Práctica. Capítulo 2

CAPITULO 2. El teclado y su interface.

Después de hablar de los fundamentos de un sintetizador en el capítulo anterior, la segunda parte de esta serie se centra en algunos aspectos prácticos, como el teclado y la electrónica de este.

Antes de comenzar la discusión, hay que subrayar que el sintetizador no es un proyecto adecuado para principiantes. La complejidad del sintetizador exige un alto grado de competencia en la soldadura de placas de circuito impreso y el intercableado si no se quiere que surja un número inaceptablemente elevado de fallos. Tampoco debería emprender el proyecto nadie que no tenga acceso a un osciloscopio y un buen multímetro digital.

Cuando se especifique, deben utilizarse resistencias de película metálica o de metal óxido al 1%. Todas las demás resistencias deben ser de buena calidad, del 5% de película de carbón, mientras que los condensadores (excepto cuando la capacitancia requiera un electrolítico) deben ser de bajas pérdidas y baja fuga, como los de policarbonato, poliéster o poliestireno. No deben utilizarse condensadores cerámicos. Los semiconductores también deben ser de primera calidad y de fuentes fiables, no desechos de fabricantes «sin marcar ni probar». Debe evitarse la tentación de ahorrar dinero comprando componentes dudosos, ya que el resultado será casi seguro un rendimiento insatisfactorio.

El sintetizador consta de dos unidades independientes: la unidad modular, que contiene los VCO, los filtros, las fuentes de alimentación, etc., y la unidad manual, que contiene el teclado. Estas dos unidades están interconectadas por cables con terminaciones de clavija y enchufe y pueden separarse (transporte o almacenamiento). El teclado es un teclado de 37 notas de Do a Do equipado con bloques de contactos Kimber-Allen de dos polos normalmente abiertos. El teclado utilizado en el prototipo era del tipo SKA. El teclado consta de un chasis de aluminio de dimensiones similares a las de la figura 1a, en el que se montan las teclas y los muelles de retorno.

 Fig.1a

Los contactos de las teclas se presionan mediante un actuador de plástico situado en la parte inferior de cada tecla, que sobresale a través de un orificio en el chasis (véase la figura 1 b).

 Fig.1b

Los bloques de contacto se suministran por separado del teclado, y la primera tarea es montar los contactos en la parte inferior del chasis como se muestra en las figuras 2a y 2b.

 Fig. 2a Fig. 2b

Los bloques de contacto deben estar separados del chasis para que el actuador (A) toque el contacto móvil con la tecla en posición de reposo. Una tira de plexiglás u otro plástico de 3 mm de grosor constituye un espaciador adecuado (F). El método más sencillo de fijar los bloques de contacto en su posición es pegarlos al espaciador de plástico con adhesivo epoxi de fraguado rápido, teniendo cuidado de que no penetre adhesivo en el interior del bloque de contacto. Para los que prefieran un montaje más fácil de reparar, la ranura de la parte inferior del contacto admite una tira metálica de sección rectangular que sujeta los contactos al chasis con tuercas y tornillos.

Interfaz del teclado

El principio del teclado del sintetizador, que se explicó brevemente en capítulo 1, se muestra de nuevo en la figura 3.

Fig.3

La función de uno de los contactos del teclado es proporcionar una tensión de control a los módulos controlados por tensión del sintetizador. Cada tecla puede utilizarse para conmutar un voltaje desde un punto concreto en un divisor de potencial compuesto por resistencias de igual valor y tolerancia ajustada alimentadas desde una fuente de corriente constante. La característica de control del sintetizador es de 1 voltio/octava, por lo que cada resistencia de la cadena debe caer 1/12 V, lo que da un paso de 1/12 V por semitono. Desde la alimentación estabilizada de – 15 V fluye una corriente constante a través de P6 y R23. Dado que sólo una corriente de polarización insignificante puede fluir hacia la entrada inversora del 741, esta misma corriente debe fluir también fuera de la salida del amplificador óptico y a través de la cadena divisora de potencial de vuelta a la entrada inversora. Dado que R24 mantiene la entrada inversora a potencial de tierra, el voltaje en la unión de R22 y R23 también es cero, un punto de «tierra virtual». P6 puede ajustarse para dar una corriente de 833 μA o una caída de voltaje de 1/12 V a través de cada resistencia de 100 ohms, es decir, 83,3 mV. En la práctica, la tensión no será exactamente 83,3 mV, sino que será algo mayor para compensar las pérdidas de tensión en otras partes del circuito.

