Marsy Electronic

Link Articolo Originale: http://www.grix.it/viewer.php?page=11053

Filtro Phase Shifter a 6 stadi che include selettore di polarità e controllo di Feedback

Introduzione
Per concludere la saga iniziata con “Picmicro Music Sequencer” e proseguita con “TC9400 matched pair VCO” , ecco il progetto di un Audio Phaser.  Questo modulo “nasce” per sintetizzatore, dove la tensione di controllo viene fornita da vari tipi di modulatori esterni (LFO, ma anche tastiera, o altre sorgenti di modulazione sub-audio).  Al momento di scrivere l’articolo perciò, ho pensato di includere nel progetto anche un LFO che permetta di servirsi del filtro già controllato da una Fdo triangolare, come la maggior parte degli effetti Phase-Processor commerciali.    Si tratta di un progetto originale, ma maturato traendo spunto da numerose fonti, di cui alle principali rimanderò via via, e nella sezione “Bibliografia”.   L’obbiettivo immediato: quello di “riempire” l’ultimo spazio rimasto a disposizione nel mio Synth modulare con un VCF Phase Shifter dotato di queste caratteristiche.   In seguito ho pensato di realizzare la “All Pass Network” o “rete di sfasamento” (composta da 6 stadi) su un piccolo modulo indipendente, in modo da rendere possibile, in seguito, l’impiego di più moduli in cascata per poterli eventualmente impiegare nella realizzazione di Phaser con un maggiore numero di stadi.
Anche chi non si cura di musica potrebbe trovare in questo articolo qualche spunto interessante.  Esempio: vi è mai capitato di aver bisogno di una mezza dozzina di resistenze variabili controllate in tensione?  Roba un pò particolare eh? Che ne direste di utilizzare un buffer Cmos 4049? Incredibile ma vero!   Date una occhiata alla sezione 4.
 

Indice
1. Piccolo glossario
2. Principio di funzionamento.
3. Schema a blocchi
4. La “All-Pass Network” (APN): rete di sfasamento del PH6S
5. Schema elettrico del PH6S.
6. Sensibilità di ingresso
7. Schema elettrico LFO
8. I Pcb
9. Liste componenti
10. Il pannello comandi
11. Realizzazione pratica
12. Calibrazione
13. Bibliografia
14. Area Download
15. Ma, alla fine, come "suona" questo filtro? Audio Samples.
 

1. Piccolo glossario

Fdo = Forma d’onda
LFO=”Low Frequency Oscillator”: Oscillatore a Bassa Frequenza (nella fattispecie, sub-audio)
Frequenza di Cutoff=In un filtro corrisponde alla frequenza di taglio, o di centro banda.
VCF = “Voltage Control Filter”: “Filtro controllato in tensione” in cui la frequenza di Cutoff è funzione di una tensione di controllo.
CV = “Control Voltage”:  in campo musicale indica strumenti, dispositivi o moduli i cui parametri possono variare attraverso una tensione di controllo.
Armoniche=Componenti sinusoidali di frequenze multiple rispetto alla componente “Fondamentale”.  Per Fourier, una forma d’onda di qualsiasi tipo può essere ricondotta alla sommatoria tra tutte le sue componenti sinusoidali “armoniche”, più la “fondamentale”, che per convenzione è la armonica a frequenza minore.
Fase, sfasamento, differenza o rotazione di fase tra due sinusoidi= Si misura in gradi, quando due segnali sono sfasati di zero gradi (o di 360° o multipli) hanno la stessa fase, se invece sono sfasati di 180° (o multipli di 360° + 180°) risultano in opposizione di fase, per cui, sommandosi, si elidono.
 

2. Principio di funzionamento
Anche se in giro si trovano trattazioni molto esaurienti sull’argomento, tenterò di dare – a modo mio (e senza formule o calcoli matematici, perché non è il mio forte!) – una descrizione pratica del funzionamento di un Phaser nella sua configurazione classica.
Tipicamente, il “Phaser”, o Phase Shifter” è costituito da un certo numero di celle di filtro “VCF All-Pass” collegate in serie e controllate in comune.  Vedremo, però, che l’uscita vera e propria non sarà prelevata a valle dell’ultimo filtro come ci si potrebbe aspettare.  
A differenza della maggior parte dei filtri audio, processando un segnale attraverso un filtro “All-Pass”, ed ascoltando la resa in uscita, non sentiremmo manifestarsi nessun effetto apprezzabile.  Questo perché all’uscita del filtro All-Pass (letteralmente “passa tutto”) non troviamo variazioni sulla ampiezza del segnale introdotto in ingresso, ma solo sulla fase.  Anzi, per meglio dire, sul ritardo di fase per ciascuna delle armoniche che compongono il segnale (serie di Fourier).

