Tại sao bộ tổng hợp âm nhạc được xây dựng từ chuỗi các mạch đa yếu tố đáng kinh ngạc lại nhận được ra khỏi chế độ điều chỉnh sau một vài giờ?

Tôi đã xây dựng một bộ tổng hợp bàn phím / âm thanh nguyên mẫu bằng cách sử dụng một chuỗi gồm 13 mạch đa biến có thể điều chỉnh được, có đầu ra được kết nối với chip khuếch đại âm thanh (LM386) và loa, tất cả đều tắt nguồn pin DC 9V.

Mỗi mạch riêng lẻ được điều chỉnh theo một trong 13 tần số trong quãng tám âm nhạc (C5, C #, D, v.v. đến C6) bằng cách thay đổi một trimpot tinh chỉnh nối tiếp với các giá trị điện trở cụ thể và có được dao động vào tần số sân bóng.

Dao động là bộ đa năng astable cổ điển BJT mà bạn có thể thấy trong Hình 1 ở đây và được giải thích trong bài viết này .

Nguyên mẫu giữ đúng giai điệu trong một khoảng thời gian ngắn (tối đa một ngày).

Bạn có thể nghe thấy những gì nó nghe như ở đây. (An toàn để bắt đầu lúc 0: 49s - Hằng số của Wadsworth ;))

Điều tôi không thể hiểu là tại sao mạch dường như bị nổ tự phát, tức là một hoặc nhiều mạch riêng lẻ có tần số khác với tần số được điều chỉnh (được kiểm tra bằng kính viễn vọng và đàn piano tham chiếu) .

Độ lệch tần số của độ lệch thường là 2-5%, có thể thấy rõ (ví dụ: C5 ở 523Hz có thể đi lang thang đến 540Hz hoặc 510Hz). Thật thú vị, sự nổ không bao giờ xảy ra trong khi chơi. Nhưng vài giờ sau đó, các phím không còn âm thanh giống nhau.

Ban đầu tôi nghĩ có lẽ những chiếc nồi tông đơ đã tự thư giãn một cách máy móc. Để loại bỏ điều này, tôi đã thay thế các nồi tông đơ để cố gắng "khóa" các tần số cụ thể chỉ dựa trên các giá trị điện trở để không còn biến đổi trong thiết kế.

Nhưng vấn đề khử điều chỉnh vẫn tồn tại ngay cả sau khi thay thế các trimpots bằng các giá trị điện trở cố định.

Trước: Bộ tổng hợp tương tự 13 phím với các giá trị điện trở cố định

Giải quyết: Cảm ơn tất cả các phản hồi hữu ích, ý tưởng thiết kế kỹ thuật số và bối cảnh lịch sử để hiểu rõ hơn những thách thức của một thiết kế tương tự thuần túy. Tất cả các câu trả lời là tuyệt vời. Tôi đã chấp nhận câu trả lời của ToddWilcox khi tôi nhận được rằng (a) nổ là một phần được mong đợi của các thiết kế tương tự thuần túy, (b) nghệ thuật nằm ở cách thiết lập một cách nhanh chóng để điều chỉnh nhạc cụ.

Để giải quyết vấn đề trước mắt, tôi đã đặt lại các chậu tông đơ (1-2K ohms) trong thiết kế để mang lại khả năng điều chỉnh 2-5% cho mỗi phím. Phải mất vài phút khi bắt đầu chơi để điều chỉnh 13 bộ dao động, sau đó chúng giữ nhịp trong vài giờ một lần. Xem hình ảnh mới dưới đây.

Sẽ đăng kết quả của các thí nghiệm bằng cách sử dụng pin mới, pin mới. Các thiết kế kỹ thuật số (sử dụng bộ chia kỹ thuật số và / hoặc chip hẹn giờ 555) rất thú vị và có khả năng nén kích thước đáng kể. Cập nhật trong tương lai có thể được tìm thấy tại trang dự án ở đây .