Puede parecer extraño utilizar una tensión de referencia estabilizada para producir una corriente constante que, a su vez, se utiliza para producir una tensión constante. ¿Por qué no alimentar el divisor de potencial con una tensión constante? La respuesta es muy sencilla. Como el sintetizador es un instrumento monofónico, sólo se puede tocar una nota a la vez. Si la cadena divisora se alimentara de una fuente de tensión y se pulsaran varias teclas simultáneamente, ya sea por accidente o intencionadamente, parte de la cadena divisora se cortocircuitaría, aumentando las caídas de tensión a través de las resistencias sin cortocircuitar y dando una nota discordante. La alimentación desde una fuente de corriente constante significa que, incluso si parte de la cadena está en cortocircuito, las caídas de tensión en el resto de las resistencias seguirán siendo correctas y las notas sonarán con la nota más baja de las reproducidas.

 

Circuito de muestreo y retención.

No es posible utilizar directamente la tensión de salida del teclado para controlar el sintetizador, ya que cuando se suelta una tecla, dicha tensión desaparece de forma abrupta, al igual que cualquier tono controlado por ella, lo que imposibilita efectos como el sostenido. Por esta razón, la tensión de salida del teclado se almacena en un circuito de muestreo y retención (Sample & Hold). Consiste básicamente en un interruptor y un condensador conectados a la entrada de un amplificador operacional en configuración de seguidor de tensión. Cuando el interruptor está cerrado, el condensador se carga rápidamente hasta el mismo nivel que la tensión de entrada. La salida del amplificador operacional también asume este nivel. Si ahora se abre el interruptor, suponiendo que el amplificador operacional tenga una resistencia de entrada alta, el condensador sólo puede descargarse muy lentamente, por lo que el amplificador operacional mantiene su tensión de salida durante mucho tiempo.

En primer lugar, dado que el interruptor de la figura 4 corresponde a un contacto de tecla del teclado, la resistencia de fuga del interruptor cuando está abierto es la resistencia de fuga de 37 contactos de tecla conectados en paralelo, que puede ser bastante baja, especialmente en un entorno húmedo.

Fig.4

Esto podría solucionarse aumentando el valor del condensador para que se descargue más lentamente, pero entonces tardaría mucho más tiempo en cargarse desde la cadena divisora del teclado, lo que produciría efectos de «glissando» no deseados. La solución es utilizar un circuito doble de muestreo y retención, como se muestra en la figura 5.

Fig.5

El circuito previo S&H almacena la salida del teclado en un pequeño condensador C1, y la salida se amortigua mediante un FET seguidor de fuente T1. Antes de que la tensión en C1 pueda disminuir debido a la fuga del contacto del teclado, la tensión en la fuente de T1 se transfiere a un condensador grande C2 mediante un interruptor electrónico T2. La resistencia a la desconexión de este interruptor es mucho mayor que la del teclado, y T3 tiene una resistencia de entrada alta, por lo que C2 puede mantener su carga durante bastante tiempo. T2 se conmuta mediante un impulso de puerta controlado por el segundo conjunto de contactos del teclado. El cátodo de D1 está normalmente a -14 V y T2 está por tanto desconectado. Cuando se pulsa una tecla, el impulso de puerta lleva el cátodo de D1 a + 14 V y T2 se enciende.

Control de portamento

Al subir y bajar una escala, la tensión de control de la fuente de T3 normalmente consistiría en una serie de pasos discretos, como se muestra en la figura 6a.

 Fig.6aFig.6b

Esto daría lugar a cambios de tono igualmente discretos, siendo el cambio mínimo de tono un intervalo de semitono de la escala temperada, como con cualquier otro instrumento de teclado. Sin embargo, muchos instrumentos se caracterizan por la posibilidad de realizar cambios continuos (suaves) de tono, como por ejemplo el trombón con su deslizador. El circuito de la etapa de portamento se muestra en la figura 7.

Fig. 7

Consiste simplemente en un FET seguidor de fuente, precedido por una red RC que integra la salida escalonada de T3 para proporcionar un cambio mucho más suave, como se muestra en la figura 6b. Tenga en cuenta que, debido a las tolerancias del FET, las resistencias de fuente R2, R4 y R6 deben seleccionarse en la prueba, y esto se describirá en el capítulo 3.