Il filtro All-Pass è generalmente realizzato attorno ad un Op Amp.  Notare che, sia il piedino invertente (attraverso R1) che quello non invertente (attraverso C) sono collegati all’ingresso (Vi).  R1 ed R2 hanno lo stesso valore.  Per armoniche di frequenza sufficientemente bassa il condensatore è un circuito aperto ed il filtro si comporta come un amplificatore invertente (fase 180°) a guadagno unitario.  Per armoniche di frequenza sufficientemente alta il condensatore può essere considerato come un corto circuito ed il tutto si comporta come un amplificatore – sempre a guadagno unitario - ma questa volta non invertente.  La costante di tempo RC determina la frequenza di cutoff (nel grafico Fo), dove il segnale risulta sfasato esattamente di 90°.

In definitiva, l’unico risultato (si fa per dire) di questo filtraggio consiste nel fatto che le armoniche a frequenze minori sono progressivamente ritardate per tendere fino ad un massimo di 180° rispetto all’ingresso.  Visto che questa operazione avviene in modo progressivo, sarà molto difficile riuscire ad avvertire “ad orecchio” l’intervento di un filtro All-Pass.  Ma allora che ci facciamo con questa sottospecie di filtro?   Bè, cominciamo a metterne 2 uguali in serie, magari realizzando una uscita addizionale attraverso due resistenze aggiuntive.

Visto che i ritardi (cioè gli sfasamenti) si sommano, per alte frequenze la rotazione di fase vista tra l’ingresso e la uscita V2 sarà 0°+0°=0°: come prima, l’uscita è in fase con l’ingresso.   Per le frequenze più basse: 180°+180°=360°=0°… però!... anche in questo caso il segnale lo ritroviamo in fase.  Alla frequenza Fo di cutoff, invece, il segnale sulla uscita V2 sarà sfasato di: 90°+90°=180° , cioè in opposizione di fase rispetto all’ingresso!  Manco a dirlo, a frequenze intermedie corrisponderanno relativi sfasamenti intermedi.  Ma ritorniamo alla nostra armonica situata a centro banda, e amplificata in controfase.  Le due resistenze Rs1 ed Rs2 (identiche) costituiscono un sommatore.  Sommando due sinusoidi in opposizione di fase e di ampiezza costante, sulla uscita Vu si otterrà… un bel nulla!  Non sembra, ma è un gran risultato: vuol dire che, quando la frequenza del segnale in ingresso è la stessa di cutoff della coppia di filtri, dalla uscita Vu del sommatore non esce niente: abbiamo a che fare con un filtro “Notch”: in italiano, ad eliminazione di banda.
Ricapitolando.  Con una coppia di celle All-Pass abbiamo realizzato un filtro “Notch”: questo è già un Phaser a due stadi.  Cosa succede aggiungendo altri stadi?  Bè, è difficile non cadere nel tranello come chi, aggiungendo un filtro identico in serie, si aspetta di vedere aumentata la selettività…  No, bisogna ricordare che l’All-Pass non influisce sull’ampiezza dei segnali, e la nostra uscita non è prelevata a valle dell’ultima cella, ma all’uscita del sommatore.  Ogni coppia di celle che aggiungeremo introdurrà uno sfasamento aggiuntivo di 360°, che determinerà un ulteriore “minimo” nella curva di risposta, ad una frequenza diversa.
 

Qui sopra, la curve di risposta di Phasers a 2, 4, o 6 stadi.  E’ conveniente aggiungere le celle All-Pass in coppia, perché quando il loro numero è dispari la parte finale della curva di risposta non risalirà completamente, causando un comportamento passa basso, con relativo smorzamento delle frequenze più alte.  Come si vede, per ogni coppia di All-Pass, sulla curva di risposta si forma un comportamento “minimo”, e di conseguenza, un “massimo” per ogni coppia di “minimi”.  Se vi dovesse venire la curiosità di conoscere la frequenza Fo di cutoff e quelle dei vari minimi/massimi, senza diventare matti con i calcoli… nessun problema.  Su un sito giapponese un sant’uomo ha reso disponibile una pagina flash che le calcola.  Basta introdurre il numero degli stadi dell’ All-Pass ed il valore dei componenti C ed R!  La potete trovare qui.

