Práctica. Capítulo 7

CAPITULO 7. VCF de 24dB.

Como mejora para el sintetizador, el siguiente artículo presenta un diseño para un filtro controlado por voltaje cuya pendiente es considerablemente más pronunciada que la del VCF original, de hecho 24 dB/octava en lugar de 12 dB/octava. El filtro ofrece una opción de paso alto o paso bajo y pendientes de 6, 12, 18 o 24 dB/octava.

Los VCF con una pendiente extremadamente pronunciada parecen ser especialmente atractivos para la mayoría de los entusiastas de los sintetizadores debido a la mayor gama de posibilidades tonales que ofrecen. Por supuesto, el filtro descrito aquí se puede utilizar con otros diseños de sintetizadores modulares.

Nuevas posibilidades.

Para empezar, hay que decir que el VCF de 24 dB no deja obsoleto el diseño de 12 dB. Por el contrario, los dos filtros son complementarios entre sí y se pueden utilizar en combinación para proporcionar mayores posibilidades de adaptar la estructura armónica de los sonidos producidos por el sintetizador. Por ejemplo, el VCF de 12 dB se puede utilizar en el modo de paso de banda junto con el filtrado pronunciado del VCF de 24 dB para producir una coloración de tono selectiva. Los dos filtros pueden ser controlados por el mismo formador de envolvente o por formadores de envolvente diferentes, y pueden conectarse en cascada o en paralelo. Por ejemplo, se pueden producir sonidos duros y metálicos aplicando un voltaje de envolvente corto y pronunciado al VCF de 12 dB y un contorno más largo y superficial al VCF de 24 dB. Si las entradas del filtro están conectadas en paralelo, se pueden obtener efectos interesantes conectando una salida del VCF a una entrada de un amplificador estéreo y la otra salida VCF a la otra entrada. Esto da lugar a una característica de amplitud dinámica muy distintiva y a una imagen estéreo, especialmente si los dos VCF están controlados por diferentes formadores de envolvente.

Las diferencias audibles entre el VCF de 12 dB y el VCF de 24 dB son bastante prominentes. El VCF de 12 dB produce sonidos que son claramente «electrónicos», lo que puede tener un efecto ligeramente fatigante en el oyente durante sesiones de reproducción prolongadas. En cambio, los sonidos producidos por el VCF de 24 dB son mucho más «naturales» y pueden escucharse durante largos periodos sin fatiga. Este efecto se debe probablemente al filtrado más severo de los armónicos superiores que proporciona el VCF de 24 dB cuando se utiliza en el modo de paso bajo, ya que estos armónicos tienden a hacer que el sonido del VCF de 12 dB sea mucho más estridente que el del VCF de 24 dB.

El efecto de la pendiente de filtrado más pronunciada del VCF de 24 dB se ilustra en la figura 1, que muestra las diferentes salidas del VCF de 12 dB (línea de puntos) y del VCF de 24 dB (línea continua) cuando se alimentan con una forma de onda de diente de sierra.

Fig.1

Es evidente que, debido a la eliminación casi completa de los armónicos del diente de sierra, la salida del VCF de 24 dB es prácticamente como una onda continua, mientras que la forma de onda original sigue siendo evidente en la salida del VCF de 12 dB, ya que los armónicos sólo se eliminan parcialmente.

De lo anterior se deduce claramente que un VCF de 24 dB amplía enormemente las posibilidades musicales de un sintetizador y es prácticamente imprescindible para el usuario serio.

Diseño del VCF de 24 dB.

La mayoría de los VCF de 24 dB son variaciones del diseño patentado por R.A. Moog, que existe desde hace varios años. Sin embargo, gracias a la aparición de los económicos IC OTA (Amplificadores Operacionales de Transconductancia), ahora es posible un diseño más versátil que el de Moog, que puede funcionar en los modos de paso alto o paso bajo con pendientes de 6, 12, 18 o 24 dB/octava. El diseño de la sección básica del filtro que se muestra en la figura 2 es muy similar al del VCF de 12 dB, que se describió en el capítulo 6.

Fig.2

Sin embargo, se han aprovechado los recientes avances en la tecnología de op-amp FET para simplificar el diseño. Como se describe en ese artículo, la sección básica del filtro es un integrador o sección de paso bajo de 6 dB/octava que consiste en un OTA que conduce un condensador. La transconductancia de tensión/corriente (gm) del OTA puede variarse mediante una corriente de control externa y, por lo tanto, mediante un convertidor exponencial de tensión/corriente, a partir de una tensión de control externa. Esta corriente de control modifica la constante de tiempo del integrador y, por tanto, la frecuencia de rotación de la sección de filtrado.

Toda la corriente de salida del OTA debe fluir hacia el condensador, de lo contrario la característica del integrador será inferior a la ideal. Esto significa que la salida del OTA debe ser amortiguada por un amplificador con una alta impedancia de entrada. En el VCF de 12 dB esto se consiguió utilizando un seguidor de fuente FET discreto y un amplificador operacional 741. Afortunadamente, ahora se dispone de amplificadores operacionales FET en cuadratura relativamente baratos, como el Texas TL084. El uso de uno de estos amplificadores simplifica enormemente el diseño y evita la necesidad de seleccionar los FET, lo que resulta bastante complicado si se tiene en cuenta que el VCF de 24 dB utiliza cuatro etapas integradoras.

