Herzlich willkommen
auf der MSC175 Projektseite. Es geht bei Projekte überwiegend
um das Thema Synthesizer Technik und Spezial Studio Elektronik.
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Es handelt sich bei dem DL-909 Drumsynthesizer um einen TR-909 Nachbau in modularer Form. Es wurden die original Schaltung als Grundlage für den Schaltungsaufbau verwendet. Im weiteren geht es also nicht ausschließlich um den DL-909 Drumsynthesizer, sondern gibt auch viele interessante Infos für die Besitzer einer original TR-909.
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Der Prototyp des DL-909 Drumsynthesizers.
Die TR-909 wurde 1983 von der Firma Roland auf den Markt gebracht. Sie ist der Nachfolger der populären TR-808 und mit ihr einer der beliebtesten analogen Drumsynthesizer aller Zeiten. Zutreffend ist auch, daß die Klänge dieser Maschine auf vielen Aufnahmen noch heute zu hören ist. Leider wurde die Herstellung dieses Drumsynthesizeres relativ schnell (1Jahr) wieder eingestellt. Es wurden nur ca. 10.000Stk hergestellt, so das die die TR-909 heute zu den am meisten gesuchten Gebrauchgeräten gehört, für die überdimensionale “liebhaberpreise” bezahlt werden. Die TR-909 vereinigte eine analoge und auf Sample basierende Klangerzeugung.
Warum ein Nachbau? Die TR-909 ist selten, nur teuer zu erstehen und super begehrt! Warum also nicht einen Clone anfertigen?
Der DL-909 Drumsynthesizer ist eine modular aufgebaute Variante der Original TR-909 Klangerzeugung!
Bei dem Aufbau wurde auf klar abgegrenzte Funktionseinheiten (die Trommelmodule) und eine wohldurchdachte Anordnung der Bedienelemente geachtet. Alle Module können untereinander getauscht werden, so das es keinen Beschränkung der Kombinations- und Ausbaumöglichkeiten gibt.
Dieses wurde durch ein einheitliches Anschußsystem (31polig) realisiert, durch das jedes Modul die erforderliche Betriebsspannungen erhällt. Die Trigger- und Velocitysignale sowie das Audiosignal sind auch über den Synthesizerbus verbunden. Außerdem sind die Steuersignale für alle Module (10 Triggersignale,ein HH Open/Close Signal und 10 mal Velocity für die Anschlagsstärke) über das Bussystem miteinander verbunden.
Der DL-909 Drumsynthesizer ist im 19″ Format aufgebaut und kann in jedes (Studio-)Rack eingebaut werden. Für den Ausbau/Modifikation des Systems können einfach neue Trommelmodule verwendet werden. Die Maximale Anzahl der Trommelmodule ist aber auf 10 beschränkt. Die Frontplatten sind aus ALU und haben genormte Maße. Als Buchsen 6,3mm (mono) Klinkenbuchsen Verwendung. Das Gehäuse ist unter den Gesichspunkten der Stabilität und Qualität ausgesucht worden. Eine sehr intensiven Bedienung kann dem Gerät also nichts anhaben.
Solltet ihr jetzt Interesse bekommen haben, dann einfach die folgenden Information genau studieren und dann selber loslegen!!!!
Die folgende Trommelmodule sind in drei Gruppen unterteilt. Die erste Gruppe sind die Analogen Drum Module. Die zweite Gruppe sind die auf Samples basierenden Drum Module. Zuletzt noch die Module mit diversen Funktion.
| BASSDRUM(analog) |  |
HIGHHAT OPEN/CLOSE(digital) |  |
| SNAREDRUM(analog) |  |
CRASH CYMBAL(digital) |  |
| LOWTOM(analog) |  |
RIDE CYMBAL(digital) |  |
| MIDTOM(analog) |  |
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| HIGHTOM(analog) |  |
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| RIMSHOT(analog) |  |
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| HANDCLAP(analog) |  |
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Ich wünsche euch viel Spass beim Nachbauen.
Die bei analogen Synthesizer am häufigst anzutreffende Methode der Klangfarbenänderung ist die Subtraktive Klangsynthese mittels eines oder mehrerer Filter. Das Filter beeinflußt den vom Oszillator produzierten Ton in seinem Frequenzspektrum.
Bei diesem Filter handelt es sich um einen Spannungsgesteuerten Filter bei dem die Filtersteilheiten in vier Stufen zwischen 6dB/Oktave und 24dB/Oktave gewählt werden kann. Zusätzlich kann zwischen den Funktionen Hochpass und Tiefpass gewählt werden.
