Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 1V/Oktave Sägezahn/Rechteck-Oszillator f. Synthesizer


von Peter F. (peter_frend)


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Hallo,

Wie vielleicht schon der eine oder andere mitbekommen hat, bastle ich an 
einem Hybrid (Analog/Digital) Synthesizer.

Bisher gab es keine großen Schwierigkeiten. Nun bin ich aber beim
Oszillator bauen angekommen und habe schon 2 Schaltungen wieder aus-
einandergenommen, weil das Tracking nicht 1V/Oktave entsprach und
die Oszillatoren auch bei höheren Frequenzen und sehr tiefen Frequenzen
instabil wurden.

Welche Oszillator-Schaltung wäre empfehlenswert? Eine Menge TL07x, 
TL08x, LM13700, 2n3904, 2n3096 und ein großes Widerstands- und 
Kondensator-Sortiment habe ich hier.. kann also so manches testen.

Nur zur Info was beim Synthesizer schon funktioniert:
- Digitale Filter
- Digitale Oszillatoren (DDS) inkl. Wavetable-Synthese & Wave-Cycling
- Digitale LFOs
- Analoge VCAs
- Software Envelope Generatoren / LFOs
- Analoger VCF

: Bearbeitet durch User
von Purzel H. (hacky)


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.. sportlich ...

von ArnoR (Gast)


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von Peter F. (peter_frend)


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ArnoR schrieb:
> Beitrag "XR2206 VCO - Funktion des supermatched Transistorpaars"

Das wäre jedoch eine Schaltung mit dem XR2206.. Also wieder
Spezialkomponenten.

von RomanK (Gast)


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Hallo Peter,

schau doch mal hier : http://yusynth.net/Modular/EN/VCO/index.html .
Scheint mir den Nachbau wert zu sein. Ausserdem gibt es einige Links zu 
anderen Synthi-Bauer.

Wo kann man die bisherigen Ergebnisse Deiner Arbeiten mal anschauen bzw. 
anhören.

Gruß

RomanK

von ArnoR (Gast)


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Peter Frend schrieb:
> Das wäre jedoch eine Schaltung mit dem XR2206.

Nein, dabei geht es vor allem um die Umsetzung der linearen 
Steuerspannung auf die 1V/oktave. Einen Oszillator kann man auch mit 
anderen Bauteilen als dem XR2206 bauen.

>Also wieder Spezialkomponenten.

Was ist denn an dem XR2206 eine Spezialkomponente? Ein OPV wäre danach 
auch eine "Spezialkomponente". Den XR2206 bekommt man sogar bei 
Reichelt. Aber wenn du die Sache unbedingt schwer und aufwändig machen 
willst

von Harald W. (wilhelms)


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Peter Frend schrieb:


> habe schon 2 Schaltungen wieder auseinandergenommen, weil das
> Tracking nicht 1V/Oktave entsprach

Das ist grundsätzlich auch eine schwierige Forderung, da bei
RC-Oszillatoren der Umsetzfaktor linear ist. Wenn du einen
anderen Umsetzfaktor willst, musst Du logarithmieren. Das
geht m.E. nicht ohne "Spezial-ICs".
Gruss
Harald

von Peter F. (peter_frend)


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RomanK schrieb:
> Wo kann man die bisherigen Ergebnisse Deiner Arbeiten mal anschauen bzw.
> anhören.

z.B. hier:
http://circuit.berlin/files/diysynth/

Schaltpläne, Firmware, Software etc. wird in der Zukunft
höchstwahrscheinlich direkt auf der Seite landen :)

von Peter F. (peter_frend)


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ArnoR schrieb:
> Was ist denn an dem XR2206 eine Spezialkomponente? Ein OPV wäre danach
> auch eine "Spezialkomponente". Den XR2206 bekommt man sogar bei
> Reichelt. Aber wenn du die Sache unbedingt schwer und aufwändig machen
> willst

Ok, dann habe ich den XR2206 mit einem anderen IC verwechselt.
Trotzdem sind natürlich dann die 5€ pro XR2206 relativ "happig",
da ich dann bei 8-16 Oszillatoren schon bei 40/80€ bin.. ohne
zusätzlichen Bauteilaufwand. Aber da komme ich wohl nicht drum
rum?

