DIY 12-Note Top Octave Synthesizer

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12-NOTE TOS - TOP OCTAVE SYNTHESIZER
(Generatore di Ottava Superiore con SFF 5010E)


INTRODUZIONE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Un Generatore di Ottava Superiore (TOS, Top Octave Synthesizer o anche TOFG, Top Octave Frequency Generator oppure semplicemente TOG, Top Octave Generator) è quella parte di uno strumento musicale (organo elettronico o sintetizzatore) che si occupa di "generare" le 12 note musicali superiori, vale a dire quelle della ottava più alta. Una cascata di divisori a valle (ad esempio, TDA1008, SAJ110, HBF4727, SAA1004, ecc.) garantiranno poi tutte le altre note delle ottave più basse, note che tramite i contatti di una tastiera, saranno inviate ai vari filtri.

Negli anni '70 e '80 tutte le maggiori aziende (specialmente italiane) costruttrici di tastiere e organi elettronici hanno fatto uso massiccio di questo particolare circuito, utilizzando chips costruiti dalle più grandi aziende di componenti elettronici e appositamente studiati per tale scopo (SGS-Ates, ora ST-Microelectronics, AMI, General Instruments, ITT, Philips, Mostek, Siemens, National, Texas Instruments, Sescosem). Poi, con l'avvento dei microprocessori, questi circuiti integrati hanno perso la loro utilità e da oltre 15-20 anni sono classificati come obsoleti e non più in produzione.

I circuiti integrati per realizzare i generatori di ottava superiore si possono raggruppare in due grandi classi: quelli che generano, appunto, 12 note e quelli che generano 13 note (vale a dire la classica ottava più un secondo DO). Per chiarezza, i primi circuiti generatori di ottava furono realizzati a transistor (quando i chip dedicati non erano ancora in commercio) e tutte le 12 note, realizzate per mezzo di altrettanti oscillatori, dovevano essere tarate singolarmente, quasi sempre per mezzo di bobine variabili. Successivamente furono introdotti i primi circuiti integrati con funzione TOS che lavoravano in coppia (uno generava 6 note e l'altro 7 così da poter mettere a disposizione un'ottava con il doppio DO); esempio classico sono i chip della AMI siglati S2555 ed S2556 equivalenti ai chip della Motorola MM5832 ed MM5833. Le prime versioni dell'ElkaRhapsody490/610 furono proprio realizzate con questa coppia di chip.

Di seguito, una lista dei circuiti integrati più conosciuti e più utilizzati dalla fine degli anni '70 fino agli anni '90:

13-Note Top Octave Synthesizer 12-Note Top Octave Synthesizer
Integrated Circuit Brand Integrated Circuit Brand
S50240 / S50241
S50243 / S50244
AMI MK50242 Mostek
MK50240 / MK50241 Mostek S50242 / S50245 Ami
M082B1 / M082AB1
M083B1 / M083AB1
SGS-Ates (ST) M086B1 / M086AB1
M087B1
SGS-Ates (ST)
MM5891AA / MM5891AB National AY-1-0212 / AY-3-0214 GI
SF.F 5011 Sescosem SF.F 5009 / SF.F 5010 Sescosem
SAA1030 ITT TMS3616 / TMS36161 Texas Instr.
S2555 + S2556 AMI    
MM5555 + MM5556
MM5832 + MM5833
National    
M8071 / LM8071 Sanyo    

 

Fortunatamente, molti di questi integrati si possono ancora trovare (quasi esclusivamente all'estero), ma il loro costo è molto elevato anche perché alcuni di essi sono stati utilizzati in tastiere e synth ancora oggi molto ricercati (vedi, ad esempio, i synths della MOOG, ARP o SIEL oppure tastiere e organi elettronici di HAMMOND, SOLINA, FARFISA, EMINENT, LOGAN, ecc.). Da notare come molti dei circuiti integrati riportati nella tabella siano perfettamente equivalenti tra di loro.