 

Sintonización global, modulación de frecuencia y equilibrio de offset.

Los FET conectados como seguidores de fuente difieren en dos aspectos esenciales de los seguidores de tensión ideales. En primer lugar, entre la puerta y la fuente siempre está la tensión puerta-fuente del FET, lo que significa que la fuente siempre está a una tensión más alta que la puerta. En segundo lugar, la ganancia de un seguidor de fuente es ligeramente inferior a la unidad, lo que significa que un cambio de 1 V en la puerta no produce un cambio de 1 V en la fuente. El circuito de la figura 8 compensa la tensión de offset.

Fig. 8

Éste comprende dos amplificadores operacionales. IC3 está conectado como un amplificador sumador inversor, mientras que IC4 está conectado como un inversor de ganancia unitaria para restaurar el sentido correcto de la tensión de control. Una tensión negativa controlada por P4 puede sumarse con la entrada de tensión de control (KBV) para cancelar la tensión de offset positiva. Las pérdidas de ganancia en las etapas de muestreo y retención y portamento se compensan aumentando la corriente a través de la cadena divisora del teclado mediante P6 en la figura 3 hasta que se obtiene una característica de control de 1 voltio/octava a la salida de IC4. El circuito de la figura 8 realiza dos funciones adicionales. Añadiendo una tensión de CC variable a la tensión de control, se puede desplazar toda la gama de sintonización del sintetizador. P2 proporciona un ajuste de aproximadamente 5 octavas, mientras que P5 proporciona un ajuste fino de aproximadamente ± un semitono, de modo que el sintetizador puede ajustarse fácilmente para que coincida con otros instrumentos.

Hay otra entrada para la modulación de frecuencia, por ejemplo, para proporcionar vibrato. El nivel de modulación puede ajustarse por medio de P3, y con P3 a fondo en el sentido de las agujas del reloj, la sensibilidad de esta entrada es de aproximadamente 1 octava por 500 mV.

Circuito de puerta.

Debido a la acción del circuito de muestreo y retención, una vez que se ha pulsado una tecla, la tensión de control permanece en la salida KOV hasta que se pulsa otra tecla. Esto haría que una nota, una vez pulsada, sonara indefinidamente si no fuera por los circuitos de envolvente que controlan el ataque, el sostenimiento y el decaimiento de las notas. Los pulsos de puerta para controlar el circuito de muestreo y retención y para controlar los formadores de envolvente se derivan del segundo conjunto de contactos del teclado. Como se muestra en la figura 9, todos están conectados en paralelo y alimentados con 4,7 Vcc desde IC1.

Fig.9

Cuando se cierra un contacto de teclado, la salida de IC5 pasa inmediatamente a +4,7V. C6 se carga a través de P7 hasta que su voltaje excede el voltaje de la entrada inversora de IC6 (lC6 funciona como comparador) cuando la salida de IC6 pasa a positivo. Cuando se suelta la tecla, la salida de IC5 se convierte en cero y C6 se descarga rápidamente a través de D2 para que la salida de IC6 sea negativa. La red RC P7/C6 proporciona un retardo ajustable que compensa la diferencia en el tiempo de cierre entre los dos conjuntos de contactos. Por ejemplo, si el contacto de puerta se cierra antes que el contacto de tensión de control, el sintetizador emitirá primero una señal determinada por la tensión residual en C1 en la figura 5. A continuación, cuando el contacto de tensión de control se cierre, el sintetizador emitirá una señal determinada por la tensión residual en C1. A continuación, cuando el contacto de tensión de control se cerrara, sonaría la nota correcta. La red de retardo asegura que el pulso de puerta se retrase hasta que se haya aplicado la nueva tensión de control a C1. Sin embargo, como C6 se descarga rápidamente a través de D2, el impulso de puerta termina inmediatamente después de soltar la tecla. C5 y R25 en la entrada a IC5 ayudan a suprimir el ruido debido al rebote de contacto.

Dado que hoy en día no existen teclados como el descrito en el artículo (o es muy difícil de conseguir) utilizaremos un teclado estándar MIDI y un adaptador o convertidor a salidas CV (equivalente a KOV) y Gate.

 

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