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Peter Frend schrieb:

> Ok, dann habe ich den XR2206 mit einem anderen IC verwechselt.
> Trotzdem sind natürlich dann die 5€ pro XR2206 relativ "happig",
> da ich dann bei 8-16 Oszillatoren schon bei 40/80€ bin.. ohne
> zusätzlichen Bauteilaufwand. Aber da komme ich wohl nicht drum
> rum?

Doch natürlich. Es gibt VCO-Schaltungen wie Sand am Meer. Viele 
verwenden auch einen Wald-und-Wiesen OPV als Integrator und einen 
schnellen OPV oder Komparator als Komparator. Sieh dir halt einfach mal 
ein paar Schaltungen an. Google ist dein Freund.

Das Funktionsprinzip ist im wesentlichen immer das gleiche: ein 
Antilogarithmierer wandelt die Steuerspannung in einen Strom um. Hier 
wird der exponentielle Zusammenhang "Verdopplung pro 1V" erzeugt. Und 
dieser Strom lädt dann einen Kondensator auf, der beim Erreichen der 
Endspannung schlagartig entladen wird. Fertig ist der Synthi-taugliche 
Sägezahn VCO mit exponentieller Steuerkennlinie.

Die teuersten Teile sind übrigens die Transistorpäärchen und der 
spezielle Thermistor mit +3500ppm/K zur Temperaturkompensation. Man kann 
alternativ auch Transistorarrays mit 3 oder mehr Transistoren nehmen und 
die zusätzlichen Transistoren zur Thermostatierung des gesamten Chips 
verwenden.


XL

von Peter F. (peter_frend)


Angehängte Dateien:

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Ok, ich habe den folgenden Schaltplan gefunden, welcher recht
einfach aussieht. ICL8038 kann durch den XR2206 ersetzt werden?

von Harald W. (wilhelms)


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Peter Frend schrieb:

> ICL8038 kann durch den XR2206 ersetzt werden?

Beide Bausteine sind nicht identisch. Du müsstest die Schaltung
anpassen.

von Peter F. (peter_frend)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Beide Bausteine sind nicht identisch. Du müsstest die Schaltung
> anpassen.

Oder wie ich sehe, kann ich sogar den ICL8038 bei eB** für ca.
1.50€ das Stück bekommen.

von Klaus R. (klara)


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Axel Schwenke schrieb:
> Die teuersten Teile sind übrigens die Transistorpäärchen und der
> spezielle Thermistor mit +3500ppm/K zur Temperaturkompensation. Man kann
> alternativ auch Transistorarrays mit 3 oder mehr Transistoren nehmen und
> die zusätzlichen Transistoren zur Thermostatierung des gesamten Chips
> verwenden.

Sollte man da besser nicht digital arbeiten? Ich weiss noch von früher 
her das gerade die Temperaturstabilität bei analogen Synthesizern immer 
das grösste Problem war.
mfg klaus

von Peter F. (peter_frend)


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Klaus Ra. schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Die teuersten Teile sind übrigens die Transistorpäärchen und der
>> spezielle Thermistor mit +3500ppm/K zur Temperaturkompensation. Man kann
>> alternativ auch Transistorarrays mit 3 oder mehr Transistoren nehmen und
>> die zusätzlichen Transistoren zur Thermostatierung des gesamten Chips
>> verwenden.
>
> Sollte man da besser nicht digital arbeiten? Ich weiss noch von früher
> her das gerade die Temperaturstabilität bei analogen Synthesizern immer
> das grösste Problem war.
> mfg klaus


Meinst du Digital gesteuerte Analog-Oszillatoren oder Digitale 
Oszillatoren? Zweiteres ist bereits im Synthesizer implementiert.

