Die einzelnen Module und deren Funktion

Das Netzteil (von rechts nach links): Die Transformatoren, die Platine, und die Leistungstransformatoren auf ihren Kühlelementen

Das Netzteil liefert die drei Betriebsspannungen +15V, -15V und +5V. Diese Spannungen sind sehr stabil und durch den Ausgleich von +15V und -15V ergibt sich die vierte Spannung OV. Alle drei Spannungen hängen an getrennten Umspann- und Gleichrichterschaltkreisen, von denen die 15V-Spannungen an einem Transformator mit zwei mal 18V hängen, und die 5V-Spannung an einem mit 9V. Die Nennstromaufnahme beträgt maximal 0,8 A. Als Spannungsregler dient der IC mA 723. Sollte wegen zu hoher Stromaufnahme der Module einmal die Spannung ausfallen, so geht eine der drei, an der Frontplatte montierten, LED´s aus. Besonders genau muß der -15V-Teil eingestellt werden, da er den Tastaturspannungsabfall beeinflußt.

Die Tastatur habe ich etwas einfacher gestaltet, da ich später, statt der Tastatur ein MIDI/CV-Interface verwenden kann, das ich im Kapitel Erweiterungsmöglichkeiten noch erklären werde. Dadurch ist die Tastatur getrennt, zum einen die Spannungssteuerung (Noten), und zum anderen die Gate-Steuerung, die die ADSR´s steuert. Die Gate-Steuerung verläuft normalerweise durch den zweiten Kontakt der Tastaturdoppelschalter. Ich habe sie aber ausgelagert, und kann damit die Gate-Steuerung viel freier gestalten. Sie ist dadurch aber nicht unbedingt zeitgleich wie der Anschlag des Tons. Die Spannungssteuerung funktioniert normal, und kann Dank der Widerstandsreihen mit 100-Metallschichtwiderständen eine für jeden Ton spezifische Spannung mit 1V/Oktave herstellen. Da aber nach dem Loslassen der Taste die Spannung nicht sofort auf Null absinken soll, muß sie in einer Sample & Hold Schaltung gespeichert werden. Dank dem Gatesignal kann diese Steuerung vor dem nächsten Ton gelöscht werden. Diese Tastaturtechnik ist auf einer, direkt mit den Tastaturknöpfen verbundenen, länglichen Platine untergebracht.

Die Tastatursteuerungsplatinen (Interface und Empfänger)

Die S & H - Steuerung befindet sich dagegen mit der restlichen Steuereinheit auf der großen rechteckigen Platine. Auf dieser Platine ist außerdem nach der S & H - Schaltung eine Portamentosteuerung untergebracht. Durch diese kann das Spannungssignal der Tastatur langsam an- und abschwellend eingestellt werden. Die Töne gehen dadurch ineinander über. Wie stark dieser Effekt ist, kann mit einem gleichbezeichneten Poti gesteuert werden.

Dieser Schaltung folgt eine, die die Spannungen addiert: Die Steuerspannung, die Offsetspannung (ungewollte Spannungen von den Schaltungen davor) negativ, und zusätzliche Spannungen zur Kontrolle der Oktavlage. Diese Steuerung erfolgt über einen Fein-(Fine) und einen Grobeinsteller(Octaves), der auch ausgeschaltet werden kann. Außerdem wird dazu noch ein Modulationssignal addiert, das über den Einsteller FM (Frequenz Modulation) in der Stärke verändert werden kann, und über den Eingang FM zugeführt wird. Von dieser Platine geht das Signal zu einem Interface-Empfänger, der das Gate- und das Spannungs(KOV)signal verstärkt. Dies ist notwendig, da die Tastatur eigentlich als externe Einheit geplant war, und im Synthesizer selber sich nur noch die Empfängerplatine befinden sollte.

Die VCO-Platine

Die Oszillatoren sind der wichtigste Teil des Synthesizer´s. Sie stellen den tonerzeugenden Teil dar, und um das Signal komplexer gestalten zu können sind sie in dreifacher Anfertigung vorhanden. Das wichtigste Kriterium ist hier die Tonstabilität. Instabile Töne können schnelle Schwebungen, also eine schnelle Abfolge von den Minima und Maxima der Schwebung, mit den andreren VCO´s bilden. Diese schnellen Schwebungen führen im Gegensatz zu langsamen, nicht zu angenehmen Tönen, sondern zu Dissonanzen.

Der VCO besteht aus einem Eingangsspannungsaddierer, einem Exponentiator, einen linearen stromgesteuerten Sägezahnoszillator, und einem Kurvenformkonverter.

Der Eingangsaddierer addiert die Signale eines internen und eines externen Eingangs für die Steuerspannung und das eines Eigangs für die Frequenzmodulation, deren Anteil eingestellt werden kann.

