{"id":29,"date":"2021-02-01T13:52:38","date_gmt":"2021-02-01T12:52:38","guid":{"rendered":"http:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/?page_id=29"},"modified":"2021-02-21T22:47:45","modified_gmt":"2021-02-21T21:47:45","slug":"modul-3-effekte","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/modul-3-effekte\/","title":{"rendered":"Effekte"},"content":{"rendered":"\n

Ein Effekt ist ein Signalverarbeitungselement, in diesem Fall eine Schaltung, welches mittels verschiedener Verfahren, in diesem Fall elektronisch und optoelektronisch, die Spannungsverl\u00e4ufe der eingehenden Audiosignale ver\u00e4ndert. So k\u00f6nnen beispielweise durch Erzeugung von Oberwellen Verzerrungen oder auch der Pegel und der Frequenzgang und alles in Kombination beeinflusst werden.<\/p>\n\n\n\n

Aufgabenstellung<\/h2>\n\n\n\n

Die Gruppe Effekte<\/em> hat die Aufgabe Effektmodule zu realisieren, welche sich aus verschiedenen Effekten zusammensetzen, um so ein charakteristisches Effektger\u00e4t zu konstruieren. Die Vorgabe ist hierbei mindestens einen Verzerrer zu designen. Als Kann<\/em> k\u00f6nnen auch weitere Effektger\u00e4te gebaut werden.<\/p>\n\n\n\n

Des Weiteren sind die Effekte nach dem Eurorack-Standard mit 12V Versorgungsspannung, \u00b110V Signalamplitude und der Gr\u00f6\u00dfe des Frontpanels von \\SI{128.5}{\\milli\\meter} H\u00f6he und der Breite von ganzzahligen Vielfachen von 5.08mm.(1 HP)<\/p>\n\n\n\n

Blockschaltbild<\/h2>\n\n\n\n

In den Abbildungen 1, 2 und 3 sind die Blockschaltbilder der angestrebten Effektger\u00e4te und eines Zusatzger\u00e4tes enthalten. Wie bei modularen Ger\u00e4ten \u00fcblich sind die Ein- und Ausg\u00e4nge standartisiert und beinhalten Signal- und Kontrollspannungs- Ein- und Ausg\u00e4nge. Die Verbindung zu den anderen Modulen kann daher nach Belieben und sehr unterschiedlich ausfallen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 1: Blockschaltbild f\u00fcr den Verzerrer.(Eigene Abbildung erzeugt mit GoodNotes)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 2: Blockschaltbild f\u00fcr das Tremollo.(Eigene Abbildung erzeugt mit GoodNotes)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 3: Blockschaltbild f\u00fcr das Steuerger\u00e4t.(Eigene Abbildung erzeugt mit GoodNotes)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Effekte – Distortion<\/h2>\n\n\n\n

Dokumentation und Arbeitsentwicklung<\/h3>\n\n\n\n

Als Soll-Effekt soll ein Verzerrer entworfen werden, welcher steuerbar dem Eingangssignal Oberwellen \u00fcberlagert. Anschlie\u00dfend soll das Signal auf die Eurorack-Standardamplitude als Maximum verst\u00e4rkt werden und wieder ausgegeben werden. Eine Kombination mit weiteren Effekten ist m\u00f6glich, um ein charakteristisches Modul zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Stand der Dinge (Januar 2021) – Bisherige Entwicklung der Komponenten des Effekts<\/strong>: Verzerrerschaltung wurde erfolgreich in LTSpice simuliert und auf dem Steckbrett realisiert. Die Notwendigkeit kleinere Feinjustierungen zwecks Verst\u00e4rkung der Endstufe wurden erkannt. Diese sollen auf der Platine mit Trimpotentiometer und einer entpsrechenden Verst\u00e4rkerschaltung vorgenommen werden. Au\u00dferdem ist beim Testen mit Audiosignalen aufgefallen, dass es ein Leck bei den Tiefen und eine \u00dcberh\u00f6hung bei den Mittelfrequenzen gibt. Um dem etwas entgegenzuwirken, wurden kleinere \u00c4nderungen des Schaltung vorgenommen, die dem Hochpassverhalten entgegenwirken sollen<\/p>\n\n\n\n