 

3. Schema a blocchi

Ecco lo schema a blocchi di base del progetto. 

Il progetto è suddiviso in tre Pcb.  Il primo “All-Pass Network” (che d’ora in avanti, per amor di sintesi chiamerò semplicemente APN) consiste nella rete di sfasamento, che è formata 6 filtri “All-Pass” in serie, ciascuno dei quali è in grado di ritardare la fase del segnale fino a 180°.   Il massimo sfasamento della catena quindi, risulta essere pari a 180°x 6=1080°, caratterizzando una curva di risposta che esibisce 3 minimi e, all’interno di questi, 2 massimi.
Il secondo Pcb (MainBoard), comprende tutta l’elettronica necessaria al Phaser incluso il modulo APN stesso.  
Il terzo Pcb (opzionale), mette a disposizione un LFO triangolare e può essere utile a chi volesse utilizzare il Phaser “Stand-Alone”, fornendogli anche la sorgente di modulazione, verosimilmente già disponibile se il Phaser è destinato ad equipaggiare di un sintetizzatore. 
Il controllo Feedback (a volte detto anche Regeneration, o Recycle) dalla uscita inietta verso l’ingresso una reazione positiva , questo tende ad enfatizzare i “massimi” della curva di risposta fino a generare picchi di risonanza.  Il selettore “Polarity” consente di invertire la fase del segnale che rientra dal sommatore, questo accorgimento dà la possibilità di ribaltare la curva di risposta: i “minimi” diventano “massimi” e viceversa.  Il potenziometro Efx (in alcuni casi Dry/Wet o Blend) sostituisce il sommatore di uscita.e permette di dosare la quantità dell’effetto. Il tutto necessita di un alimentatore duale da 9 volt.   A chi lo dovesse realizzare apposta consiglio l’alimentatore del “Picmicro Music Sequencer” utilizzando solo le uscite +/- 9 volt (perciò si può evitare di montare i componenti che realizzano le altre alimentazioni).   In alternativa, chi volesse utilizzare il progetto al di fuori di un sintetizzatore, perché no? Può anche decidere di “portabilizzarlo” utilizzando due pile da 9 volt!
 

4. La “All-Pass Network” (APN): rete di sfasamento del PH6S

La maggior parte dei Phaser utilizzano proprio celle All-Pass realizzate attraverso Op Amp’s.   Fa eccezione qualcuno realizzato con amplificatori di Norton, detti anche OTA   Poi c’è il mitico chipSSM2040 (non vi illudete: è fuori produzione e introvabile da molti anni) che era realizzato apposta per sintetizzatori analogici.  Includeva 6 filtri configurabili e disponeva già del piedino per poterli controllare in CV: magico… ma dimentichiamocelo.   Dunque, volendo realizzare la APN nella sua configurazione classica, mediante l’utilizzo di amplificatori operazionali, il principale problema da risolvere si è rivelato proprio quello di trovare il modo migliore per controllare in tensione la frequenza di Cutoff dei filtri.  Visto che questa è determinata dai valori di R e di C è necessario variare uno di questi, in modo preciso, e contemporaneamente su tutte le celle.  Dopo estenuanti ricerche, ed esaminando tutti gli schemi che sono riuscito a trovare, ho potuto constatare l’esistenza di svariate soluzioni, alcune anche particolarmente bizzarre, se non incredibili.  Mhhhh…cattivo segno…  Comunque si parte dal presupposto comune di rendere variabile la resistenza R.  Come fare?  Ecco le principali soluzioni adottate all’interno degli svariati schemi che sono riuscito ad esaminare:

Componente custom: 
Alcuni effetti commerciali si affidano a chip appositamente costruiti che probabilmente esplicano giusto la funzione di resistenze variabili in tensione.  Bello, ma i componenti sono irreperibili in commercio.  Soluzione impraticabile.

Utilizzo di Fet selezionati:
Forse la soluzione più utilizzata.  Entro certi limiti un fet può comportarsi come una resistenza variabile.  Ho fatto qualche tentativo ma i risultati non mi hanno entusiasmato… mi è parso arduo trovare almeno una decina di fet che si somigliassero abbastanza (magari forse comprandone 100!).
Soluzione scartata.

