เป็นออสซิลเลเตอร์ความถี่เดียวที่สูงขึ้นโดยใช้คริสตัลที่มีความทนทานสูง จากนั้นการใช้ตัวนับดิจิตอลจะใช้เพื่อแบ่งความถี่นี้ให้เป็นความถี่ที่ต้องการสำหรับแต่ละโน้ตในสเกล

เพื่อแสดงค่าของวิธีวงจรดิจิทัลฉันได้สร้างสเปรดชีตขนาดเล็กที่แสดงคู่โน้ตดนตรีจาก C5 ถึง C6 (ความถี่ที่ระบุเป็นค่าที่นำมาจากแผนภูมิที่พบใน Google และไม่ได้คำนวณในสเปรดชีตที่มีสูตรสเกลจากการอ้างอิง A [440])

การใช้ความถี่คริสตัลของ 22.1184 MHz (ซึ่งเป็นความถี่ MCU ทั่วไปที่ใช้ในธุรกิจฝังตัว 8 บิต)คุณจะเห็นว่าด้วยปัจจัยหารจำนวนเต็มแบบดิจิทัลสำหรับแต่ละโน้ตว่าความถี่ที่สร้างนั้นใกล้เคียงกับค่าที่ต้องการมาก

อีกปัจจัยที่ไม่ได้กล่าวถึงก็คือความจริงที่ว่าวงจรนี้ใช้พลังงานแบตเตอรี่

เนื่องจากคุณกำลังขับลำโพงการใช้พลังงานจะมีความสำคัญ (ตามการใช้งาน LM386 ของคุณ) และแบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์จะพบกับแรงดันไฟฟ้าตกอย่างมากในช่วงเวลาหลายชั่วโมง แรงดันไฟฟ้าเป็นอีกปัจจัยหนึ่งในการกำหนดความถี่การทำงานของออสซิลเลเตอร์ของคุณ

ลองเปลี่ยนแบตเตอรี่ของคุณด้วยหูดผนัง 9 โวลต์และดูว่าเกิดอะไรขึ้น

คำตอบ: การ detuning เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงลักษณะของชิ้นส่วนเนื่องจากความร้อนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ฯลฯ คุณสามารถย่อให้เล็กที่สุดโดยใส่ไว้ในห้องควบคุมอุณหภูมิและปล่อยให้มันมีเสถียรภาพก่อนใช้งาน

ฉันทำสิ่งเดียวกันที่นี่โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อสร้างเสียง 13 เสียง

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

ฉันมีแค่ 8 ปุ่มเมื่อฉันทำการสาธิต ฉันใช้ลำโพงที่ขับเคลื่อนด้วยพีซีเพื่อเล่น

เสียงถูกสร้างขึ้นที่ระดับความแม่นยำระดับไมโครวินาที และเนื่องจากมันใช้แหล่งสัญญาณนาฬิกาคริสตัล 16 MHz จึงไม่เลื่อน

uC, Atmega1284P มี 32 IO ดังนั้นจึงรองรับปุ่ม 13 ปุ่มและเอาต์พุต 13 ตัวได้โดยตรง

ต้องการบันทึกเพิ่มเติมหรือไม่ เพิ่มโปรเซสเซอร์อื่นและเปลี่ยนอาเรย์ที่มีช่วงครึ่งเสียง

ไม่ชอบเสียงคลื่นสี่เหลี่ยมทั่วไปใช่ไหม เพิ่มการกรองไปยังผลลัพธ์

ความถี่ของ RC oscillator ทั่วไปจะถูกควบคุมโดยค่าคงที่เวลา RC และจำนวน "RC decay" ที่จำเป็นสำหรับแต่ละรอบ หนึ่งในเหตุผลที่วงจร 555 มีเสถียรภาพมากกว่าออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลายอื่น ๆ อีกหลายชนิดนั่นคืออัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่แกว่งไปมาระหว่างนั้นค่อนข้างไม่ได้รับผลกระทบจากลักษณะของทรานซิสเตอร์ที่เกี่ยวข้อง ในทางตรงกันข้าม monovibrator แบบอะนาล็อกที่คุณใช้นั้นมีความอ่อนไหวต่อลักษณะการเปิดเครื่องของทรานซิสเตอร์ซึ่งมีความไวต่ออุณหภูมิ

ฉันเดาว่าเครื่องมือจะใช้เวลาสักครู่ในการปรับแต่งและเมื่อถึงเวลาที่ปรับแต่งทรานซิสเตอร์ทั้งหมดจะมีอุณหภูมิถึงสภาวะสมดุล หากมีการปิดเครื่องมือทรานซิสเตอร์จะเย็นลง หากมีการเปิดเครื่องและเริ่มเล่นได้ทันทีพวกเขาจะเย็นกว่าที่เคยเป็นเมื่อปรับจูน แต่ถ้าใครรอให้ทรานซิสเตอร์ถึงอุณหภูมิที่ปรับจูนการปรับควรจะเข้าใกล้สิ่งที่ควร เป็น

บังเอิญอวัยวะอิเล็กทรอนิกส์หลอดสุญญากาศที่ฉันโตขึ้นใช้วงจร LC ที่ปรับแล้วแทนที่จะใช้วงจร RC ความถี่ของวงจร LC ที่ปรับจะถูกควบคุมโดยค่าของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำที่ปรับได้ หากต้องการลดจำนวนส่วนประกอบที่ขยายให้น้อยที่สุด (อวัยวะที่ใช้ 1/2 ของหลอดดูอัลทริโอสำหรับออสซิลเลเตอร์แต่ละตัว) การใช้วงจร LC อาจเป็นวิธีปฏิบัติแม้ว่าตัวเหนี่ยวนำที่ปรับขนาดได้เหมาะสมอาจมีราคาสูงกว่าชิปส่วนใหญ่