Dieser VCF macht, wie auch das12db Multimode VCF und das 18 db VCF, gebrauch von der OTA Schaltungs-technik, die durch S.Franco eingeführt wurde.
Zur klassischen Moog-Kaskade hat dieser VCF zwei zusätzliche , musikalisch sehr sinnvolle Eigenschaften:
1. Umschaltbare Hochpass- und Tiefpassfunktion
2. Steilheit beider Filterfunktionen von 6dB-24dB einstellbar.
Diese beiden Eigenschaften machen diesen Filter zu einem sehr gutem Werkzeug zur Filterung in musikalischen Anwendungen.
Dieses Modul ist ziemlich komplex.
Diese liegt zum einen an den vielen Bauteilen auf der Frontplatte, zum anderen an der VCF Zusatzplatine.
Die Verbindung zum Bus ist nach Formant Art ausgeführt und über ein Adapterkabel mit dem Internen Bus verbunden.
Die Konzeption des Umschaltens in 6dB Schritten legt schon nahe das es sich hier um 4 einzelne Filter mit 6dB Steilheit handelt. Diese Prinzip wurde auch beim 18dB VCF angewendet. Beim 12dB Multimode VCF wurde ein anderes Schaltungsprinzip verwendet. Hier wurde eine einzigem Filtersystem 2. Ordnung, dem State Variable Filter, aufgebaut.
Diese VCF besteht aus zwei Schaltungsgruppen die weitgehend unabhängig sind und in fast jedem VCF zu finden sind. Das sind der Steuerspannungsaddierer mit Exponentiator und die linear stromgesteuerte Filterkaskade. Die einzige Verbindung ist die Stromleitung zwischen Exponator und OTA-Integrator.
Die Schaltung des Addierers und Exponentiators ist wie zu sehen, nur mit der Stromleitung mit der stromgesteuerten Filterkaskade verbunden. Diese Schaltung wird auch bei anderen Filtern eingesetzt und hat sich bewährt.
Man könnte den CA3084 durch zwei PNP-Transistoren ersetzen (z.B:BC557). Jedoch sollte man dann ein Pärchen mit annähernd gleicher Kennline finden. Diese müssen thermisch gut koppeln werden. Auch sollte dann der 1K8 Widerstand gegen einen mit 1k5 getauscht werden.
Da dieses ein doch recht aufwendiges Verfahren ist, und auch nicht immer zum Ziel führt, würde ich einen PNP-Dualtransitor vorziehen. Man kann auch einen AD820…830 (Analog Devices), 2N3808…2N3811(Motorola)oder auch fast jeden anderen Dual-NPN-Transitor verwenden, die jedoch meist über keinen Sustrat Anschuß verfügt.
Man sieht hier eine von vier Filtereinheiten die in diesem Filter kaskadiert sind. Es handelt sich um einen linear strom-gesteuertern Integrator. Er stellt die Hochpass- und Tiefpassfunktion gleichzeitig zur Verfügung.
Der Steuerstrom IABC, vom Exponator, steuert die Eckfrequenz für beide Filterfunktionen des Filters. Dieses Steuerung geschieht über wenigstens 3 Dekaden sehr linear.
Jedes Filter ist mit einem OTA (CA3080), einen Kondensator und einem OpAmp als Ausgangsstufe aufgebaut. Die Eckfrequenzen der Filter wird durch den Steuerstrom bestimmt. Dieser steuert alle Filter gleichmaßig an, so das alle Filter die gleiche Eckfrequenz haben und sich nur die Flankensteilheit der Filterglieder addiert.
Die Kaskadierung der Filterelemente :
Wenn man vier der beschriebenen Filter-elemente hintereinander schaltet, erhält man ein 24dB VCF, das zwischen Hochpaß- und Tiefpaßfunktion umschaltbar ist.
Die gewünschte Filter-steilheit kann gewählt werden, indem bis zu vier Filterelemente mit je 6dB/Oktave in Reihe geschaltet werden. Mit Anzapfungen zwischen den Filtereiheiten und einem 4fach Schalter ist die Wahl der Filtersteilheit einfach zu realisieren.
Da die einzelnen 6dB Filterelemente invertieren, liegt bei der 12dB und 24dB/Oktave Steilheit des Filters die richte Phaselage am Ausgang vor. Bei der 6dB und 18dB Filterkonfiguration ist die Phasenlage invertiert. Hier wird ein zusätzlicher Invertierer über über den Schalter zugeschaltet, damit die Phasenlage immer gleich ist.
