Práctica. Capítulo 4.1

Propiedades musicales de las formas de onda

Cada una de las formas de onda disponibles en la salida VCO tiene su propio carácter musical, que es útil para aplicaciones particulares. Una onda cuadrada sin filtrar no es particularmente útil, ya que los armónicos impares hacen que el sonido sea extremadamente áspero. Sin embargo, las ondas cuadradas filtradas son útiles para la imitación de tonos de flauta y ciertos instrumentos de viento como el clarinete. La forma de onda de diente de sierra, que es rica en todos los armónicos, es adecuada para la imitación de instrumentos de metal, viento y cuerda, y tiene un carácter extremadamente brillante y vivo. Las amplitudes de los armónicos de diente de sierra caen a 6 dB por octava, es decir, la amplitud del enésimo armónico es 1 /n veces la amplitud del fundamental. Cuando esta caída es demasiado brusca, se puede utilizar la forma de onda de diente de sierra espaciado. Esta tiene un carácter aún más brillante que el diente de sierra y es extremadamente útil para imitar instrumentos muy brillantes como la familia del violín y algunos de los instrumentos de viento-metal más agudos como la corneta y la trompeta. Las formas de onda triangular y sinusoidal son musicalmente muy similares. El triángulo carece por completo de armónicos pares y los armónicos impares son de baja amplitud. El sonido del triángulo es similar al de una flauta, muy suave y meloso. Por supuesto, una forma de onda sinusoidal pura carece por completo de contenido armónico y suena incluso más suave y sosa que el triángulo, hasta el punto de carecer por completo de carácter. Una distorsión armónica baja de la forma de onda sinusoidal no es especialmente importante para las aplicaciones musicales, siempre que el contenido armónico sea lo suficientemente bajo como para que el sonido de la onda sinusoidal contraste con el del triángulo. La onda senoidal se obtiene a partir del triángulo mediante un circuito conformador de diodos extremadamente sencillo.

Convertidor diente de sierra espaciado.

La figura 11 muestra el circuito de la sección del convertidor diente de sierra espaciado.

Fig.11

La salida en diente de sierra del VCO se introduce en IC5 a través de R22. IC5 funciona como un rectificador inversor de media onda, con un offset variable proporcionado por P11. Dependiendo del ajuste de P11, la tensión negativa en su deslizador provoca un offset positivo en la salida de IC5 de entre cero y aproximadamente +14 V. Mientras que la salida de IC5 es positiva, D7 está en polarización inversa y el amplificador operacional amplifica e invierte los dientes de sierra de entrada positivos con una ganancia de aproximadamente 5.5. Sin embargo, esto sólo se aplica mientras la salida de IC5 siga siendo positiva. A medida que el voltaje del diente de sierra aumenta, se alcanzará un punto en la forma de onda donde la salida de IC5 cae por debajo de cero. D7 se pondrá en polarización directa y bloqueará la salida de IC5 a aproximadamente   -0,6 V. El punto de la forma de onda en diente de sierra en el que se produce el bloqueo depende de la configuración de P11. Con P11 ajustado para dar una señal positiva, la salida de IC5 se bloqueará a aproximadamente -0,6 V. El punto de la forma de onda en diente de sierra en el que se produce el bloqueo depende de la configuración de P11. Con P11 ajustado para dar un offset de cero el diente de sierra se recortará a un nivel muy bajo. Por otro lado, con P11 ajustado para dar una tensión de offset grande, la amplitud del diente de sierra puede que nunca sea lo suficientemente alta como para hacer que la salida de IC5 sea negativa, y el diente de sierra aparecerá en la salida de IC5 sin recortar. IC7 amplifica e invierte la salida de IC5 con una ganancia de aproximadamente -4, y P11 se ajusta para que la amplitud sea la misma que la de la forma de onda del diente de sierra, nominalmente 1,5 V p-p.

Convertidor triangular.

La rectificación de media onda se emplea de nuevo en el convertidor triangular, figura 12.

Fig.12

El diente de sierra de entrada (1) es rectificado en media onda positiva y negativa por D3 y D4, y los semiciclos positivo y negativo se alimentan a las bases de T4 y T5 respectivamente (2) y (3). Como T4 y T5 forman un amplificador diferencial, la forma de onda del colector de T5 es (2) – (3), que es una forma de onda triangular (4). IC8 está conectado como un seguidor de tensión para amortiguar la salida. Puede parecer un poco extraño utilizar un amplificador discreto en este circuito cuando se hace un uso extensivo de amplificadores operacionales en otros lugares. La razón es que tienen una velocidad de giro limitada, y esto puede dar lugar a una muesca en el vértice de la forma de onda triangular donde se produce el cruce de medio ciclo positivo a medio ciclo negativo. Esto introduce armónicos que restan suavidad al sonido de la forma de onda triangular. El amplificador discreto tiene una mayor slew rate y está en gran medida libre de este defecto. C13 también ayuda a filtrar el pico, pero provoca una ligera caída de la amplitud del triángulo a altas frecuencias. El valor de 1n para C13 no es en absoluto obligatorio, y se pueden sustituir otros valores para adaptarse al gusto personal.