Ansonsten: Ich habe vor, dass das Fine-Tuning vom Oszillator durch die 
Frequenmessung des Square-Ausgangs am Mikrocontroller in regelmäßigen 
Intervalen am CV-Eingang kompensiert wird bzw. dass es eine Auto-Retune
option in der Software gibt. Den Frequenzzähler-Part habe ich auch schon
fast fertig.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Klaus Ra. schrieb:

> die Temperaturstabilität bei analogen Synthesizern immer
> das grösste Problem war.

Ja, insbesondere die Temperaturstabilität von Logaritmierschaltungen.
Das wurde m.E. erst innerhalb von ICs so einigermaßen gelöst.
Gruss
Harald

von Werner H. (pic16)


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Peter Frend schrieb:
> Oder wie ich sehe, kann ich sogar den ICL8038 bei eB** für ca.
> 1.50€ das Stück bekommen.

50 Stck bei eB** für 20€ vom Chinamann.

von RomanK (Gast)


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Hallo Peter,

mir ist dein Konzept nicht ganz klar. Digitale Oszilatoren hast Du 
bereits und möchtest zusätzlich 8-16 analoge VCOs? Dir ist klar das der 
Reiz eines Synthezisers in der analogen Steuerung liegt. Hiermit meine 
ich die nicht gekoppelte gleitende Steuerspannung, auch CV genannt. Wie 
du die Töne erzeugst ist eigentlich egal. Es sollten nur keine 
gekoppelten oder geregelten Systeme sein. Neben dem Ton, besser 
Frequenz, ist die Wellenform noch ausschlaggebend. Ein postiver Sägezahn 
klingt anders als ein negativer SZ. Eine PWM-Form ist sicherlich auch 
nicht schlecht. Den Rest des Klanges bestimmen die Filter, Hüllkurven 
und Addierer. Hier ist eine große Anzahl sicherlich willkommen. Die 
Anzahl der VCOs würde ich auf 3 beschränken. Eventuell kann man auch die 
Ausgabe eines festes Teilverhältnisses in Form von Octaven, Terzen und 
Sexten, ähnlich einer Orgel, vorsehen. Hat in der Reinform zum Grundton 
auch einen großen Reiz.

Gruß Roman


P.S.: In dem von Dir gefundenem Schaltplan, hast Du ebenfalls einen 
Transitorpärchen und einen speziellen Thermistor. Alternativ gäb es noch 
ein alten Plan mit CA3086 (5-fach Transistorarray) als integriete 
Heizung in Verbindung mit einem 074er OPV.

von Peter F. (peter_frend)


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RomanK schrieb:
> mir ist dein Konzept nicht ganz klar. Digitale Oszilatoren hast Du
> bereits und möchtest zusätzlich 8-16 analoge VCOs? Dir ist klar das der
> Reiz eines Synthezisers in der analogen Steuerung liegt. Hiermit meine
> ich die nicht gekoppelte gleitende Steuerspannung, auch CV genannt. Wie
> du die Töne erzeugst ist eigentlich egal. Es sollten nur keine
> gekoppelten oder geregelten Systeme sein. Neben dem Ton, besser
> Frequenz, ist die Wellenform noch ausschlaggebend. Ein postiver Sägezahn
> klingt anders als ein negativer SZ. Eine PWM-Form ist sicherlich auch
> nicht schlecht. Den Rest des Klanges bestimmen die Filter, Hüllkurven
> und Addierer. Hier ist eine große Anzahl sicherlich willkommen. Die
> Anzahl der VCOs würde ich auf 3 beschränken. Eventuell kann man auch die
> Ausgabe eines festes Teilverhältnisses in Form von Octaven, Terzen und
> Sexten, ähnlich einer Orgel, vorsehen. Hat in der Reinform zum Grundton
> auch einen großen Reiz.

