Um einem synthetisch erzeugten Ton charakteristische Eigenschaften eines natürlichen Klanges wie z.B. eines Klaviers oder einer Geige zu verleihen benötigt man neben der eigentlichen Tonfrequenz eine sogenannte Hüllkurve, die dafür sorgt, dass man den Klang so wahrnimmt, als wenn er von einem Instrument gespielt wird.
Solch eine Hüllkurve wird mit einem ADSR-Hüllkurvengenerator erzeugt. Dabei stehen die vier Buchstaben für den jeweiligen Bereich, den diese Kurve beschreibt. A für Attack, D für Decay, S für Sustain und R für Release.
Man findet so einige Schaltungen, die genau eine solche Kurve abbilden. Da eine vollständige Implementierung in analoger Schaltungstechnik wünschenswert ist, soll auf Zeitbausteine wie dem NE555 weitgehend verzichtet werden. Das schränkt die Auswahl ein.
Schaltungsbeschreibung des ADSR-Hüllkurvengenerators
Die Schaltung muss vor der Simulation mit LTSpice an die Erfordernisse angepasst werden. Zusätzlich sind einige Dinge, die nicht benötigt werden, entfernt worden.
Auf das AD am Eingang wird verzichtet, ebenso auf das IC5 mit Ausgabe der LED. Aufgrund der Herabsetzung der Betriebsspannung von auf +/- 12V sind die Spannungsteiler R24 und R25 sowie R23, P4 und P5 anzupassen gewesen.
Die schlussendlich zu realisierende Schaltung ist in folgender Abbildung dargestellt, die wie folgt funktioniert:
Wird am Gate eine Spannung von 5V angelegt, wird einerseits die Monostabile Kippstufe und der OPV U1 eingeschaltet.
Die Kippstufe erzeugt einen Peak und setzt damit Q5 des Flip-Flop (FF), so dass Q4 sperrt und Q3 eingeschaltet wird. Damit beginnt die Attack Phase in der über die Diode D2 der Kondensator C2 geladen wird.
Die resultierende Ausgangsspannung wird auf den Komparator U3 geleitet und dort mit einer Spannung verglichen. Ist der Pegel von \SI{5}{\volt} erreicht, wird das FF zurückgesetzt, so dass Q4 leitet und Q5 sperrt. Die Attack Phase ist damit abgeschlossen und die Decay-Phase beginnt.
Resultierend wird Q6 entsperrt und der Kondensator C2 entlädt sich über die Diode D4 und speist den nicht invertierenden Eingang von OPV U2.
Entsprechend dem eingestellten Spannungsvergleichswert, bleibt die Spannung auf dem Sustain Level erhalten. Damit ist die Decay-Phase abgeschlossen und die Sustain Phase beginnt. Sie bleibt so lange aktiv, wie am Gate eine positive Spannung anliegt.
Wird die Spannung am Gate wieder auf 0V gesetzt, fällt die Spannung am Ausgang des OPV U1 auf 0V und der Kondensator C2 entlädt sich über die Diode D1. Damit ist die Sustain Phase abgeschlossen und die Release Phase beginnt.
Ist der Kondensator vollständig entladen, ist die ADSR Kurve abgeschlossen.
Die folgende Abbildung zeigt den simulierten Verlauf der Hüllkurve in Verbindung mit der Gatespannung:
Die Schaltung ist dann auf einem Steckbrett (siehe Abbildung) aufgebaut und getestet worden. Dabei ist der in der nächsten Abbildung dargestellte Verlauf der Hüllkurve aufgezeichnet worden. Sie stimmt relativ gut mit der Simulation überein.
