В этой статье я делюсь опытом проектирования и сборки своего нового устройства — полностью аналогового полифонического синтезатора шума NoiseLab. Это открытый проект, состоящий из четырёх независимых голосов, каждый из которых оснащён восемью генераторами шума для создания сложных и уникальных звуков.
Готовый синтезатор NoiseLab
Я подробно расскажу о конструкции, принципах работы и всех этапах создания такого устройства в современных российских реалиях (сентябрь 2024 года). В конце статьи будут ссылки на полную документацию проекта и информацию о заказе комплектов.
Принцип работы и структурная схема
Синтезатор построен по модульному принципу. Каждый из четырёх голосов представляет собой самостоятельный субтрактивный синтезатор с индивидуальными настройками. Ниже приведена структурная схема одного голоса, так как все они идентичны.
Блок-схема одного голоса синтезатора NoiseLab
Звукогенерация: белый и металлический шум
Вместо традиционного генератора управляемого напряжения (VCO) в каждом голосе используются два источника шума:
- Генератор белого шума на основе лавинного пробоя NPN-транзистора. Для стабильной работы критически важен правильный подбор транзистора, так как многие бюджетные компоненты с AliExpress могут быть излишне шумными.
- Генератор «металлического» шума на шести триггерах Шмитта (микросхема CD40106). Частота каждого из шести осцилляторов задаётся резисторами обратной связи, а их суммарный сигнал создаёт характерный металлический тембр. Высоту этого генератора можно изменять, модулируя напряжение питания микросхемы через CV-вход с помощью простой схемы на транзисторе.
Сигналы от двух генераторов смешиваются при помощи кроссфейдера на операционном усилителе, что позволяет плавно менять соотношение белого и металлического шума.
Схема генераторов шума с блоком микшера
Обработка звука: фильтр, усилитель и модуляция
Смешанный сигнал поступает на фильтр нижних частот (VCF), управляемый напряжением. Я использовал адаптированную версию известного фильтра от синтезатора KORG MS-20, но переработанную для работы с однополярным питанием на базе операционного усилителя LM13700. Важным нюансом оказался выбор светодиода в схеме управления: для стабильной работы необходимо падение напряжения около 1.8В, что обеспечивают, например, оранжевые светодиоды.
Схема VCF (фильтра нижних частот) для однополярного питания
После фильтрации сигнал проходит через усилитель, управляемый напряжением (VCA), также собранный на LM13700. Особенность этой схемы — зависимость работы от выходного потенциометра громкости, который является обязательным элементом.
Схема VCA (управляемого усилителя) на LM13700
Модуляция: огибающие и LFO
Для динамического управления фильтром и громкостью в каждом голосе есть два независимых генератора огибающей (AD-огибающая). Это классические схемы на операционных усилителях, где время атаки и затухания регулируется потенциометрами, изменяющими ток заряда/разряда конденсатора.
Схемы генераторов огибающей для управления VCF и VCA
Дополнительно фильтр модулируется низкочастотным генератором (LFO), который может выдавать смесь треугольной и прямоугольной волн.
Схема LFO для модуляции фильтра
Эффекты и управление
Сигналы от двух голосов суммируются и отправляются на блок задержки, построенный на популярной микросхеме PT2399. Скорость задержки также может управляться через CV-вход.
Схема задержки на PT2399 с CV-управлением
Управление запуском огибающих осуществляется с помощью двух сенсорных датчиков TTP223, работающих в связке. Один датчик непосредственно запускает огибающую, а второй переключает его режим работы (с фиксацией или без).
Схема сенсорного управления на TTP223
Проектирование и изготовление плат
Перед тем как заказывать печатные платы, я собрал и проверил все основные модули на макетной плате. Это позволило избежать ошибок и внести необходимые коррективы в схему. Конструкция устройства выполнена в формате «сэндвич» и состоит из трёх плат:
1. Материнская плата: содержит всю звуковую часть, элементы управления и индикации.
2. Лицевая панель: на ней расположены сенсорные датчики и разъёмы питания. Для корректной работы датчиков TTP223 под ними отсутствует полигон «земли».
3. Базовая плата (нижняя крышка): служит для расширения функционала, на ней размещена макетная площадка и дополнительные посадочные места для разъёмов.
Общая схема синтезатора, разбитая на функциональные блоки
Для изготовления плат я воспользовался услугами китайской компании NextPCB. Стоимость заказа составила около 84 долларов (8000 рублей). Сервис предоставляет удобное ПО для проверки файлов (HQDFM), которое детально указывает на возможные проблемы производства.
Сборка и настройка
Комплектующие были заказаны у проверенных продавцов. Пайку всех SMD-компонентов я выполнил вручную обычным паяльником с жалом типа «топор» и флюсом. Для удобства в проекте использованы компоненты в довольно крупном корпусе 1206.
Сборка заняла два вечера. При первом включении возникла проблема с выходным микшером — отказался работать один из операционных усилителей. Вместо долгой диагностики я заменил активный микшер на простой пассивный сумматор из резисторов, что отлично сработало.
Неиспользуемый блок на плате (паять не нужно)
Итог и возможности
В результате получился уникальный полифонический инструмент для создания шумовых эффектов, перкуссии, атмосфер и саунд-дизайна. Наличие входов CV/GATE позволяет управлять синтезатором с помощью внешних секвенсоров и контроллеров, что значительно расширяет его возможности.
NoiseLab в связке с секвенсором Arturia Beatstep Pro
Проект является открытым. Всю документацию, включая схемы и файлы печатных плат, можно найти по ссылке: NoiseLab от Carlo — Имитированный синтезатор PolyNoise.
С другими моими проектами можно ознакомиться на GitHub: https://github.com/EugeneCarlo.
Следить за обновлениями, а также задать вопросы или оформить предзаказ на готовые устройства или конструкторы можно через мои блоги и чаты в социальных сетях.
Электронный синтезатор в сборе, музыкальный инструмент, самодельный инженерный шум, длинный пост 23
Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: Аналоговый синтезатор шума своими руками.