Hallo Roman,

Mein Konzept ist ein Digital Steuerbarer Synthesizer, der sowohl über
Digitale alsauch Analoge Oszillatoren verfügt. Der Signalpfad bleibt
bei beiden Modis gleich, da VCFs (Multimode Filter) und VCAs Analog
sind. Die CV für alle analogen Komponenten erfolgt über ein 
selbstgebautes 16-fach 16-Bit 0..10V + -5..+5V (LFO) CV-Interface.

Der Grund, warum ich die Steuerung Digital übernehme ist die höhere
Flexibilität für mich. Ich habe z.B. nicht nur ADSR-Hüllkurven, sondern
auch Multipoint-Hüllkurven (Wie beim GEM S2 Turbo) und 
DADHSR-Hüllkurven.

Desweiteren habe ich dadurch z.B. die Möglichkeit der Nutzung von 
Single-Cycle Wellenformen (Wavetable-Synthese) und 
Wave-Cycling/Wave-Sequencing a la Korg Wave Station.

: Bearbeitet durch User
von m.n. (Gast)


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Sieh Dir mal die Schaltpläne vom uralten minimoog an: 
http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.fantasyjackpalance.com/fjp/sound/synth/synthdata/16-minimoog/001/911-filt-print-circ-schem.gif&imgrefurl=http://www.fantasyjackpalance.com/fjp/sound/synth/synthdata/16-moog-minimoog.html&h=1566&w=2316&tbnid=gjDlnUAAYwdFqM:&zoom=1&tbnh=90&tbnw=133&usg=__7SIXOGZ1lSNSe1Z6k30Nx3mAyYg=&docid=33qRFBouCiFfYM&client=firefox-a&sa=X&ei=utvYU4b_O6rl4QSR_ICgDA&ved=0CCcQ9QEwAQ
Insbesondere das durchstimmbare Filter hatte mir seinerseit sehr gut 
gefallen. Eine leichte Rückkopplung, und man hatte einen stabilen 
Sinusgenerator vom Hz- in den kHz-Bereich. Das Fehlen jeglicher OPVs 
ermöglicht eine hohe Bandbreite auch für den Sägezahn- Dreieck-VCO. Es 
ist immer noch interessant anzusehen, wie der Dreieck aus dem Sägezahn 
'geformt' wird :-)

Axel Schwenke schrieb:
> Die teuersten Teile sind übrigens die Transistorpäärchen und der
> spezielle Thermistor mit +3500ppm/K zur Temperaturkompensation.

Die NTCs gab es damals wie Sand am Meer; es waren Teile mit 130 Ohm. In 
den neueren Schaltplänen hat man wohl einen weiteren Transistor zur 
Temperaturkompensation verwendet; die 130 Ohm finde ich nicht mehr.

von Ulrich (Gast)


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Die Schwierigkeit ist die Temperaturstabile Umsetzung der 
Logarithmischen (bzw. eigentlich eher exponentiellen) Kennlinie. VCOs 
die einen Sägeazahn / Rechteck machen gibt es viele. Das geht auch 
günstiger als der XR2206 oder der alte schon abgekündigte ICL8038.

Bei 8-16 facher Ausführung der Schaltung wäre schon zu überlegen nicht 
die Temperatur zu kompensieren, sondern zumindest den linear - 
Exponetiell Wandler auf einer geregelten Temperatur (z.B. 40 C) zu 
halten und dafür eine einfachere Schaltung (OP + Diode) zu nutzen.

Als VCO (bzw. Spannungs-Frequenz Wandler, bzw. oft einfacher ein 
Strom-Frequenzwandler) gäbe es da z.B. den LM331 oder ggf. auch eine 
Schaltung mit 2 OPs.

von Oliver F. (ollif)


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Hallo,

wenn du unbedingt 1V/Oktave Charakteristik brauchst kannst du ja die 
lineare Steuerspannung durch nur einen Antilog Konverter schicken und 
das Ausgangssignal per Multiplexer dem zugehörigen VCO zuweisen,

Dadurch kannst du fast jede Wald und Wiesen VCO Schaltung nehmen und 
musst nur einmal in einen relativ teueren Transistor inkl. TEMPCO 
investieren. Auch musst du den Abgleich nur einmal machen und nicht 16 
mal.