Darauf folgt der Exponentiator, der aus der linear ansteigenden Spannung der Tastatur die eine exponentielle macht, da der Mensch Töne exponentiell wahrnimmt. Die Frequenz verdoppelt sich von Oktave zu Oktave (55-110-220-440-880Hz). Für diesen Exponentiator wird ein Transistor verwendet. Da dessen Exponentiatorfunktion stark von der Wärme abhängt, braucht man einen gewärmten Dualtransistor (mA 726), der leider sehr teuer ist.

Nun folgt die Erzeugung des Sägezahnsignals. Dieses Signal steigt zuerst linear an, um dann abrupt wieder abzufallen. Die Oszillatorfrequenz kann mit der Spannung des Exponentiators gesteuert werden. Durch seine lineare Funktionsweise ensteht genau die Tonabfolge die der Mensch als normale versteht.

Nun wird natürlich nicht nur eine Wellenform gebraucht, sondern auch Dreieck, Sinus, Rechteck mit gesteuertem Impuls, und "Spaced Sägezahn" (also mit einem kurzen Zwischenraum zwischen den Wellen). Dies geschieht im Kurvenkonverter. Es wird ein Konverter verwendet der alle die Signale parallel umwandelt. Dadurch ist der Zugriff auf alle gleichzeitig möglich.

Dreieck: Das Sägezahnsignal wird hier in zwei Halbwellen geteilt. Diese werden dann voneinander abgezogen und verstärkt. (Siehe Umwandlungsdarstellung)

Die Dreiecksumwandlung

Sinus: Beim Sinus werden nur die Spitzen eines Dreiecksignals mittels zweier Dioden abgerundet.

Rechteck: Hier wird das Zägezahnsignal in einen Puls mit einer folgenden Pause umgewandelt. Das Verhältnis ist mit dem PW (Pulsweite) -Regler einstellbar, und kann zusätzlich mit einem Modulationssignal, das in der Intensität einstellbar ist, verändert werden.

"Spaced Sägezahn": Dieses Signal entsteht, indem man die Spitzen abschneidet, und das Abgeschnittene dann wieder auf das selbe Niveau verstärkt.

Schließlich werden die Signale über Schalter in zwei Ausgangssignale (ein internes und ein externes) zusammengeführt.

Die VCF-Platine

Dieser Filter kann vier verschiedene Filtertypen erzeugen, die teilweise auch gleichzeitig eingesetzt werden können: 12dB Hoch-, Tief-, und ein 6dB Bandpaß. Der vierte Filtertyp ergibt sich durch Kombination aller anderen und heißt Sperrpaß, oder Notchfilter. Einstellbar ist außerdem die Filterresonanz (Q-Faktor). Die Filtertypen unterscheiden sich grundsätzlich darin, welchen Frequenzanteil sie herausfiltern. Der Hochpaß die hochfrequenten, der Bandpaß die mittleren, der Tiefpaß die niederfrequenten, und der Sperrpaß faßt alles. Die dB-Angabe zeigt die Effizienz der Filter. Ein Filter mit mehr dB wirkt effektiver, und der Abfall des gefilterten Frequenzanteils ist gravierender.

Der Filter hat im Grunde einen sehr ähnlichen Aufbau wie der VCO. Er besteht auch aus einem Eingangsaddierer für die Tonhöhe, mit Eingängen für das interne und externe Signal, und für die Modulationssignale (externer TM (Timbre Modulation) und interner ADSR). Letzteres kann in seiner Intensität verändert werden. Dieser Eingang hat den Sinn, daß der Einsatzpunkt des Filters den Tönen des VCO´s folgen kann. Dieses Signal geht in einen Exponentiator, der das Signal für den eigentlichen Filterteil umwandelt. Hierbei handelt es sich um einen State-Variable-Filter der, wie oben gesagt, alle Filter gleichzeitig zur Verfügung stellt.

Das Audioeingangssignal kommt auch von einem Eingangsaddierer, der das interne Signal der drei VCF´s, und das externe (kann auch in seiner Intensität gesteuert werden) zusammenmischt.

Der Filter wird, wie gesagt, vom ADSR gesteuert und erhält somit einen zeitlichen Verlauf.

Die drei ADSR-Platinen

Durch die ADSR´s, oder Hüllkurvengeneratoren, kann der Klangfarbenverlauf (durch Steuerung der VCF´s) und der Lautstärkenverlauf (durch Steuerung des VCA´s) zeitllich gesteuern werden. Mit dem ADSR hat man die Möglichkeit, vier Werte einzustellen. Die Attackzeit, also die Zeit, die die Spannung vom Minimum zum Maximum braucht. Die Decayzeit, also die Zeit vom Maximum bis zum Sustainlevel. Als drittes kann das eben genannte Sustainlevel eingestellt werden, also der Pegel, der sich nach dem Durchlaufen des Attacks und des Decays einstellt, und der bis zum Loslassen der Taste auf diesem Niveau bleibt. Den Zustand der Spannung im Sustainlevel bezeichnet man auch als "Steady State". Nach dem Loslassen der Taste kann eine Releasezeit eingestellt werden, also die Zeit in der die Spannung wieder aufs Minimum zurückfällt.