Die verwendete Schaltung stammt aus dem Formant.
Quelle: MSC175-Projekt
Mir wurde ein Schaltplan an Herz gelegt. Es soll sich hierbei um einen 18dB EMS VCF handeln. Mir ist der Ursprung dieser Schaltung jedoch nicht bekannt und es befinden sich auch keine weiteren Informationen auf dem Schaltplan.
Da die Schaltung schon fast primitiv wirkt, und ich über die EMS Synthesizer gehört habe, daß sie im Vergleich zu anderen Synthesizern ihrer Zeit einen recht einfachen Schaltungsaufbau hatten, kann es sich also um einen EMS VCF handel. Der einfache Schaltungsaufbau ist kein Nachteil, den die technischen Unterschiede zu einem ideale Filter, den es ja nicht gibt, machen ja auch den klanglichen Karakter eines Filters aus.
Alles klar, dachte ich, und machte mich an den Aufbau meines Klones. Im folgenden werden meine Erfahrungen und Erkenntnisse beschrieben, die ich mit dem Aufbau dieser Schaltung gesammelt
Kapitel 1 : (Die Unterlagen)
Hier der original Schaltplan in zwei Größen.
Schaltplan klein / Schaltplan groß
Der kleiner Schaltplan eignet sich gut zur Darstellung auf dem Bildschirm.
Zur besseren Übersicht wurde ein neuer Schaltplan gezeichnet, der die Funktionweise deutlicher darstellt.
Den neuen Schaltplan gibt es hier.
Kapitel 1: (Der erste Versuch)
Ich habe zur original Schaltung eine Platine entwickelt. Diese Platine war auf die schnelle entwickelt, mit vielen Drahtbrücken. Es wurden die original Transistoren verwendet und alle Widerstände hatten 1% Tol. Die Dioden wurden durch 1N4148 ersetzt, denn die 1N914 ist oft als Äquivalent angegeben ?! Die Kondensatoren in der Kaskade sind Keramisch! Eine Paarung von T2 und T3 wurde nicht vorgenommen, denn die Transistoren lagen nicht in ausreichender Stückzahl vor. Die Dioden wurden nach Multimeter gepaart.
Diese Schaltung hatte keine Funktion !!!
Es ist kein Ausgangssignal vorhanden ! Das Eingangssignal ist links von der Kaskade vorhanden, recht fehlt es gänzlich !???
Kapitel 2:(Der zweite Versuch)
Da nach diversen Tests und Versuchen keine Funktion der Schaltung ersten Platine einstellte, habe ich mich entschlossen eine komplette Neuentwicklung vorzunehmen. Damit wollte ich Fehler in der Umsetzung zur Platine ausschließen die durch den undokumentierten recht wilden Aufbau entstanden sind.
Für die neue Platine gelten die gleichen Bestückangaben wie bei der ersten Platine, nur das die Kondensatoren durch Folien-Typen ersetzt wurden. Die Platine ist diesmal optimiert und hat auch Löcher für die Frontplattenmontage und ein Anschluß für das Bussystem, welches die Betriebsspannung und die CV-Spannung liefert.
Leider zeigte die Platine die selbe Funktion wie die erste Platine, nämlich keine !!!
Kapitel 3:(Der entscheidene Tip)
Durch eine sehr interessante Mail von Frank Springer, in der er die allgemeine Funktion der Schaltung beschrieb und auch sehr konkrete Lösungsvorschäge gab, konnte den “Geheimnissen” auf die Spur gekommen werden.
Mir wurde von jemanden berichtet, der diese Schaltung schon mehrfach vergeblich aufzubauen versucht hat. Dabei sollen sich die Transistoren TR1 und TR4 sehr heiß werden, was darauf hindeuten könnte, das der Arbeitspunkt von TR4 nicht sinnvoll eingestellt sein kann.
Also, es paßt alles zusammen! Bei mir werden die zwei Transistoren mit den original Werten der Widerständen und original Bauteilen so heiß, daß der Tod eines Transistors unausweichlich ist. Dann ist der Strom durch das Filter unterbrochen und die Schaltung zeigt natürlich keine Funktion mehr (und ist auch nicht mehr warm).
Zur allgemeinen Verbesserung der Schaltung werden die Transitoren durch BC547C ersetzt und TR2 und TR3 gepaart. Desweiteren wird der OpAmp IC3 durch eine besseren (z.B.TL081) ersetzt. Hier handelt es sich um einen Ausgangsverstärker an den höhere Ansprüche gelten als bei der Steuerspannungsaufbereitung (IC1 & IC2).