Diese Verfahren wurde so auch beim Korg Trident eingesetzt.

Gruß

Oliver

von Purzel H. (hacky)


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Falls Kosten ein Thema sind : Alles in die Tonne. Ein DSP fuer 5 Euro 
plus ein DAC koennen das viel besser. Alles zusammen plus nochwas drauf.

von Peter F. (peter_frend)


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Siebzehn Zu Fuenfzehn schrieb:
> Falls Kosten ein Thema sind : Alles in die Tonne. Ein DSP fuer 5 Euro
> plus ein DAC koennen das viel besser. Alles zusammen plus nochwas drauf.

Sehr qualifizierter Beitrag.. Natürlich geht es um den 
Spass-/Bastelfaktor. Natürlich kostet es Geld. Und natürlich könnte man 
alles "in die Tonne" schmeissen und alles in Software auf einem 
x86-Rechner implementieren (oder DSP)...

Wenn du dir den ersten Beitrag durchlesen würdest, würdest du wissen, 
dass ich schon recht weit bei meinem Projekt bin.. und dass nur die 
optionalen analogen Oszillatoren fehlen.

Schade, dass es Menschen gibt, die jedes Projekt schlecht reden, wenn es 
nicht gleich ein selbstgebauter 400MHz Logik-Analysator ist oder 
ähnliches.

Ich denke, dass man auch mit kleinen Schritten Großes erreichen kann.

: Bearbeitet durch User
von TomA (Gast)


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Hallo Peter,

in den 70ern des vergangenen Jahrhunderts hatte Elektor das Projekt 
"Formant".  Soweit ich mich erinnere, hatten die einen diskret 
aufgebauten VCO mit 1V/Oktave. Dazu gab es auch ein Handbuch mit Plänen 
und Anleitungen.
Vor einigen Jahren habe ich dieses Handbuch, als PDF zum download im 
Netz gesehen - vielleicht schwirrt das noch irgendwo hwrum!

Gruß. Tom

von Jörg S. (Gast)


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Hi,

das Formant Buch gibt es immer noch im Netz, aber die Bauteile nicht 
mehr. ;-) Die "Speziellen" sind leider schon lange abgekündigt. Sowas 
wolltest Du ja nicht.

Aber die Seiten von René Schmitz (http://www.schmitzbits.de/index.html) 
kennst Du? Da gibt es VCO Schaltungen en masse, irgendwas sollte passen 
oder passend gemacht werden können.

Warum denn aber 1V/Okt, wenn Du doch hauptsächlich digital arbeitest? 
Dann kannst Du die DACs auch gleich eine exponentielle Steuerspannung 
ausgeben lassen, das vereinfacht die VCOs erheblich und verbessert auch 
die Stimmstabilität.

Grüße,

Jörg

von Andreas H. (ahz)


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TomA schrieb:
> Vor einigen Jahren habe ich dieses Handbuch, als PDF zum download im
> Netz gesehen - vielleicht schwirrt das noch irgendwo hwrum!

Meinst Du das hier ?
fa.utfs.org/diy/formant/FormantBuch.pdf

;-)

@TO: Ich finde Dein Projekt sehr interessant.

Grüße
Andreas

von TomA (Gast)


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Hallo Andreas,

genau das Buch meinte ich. Da werden Erinnerungen wach. :)

Danke dir.

Gruß. Tom

von Oliver F. (ollif)


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Hallo,

Jörg S. schrieb:


> Warum denn aber 1V/Okt, wenn Du doch hauptsächlich digital arbeitest?
> Dann kannst Du die DACs auch gleich eine exponentielle Steuerspannung
> ausgeben lassen, das vereinfacht die VCOs erheblich und verbessert auch
> die Stimmstabilität.
>
> Grüße,
>
> Jörg

Einige Dinge werden vereinfacht andere werden komplizierter.