Sau: Bộ tổng hợp tương tự 13 phím với nồi tông đơ (1-2k ohm) cho khả năng điều chỉnh

Những gì tôi không thể tìm ra là tại sao mạch dường như bị mất tự nhiên, tức là một hoặc nhiều mạch riêng lẻ có tần số khác với tần số được điều chỉnh (sử dụng một kính viễn vọng và sau đó là đàn piano tham chiếu).

Thay đổi nhiệt độ, như đã đề cập trong câu trả lời khác.

Tôi đang thêm một câu trả lời ở đây bởi vì, là một nhạc sĩ, tôi thích âm thanh của các bộ dao động tương tự 100% so với thiết kế dựa trên:

một mạch sử dụng như một bộ dao động tần số cao hơn dựa trên một tinh thể dung sai gần. Sau đó, việc sử dụng các bộ đếm kỹ thuật số được sử dụng để chia tần số này xuống tần số mong muốn cho mỗi ghi chú trong thang đo.

Các EE trên Stack này có thể bình luận không ngừng rằng về mặt khoa học tôi không thể nghe thấy sự khác biệt. Hãy tin tôi khi tôi nói rằng ví của tôi rất mong muốn rằng tôi không thể nghe thấy sự khác biệt, nhưng tôi có thể, và nó không tinh tế.

Dù sao, các nhà sản xuất tổng hợp tương tự 100% lớn như Moog Music và Sequential Circuits (trước đây là DSI) đã giải quyết vấn đề này theo nhiều cách khác nhau trong nhiều năm qua. Giải pháp trường học cũ đòi hỏi sự can thiệp của người dùng và điều chỉnh thường xuyên. Moog Minimoog ban đầu (AKA "Model D" sau biến thể phổ biến nhất của nó) có mạch dao động tinh thể được chế tạo không phải là một phần của đường dẫn tín hiệu, nhưng sẽ tạo ra âm tần 440 Hz ổn định. Bạn bật âm tinh thể 440Hz, sau đó phát A trên bàn phím, sau đó xoay núm Điều chỉnh chính để điều chỉnh lại âm thanh tổng hợp bằng tai. Điều này là thực tế bởi vì Minimoog đã / được phát hành lại với một số cải tiến công nghệ). Khi bạn đã điều chỉnh ngân hàng của ba bộ dao động cùng nhau, bạn đã hoàn thành.

Mạch tuần tự Tiên tri 5 là một điều khác biệt. Tất cả các đường dẫn phát và tín hiệu âm thanh đều tương tự và dễ bị trôi, và theo một cách nào đó, một quy trình tương tự được sử dụng cho Minimoog để điều chỉnh, nhưng thay vì người dùng nghe một âm dao động tinh thể và điều chỉnh thủ công các dao động tương tự, Prophet 5 có tính năng hiệu chỉnh điều chỉnh tự động điều khiển vi xử lý. Theo một nguồn, việc điều chỉnh mất khoảng 15 giây sau khi nhấn nút Tune.

Một lý do tại sao một hệ thống điều chỉnh tự động là cần thiết cho Tiên tri 5 là vì thay vì là một synth dao động 3 đơn âm, nó là đa âm với 5 giọng nói của 2 dao động, cho tổng số mười dao động. Vì sự trôi dạt có thể xảy ra ở giữa một chương trình, một cách khá nhanh để điều chỉnh lại synth là cần thiết để làm cho nó hữu ích cho các nhạc sĩ.

Vì vậy, những gì tôi đề xuất là nếu bạn đang xây dựng bộ dao động của riêng mình để có được âm thanh tương tự 100% đó, bạn sẽ muốn đưa ra một số cơ chế điều chỉnh. Bạn cũng có thể phải chơi với các thiết kế dao động để cố gắng làm cho chúng ổn định nhiệt nhất có thể.