Hier eine sehr gute und sehr ausführliche Beschreibung der Schaltung von Frank Fringer:
Die Schaltung verstehe ich folgendermaßen. Der eigentliche Filter besteht dabei aus den Dioden D3 bis D16, den Kondensatoren C2 bis C5, den Transistoren TR1 bis TR4 und den Widerständen R12 bis R19, die die Arbeitspunkte der Transistoren festlegen. Der Teil links davon bereitet die Steuerspannung auf und rechts befindet sich der Ausgangsverstärker, der das Signal phasenrichtig zusammensetzt, die Resonanz erzeugt und die Ausgangsimpedanz anpaßt.
(Das ganze entspricht im Prinzip der Moogkaskade, nur daß hier Dioden anstelle der Transistoren als veränderliche Widerstände verwendet werden.)
TR4 ist dafür verantwortlich, wieviel Strom durch das Filter, d.h. D3 bis D16 und TR1 bis TR4 fließt. dieser Strom bestimmt die Filterfrequenz. Je mehr Strom fließt, desto höher die Frequenz, je kleiner der Strom, desto niedriger die Frequenz.
Damit überhaupt ein Signal übertragen werden kann, muß zumindest ein geringer Strom durch das Filter fließen. Andererseits darf der Strom auch nicht so groß werden, daß die Schaltung zerstört wird. Mir fällt auf, daß im Filterstromkreis zwischen positiver und negativer Betriebsspannung sich kein einziger ohmscher Widerstand befindet, sondern nur Halbleiterübergänge. Dadurch kann der Strom theoretisch beliebig groß werden. Außerdem wird die Schaltung dadurch recht instabil und schwierig zu handhaben.
Die ganze Verantwortung für den Strom hängt also an TR4 und daran, daß er sinnvoll angesteuert wird. Daher ist die Schaltung, die die Steuerspannung aufbereitet, auch entsprechend aufwendig. Die beiden Dioden D1 und D2 sollen zusammen mit den Spannungsteilern R8, R9 und R10, R11 den Bereich, in dem TR4 angesteuert werden kann, sinnvoll begrenzen. Das geschieht hier aber nur sehr halbherzig, da der Ausgangswiderstand R7 des Steuerspannungsverstärkers kleiner ist, als die der Spannungsteiler, wodurch die Steuerspannung zwar gebremst, aber nicht begrenzt wird.
Die Beobachtung, daß die Transistoren viel zu heiß werden, deutet darauf hin, daß TR4 permanent zu stark angesteuert wird. Auch der eingeschränkte Regelbereich ist ein Hinweis dafür.
Kapitel 4 : ( Genauere Berechnung/Simulierung )
Ich habe die Schaltung auch mit EWB simuliert, und habe einen maximalen Strom durch das Dioden-Ladder von 14mA berechnet bekommen. Leider kenne ich mich mit dem Programm noch nicht so gut aus, und das Problem mit der Wärme wird eventuell nicht mitberechnet. Bei mir wurde von einer Temperatur von 27 Grad ausgegangen, was ja nicht ganz richtig ist !!!
Außerdem hat mir der Test Fehlermeldungen bei den Dioden ausgegeben :
“Druchbruchstrom wurde auf 3.86635e-10 vergrößert, um Probleme mit der spezifizierten Sättigungstrom zu beseitigen”
Das sagt mir irgendwie nicht so viel, hat aber ersteinmal keinen weiteren Einfluß !???
Am Transistor T4 fallen nach meinen Berechnungen ca. 18V ab, was mit dem Strom von 14mA eine Leistungsaufnahme von 250mW ergibt. Kleinsignaltransistoren verkraften maximal 300mW unter günstigen Bedingungen. Eine Erwärmung ist also garantiert.
Eine Funktion der Originalschaltungs sehe ich in der Simulation gegeben, wenn sich die Halbleiter nicht so stark erwärmen würden.
Die gewonnene Kenntnis: Den Strom unter einem Wert halten, bei dem die Erwärmung einen höheren Stromfuß verursacht würde, der wiederum eine noch höhere Temperatur zur Folge hätte, usw.
Kapitel 5 : (Der Versuch am Objekt)
Als primärer Punkt der Versuchsreihe geht es nun um den Strom durch das Filter.
Als erstes ist es sehr wichtig eine Zerstörung der Transistoren vorzubeugen. Ein Mutimeter zwischen +15V und dem Kollektor von Tr1 hilft den Strom im Auge zu behalten, und notfalls “abzschalten”.