Für einen 5 Oktaven Umfang brauch der DAC 14 oder mehr Bit. Wenn seine 
Filter schon auf 1V/oktave laufen muss er diese anpassen. Pitchbending 
ist dann keine Addition mehr sondern eine Multiplikation.

Ich denke die Steuerspannungsart wird zu Beginn des Projekts festgelegt 
und muss dann durchgezogen werden...

Noch zum Theme DSP:
Natürlich geht dies alles in Software wahrscheinlich hört man wenn es 
super Implementiert ist auch keinen Unterschied. Aber wer jemals an 
einem echten Analogen gedreht hat eine echt Hammond inkl. Leslie hinter 
sich gespielt hat wird dieses Gefühl durch KEINEN noch so gut 
programmierten DSP Synth oder VST Plug In bekommen. Wenn man diesen dann 
auch noch selbst gebaut hat schon gar nicht...

Gruß

Oliver

von Peter F. (peter_frend)


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Ein weiterer Grund für die 1V/Oktave ist natürlich die Kompatibilität zu 
anderen Systemen (ggf. Eurorack). Der Synth wird nämlich Modular 
aufgebaut.

: Bearbeitet durch User
von Jörg S. (Gast)


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... ah, ok, dahin soll die Reise gehen.

Sonst hätte ich noch auf einen alten "Hybriden" verwiesen, den Rhodes 
Chroma, aber vielleicht lohnt sich die Lektüre trotzdem:

http://www.rhodeschroma.com/?id=chamberlin

Interessant ist der Ansatz mit zwei DACs, einer "verbiegt" die Referenz 
des anderen.

Für's Auto-Tuning noch:

http://www.rhodeschroma.com/?id=tuning

Und vielleicht noch

http://www.electricdruid.net/index.php?page=projects

der bastelt mit PICs quasi Synth-Module nach.

Dann mal Happy-Knobbing!

von Elliot Williams (Gast)


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Jörg S. schrieb:
> Aber die Seiten von René Schmitz (http://www.schmitzbits.de/index.html)
> kennst Du? Da gibt es VCO Schaltungen en masse, irgendwas sollte passen
> oder passend gemacht werden können.

Wenn ich nicht zu spät dran kommen, wurde ich empfehlen 
http://www.schmitzbits.de/vco4069.html  Man kann so was in ein Stundchen 
oder so machen.

Das "trick" mit 10k NTC Widerstanden funktioniert prima, und das Ganze 
braucht gar kein "Spezialkomponente".

(Bin Amerikaner, bitte sei geduldig.  Die deutsche Sprache ist eine 
schwere.)

von Peter F. (peter_frend)


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So klingt mein Synthesizer jetzt:

http://circuit.berlin/files/diysynth/final_demo_delay_newvcf.ogg
Alles roh ohne equalizer.

von Harald W. (wilhelms)


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Elliot Williams schrieb:

> (Bin Amerikaner, bitte sei geduldig.  Die deutsche Sprache ist eine
> schwere.)

Die englische Sprache auch. Die USA sind schliesslich das einzige
Land auf der Welt, wo kein Mensch Englisch spricht. :-)

von Oliver R. (Gast)


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Für diejenigen, die meinen digital geht das alles viel besser: versucht 
doch mal die Frequenz eines Oszillators durch einen zweiten zu 
modulieren, wobei der modulierende Oszillator im Bereich von mehreren 
hundert Hertz oder auch schon im kHz-Bereich arbeitet. Dann bitte mal 
das hörbare Ergebnis analog/digital vergleichen.

von Ehemaliger Waldörfer (Gast)


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Auf digitaler Ebene ist das kein Thema. DAs geht 100% clean. Was Du 
sicher meinst, sind die Themen Phasenrauschen, etc. Dies lässt sich auch 
in den Griff bekommen, indem man die erste Stufe als DDS ausführt und 
dann einen Talt rückgewinnt, mit dem man die zweite Stufe treibt. So ist 
das in vielen quasi analogen Musiksynthesizern der ersten Stunde gelöst. 
Mit einer enstprechend hohen Abtastrate geht es auch volldigital.

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