Электронный конструктор синтезатор своими руками
Обновлено: 02.05.2024
Когда мы говорим о самодельных инструментах, то в первую очередь подразумеваем акустические. С хорошей фантазией что угодно может превратиться в генератор звука. Если же речь заходит об электронных устройствах, то тут дела обстоят несколько иначе. Существует огромное количество видов синтеза звуков: FM-, FS-, LA-синтез и другие. Еще больше есть способов, как сгенерировать необходимую форму звуковой волны. Можно создать полностью аналоговое, цифровое или смешанного типа устройство. Можно обратиться к микроконтроллерам, типа Arduino, или к одноплатовым компьютерам, типа Raspberry. Деды выбирают «логику» — CMOS (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, просто название киберпанк-аниме). Различные чипы, 4046, 4013, 40106, зачастую можно встретить в качестве «ядра» в модульных синтезаторах типа Eurorack.
Как в этом всем не запутаться, а тем более создавать дома то, что производится на заводах специалистами? При этот может ли сам процесс быть увлекательным и простым? Мы отвечаем — да.
Для примера рассказываем, как построить осциллятор (VCO — voltage-controlled oscillator) из подручных средств. Главными критериями выбора были простота, дешевизна и безопасность. Потому что в работе с голыми электроприборами частенько существует риск получить заряд бодрости на целый день. А сжечь дорогостоящий компонент еще легче.
Поэтому не будем устраивать танцы с бубном вокруг «логики», а продемонстрируем простейшую схемку на транзисторах и резисторах, которая не навредит ни вам, ни вашему кошельку.
Что мы будем делать
Но обо всем по порядку. Что такое VCO? Это устройство для генерирования звуковой волны с помощью контроля напряжения (вольт). Грубо говоря, это когда электрический ток попадает на цепочку и преобразуется в волну, частота которой может меняться в зависимости от того, какие показания напряжения вы имеете.
Как вообще все устроено
По сути почти все синтезаторы работают по следующему принципу: волна определенной формы проходит через устройства, которые её изменяют (например, фильтры).
Существует следующие виды колебаний звуковой волны:
1. Синусоидальное (гармоническое) колебание. Если вы помните мамино «мугыканье» колыбельных или увлекаетесь эмбиентом, то звучание такого типа волны знаете хорошо. Оно мягкое, «гудящее», заполняющее пространство вокруг;
2. Квадратные колебания. Частенько используют для имитации бас-бочки или духовых инструментов. Очень плотный звук на низких частотах, а на высоких получается секс R2D2;
3. Пилообразные колебания. Подобную форму выдают смычковые инструменты.
5. Импульсные колебания. Похожи по своей форме на квадратные, но характеризуются более коротким положительным и более длинным отрицательным полупериодом..
Парень на видео довольно интересно выкручивает импульсную волну, так что синтезатор начинает звучать человеческими голосами. Но мы же знаем, что это души покойников пытаются с нами связаться.
Что нам нужно
Теперь перейдем к схеме простого осциллятора, который будет нам выдавать квадратоид. Что нам необходимо из инструментов и деталей? Паяльник, припой, флюс, 1КОм резистор (1 шт), 100 КОм резистор (1 шт) (ограничивает ток, преобразовывает напряжение в силу тока и наоборот), 10 КОм потенциометр (ручка-крутилка, можно увидеть на синтезаторах) (1 шт), транзистор (1 шт), LED (светодиод или “лапмочка” с двумя ножками) (1 шт), конденсатор (накапливает электрические заряд) (1шт), макетная плата 3х4 (штука, на которой все это добро размещается) (1шт), аудиоразъем 3.5 мм, разъем для «кроны».
Есть нюансы
Конденсатор следует выбирать вдумчиво. Все зависит от показателей емкости (фарадов). Если вы хотите получить высокий звук (альт), то вам следует брать конденсатор от 10 микрофарад и ниже. Средней частоты звук вы получите от 22 микрофарад до 100 микрофарад. От 100 микрофарад начинается «трактор». Звук хороший для получения «кика», создания LFO (низкочастотная огибающая) и так далее.