Simulation<\/h3>\n\n\n\n

Zur Simulation der Schaltung wurden nur die verzerrenden Bestandteile des Effekts in LTSpice aufgebaut und simuliert. Hier wurden Parameter-Sweeps durchgef\u00fchrt, um eine Bedienung des Effektger\u00e4tes \u00fcber die nach au\u00dfen gehenden Potentiometer zu simulieren. Als Eingangsignal wurde ein Sinus gew\u00e4hlt. Anschlie\u00dfend wurde noch eine Frequenzanalyse durchgef\u00fchrt, um die spektralen Charakter des Effektes zu visualisieren.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 4: die Simulierte Schaltung (Abb. erzeugt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Als erstes wurde die Verstellung des Distortion<\/em>-Potentiometers simuliert, welches das ma\u00dfgebliche Bedienelement des sp\u00e4teren Effektes sein wird. Die Simulation wurde entlang des Signalpfades mehrfach abgegriffen, um den Weg durch den Effekt zu veranschaulichen. Die Namen der Zwischensignal sind aus Abbildung 4 zu entnehmen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 5: Das 3 kHz Sinuseingangssignal (Abb. selbst erstellt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 6: DasDist-Signal (Abb. selbst erstellt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 7: Das Clip-Signal (Abb. selbst erstellt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 8: Das OUT-Signal bei mittlerer Filter-Stellung (Abb. selbst erstellt mit LTSpice<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Im zweiten Simulationsabschnitt wurde ein Verstellen des Filter-<\/em>Potentiometers simuliert. Da es sich einfach um die \u00c4nderung der Zeitkonstante eines Tiefpasses 1. Ordnung handelt, wurde die Visualisierung auf zwei Bilder zusammengefasst.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 9: Der Input bei festem Stand des Distortion-Potentiometers (Abb. selbst erstellt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 10: Der Output bei Verstellen des Filter-Potentiometers (Abb. selbst erstellt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Um den theoretischen Eindruck f\u00fcr das Filtermodul zu vervollst\u00e4ndigen wurde schlie\u00dflich noch eine Frequenzganganalyse durchgef\u00fchrt. Diese best\u00e4tigt die Eindr\u00fccke beim Steckbrettaufbau \u00fcber ein gef\u00fchltes Leck bei tiefen Frequenzen. F\u00fcr die Simulation wurde f\u00fcr verschiedene Stellungen des Distortion<\/em>-Potentiometers durchgef\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 11: Der Frequenzgang (Abb. selbst erstellt mit LTSpice)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Effekte \u2013 Tremollo<\/h2>\n\n\n\n

Dokumentation und Arbeitsentwicklung<\/h3>\n\n\n\n

Als Kann-Effekt habe ich mich f\u00fcr ein sogenanntes Tremollo entschieden. Dieser Effekt amplitudenmoduliert das Eingangssignal mit einem niederfrequenten Signal, welches nach Bedarf in seiner Form und Frequenz ver\u00e4ndert werden kann.<\/p>\n\n\n\n

Stand der Dinge (Januar 2021) – Bisherige Entwicklung der Komponenten des Effekts<\/strong>: LFO (low frequency generator) des Tremollos als Hauptbestandteil des Effekts erfolgreich in LTSpice simuliert und auf dem Steckbrett realisiert. Es wurde ein Frequenzbereich von 600mHz bis 13Hz erreicht, was perfekt f\u00fcr den gew\u00fcnschten Effekt auf das Eingangssignal bei Multiplizierung mit diesem ist. Beim testen viel auf, dass die Auswahl des OPV-ICs ma\u00dfgeblich f\u00fcr das Anlaufen der Schaltung ist, da eine ausreichende Stromtreibf\u00e4higkeit vorhanden sein muss. Die Arbeitspunkteinstellung des Vaktrols erfolgte auf dem Steckbrett mithilfe von Funktionsgenerator und Oszilloskop. Urspr\u00fcnglich war auch eine umschaltbare Ansteuerung de Vaktrols per Kontrollspannung<\/em> geplant. Diese Idee wurde jedoch in letzter Sekunde wegen der Budgetknappheit verworfen.<\/p>\n\n\n\n