Función de paso alto.

El modo de paso alto del filtro se consigue conectando la sección de paso bajo de 6 dB/octava en el bucle de realimentación negativa de un amplificador operacional, A1, como se muestra en la figura 3.

Fig.3

De este modo se obtiene una respuesta de paso alto a la salida de A1, mientras que la respuesta de paso bajo está disponible simultáneamente a la salida de A3. Por supuesto, esta disposición sólo da una pendiente de 6 dB/octava por sección, y para obtener un filtro de 24 dB/octava deben conectarse en cascada cuatro secciones de filtro, construidas según el circuito de la figura 3, tal como se muestra en la figura 4. La conmutación en la salida de cada sección permite seleccionar el modo de paso alto o paso bajo, mientras que un conmutador de 4 posiciones permite conmutar 1, 2, 3 ó 4 secciones de filtro para obtener pendientes de 6, 12, 18 ó 24 dB/octava, respectivamente.

 Fig.4

Es evidente que esta disposición es diferente del bucle de dos integradores o filtro de estado variable que formaba la base del filtro de 12 dB/octava. En el filtro de 12 dB/octava, los modos de paso bajo, paso alto, paso banda y muesca estaban disponibles simultáneamente en varios puntos del circuito, aunque de hecho sólo se podía seleccionar una función a la vez en la salida. Un efecto interesante, que se muestra en la figura 5, se puede obtener con el VCF de 24 dB si se conecta un bucle de realimentación desde la salida de los filtros en cascada a la entrada en inversión de la primera etapa, como se ilustra en la figura 6.

Fig.5

Debido al cambio de fase en torno a la frecuencia de rotación, el VCF de 24 dB se puede conectar a la entrada en inversión de la primera etapa. Debido al cambio de fase en torno a la frecuencia de rotación, se produce una realimentación positiva que aumenta la ganancia del filtro en torno a la frecuencia de rotación, como se muestra en la figura 5.

Fig.6

El grado de aumento se puede ajustar mediante un control «Q». La elección de Rx es importante ya que demasiada realimentación podría hacer oscilar el circuito, por lo que el valor de Rx es un compromiso entre la estabilidad y un grado razonable de realce.

Circuito completo.

En la figura 7 se muestra el circuito completo del VCF de 24 dB. El convertidor exponencial, construido alrededor de T1, T2 e IC1, es idéntico al utilizado en el VCF de 12 dB y proporciona la misma característica de 1 octava por voltio a la frecuencia de rotación del filtro. Las entradas de tensión de control también son las mismas que para el VCF de 12 dB, y se enumeran en la tabla 1. Dado que el VCF de 24 dB debe tener la opción de conectarse en paralelo o en cascada con el VCF de 12 dB, las disposiciones de conmutación de entrada son un poco complicadas. A9 y A1O forman un amplificador sumador no inversor para las tres entradas del VCO, mientras que la salida del VCF de 12 dB se alimenta a través de la conexión IS. Con S4 en la posición 2, la salida de A10 está desconectada, por lo que las entradas del VCO están inhibidas. La salida del VCF de 12 dB se alimenta a la entrada del VCF de 24 dB a través de S4 y R51, de modo que los dos VCFs están en cascada. Con S4 en la posición 1 la salida de A10 está conectada a las entradas del VCF de 24 dB, mientras que la salida del VCF de 12 dB se encamina a través de A11. La salida de A11 y la salida del VCF de 12 dB están conectadas a la entrada del VCF de 24 dB. La salida de A11 y la salida del VCF de 24 dB se suman en el amplificador de suma de salidas A12, es decir, los dos VCF están conectados en paralelo.

  Fig.7

Las cuatro secciones de filtro de 6 dB/octava comprenden A1 a A8 e IC3 a IC7. Los cuatro polos del conmutador S2 seleccionan entre los modos de paso alto y paso bajo, mientras que S3 selecciona la salida del filtro y, por tanto, la pendiente. La razón por la que S3 es un interruptor de dos polos puede no ser inmediatamente evidente, pero se explica fácilmente. Ignorando el cambio de fase introducido por la acción del filtro, es decir, considerando sólo las señales en la banda de paso del filtro, cada sección del filtro invierte la señal que le llega, ya que A1, A3, A5 y A7 están conectados como amplificadores inversores. Esto significa que las salidas de las secciones de filtro alternas están en fase o invertidas con respecto a la señal de entrada. Para asegurar que la salida del filtro está en la misma relación de fase con la señal de entrada, independientemente de la pendiente del filtro seleccionada, S3b está dispuesto para conmutar A12 entre los modos inversor y no inversor para cancelar las inversiones producidas por las secciones del filtro. Al igual que el VCF de 12 dB, el VCF de 24 dB tiene dos salidas, una conexión de salida cableada I0S y una salida no omitida, EOS, que se conecta a una toma del panel frontal.

En el próximo capítulo, la construcción.

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