Es ist aufgefallen, daß es keine Trimmpotis zum Abgleich der Steuerspannungscharakteristik gibt. Das deutet darauf hin, daß diese Schaltung im Werk mit Festwiderständen abgeglichen wurde.
Um einen Einfluß auf den Stromfluß zu haben wurde R12 durch ein Trimmer mit 47k ersetzt. Jetzt wurde der Trimmer von seinem maximalsten Wert langsam verkleinert und dabei der Stromfluß durch das Filter beobachtet.
Ich habe mich bei meinen ersten Versuchen erst einmal an die 14mA aus der Schaltungsberechnung gehalten. Leider ist dieser Strom aber das ist zu hoch !!! Der Strom steigt dann unhaltbar bis zum Exodus des Transistors Tr4.
Bei mir ist bis zu einem Strom von 1,5mA durch das Dioden-Ladder möglich, ohne daß sich die Transistoren merklich heiß wurden. Leider stelle ich immer noch eine leichte Schwankung des Stroms fest.
Leider habe ich keine Prüfung der Cuttoff-Frequenz durchgeführt. Ich habe mich ausschließlich mit dem Strom beschäftig !!!
Mit einer Vergrößerung von R12 läßt sich also der Stromfluß auf ein verträgliches Maß senken. Die Auswirkungen auf den Regelbereich sind hier noch nicht untersucht worden.
Kapitel 6 : (Zusammenhang von Filterfrequenz und Strom)
Der nächste Schritt ist , einen Zusammenhang von Filterfrequenz und Strom zu finden. Vielleicht reicht ja der einstellbare Strombereich schon aus, um die Frequenz zu steuern.
Die Grundfunktion des Filters ist aber schon einmal geben !!!
Jetzt muß nur noch eine Frontplatte hergestellt werden, und endlich ist der EMS VCF fertig.
Hier will ich mich noch einem für die Tips und Anregungen bei Frank Springer und Matthias Stock bedanken.
Quelle: MSC175-Projekt
Völlig andere Klänge als ein Oszillator liefert ein Rauschgenerator. Wie der Name schon schon sagt, liefert er keine Töne, sondern ein bestimmtes Geräusch, das man Rauschen (engl. Noise) nennt. Es wird in der Synthesizertechnik dafür verwendet um Effekte zu erzeugen, die sich wie Wind, Meeresrauschen, Regen oder Donner anhören.
Bei diesem Modul handelt es sich um einen Rauschgenerator und um einem Zufallsspannungs-generator. Es generiert die Signale weißes Rauschen “white noise” (das alle hörbare Frequenzen enthällt), farbiges Rauschen “colored noise” (alle Frequenzen in dem Frequenzband von 100Hz bis 1kHz)sowie eine Zufallsspannung “random voltage” (eine sehr langsame Zufallsfrequenz).
Da im Rauschen (fast) alle Frequenzen vorhanden sind, kann man durch filtern mit einem VCF viele interessante Klangfarben entstehen lassen. Während sich weißes und farbiges Rauschen sowohl als Audio-Signal als auch (in Verbindung mit einem S/H-Modul) als Steuerspannung verwenden lassen, wird die generierte Zufallsspannung wegen der Betonung der tiefen Frequenz überwiegend als Steuerspannung eingesetzt.Es handelt sich hier also um eine gute Alternative zum LFO.
Der Verlauf der Zufallsspannung, deren Änderungsgeschwindigkeit und Amplitude, wird durch eine LED angezeigt.
Bei dem hier beschrieben Modul ist das Rauschen durch einen in sperrichtung geschalteten Transistor erzeugt worden. Es gibt auch andere Lösungen, wie der Digitaler Noisegenerator, der im 10 Band Vocoder zum Einsatz kommt!
Der Rauscherzeugende Transistor ist mit einem Sockel versehen, um ein leichtestes Tauschen zu ermöglichen(Platine links oben)
Die Verbindung zum Bus ist nach Formant Pro Art ausgeführt und über ein Flachbandkabel mit dem Internen Bus verbunden.
Hier gibt es zwei schöne Audio-Beispiele, bei denen ein Sturm mittels Noise-Generator und einem Tiefpassfilter simmuliert wird. Der VCF wird verwendet um die Windstärke und Richtung zu erzeugen.
Audiobeispiel “Wind 1″ (MP3)
Audiobeispiel “Wind 1″ (MP3)
Die verwendete Schaltung stammt aus dem Formant (Pro).
Anmerkungen und Korrekturen zu diesem Modul gibt es hier.
Quelle: MSC175-Projekt