SCHEMA ELETTRICO, PCB E MASTER    [ TORNA ALL'INDICE ]

Dopo questa "doverosa" (e, ahimé, molto stringata) introduzione, cominciamo ad esaminare più a fondo il Generatore di Ottava Superiore per realizzare il quale ho utilizzanto il chip della Sescosem siglato SFF-5010E (o più semplicemente SFF-5010), un TOS che genera 12 note (Top Octave Generator) e praticamente (o quasi) equivalente ai vari MK50242/S50242/M086).

Nella figura seguente è riportato lo schema elettrico del Generatore di Ottava Superiore con SFF5010.

Top Octave Synthesizer TOS TOG TOFG - Schematic Diagram

Per poter funzionare, qualsiasi circuito integrato TOS ha bisogno di una frequenza di Clock ben precisa (Master Clock): l'SFF5010 necessita di un valore di circa 1640 kHz in onda quadra da applicare al piedino 2 (Master Clock Input). Per mezzo di questo segnale, il chip genera l'intera ottava superiore con le frequenze che vanno dal DO# (C#, 4433 Hz) al DO alto (C, 8369 Hz) e tutto questo grazie ai 12 divisori interni al chip realizzati con rapporti tali da generare una completa ottava con Scala Musicale Temperata.

SFF.5010 12-note Top Octave Synthesizer Frequency Outputs

Per realizzare il Master Clock ho utilizzato tre porte NOT del 4069. L'oscillatore è abbastanza critico perché dipendente da molti fattori: tensione di alimentazione (ecco perché ho aggiunto uno stabilizzatore), tolleranze e qualità dei componenti, piccole diversità dei parametri dei chip che variano da costruttore a costruttore, ecc..
Per questo motivo consiglio vivamente di utilizzare per C6 un condensatore di tipo 'NPO' e montarlo a 5mm di distanza dalla basetta per consentirne una buona aerazione e ridurre al minimo gli effetti della deriva termica. Anche per T2 (trimmer 1 KΩ) è consiglabile utilizzarne uno di ottima qualità.

Per quanto riguarda il chip CD4069, i componenti sono tarati "ad hoc" per il modello MC14069UB della Motorola ma chiaramente è sempre possibile utilizzarne uno di altra casa (ad esempio, un HEF4069 oppure un CD4069CN e via dicendo), ma in tal caso potrebbe essere necessario ritoccare leggermente i valori delle resistenze R6 ed R7: questo "aggiustamento" si rende necessario per poter utilizzare un trimmer T2 con il minimo valore possibile così da poter "aumentare" la precisione dell'oscillatore durante la taratura.

Con un altro gate del 4069 ho realizzato anche un LFO (Low Frequency Oscillator), un oscillatore sinusoidale a bassa frequenza, qui utilizzato per produrre l'effetto "Vibrato" su tutte le note. Per realizzare questo secondo oscillatore, ho utilizzato la configurazione del filtro a Doppio-T (Twin-T) che ben si adatta a questo genere di circuito (il doppio-T non è altro che un filtro Notch: il ramo RCR realizza un Passa-Basso mentre il ramo CRC è un Passa-Alto). Con i componenti indicati nello schema, la frequenza dell'LFO si aggira intorno ai 6-8 Hz e questo segnale "modula" l'oscillatore principale (il Master Clock) generando così il tipico effetto "vibrato". Il potenziometro P1 (47k Log.) dosa il livello di vibrato da applicare all'oscillatore principale: ruotato al minimo, l'effetto scompare.

Nelle figure successive, il disegno del PCB Layout (Disposizione dei componenti) e del MASTER (per scaricare le immagini, cliccarci sopra per ingrandirle poi con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva immagine con nome...').

12-Note Top Octave Synthesizer with SFF5010   12-Note Top Octave Synthesizer with SFF5010   Spare Parts

Il trimmer T1 (100 KΩ) deve essere tarato per regolare la velocità del vibrato.