Getriggert wird dieser Ablauf vom Gatesignal, das dem ADSR anzeigt, wann eine Taste gedrückt ist. Durch diesen Verlauf kommt der Synthesizer Naturinstrumenten viel näher, da diese alle solche Hüllkurven besitzen. Meist sind sie sogar noch komplizierter. Es gibt die Möglichkeit, für perkussive Klänge den Generator auf den AD-Modus umzustellen, wodurch die Spannungssteuerung nur nach diesen zwei Werten verläuft.

Zur optischen Anzeige des Signals ist eine LED vorhanden.

Die VCA-Platine

Der VCA ist grundsätzlich nur ein Verstärker, der das Signal, das von den Modulen des Synthesizers kommt, auf das Ausgabesignal verstärkt. Der hier verwendete DUAL-VCA hat zwei in Reihe geschaltete Verstärker, einen zur Hüllkurvenmodulation mit dem ADSR und einen zur periodischen Amplitudenmodulation (Tremolo). Da das menschliche Ohr auch die Lautstärke logarithmisch wahrnimmt hat der erste Teil des VCA´s eine exponentielle Charakteristik. Der Exponentiator ist grundsätzlich der selbe wie beim VCF. Der zweite Teil hat dagegen einen linearen Charakter, sodaß das Tremolo weich klingt. Der Eingang für das Tremolo ist mit AM gekennzeichnet, und kann in seiner Intensität gesteuert werden. Außerdem hat der VCA zwei Eingänge, einen internen und einen externen, der über die Buchse ES zugeführt wird, und in seiner Intensität verändert werden kann. Um den Input-Level darzustellen ist eine LED in die Frontplatte integriert.

In diesem, und im nächsten Abschnitt möchte ich nun auf Effektgeneratoren eingehen, also Module die mit Klangerzeugung selbst nichts mehr zu tun haben. Durch die LFO´s, und den Noise-Generator werden die anderen Module moduliert (in Pulsweite, Amplitude, Frequenz und Klangfarbe). Die Anbindung dieser zwei Module an die anderen erfolgt über eine externe Verbindung. Die LFO´s sind, wie der Name schon sagt, Niederfrequenzoszillatoren. Deren Frequenz wird über Drehregler verstellt, und kann Werte zwischen 5mHz und 20Hz einnehmen. Es sind dabei zwei baugleich, mit Ausgängen für Dreieck, symmetrisches Rechteck, und Sägezehn mit ansteigender Flanke. Der dritte hat statt des Rechtecks einen zweiten Sägezahn, aber diesmal mit abfallender Flanke. Der Oszillator generiert ein Dreiecksignal, das danach umgewandelt wird.

Die LFO-Platine

Die Noise Generator-Platine

Der Noise-Generator erzeugt zuerst ein weißes Rauschen. Dieses wird durch einen Hochpaßfilter in ein farbiges Rauschen umgewandelt. Dadurch hat das gefärbte Rauschen einen höheren Baßanteil. Um die Random-Voltage zu erreichen, ist ein Tiefpaßfilter hinter das weiße Rauschen gesetzt, der die Bässe herausfiltert. Die Frequenz der Fluktuation ist mit einem Drehregler einstellbar, und wird mit einer LED angezeigt.

Das Control-Output-Modul ist die Schnittstelle zur Außenwelt. Sie beinhaltet einen Vorverstärker mit einer dreifachen Klangreglungsmöglichkeit. Außerdem ist noch die Lautstärke einstellbar. Beim XJV1 ist das Nötigste intern verdrahtet. Um aber spezielle Kombinationen der Module schaffen zu können, ist die Möglichkeit gegeben zu „Patchen". Die Module können also auch durch externe Leitungen verbunden werden. Um dieses System noch flexibler zu gestalten, können auch Leitungen mit mehr als zwei Steckern gebaut werden. Dadurch kann ein Signal auch an mehrere Signaleingänge verteilt werden.

Die COM-Platine

Die 24dB VCF-Platine

Dieser zweite Filter ist ein Tief- und Hochpaßfilter, bei dem die Flankensteilheit in 6/12/18/24dB eingestellt werden kann. Es handelt sich hierbei um eine Filterkaskade von vier unabhängigen 6dB Filtern, die über den dB/Oct.-Drehschalter in Reihe geschaltet werden können. Der Filter besteht aber auch aus den schon bekannten Schaltungsgruppen: Spannungsaddierer und Exponentiator. Anstelle des State-Variable-Filter folgt nun die Filterkaskade. Wie auch beim 12 dB-Vertreter ist ein Eingang für Timbre Modulation, einer für ein externes Audeosignal, und einer für die Steuerspannung. An Potis wären zu nennen: Die zur Regelung der Eingänge, den für die Resonanz (Q), die zwei für die Oktavlage, und einen für das Ausgangssignal. Außerdem gibt es noch einen Wahlschalter, ob das Signal vom VCF12dB gefiltert werden soll, oder das von den VCO´s. Bei der zweiten Wahl werden die Ausgangssignale der beiden VCF´s addiert.