Если вас начнут в магазине задалбывать пугающими вопросами, то отвечайте: конденсатор на 50 вольт, электролит, 85 градусов.
Резисторов 1КОм лучше брать 2 штуки. Или сразу купить резисторы номиналом 2КОм. Это позволит избежать затухания осциллятора на максимальном выкручивании потенциометра. Резистор берите 0,25 Вт и выводной.
Если вы купили дофига резисторов и забыли их номинал, то вам поможет калькулятор цветовой маркировки резисторов.
Потенциометр лучше поискать хороший. У нас распространены китайские Tommy, вот они попадаются очень плохого качества. Плюс у них со временем стирается внутри графитовое напыление и регуляция частоты начинает работать как-то кособоко.
Остаются лишь транзисторы. На схеме ниже рекомендуется брать транзисторы 2n3904. Но они стабильно работают от 12 вольт. Если же вы хотите подпитать ваш осциллятор батарейкой «крона» (9 вольт), чтобы носить вундервафлю с собой и портить людям жизнь, то лучше брать SS9018 и SS9013. Эти транзисторы даже на 6 вольтах работают дай Боже.
Макетную плату лучше брать текстолитовую. Они у нас продаются зеленого цвета, увесистые, довольно крепкие и зачастую являются двухсторонними.
За предоставленную схему поблагодарим британца-гика Look Mum No Computer.
Если же вы не умеете читать схемы, то вот вам картинка, где показано, как следует разместить все детали на макетной плате. Версия от британца и моя, модифицированная. Вам необходимо будет скопировать расположение деталей точь-в-точь.
Внимание! У транзисторов необходимо отрезать среднюю ножку. Если вы не отрежете, схема работать не будет.
Если что, то вот так оно должно выглядеть в реальной жизни.
После того, как вы разместили компоненты на плате, вам необходимо будет их соединить между собой. Для этого пользуемся параллельным соединением с помощью припаивания к ним небольших кусочков монтажного кабеля. Таким образом смыкаем контакты на одной из горизонтальных полос платы.
Это не совсем правильный подход к решению вопроса, но для начинающих подойдет. Но уметь читать схемы необходимо, это позволяет уменьшать размеры устройств до спичечного коробка и располагать детали как угодно. Если вы не умеете паять, то имеется альтернатива. Все детали нужно разместить не на макетной плате, а на удобной для рисования поверхности. Например, на картонке. После чего купить краску с графитом и ею нарисовать соединения между контактами деталей. Это очень ненадежно, зато просто и весело.
Как правильно паять разъем питания и аудиоразъем
Вам необходимо купить аудиоразъем для корпуса 3,5 мм, тип «мама». У него, как и всего на планете, есть «+» и «-». Центральная длинная ножка от корпуса — это «минус», а две коротких — это «плюсы», левый и правый канал соответственно. Какой паять, выбираете вы.
Если говорить о гнезде для кроны, то тут все намного проще. Черный кабель — это «минус», а красный кабель — это «плюс».
В случае прямых рук, нормальных деталей и терпения вы получите такую вот гуделку:
Что теперь
Остаются загадочные выходы, подписанные CV. CV (Control Voltage) — это 3.5 мм аудиоразъемы, предназначенные для контроля напряжения. С помощью них можно модудировать исходящий аудиосигнал. Как вы уже догадались, частенько CV используются в модульных синтезаторах. Вот этот Ктулху из проводов — это пропатченные (соединенные) между собой CV-выходы.
Чтобы сделать подобный CV для нашего осциллятора, нам понадобится смастерить оптрон (вольтрон, оптопара). Для этого необходимо купить фоторезистор 50КОм и яркий LED (светодиод) белого цвета. Соединить их необходимо не «ножками» друг к другу, а «головками». Грубо говоря, лампочку прислонить к плоскому приемнику фоторезистора.
Все это можно зафиксировать изолентой. Потом необходимо к указанным на картине выходам CV припаять ножки фоторезистора (полярность не важна). А вот длинную ножку LED (+) следует припаять к резистору 10КОм, после чего к «плюсовому» контакту разъема 3.5 мм. Короткую ножку (-) просто припаиваем к минусу аудиоразъема.
