Monophonic musical instrument
(Articol publicat in revista Tehnium nr.10-11/1994)
Instrumentele muzicale electronice cu claviatura se diferentiaza prin gradul de complexitate, care este legat, printre altele, si de capacitatea de a emite mai multe sunete simultan. Instrumentele cunoscute sub denumirea de "monofonice ("solotone", "monodice", "melodice") sunt cele mai simple si pot emite la un moment dat un singur sunet muzical (pur, sau insotit de armonici), avand in componenta un singur oscilator cu frecventa variabila, comutabila prin claviatura, frecventele comutate la interpretare dand inaltimea notelor muzicale. Ele ofera posibilitatea interpretarii de melodii cu rol solistic.
Instrumentul prezentat se incadreaza in aceasta categorie, dar fata de alte scheme destinate amatorilor, aparute anterior in revista, este prevazut cu un circuit care actioneaza asupra regimului tranzitoriu de stabilire a emisiei sonore (atac), care, alaturi de timbru, conteaza in mare masura pentru individualitatea proprie a sunetelor muzicale
Intrucat literatura noastra in acest domeniu este aproape inexistenta, consideram util sa prezentam si cateva configuratii de schema pentru reteaua de acordare care tin cont si de cerintele muzicale, configuratii aplicabile la orice schema de instrument de acest gen (fig.2... fig.6).
Referindu-ne la schema de principiu, din fig.1, oscilatorul-pilot al instrumentului este constituit din astabilul cu cuplaj in emitor realizat cu tranzistoarele T4-T5. Aceasta configuratie a fost preferata datorita avantajelor pe care le ofera, in special stabilitatea si banda de frecventa suficient de larga care se poate obtine prin varierea unui singur element (rezistenta dintre emitorul lui T4 si masa). Introducerea condensatorului C5 in circuitele de emitor, caracterizate prin impedante si curenti inversi redusi, asigura o buna stabilitate a frecventei.
Alimentarea oscilatorului se stabilizeaza suplimentar cu grupul R10,D1, fiind astfel eliminate si eventualele fluctuatii de frecventa datorate tensiunii de alimentare.
Rezistentele (potentiometrele) de acordare, comutabile prin claviatura, dintre punctul K al schemei si masa, se pot monta in mai multe moduri, fiecare cu avantaje si dezavantaje, varianta practica alegandu-se de catre amator in functie de scopul urmarit si de posibilitati.
De exemplu, pentru un instrument-jucarie poate fi acceptata oricare din cele 5 variante prezentate, insa pentru un instrument destinat efectiv pentru muzica se vor prefera variantele din fig.4... fig.6.
Configuratia din fig.2 prezinta urmatoarele avantaje:
-Valorile rezistentelor semireglabililor R1... Rn nu sunt critice, acestia putand fi in unele cazuri chiar identici, in detrimentul finetei de acordare. Se va alege valoarea care permite acordarea notei celei mai coborate (frecventa limita inferioara a oscilatorului). Vor putea fi astfel folosite valori standardizate.
- Odata acordata o nota muzicala, celelalte nu sunt afectate, deci nu conteaza ordinea reglajelor, acestea nefiind interdependente. O eventuala dezacordare in timp a unei note nu le afecteaza pe celelalte. Dezavantajul principal este ca la actionarea simultana a doua sau mai multe clape (fie din greseala, fie datorita obisnuintei instrumentistilor de a canta pe instrumente polifonice), rezistentele aferente se pun in paralel, rezultand o frecventa nedorita. (Notele muzicale corespund unor frecvente standard, aflate in raporturi bine definite). Acest lucru genereaza incomoditati la interpretare, obligand executantul ca la actionarea unei clape, precedenta sa fie deja eliberata.
O varianta care elimina acest inconvenient si "corecteaza" eventualele greseli de interpretare este cea din fig.3, unde este lesne de observat ca la actionarea simultana a doua sau mai mai multor clape, rezistentele corespunzatoare frecventelor mai coborate se scurtcircuiteaza prin contactele claviaturii, in circuit ramane rezistenta corespunzatoare frecventei mai ridicate, astfel ca va fi emis automat numai tonul cel mai inalt.
Nici in aceasta varianta valorile semireglabililor R1... Rn nu sunt critice, in schimb exista dezavantajul ca dezacordarea unei note duce automat la dezacordarea tuturor celorlalte care au frecventa inferioara, ordinea reglajelor fiind obligatoriu de la R1 spre Rn, atat la acordarea initiala, cat si la eventualele reacordari ulterioare.
O varianta care elimina dezavantajele ambelor scheme, este cea din fig.4. In acest caz, acordarea initiala se face de la R1 spre Rn, in schimb reacordarile ulterioare, necesitate de modificarile nedorite ale pozitiilor unor cursoare, se pot face in orice ordine. Sunt, de asemenea, "corectate" automat eventualele greseli de interpretare in modul descris anterior. Pentru a se putea folosi potentiometre cu valori standardizate, intre acestea se intercaleaza rezistente fixe
Stabilitatea frecventei este puternic dependenta de calitatea potentiometrelor, de aceea, in lipsa unor potentiometre de calitate, se recomanda schema din fig.5, in care se utilizeaza numai rezistente fixe. Rezistentele R1.1 ... Rn.1 au valori mult mai mici decat rezistentele R1.2 ... Rn.2 si se folosesc pentru acordarea fina. Se pot obtine astfel frecventele standard corespunzatoare notelor muzicale, folosind rezistente fixe de valori standardizate.
Operatia de acordare este mai laborioasa, dar avantajele o justifica.
In fine, mai propunem varianta din fig.6, ale carei avantaje din punct de vedere al acordarii si utilizarii instrumentului, sunt evidente in contextul celor descrise, dar in acest caz sunt necesare contacte comutator pentru fiecare clapa.
Revenind la schema din fig.1, separarea de sarcina a oscilatorului seface cu repetorul pe emitor T6. Acordarea generala a instrumentului este posibila prin semireglabilul P3 din baza lui T4.
Pentru obtinerea efectului de "vibrato" se foloseste oscilatorul sinusoidal cu frecventa infrasonica, realizat cu tranzistoarele T1-T3. Acesta produce o modulare a frecventei de baza a oscilatorului pilot. Potentiometrul P1 regleaza frecventa semnalului modulator (viteza), iar P2, amplitudinea acestui semnal si implicit profunzimea de modulatie. Ampltudinea semnalului in emitorul lui T3 este de 6.8V varf la varf, iar componentele R6,C4 s-au ales astfel incat excursia frecventei oscilatorului pilot in jurul frecventei de referinta sa corespunda cerintelor muzicale muzicale in toata banda de lucru.
Pentru obtinerea efectului de aparitie gradata a sunetelor specifice instrumentelor aerofonice si cordofonice (strings), s-a prevazut circuitul cu tranzistoarele T7-T8, care functioneaza astfel:
In absenta semnalului, condensatoarele C9 si C10 din baza lui T7 se incarca cu o tensiune pozitiva prin rezistenta R17. Rezistenta R16 impiedica descarcarea acestora pe dioda D2, astfel ca potentialul din baza lui T7 se stabileste la o valoare suficient de mare pentru a-l satura. Ca urmare, tensiunea pe condensatorul C11 este aproape de zero, astfel ca tranzistorul T8 nu este alimentat.
La apasarea pe oricare din clapele K1-Kn, oscilatorul intra in functiune, dar in momentul initial semnalul nu ajunge la iesire, tranzistorul T8 nefiind alimentat, evitandu-se astfel si parazitii specifici regimului tranzitoriu de intrare in oscilatie. In acelasi timp, semnalul se aplica diodei D2 prin componentele C8,R15. Tensiunea continua negativa rezultata in anodul diodei se aplica prin R16 peste tensiunea pozitiva de pe condensatoarele C9-C10. Rezistenta R16 separa intrarea de impedanta mare a lui T7, de impedanta mica a detectorului. In urma suprapunerii celor doua tensiuni, tranzistorul T7 merge spre blocare, condensatorul C11 incepe sa se incarce prin R18, alimentand tranzistorul T8. Semnalul injectat prin grupul C12,R20 in baza lui T8 apare amplificat la iesire, in mod gradat, pe masura incarcarii lui C11. Valoarea capacitatii lui C11 stabileste durata cresterii tensiunii la bornele sale si implicit durata atacului sunetelor.
Valorile parametilor componentelor din etajul detector sunt destul de critice si depind intr-o oarecare masura de banda de frecventa a oscilatorului, de aceea optimizarea acestora se face experimental, in urma acordarii instrumentului.
Initial se alege plaja in care va lucra instrumentul (octavele dorite), precum si varianta pentru reteaua de acordare. Semireglabilul P3 se blocheaza cu cursorul intr-o pozitie mediana. Se stabileste valoarea condensatorului C5 (zeci de naofarazi pentru octavele centrale), care va fi de tip PMP sau PS, iar cu un potentiometru legat intre punctul K si masa se va incerca acoperirea benzii propuse. Odata stabilita plaja in care trebuie sa varieze rezistenta dintre K si masa si valoarea finala a condensatorului C5, se trece la acordarea oscilatorului-pilot pe frecventele standard corespunzatoare notelor nuzicale, cursorul potentiometrului P2 va fi la capatul dinspre masa.
Dupa acordare, se verifica functionarea generatorului de "vibrato" prin manevrarea potentiometrelor P1 si P2. In emiterul lui T6 se poate vizualiza pe osciloscop marirea si micsorarea perioadei (frecventei) semnalului audio in ritmul semnalului modulator.
Se trece apoi la optimizarea blocului de atac prin probe auditive in toata banda de frecventa, precum si la masurarea in curent continuu a tensiunii pe condensatorul C11. Aceasta trebuie sa fie cat mai aproape de zero in absenta semnalului, iar la apasarea uneia din clape, sa creasca progresiv pana la 6... 8V (in functie de frecventa semnalului emis). Cupland intrarea osciloscopului in colectorul lui T8 se poate vizualiza cresterea progresiva a amplitudinii semnalului din momentul apasarii clapei pana in momentul stabilirii nivelului normal al emisiei sonore.
Montajul din fig.1 poate constitui baza unui instrument monofonic care optional, se poate completa cu circuite pentru imbogatirea spectrului, filtre de formanti, efecte speciale si altele cunoscute amatorilor care experimenteaza constructii de acest gen.
In lipsa tabelului cu frecventele standard corespunzatoare notelor muzicale ale gamei temperate, acestea se vor calcula de catre amator in baza relatiilor care insotesc fig.7, unde este prezentata si pozitia acestora pe claviatura instrumentului.
Fig.8 prezinta desenul de echipare al placii cu conexiunile exterioare aferente, iar fig.9 desenul circuitului imprimat.