Convertidor sinusoidal.

Como se mencionó anteriormente, el convertidor sinusoidal no produce una onda sinusoidal extremadamente pura, pero el circuito (figura 13) es simple y la forma de onda de salida es musicalmente adecuada.

Fig.13

La salida triangular de IC8 se alimenta a la entrada no inversora de IC11 a través de P13 y R38. Las excursiones positivas y negativas del triángulo a la entrada del amplificador operacional son limitadas logarítmicamente por un par de diodos D5 y D6, y la aproximación resultante a una onda sinusoidal es amplificada por IC11.

P13, R38 y R39 forman un atenuador. El ajuste de P13 determina la amplitud del triángulo que aparecería a través de R39 si se omitieran D5 y D6, y por lo tanto el punto de la forma de onda triangular en el que se produce la limitación. Por ejemplo, con P13 ajustado al máximo, la tensión que aparece a través de R39 será muy pequeña, y D5 y D6 pueden conducir sólo en los picos y valles del triángulo, por lo que la salida será demasiado «pico». Por otro lado, con P13 al mínimo la señal se desviará muy pronto en la forma de onda. En algún punto entre estos extremos hay un ajuste de P13 que dará la mejor aproximación a una onda senoidal. Este ajuste se puede encontrar ya sea de oído, o visualmente utilizando un osciloscopio, o utilizando un medidor de distorsión para ajustar la distorsión mínima.

Modulador de anchura de impulsos.

Esta sección del formador de curvas genera una onda cuadrada cuyo ciclo de trabajo se puede preajustar a cualquier valor deseado de O a 100%, o que puede ser modulada por una señal externa.

Fig.14a

T6, T7 y T8 (figura 14a) forman un comparador de tensión de alta velocidad cuya salida se elevará cuando la tensión de entrada del diente de sierra supere la tensión de base de T7, y que se reducirá en el flanco de salida del diente de sierra. La tensión de base de T7 se ajusta mediante la tensión de salida del amplificador sumador IC6, que puede alimentarse tanto con una tensión continua a través de P5 como con una señal procedente de la entrada PWM. A medida que la tensión de salida de IC6 se hace más positiva, el comparador se disparará más tarde y lateralmente a lo largo de la rampa en diente de sierra, por lo que el pulso de salida será más estrecho. Esto se ilustra en la figura 14b, que muestra la respuesta a una señal de entrada PWM triangular de baja frecuencia.

 Fig.14b

Sumador de salida.

El circuito sumador de salida (figura 15) requiere poca explicación. Cuando un interruptor está en la posición «b», la entrada está en circuito abierto y la resistencia de entrada correspondiente del amplificador operacional IC10, está conectada a tierra. Cuando un conmutador está en la posición «a», la forma de onda correspondiente se alimenta al amplificador sumador. La etapa sumadora tiene dos salidas: la señal de salida externa (EOS), que se dirige a la toma del panel frontal del VCO, y la señal de salida interna (IOS), que se conecta internamente al filtro controlado por voltaje (VCF). Como sugerencia para aquellos experimentadores que deseen aumentar aún más la flexibilidad del sistema VCO, los interruptores S2 a S6 pueden ser sustituidos por potenciómetros para formar un circuito mezclador en el que la amplitud de cada forma de onda de entrada alimentada al amplificador sumador es infinitamente variable.

  Fig.15

Conclusión.

La discusión del módulo VCO ha llegado ahora a la etapa en la que la descripción de todas las secciones del circuito está completa, y el valor musical de las diversas formas de onda de salida se ha tenido en cuenta. El próximo artículo de esta serie tratará de los aspectos constructivos del VCO, incluyendo la selección de componentes, el montaje de la placa de circuito impreso del módulo, las pruebas y el ajuste. Cuando se llegue a este punto, el sintetizador empezará por fin a ser un instrumento que se puede tocar, en la medida en que el VCO producirá una señal de salida con el tono correcto cuando se pulse una tecla, aunque no se podrá desarrollar todo el potencial musical hasta que el resto del sintetizador esté completo.

 

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