Вуаля! У вас получился элементарный модуль Eurorack, который можно пропускать через фильтры, эффекты, подключать к миди-клавиатуре и делать сотню других полезных вещей.
Идея в том, чтобы разработать и собрать электронный синтезатор с некоторыми функциями, эффектами и т.д. Это мой старый школьный проект, и я переделал и изменил его. Это интересно.
В интернете есть много схем любительских синтезаторов. Большинство основано на 555 или какой - то схеме генератора. Ограничение таких решений в том, что такая схема генерирует только один тон одновременно. Чтобы играть реальные аккорды, необходимо нажимать несколько клавиш одновременно, соответственно получая несколько тонов одновременно. То есть, для 12 тонов, необходимо 12 генераторов частоты. Если клавиатура имеет 48 клавиш, то требуется 48 генераторов тонов.
Спасением может быть логическая CMOS микросхема 4060. 4060 представляет собой 14 канальный двоичный счётчик/делитель со сквозным переносом и генератор. Блок схема внутренних функций 4060 из даташита выглядит так. Выход Qn является n-ным значением счетчика, представленным как 2^n, например Q4 2^4 = 16(1/16 тактовой частоты) и Q5 2^5 = 32 (1/32 тактовой частоты).
О частотах хроматизмов можно прочесть здесь
Масштабы октав связаны. Первая октава C1 (16.3Hz) составляет половину второй октавы C2 (32.7Hz) и так далее. Микросхема 4060 может разделить их тактовую частоту через Qn выходы. Нам понадобится 12х4060 генераторов тона, и будет поддерживаться 7 октав(12×7 = 96 тонов, бинго).
Таким образом, первоначальный проект такой. Конструкция состоит из 12×4060 генераторов тона, dsPIC для звуковых эффектов и контроля, усилителей.
На первой схеме показаны генераторы тона 4060. Тактовая частота может быть рассчитана по формуле f = 1 / (2xPixR2xC1). Я планирую использовать 4 октавы (48 тонов) начиная с С3 (130Hz) до B6 (1975Hz). Вы можете сами выбрать требуемые величины. Я подготовил схему с 6 выходным тонам.
Следующие схемы являются простым блоком питания 7805 и усилителем LM386. Ничего особеннного.
Первый шаг заключается в подготовке физических кнопок и ПП. Кнопки взяты от клавиатуры выброшенной китайской игрушки. К сожалению, в игрушке использовались матричные кнопки. Я также сделал ПП для кнопок.
Подготовленная плата для кнопок с оригинальным размером кнопок:
Схемы и провода:
Первоначальная сборка закончена.
Для настройки частоты я использовал свой Nexus 7 и приложение-тюнер gStrings. Спасибо разработчику за такое полезное приложение. Необходимо настроить только одну октаву. Когда C3, C4 или любая другая нота настроена, остальные настроятся автоматически из-за делителя частоты.
Наконец, после выходных и большого количества кофе, первая фаза проекта получилась такой:
Следующие шаги:
-Вы можете заметить пустое пространство между платами. Да, это место для звуковых эффектов и контроля dsPIC.
-Также мне нужно сделать верхнюю крышку.
Мысли:
- Кнопки не такие мягкие, как оригинальная клавиатура. Необходимо найти более подходящее решение для конечного варианта устройства.
- Усилитель на LM386 не сочетается с тонами. Я заметил некоторые искажения при низком уровне громкости. Позже я заменю его на подходящий стерео усилитель. Я хочу иметь левые и правые октавы с разделенными эффектами и звуковым выходом.
Шаг первый: схема и плата
Мастер создал схему и платы в программе Eagle. Эти файлы можно найти перейдя по этой ссылке или ниже.
555 Fizzle Loop Synth.pdf
555 Fizzle Loop Synth.pdf
Плату можно сделать самостоятельно или заказать на соответствующем сервисе. Список деталей можно скачать ниже.
Parts List - 555 Fizzle Loop Synth Circuit.pdf
Шаг второй: монтаж платы
Монтаж платы не слишком сложный. Плата промаркирована соответствующим образом. После монтажа он тестирует работу платы.