Utilizzo di fotoresistenze LDR inglobate con resina insieme a led.
Devo dire che a questa soluzione c’è un autocostruttore che ci ha lavorato molto seriamente, cercando il modo migliore di allineare le curve di risposta delle LDR, compensare le derive in temperatura ecc.  Rimane però l’estrema lentezza di risposta delle fotoresistenze (non si parla di millisecondi… ma diversi decimi di secondo!)  Inoltre… troppo macchinoso…
Soluzione scartata.

Utilizzo di fotoresistenze LDR affacciate a lampadine ad incandescenza!
E’ da non crederci, ma uno dei Guru dell’autocostruzione  (il tedesco Jurgen Haible, vi invito a visitare il suo meraviglioso sito) ha costruito anche un Phaser utilizzando proprio questo sistema per rendere variabili le resistenze dei suoi All-Pass.  Sono a vista… bello, il fascino è lo stesso degli amplificatori valvolari.  Ma al ritardo della LDR si aggiunge anche quello del filamento delle lampade, che scaldano, quindi introducono derive termiche, e non possono essere inglobate nella resina come i led.   Soluzione molto chic, ma tutt’altro che “solid state”… e veramente poco pratica…scartata.

Utilizzo di un circuito integrato Cmos tipo CD4049 ?!
Ma cosa c’entra il 4049 con una – anzi – con 6 resistenze controllabili in tensione? Bè, se andate a vedere qui  e troverete il progetto del  Phaser proposto dalla rivista “Electronic Today International” (“ETI”) del Settembre 1976.  Dei sei buffer invertenti inclusi nel CD4049 vengono sfruttati i mosfet finali, che, privati della alimentazione, si comportano (abbastanza bene) come altrettante resistenze variabili. 

Possibile che un comunissimo 4049, 20 centesimi di costo, potesse offrire una soluzione valida al problema?   Così sono corso a prenderne uno dal cassettino per cacciarlo nella breadboard già pronta con la sua bella mezza dozzina di All-Pass collegati in serie, il sommatore di uscita sostituito da un trimmer.   Potenza dei buffer Cmos… ha funzionato subito.  Con il rumore bianco in ingresso del primo Op-Amp, variando la tensione all’ingresso dei buffer all’uscita si è subito manifestato il classico effetto “jet in partenza” che contraddistingue proprio le “buche” nelle curve di risposta dei filtri.   In seguito, proseguendo nel progetto, ho potuto verificare che il range dinamico del filtro era un po’ scarso (la distorsione si manifestava molto prima del “clipping ” naturale degli operazionali) e inoltre il controllo CV dava l’impressione di essere un pò critico.  Onore al merito del progetto proposto da “ETI”, ma si, quello è proprio un effetto legato all’utilizzo del 4049.  Poi mi è venuto in mente che all’epoca (1976 d.c.) quando si parlava di un Cmos 40XX  non era così scontato che si trattasse di 40XXB, cioè Buffered.   Del resto, la lista componenti dell’articolo ETI, riporta “4049 CMOS” senza specificare “B”.   Adesso, se chiedi un 4049 sai che ti daranno un 4049B, ma allora, il tipo B era ancora una alternativa non scontata al tipo con le uscite non bufferizzate.   Così, procuratomi un 4049 “old style” (ora bisogna chiedere proprio quello con suffisso “UB”=UnBuffered)  ho potuto testare che… non sembrava essere cambiato poi molto!
Al che, stavo per farmene una ragione (in fondo, le caratteristiche erano comunque accettabili), quando, durante una ricerca su Google  immagini, ne ho scorta una che sembrava promettere bene già dalla icona: eccola qua.   Chissà  perché, la terra del sol levante sembra essere piena di estimatori di Phaser!   Proprio quello che ci voleva!   Chi penserebbe di “controreazionare “ una porta Cmos?   Eppure qualcuno ci ha provato.   Nelle figure qui sopra, la “B” rappresenta la soluzione “ETI”, la “C” il circuito definitivo, che con solo 2 resistenze in più, migliora sensibilmente le caratteristiche del filtro.   Questo, quindi, è il circuito che ho utilizzato per i 6 filtri della APN. 
Prima di passare ad una descrizione dello schema elettrico in generale, ancora qualche considerazione riguardo questa parte.
Ho notato che la maggior parte dei pedali Phaser per chitarra dispongono di All-Pass a 4 stadi. Per la verità, in rete si può trovare traccia di Phasers di tutte le taglie: anche a 48 stadi!   Ho strutturato il modulo Pcb che ospita la APN perchè i collegamenti tra un filtro e quello successivo “passino” dalla Pin-Strip di connessione.   In questo modo, se necessario, è possibile raggiungere i vari punti della catena di filtri direttamente dalla scheda principale.   Inoltre, è possibile collegare in catena più moduli, per poter realizzare Phasers con 2, 4, o (teoricamente) anche 10 moduli (12, 24, 60 stadi!).   Devo osservare però, che (almeno sulla Breadboard), già con 2 moduli (12 stadi) sono comparsi un certo rumore di fondo e qualche segno di instabilità, senza peraltro ottenere performance sensibilmente migliori nel colore dei suoni in uscita.   Non ho indagato troppo perché al momento ho deciso di fermarmi comunque a 6 stadi.   Questa modularità, però, con i dovuti accorgimenti, rende possibili eventuali sviluppi del progetto…
 

