Multimode VCF (6dB/12dB/18dB/24dB, HP/TP)
August 11th, 2008 Posted in SYNTH-MODULE
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.
Das Modul:
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.
Schaltungsprinzip:
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.
Der Steuerspannungsaddierer und Exponentiator:
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.
Der linear stromgesteuerte Integrator :
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.
Die Phasenlagenkorrektur :
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