Simulation<\/h3>\n\n\n\n

Zur Simulation wurde der LFO in LTSpice aufgebaut und wieder verschiedene Potentiometerstellungen simuliert. Lediglich die Bet\u00e4tigung des Speed<\/em>-Potentiometers wurde ausgelassen, da sich hierbei die Form des Signals nicht ver\u00e4ndert, Visualisierung un\u00fcbersichtlich w\u00e4re und die Vorstellung der Funktionsweise intuitiv ausfallen sollte. Die restlichen Regler sollten in ihrer Funktion durch den jeweiligen Namen ersichtlich sein. Weiterhin ist auf die starke Tiefpasseigenschaft des Vaktrols hinzuweisen, weshalb trotz kantiger Form der Signale zumindest nahezu eine Sinusmultiplikation m\u00f6glich ist. Akkustisch war dies zumindest nach meinem Empfinden der Fall.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 12: Schaltplan f \u0308ur den LFO<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 13: Ausgangssignal bei Mittelstellung aller Potentiometer<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 14: Ausgangssignal bei verschiedenen SMOOTH-Stellungen<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 15: Ausgangssignal bei verschiedenen SPACE-Stellungen<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 16: Ausgangssignal bei verschiedenenSYMMETRY-Stellungen<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Effekte – Teremin-Steuerger\u00e4t<\/h2>\n\n\n\n

Dokumentation und Arbeitsentwicklung<\/h3>\n\n\n\n

Als zweites Kann-Modul m\u00f6chte ich ein Steuermodul entwerfen, welches analog zur Bedienung eines Teremin zwei Steuerspannungen im Bereich 0-5V erzeugt, um so beispielweise den Pitch und die Amplitude eines Oszillatorausgangs zu steuern. Bei einem Teremin handelt es um ein elektronisches Musikinstrument, bei welchem mithilfe zweier Antennen und beider H\u00e4nde, welche je nach Entfernung voneinander die Kapazit\u00e4t der Antennen ver\u00e4ndern und so einen internen Audiooszillator in Frequenz und Amplitude steuern. In Abbildung 17 ist ein solches Teremin zu sehen.<\/p>\n\n\n\n

So solle je nach Entfernung der Hand von der jeweiligen Antenne proportional eine Steuerspannung abgegeben werden. Au\u00dferdem ist ein justierbarer LFO<\/em> geplant, welcher die Steuerspannung \u00fcberlagert und so bspw. zu einer leichten Frequenzmodulation bei Steuerung eines Oszillators f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 17: www.musicradar.com\/reviews\/tech\/moog-etherwave-theremin-179236.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Stand der Dinge (Januar 2021) – Bisherige Entwicklung der Komponenten des Effekts<\/strong>: Die Steckbrettrealisierung des Phase-looked-loop f\u00fcr das Teremin-Steuerger\u00e4t musste ausgesetzt werden, da aufgrund des Corona-Lockdowns und der dementsprechenden schwierigen Bauteilorganisation keine p\u00fcnktliche Realisierung einer Schaltung mit ausreichender G\u00fcte und Geschwindigkeit m\u00f6glich war. Dies f\u00fchrte zur vorl\u00e4ufigen Einstellung dieser Ger\u00e4teentwicklung bis diese vorhanden sind.<\/p>\n\n\n\n