Шаг третий: изготовление передней панели
Для дизайна панелей мастер использовал редактор векторной графики Inkscape. Процесс проектирования можно посмотреть на видео.
Так же можно скачать готовые для печати PDF-файла и на Диске скачать файлы Inkscape, которые можно отредактировать.
555 fizzle loop synth 2.pdf
Дальше нужно напечатать шаблон на обычной бумаге формата A4. По шаблону нужно вырезать акрил (по размерам шаблона). Затем вырезать акрил.
Дальше нужно напечатать переднюю панель на переводной бумаге и дать ей просохнуть в течении 30 минут. Дальше бумагу нужно смочить в теплой воде и наклеить на акрил лицевой стороной. Теперь нужно снять подложку.
После полного высыхания наклейки наносит на панель немного прозрачной акриловой краски в 2-3 слоя.
Теперь нужно просверлить и вырезать отверстия для переключателей, потенциометров, динамика и крепежные отверстия.
Шаг четвертый: изготовление корпуса
Теперь можно сделать корпус для синтезатора. Мастер делает его из деревянных планок. Отрезает планки по размеру. Фрезерует в планках пазы. Затем планки нужно отшлифовать.
Шаг пятый: сборка передней панели
Устанавливает потенциометры, динамик, ползунковый переключатель. Устанавливает ручки.
Шаг шестой: задняя крышка
Заднюю крышку вырезает из фанеры. Шлифует ее, сверлит крепежные отверстия. Покрывает корпус морилкой.
Шаг седьмой: сборка
Теперь, когда корпус готов, можно установить батарею. Мастер использует старую батарею от мобильного телефона. Для ее зарядки мастер использует модуль зарядки на котором можно установить нужное напряжение.
Модуль приклеивает к аккумулятору двусторонним скотчем. Минус подключает к модулю напрямую, плюс (во избежание разряда) через выключатель.
Для питания и зарядки устройства устанавливает модуль micro USB, который подключает к положительному и отрицательному входам модуля.
Плату и батарею приклеивает к задней крышке. USB-модуль устанавливает в паз. После монтажа проверяет работу устройства. Закрепляет заднюю крышку.
Инструменты и материалы:
-Фанера;
-Провода;
-Батарейный отсек;
-Батарейки;
-Солнечная панель;
-Электромоторы;
-Выключатели;
-Потенциометры;
-Светодиоды;
-Паяльник;
-Пила;
-Наждачная бумага;
-Дрель;
-Клеевой пистолет;
-Шурупы;
Шаг второй: шурупы
Дальше, необходимо, немного вкрутить шурупы в плитки. Количество шурупов, на одной плитки, зависит от детали, которая будет на ней закреплена. Шурупы будут играть роль контактов, поэтому автор советует использовать шуруп с "крестовой" шляпкой под + , а с обычной под -.
Шаг третий: электрокомпоненты
Следующим шагом нужно закрепить электродетали на плитке, соединить их проводами с шурупами, припаять.
Батарейный отсек.
От себя добавлю.
Можно добавлять свои детали дополнительное питание, сопротивление, электромагниты и т.д. Если даже вы не знаете, как работают некоторые из них, информацию можно найти в сети. Можно поискать соответствующую литературу, например книги к электронному конструктору "Знаток", там все расписано доступным языком.
Электронный синтезатор – современный музыкальный инструмент, где в качестве источника звука используются интегральные генераторы, а деление на октавы выполняется с помощью делителей частоты.Электронные инструменты содержат сложные системы обработки звука, блоки эффектов и узлы синтеза, имитирующие практически все музыкальные инструменты. Кроме того электромузыкальные генераторы могут воспроизводить звуки не существующие в реальной природе. Сложные устройства позволяют накладывать музыкальные темы одна на другую, подключать аккомпанемент и записывать в память различные музыкальные мелодии, редактировать их и воспроизводить в новой тональности и на других инструментах. Сложный профессиональный синтезатор своими руками сделать очень сложно, но собрать более простой электромузыкальный инструмент вполне возможно.