Nếu tôi đang đi xuống con đường này, tôi sẽ bắt đầu với phương pháp Moog và đảm bảo tôi biết cách thiết kế núm điều chỉnh chính mà tôi có thể sử dụng để nhanh chóng điều chỉnh lại synth và làm việc để có được một thiết kế ổn định ít nhất một giờ trong một căn phòng điển hình Sau đó, tôi có thể xem xét "tốt nghiệp" để xử lý một bộ vi xử lý có thể so sánh điện với các bộ dao động với tinh thể tham chiếu và tự động điều chỉnh núm điều chỉnh.

Ngày nay, cả Mạch tuần tự và Âm nhạc Moog đều có điều chỉnh điều chỉnh theo bộ vi xử lý thời gian thực trong các sản phẩm Phát hành lại Prophet 6 và Model D, và Sequential thậm chí còn cung cấp một điều khiển bổ sung cho phép bạn kiểm soát bộ vi xử lý duy trì điều chỉnh tốt như thế nào, để có được một chút cổ điển dao động kiểu-trôi trong âm thanh.

Thông tin thêm về thiết kế Tiên tri 5

Một cách mà các bộ tạo dao động cho Tiên tri 5 đã được làm ổn định hơn là sử dụng các mạch tích hợp tương tự có càng nhiều bộ dao động hoàn chỉnh càng tốt trên một chip. Điều đó có nghĩa là tất cả các thành phần trên chip thay đổi nhiệt độ với nhau (ít nhất là gần nhau hơn so với các thành phần riêng biệt).

Ngoài ra còn có "mạch bù nhiệt độ trên chip". Tôi không chắc chính xác những gì liên quan, nhưng tôi đoán là thiết kế mạch sử dụng các thành phần trên chip để tạo ra sự sụt áp thực tế do nhiệt độ chip "hủy bỏ", càng nhiều càng tốt.

Trang 2-19 của Hướng dẫn Dịch vụ Tiên tri 5 rất thú vị về chủ đề này: https://medias.audiofanzine.com/files/fterentialcircuitsprophet-5servicemanual-text-470674.pdf

Và tôi đã tìm thấy một bài báo thú vị về thiết kế mạch bù nhiệt độ tương tự cho các bộ dao động tinh thể: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/doad?doi=10.1.1.11.2410&rep=rep1&type=pdf

Bạn rõ ràng đã xây dựng một mạch hoàn toàn tương tự về bản chất và tạo ra tần số trong mỗi bộ dao động phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau như:

1. Thay đổi mức điện áp của nguồn cung cấp cho bộ dao động.
2. Thay đổi mức Vbe của các bóng bán dẫn với nhiệt độ.
3. Thay đổi giá trị của điện trở theo thời gian và nhiệt độ.
4. Thay đổi giá trị của các tụ điện theo thời gian và nhiệt độ.
5. Thay đổi đặc tính điện môi của tụ điện trong cấu hình dao động astable.
6. Thay đổi hành vi mạch lạc do những thứ gần nguyên mẫu.
7. Vị trí của mặt trăng so với mặt trời khi nhìn từ trái đất.

Có nhiều cách để xây dựng các mạch không có nhiều tần số hoạt động. Chúng được thiết kế để loại bỏ hoặc loại bỏ các hiệu ứng khác nhau được liệt kê ở trên. Một cách thông thường là thiết kế một mạch sử dụng như một bộ dao động tần số cao hơn dựa trên một tinh thể dung sai gần. Sau đó, việc sử dụng các bộ đếm kỹ thuật số được sử dụng để chia tần số này xuống tần số mong muốn cho mỗi ghi chú trong thang đo.

Để hiển thị giá trị của cách tiếp cận mạch kỹ thuật số, tôi đã tạo một bảng tính nhỏ hiển thị quãng tám của các nốt nhạc từ C5 đến C6. (Tần số danh nghĩa là các giá trị được lấy từ biểu đồ tìm thấy trên Google và không được tính trong bảng tính với các công thức tỷ lệ từ tham chiếu A [440]).