Zusammengefasste Schaltung und Platinenlayout<\/h2>\n\n\n\n

Das Layout wurde mithilfe von Eagle erstellt und ist den Voraussetzungen zur Fertigung des ProjektLabors angepasst. Die Effektplatine ist au\u00dferdem so dimensioniert, dass sie \u00fcber die Potentiometer und 3,5mm-Klinken mit dem Frontpanel verbunden ist. Au\u00dferdem wurde an beiden k\u00fcrzeren Kanten der Platine ein jeweils 5mm breiter Streifen frei von Leiterbahnen gelassen, damit die Platine auch problemlos in eine Schiene geschoben werden k\u00f6nnte, ohne dass es zu Kurzschl\u00fcssen kommt. Dieses Feature ist jedoch kein Bestandteil des Eurorackstandards.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 18: die zusammengefassten Schaltungen der Verzerrer-Platine (Aufnahme aus Eagle)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\"\"
Abbildung 19: die zusammengefassten Schaltungen der Verzerrer-Platine (Aufnahme aus Eagle)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Platine<\/h3>\n\n\n\n

In der Abbildung 20 ist die fertig best\u00fcckte und funktionierende Platine zu sehen. Als Vaktrol wurde aus Kostengr\u00fcnden (bis zu 40\u20ac im Netz) eine selbstgebaute Variante genutzt. (in gr\u00fcnem Schrumpfschlauch befindliches Bauteil) Dieser Vaktrol besteht aus einer gr\u00fcnen LED und einem Photowiderstand, welche mit durchsichtigem Leim miteinander optisch gekoppelt und danach mit mehreren Schichten Schrumpfschlauch optisch von der Au\u00dfenwelt abgekoppelt wurden. Der Arbeitspunkt wurde mit Oszilloskop und Frequenzgenerator ermittelt und der Aufbau dann mit entsprechend berechneten Widerst\u00e4nden realisiert. Das Ergebnis war \u00fcberraschen gut. Der Vaktrol ist zwar etwas tr\u00e4ge und \u00fcbertr\u00e4gt das Steuersignal mit einer starken Tiefpasswirkung, f\u00fcr das Ohr ist das aber nicht schlecht, sodass der Tremoloeffekt gut funktioniert. Lediglich das Gain-Potentiometer wurde nicht nach au\u00dfen gelegt, sondern mit einem Trimpotentiometer so eingestellt, dass die maximal \u00fcbertragene Amplitude des Effektes 1 betr\u00e4gt.
Auch der Verzerrereffekt funktioniert einwandfrei und die \u00fcbertragene Amplitude wurde durch einen Verst\u00e4rker mit Trimpotentiometer auf 1 normiert. Das hat sich bei verschiedenen Tests durch das erzwungene Clipping im Effektger\u00e4t und der anschlie\u00dfenden Verst\u00e4rkung jedoch als ung\u00fcnstig erwiesen, da bei verstellen des Effektes die Amplitude und damit die Lautst\u00e4rke stark variiert. Im n\u00e4chsten Labortermin am 22.02.2021 werde ich noch einmal schauen, ob ich da eine bessere Einstellung finde.<\/p>\n\n\n\n

Leider hat das Teremin-Steuerger\u00e4t seinen Weg nicht auf eine Platine und damit in unseren modularen Synthesizer geschafft. Dieses Projekt werde ich jedoch privat zu Ende bringen, da wir beim Zusammenf\u00fchren der Module im Labore ein solches Steuerger\u00e4t gut h\u00e4tten integrieren k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abbildung 20: Die fertige Verzerrerplatine<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
\n
Output<\/a><\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Ein Effekt ist ein Signalverarbeitungselement, in diesem Fall eine Schaltung, welches mittels verschiedener Verfahren, in diesem Fall elektronisch und optoelektronisch, die Spannungsverl\u00e4ufe der eingehenden Audiosignale ver\u00e4ndert. So k\u00f6nnen beispielweise durch Erzeugung von Oberwellen Verzerrungen oder auch der Pegel und der Frequenzgang und alles in Kombination beeinflusst werden. Aufgabenstellung Die Gruppe Effekte hat die Aufgabe Effektmodule […]<\/p>\n","protected":false},"author":139,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":4,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/29"}],"collection":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/users\/139"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=29"}],"version-history":[{"count":10,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/29\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":174,"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/29\/revisions\/174"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/service.projektlabor.tu-berlin.de\/wordpress\/ws20-mo-synth-471\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=29"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}