Sulle uscite sarà presente un segnale ad onda quadra con Duty Cycle del 50%.

LA TARATURA    [ TORNA ALL'INDICE ]

Per effettuare la taratura, ruotare il potenziometro P1 (vedi VIBRATO Level nell'immagine successiva) al minimo in modo tale da escludere totalmente l'effetto "vibrato", quindi alimentare il circuito con una tensione compresa tra 15 e 18 Vcc max. Dopo aver lasciato stabilizzare tutto il circuito per 10 minuti, applicare un puntale del frequenzimetro sul piedino 12 del chip SFF5010 (corrispondente alla nota LA, o "A" nella nomenclatura anglosassone) e regolare il trimmer T2 (1 kΩ) fino a leggere una frequenza di circa 7040 Hz (è buona norma ripetere la taratura dopo 10-15 minuti per verificare che l'oscillatore funzioni alla perfezione). Una volta effettuata la taratura, applicare il puntale del frequenzimetro sul pin "TEST" e verificare che la frequenza letta sia intorno ai 1640 KHz. Naturalmente, se non avete un frequenzimetro ma un buon orecchio, potete effettuare la taratura "per confronto" utilizzando una tastiera elettronica o altro strumento perfettamente funzionante.

Di seguito, il disegno dei collegamenti alla scheda (ricordo ancora una volta che durante la taratura, il potenziometro del Vibrato deve essere ruotato tutto a sinistra per escludere totalmente la modulazione).

Top Octave Synthesizer wired

NOTE CONCLUSIVE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Per il collegamento dell'ottava ai circuiti successivi è possibile utilizzare un qualsiasi connettore a passo 2.50 mm: io ne ho utilizzato uno ad innesto della Farfisa (recuperato da un vecchio organo elettronico), visibile nelle foto successive, molto comodo e pratico (attenzione a non crere corto-circuiti che danneggerebbero irrimediabilmente il circuito integrato).

TOS 12-pole Socket    Top Octave Generator - 12-note socket

Se avete a disposizione un circuito integrato M086 (oppure anche un S50242 / MK50242), potete utilizzarlo in questo progetto: sarà sufficiente modificare il valore della resistenza R7 abbassandola fino a 6,8 kΩ (per ottenere le stesse frequenze di uscita, questi chip necessitano di una frequenza di Clock di circa 2000 kHz contro i 1650 dell'SFF5010E). Eventuali altre piccole "tolleranze" possono essere corrette variando, per tentativi, il valore della resistenza R8 (durante i tentativi, è molto importante lasciare il trimmer T2 da 1 kΩ a metà corsa per avere successivamente un ulteriore margine di regolazione fine).

Se invece avete a disposizione il circuito integrato M087B1, potete realizzare il progetto dedicato che trovate alla pagina "Top Octave Synthesizer with M087B1".

Stesso discorso per quanto riguarda il chip M086B1 o M086AB1: per questi, potete realizzare il progetto dedicato che trovate alla pagina "Top Octave Synthesizer with M086B1".

12-Note Top Octave Master Generator    SFF-5010 Top Octave Synthesizer    12-Note Top Octave Synthesizer TOS SFF5010

DOWNLOAD    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nel manuale tecnico (che potete scaricare cliccando sul link riportato qui sotto) troverete lo schema elettrico, il disegno del Master e quello del PCB, lo schema dei collegamenti e l'elenco completo dei componenti.

Lo schema elettrico, il Master ed il PCB Layout sono stati realizzati con il programma Protel99-SE, con il quale ho creato anche l'anteprima della scheda in 3D.
Tutti gli altri disegni sono stati realizzati con il software Corel Draw 12.

Download

Scarica il Manuale di Servizio (680 KB)

COMMENTI    [ TORNA ALL'INDICE ]

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