Как сделать синтезатор
Простой одноголосный музыкальный инструмент можно сделать за несколько часов.Схема синтезатора сделанного своими руками, может быть выполнена на транзисторах или интегральных микросхемах.В самом простом варианте это генератор звуковой частоты, к которому, посредством кнопок или клавиш подключаются частото задающие цепи.Электромузыкальный осциллятор реализован на операционном усилителе 140 УД 1Б. При небольшом изменении номиналов радиоэлементов, в качестве генератора можно использовать и другие операционные усилители. В данной схеме используются 24 резисторные частото задающие цепи, что позволяет реализовать две октавы.Выход ОУ можно подключить к любому усилителю низкой частоты.Недостатком схемы можно считать двухполярное питание.
Очень простой синтезатор своими руками можно собрать на старых радиоэлементах. Конечно, устройство нельзя рассматривать как музыкальный инструмент, но для развивающих детских игр оно вполне подойдёт.
Аналогичную схему, но на полную октаву из 12 тонов можно сделать на микросхеме ISM7555. Это интегральный таймер. Частотозадающие цепи реализованы на переменных резисторах.
Устройство питается от батарейки 9 вольт, но можно собрать простой блок питания. Ёмкость конденсатора СХ1 33 нф. Для того чтобы правильно настроить все ноты можно использовать онлайн тюнер для настройки музыкальных инструментов.
Все эти устройства можно назвать синтезаторами только с большой натяжкой. Настоящий электромузыкальный инструмент имеет очень сложную схемотехнику. Формирование звуков происходит в нескольких октавах, поэтому на клавиатуре можно играть аккордами. Генераторы тона позволяют получить на выходе сигнал требуемой формы. Кроме классической синусоиды с выхода можно получить сигналы треугольной, пилообразной и прямоугольной формы. Далее звуковой сигнал микшируется и поступает на блок фильтров. Группы фильтров позволяют выделить нужную полосу частот. В синтезаторе обязательно присутствует блок управления огибающей. С его помощью можно установить нужную атаку сигнала, период спада сигнала после нарастания, период постоянного уровня и период окончательного затухания. Фильтры так же могут иметь схемы управления параметрами огибающей.
Очень важным в процессе формирования звука является принцип модуляции, когда параметры основного сигнала изменяются под действием управляющего низкочастотного сигнала. Обычно используется амплитудная, частотная и фазовая модуляция. В некоторых схемах имеется блок операторного FM синтеза. Здесь несколько звуковых сигналов модулируют друг друга по частоте, затем суммируются и, в результате, с выхода устройства снимается очень сложный и интересный звук. В формировании звучания так же используется принцип фазовых искажений. В ранних моделях синтезаторов все технические решения реализовывались на транзисторах, поэтому учитывая сложность схем, их количество было очень большим. Интегральная микроэлектроника позволила значительно упростить принципиальные схемы, тем не менее, задача, как сделать синтезатор своими руками, в домашних условиях, даже для опытного радиолюбителя, может оказаться слишком сложной проблемой. Самым сложным при работе над электромузыкальным инструментом, является настройка и регулировка его параметров.
Более сложный самодельный блок можно собрать на логических микросхемах 4960. Каждая микросхема представляет собой генератор и 14 разрядный двоичный счётчик делитель с прямым переносом. С выходов Qснимается поделённая тактовая частота. Так с выхода Q4 можно получить частоту f/16, а с выходаQ5f/32. 12 интегральных микросхем 4060 позволяют реализовать клавиатуру на 7 октав или 96 тонов.При изготовлении музыкального инструмента, к генератору тона нужно подключить частотозадающие R/C цепи. После изготовления, потребуется по внешнему тюнеру или генераторы настроить только одну октаву. Все остальные будут настроены автоматически из-за деления частоты. К готовому устройству можно сделать блок эффектов, который может включать вибратор, тремоло, бустер или фазер. Выход можно подключить к усилителю низкой частоты.
Микросхема 4060 питается напряжением от 3 до 18 вольт, поэтому блок питания может быть любой конструкции
Читайте также: