Polyphonic miniorgan
(Articol publicat in revista Tehnium nr.8-9/1995)
Spre deosebire de instrumentele monodice care din punct de vedere muzical sunt aplicabile la structuri care pot fi executate de o singura mâna (monofone), instrumentele polifonice cu claviatura se caracterizeaza prin faptul că pot reda concomitent toate sunetele corespunzatoare clapelor apasate la un moment dat, in timpul interpretarii unei bucăti muzicale, permit�nd dezvoltarea melodică autonomă a tuturor tonurilor simultane dorite.
În abordarea unei constructii electronice de acest gen, observatia de mai sus ne sugerează imediat ideea de a construi un numar de oscilatoare audio egal cu numarul de clape al instrumentului. Practic, această idee a fost demult abandonată, datorită multiplelor sale dezavntaje (acordare greoaie, riscul interferentelor, etc.).
O solutie convenabilă mai ales in conditii de amator, este construirea unui număr de 12 oscilatoare pentru tonurile din octava cea mai �naltă a instrumentului (c�te un oscilator pentru fiecare din cele 12 note existente in gama egal temperată), urm�nd ca tonurile din octavele inferioare să se obtină cu divizoare de frecventă.
�ntrucat senzatia auditivă de octavă este creată de două frecvente, dintre care una este dublul celeilalte, rezultă că tonurile din octavele inferioare se obtin prin divizări succesive cu 2 ale frecventelor celor 12 oscilatoare, astfel că un instrument complet, cu N octave, va contine un număr de 12(N-1) divizoare de frecventă. De exemplu, pentru o orgă electronică cu 5 octave (60 clape), sunt necesare 12 oscilatoare si 48 divizoare de frecventă cu 2 (de obicei, circuite basculante bistabile), fiecare oscilator pilot�nd c�te 4 divizoare legate in cascadă.
Caracteristica principală a instrumentelor construite pe acest principiu, si anume, disponibilitatea simultană a tuturor semnalelor de ton, face posibilă formarea timbrului prin metoda cunoscuta cu denumirea de sinteza armonică.
�n esentă, metoda constă in utilizarea semnalelor tonurilor din octavele superioare �n calitate de armonici pentru cele din octavele inferioare. Practic se procedează la insumarea oscilatiilor multiplilor de frecventă, care in cazul cel mai simplu se realizează prin intermediul unor retele rezistive
Vă propunem mai jos cea mai simplă variantă practică de instrument construit pe acest principiu. Montajul include circuite integrate CMOS de largă utilizare, caracteriz�ndu-se printr-un consum de energie extrem de redus si o bună stabilitate a tonurilor.
Instrumentul s-a construit pe o claviatură de 26 clape, recuperată de la o clavietă mecanică scoasa din uz, si lucrează �n banda 246.9 Hz - 1046.5 Hz, de la nota SI - octava mică p�nă la DO - octava 3, conform desenului din fig.1, �n care se prezintă si numerotarea contactelor claviaturii (K1 - K26) �n concordantă cu notatiile din schemele electonice.
Pentru generarea celor 26 semnale necesare, se folosesc schemele din fig.2 si fig.3. Constructia este modulară, astfel ca montajele din schemele mentionate se realizează pe 6 placute de circuit imprimat simplu placat av�nd aceleasi dimensiuni (60 x 55 mm).
Schema din fig.2 se execută pe placa imprimată prezentată in fig.4 si reprezintă lantul notelor DO-SI. Asa cum se poate remarca si in desenul din fig1, pentru aceste note sunt necesare semnale in 3 octave, astfel că circuitul in discutie furnizează in total 6 semnale, accesibile la iesirile K1, K13, K25 (lantul "DO", si respectiv K2, K14, K26 (lantul "SI"). Tonurile DO si SI din octava superioară se obtin cu 2 oscilatoare realizate cu un singur circuit integrat de tip K561LN2 (echivalent cu MMC 4049), acordate pe 1046.5 Hz si respectiv 987.8 Hz.
Semnalele corespunzatoare se aplică prin rezistentele R10 si R11, la bornele K1 si respectiv K2. Celelalte circuite integrate CI-2 si CI-3, bistabile de tip K561TV1 (echivalente cu MMC 4027) servesc la obtinerea tonurilor corespunzatoare din octavele inferioare prin divizările frecventelor semnalelor provenite de la oscilatoare.
Intruc�t un bistabil furnizează la iesire semnale simetrice (factor de umplere 0.5), spectrul va fi lipsit total de armonici pare, ceea ce pentru un instrument muzical constituie un mare dezavantaj, stiut fiind aportul benefic al armonicilor pare asupra sonoritatii (armonica a 2-a, d exemplu, adaugă claritate si stralucire, armonica a 4-a adaugă stralucire si un caracter pătrunzator, s.a.m.d).
Este astfel de dorit o imbogatire a spectrului cu aceste armonici. Din acest motiv semnalele obtinute la bornele K13, K14 si respectiv K25, K26 includ si multiplii pari de frecventa corespunzatori, care oricum sunt disponibili in etajele precedente, făc�nd astfel posibilă formarea timbrului prin sinteza armonică mai sus amintită. Acesta este motivul pentru care in schemă s-au introdus rezistentele R5.R16.
În mod analog se obtin si celelalte 20 de tonuri cu schema din fig.3. De data aceasta, pentru
notele muzicale corespunzatoare sunt necesare semnale in numai 2 octave, astfel că
lantul fiecarei note va contine un oscilator si un bistabil. Se folosesc aceleasi tipuri de circuite integrate,
un K561LN2 (CI-1) pentru fiecare 2 oscilatoare, si un K561TV1 (CI-2) pentru fiecare 2
divizoare de frecventă.
Schema din fig.3 se execută pe 5 placute imprimate identice după modelul din fig.5, singurele componente diferite fiind cele care determină frecventele oscilatoarelor, si anume, R1, R2 si C1, valorile acestora precizându-se in fig.3 pentru fiecare din cele 10 oscilatoare.
Cele 26 semnale astfel obtinute se vor aplica blocului de filtre al instrumentului, prin intermediul contactelor actionate de claviatură (fig.6).
Din momentul punerii sub tensiune, generatoarele de tonuri lucrează permanent, indiferent de starea claviaturii. Dispar astfel incovenientele specifice instrumentelor monodice in care claviatura controla intrarea si iesirea din oscilatie, cu toate problemele create de regimurile tranzitorii.
Comutarea, in acest caz, se face pe linia de semnal. Fiecare clapă actioneaza c�te un contact comutator. Linia comună a contactelor "normal-inchis" este legată la masă, iar linia comună a contactelor "normal-deschis" constituie borna "caldă", pe care se culege semnalul util de audiofrecventă. C�nd nici o clapă nu este apasată, toate cele 26 semnale sunt puse la masă prin contactele normal-inchise. La apăsarea oricareia din clape, contactul corespunzator trece in starea complementară si semnalul este comutat pe linia comună de iesire.
Dacă nu se iau masuri, procesul de comutare mecanică poate genera semnale perturbatoare, care la auditie se materializează prin zgomote, cauza fiind diferenta dintre potentialele punctelor care se pun in contact. Există in acest caz, o serie de solutii (comutare prin rezistente mari, comutare in curent continuu prin comanda unor elemente active, etc.), de natură să minimizeze sau chiar să elimine acest efect nedorit.
Schema de fată utilizează cea mai simpla (si mai ieftină) solutie posibilă, si anume, comutarea la acelasi potential, realizată cu configuratia prezentată in fig.6. Un simplu divizor de tensiune format din R1, R2, P1, creează in punctul A o tensiune apropiată de valoarea medie a semnalelor generatoarelor de tonuri. Condensatorul C1 decuplează acest punct in curent alternativ, astfel ca "A" devine punct rece in toata banda de frecvente a instrumentului, si potentialul său de curent continuu este aplicat prin R3 pe linia audio.
Amplitudinea semnalului audio la iesirea din claviatură depinde de valoarea rezistentei R3, care, in curent alternativ, formează un divizor de tensiune cu rezistentele folosite pentru insumarea armonicilor (R5.R16 din fig.2, fig.3). Cu valoarea din schemă, amplitudinea semnalului este suficient de mare pentru a se putea ataca direct filtre pasive.
Tensiunea de alimentare trebuie să fie stabilizată si bine filtrată. (Am folosit un montaj cu BA723C).
La punerea in functiune a instrumentului, acesta se lasă in prealabil sub tensiune circa 15 minute, la temperatura camerei, apoi se trece la acordarea celor 12 oscilatoare pe frecventele notate in fig.1 (554.4-1046.5 Hz), obtin�ndu-se astfel tonurile din octava superioară (K12-K1). Toate celelalte frecvente vor rezulta automat, prin divizare. Respect�nd valorile componentelor din scheme (fig.2-fig.3), potentiometrele de acordare vor asigura o plajă de circa 1 semiton.
Potentiometrul P1 din fig.6 se va regla astfel �nc�t comutarea claviaturii să fie lipsită de zgomote.