Sử dụng tần số tinh thể là 22.1184 MHz (là tần số MCU phổ biến được sử dụng trong doanh nghiệp nhúng 8 bit), bạn có thể thấy rằng với hệ số phân chia số nguyên cho mỗi lưu ý rằng tần số được tạo ra rất gần với danh nghĩa mong muốn.

Tuy nhiên, một yếu tố khác chưa được đề cập là thực tế là mạch chạy bằng pin.

Vì bạn đang lái loa, mức tiêu thụ năng lượng sẽ rất đáng kể (bằng chứng là bạn sử dụng LM386) và pin 9 volt sẽ bị sụt điện áp đáng kể trong khoảng thời gian vài giờ. Điện áp cung cấp là một yếu tố khác trong việc xác định tần số hoạt động của bộ dao động của bạn.

Hãy thử thay pin của bạn bằng mụn cóc 9 volt và xem điều gì sẽ xảy ra.

Trả lời: hiện tượng nổ xảy ra do đặc điểm bộ phận thay đổi do gia nhiệt, thay đổi nhiệt độ, v.v. Bạn có thể giảm thiểu điều đó bằng cách đặt chúng vào buồng kiểm soát nhiệt độ và để nó ổn định trước khi sử dụng.

Tôi đã làm điều tương tự ở đây bằng cách sử dụng một vi điều khiển để tạo ra 13 âm báo.

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

Tôi chỉ có 8 nút khi thực hiện bản demo. Tôi đã sử dụng loa tự cấp nguồn cho PC để phát lại.

Các âm được tạo ở mức độ chính xác của micro giây. Và vì chúng dựa trên nguồn đồng hồ tinh thể 16 MHz, chúng không bị trôi.

UC, Atmega1284P, có 32 IO, vì vậy 13 nút và 13 đầu ra được hỗ trợ trực tiếp.

Muốn ghi chú nhiều hơn? Thêm một bộ xử lý khác và thay đổi mảng chứa nửa chu kỳ của âm.

Không thích giai điệu sóng vuông cơ bản? Thêm lọc vào đầu ra.

Tần số của bộ tạo dao động RC điển hình được điều khiển bởi hằng số thời gian RC và lượng "phân rã RC" cần thiết cho mỗi chu kỳ. Một trong những lý do khiến mạch 555 ổn định hơn nhiều loại dao động thư giãn khác là tỷ lệ điện áp mà nó dao động giữa tương đối không bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của bóng bán dẫn liên quan. Ngược lại, bộ đơn sắc hóa đáng kinh ngạc mà bạn đang sử dụng rất nhạy cảm với các đặc tính bật của bóng bán dẫn, lần lượt nhạy cảm với nhiệt độ.

Tôi đoán rằng nhạc cụ sẽ mất một lúc để điều chỉnh và đến khi nó được điều chỉnh, tất cả các bóng bán dẫn sẽ đạt đến nhiệt độ hoạt động cân bằng. Nếu một người tắt thiết bị, các bóng bán dẫn sẽ hạ nhiệt. Nếu một người bật nguồn và ngay lập tức bắt đầu chơi, họ sẽ lạnh hơn so với khi nhạc cụ được điều chỉnh, nhưng nếu người ta chờ các bóng bán dẫn đạt đến nhiệt độ mà họ đã điều chỉnh, thì điều chỉnh sẽ gần với mức cần thiết thì, là, bị, ở.

Ngẫu nhiên, cơ quan điện tử ống chân không tôi đã lớn lên đã sử dụng các mạch LC được điều chỉnh thay vì các mạch RC. Tần số của mạch LC được điều chỉnh sẽ được điều khiển chủ yếu bởi các giá trị của tụ điện và cuộn cảm có thể điều chỉnh. Nếu người ta muốn giảm thiểu số lượng các thành phần khuếch đại (cơ quan sử dụng 1/2 ống triac kép cho mỗi bộ dao động), sử dụng mạch LC có thể là một cách tiếp cận thực tế, mặc dù các cuộn cảm có thể điều chỉnh có kích thước phù hợp có thể có giá cao hơn hầu hết các chip.