5. Schema elettrico PH6S
Tutte le grafiche in alta risoluzione compresa quella di questo schema, sono scaricabili nell’area Download, in fondo all’articolo.  

Già precedentemente chiariti i requisiti di alimentazione, passiamo ad analizzare il progetto. In alto a sinistra, il circuito di ingresso. IC5/a realizza un filtro che restringe blandamente la banda di risposta eliminando tutto quello che non si sente.   Segue IC5/b, che  è un preamplificatore a guadagno unitario, inoltre il suo ingresso non invertente viene utilizzato per innescare il Feedback positivo proveniente dalla uscita.   In alto a destra il circuito di uscita.   IC6/a, connesso alla uscita della rete di sfasamento APN, è un amplificatore che, controllato dal selettore “Polarity” funziona come amplificatore invertente o non invertente, segue IC6/b che è l’amplificatore di uscita.   
Al centro dello schema si trova la APN.   Questa è ospitata sull’apposito modulo Pcb.   La relativa Pin Strip di collegamento mette a disposizione gli ingressi/uscite dei singoli filtri, che in questo caso saranno semplicemente connessi tra loro sulla scheda principale.   Per il resto, a parte i terminali di alimentazione e di massa, il modulo è connesso al circuito solo da tre terminali: ingresso, controllo e uscita.   In caso si desideri provare ad utilizzare più moduli APN, andranno collegati in cascata, l’uscita del primo nell’ingresso del secondo e così via.   I terminali di controllo, invece, andranno collegati insieme.
Nella zona inferiore dello schema c’è il circuito di controllo.   Non c’è dubbio che, dovendo controllare il Phaser esclusivamente con una singola sorgente (es. un LFO triangolare), il circuito di controllo sarebbe potuto risultare un pò più “asciutto”.   Questo, invece, lo ho  progettato per consentire la massima flessibilità di controllo del filtro per ogni dinamica o livello di bias che si presenti all’ingresso di modulazione.   Basta dire che si può pilotare anche con livelli di tensione negativa e permette di “rovesciare” la dinamica di controllo.   IC4/a è l’amplificatore invertente/non invertente di ingresso.   Con il potenziometro “Cntl” a metà il guadagno di controllo è zero.   Ruotando il potenziometro in senso orario, la tensione di controllo interverrà sul filtro in modo diretto, in senso antiorario invece, in modo inverso (al salire della tensione applicata all’ingresso quella inviata al modulo APN scende, e viceversa).   Gli operazionali IC4/b, IC4/c, IC4/d determinano la tensione di controllo fornita alla APN, che deve essere compresa tra 1.8 e 3.8 volt circa.   IC7/a e IC7/b realizzano un driver a finestra per il led bicolore.   Quale è la necessità di quest’ultimo?   Quando si ha a che fare con un filtro tradizionale è difficile “perdere la tramontana”.   Esempio: dal filtro passa basso non esce nulla? La tensione di controllo è insufficiente.   Il VCA è sempre “aperto”?   La tensione di controllo rimane sempre alta!   Ma con il Phaser non sempre è facile rendersi conto del punto in cui ci si trova… passa sempre roba….   Sarà troppo “aperto”?   O è  troppo “chiuso”??   Insomma, il led di segnalazione è una specie di “voltmetro”.   Verde intenso? Siamo al limite inferiore dalla gamma di controllo.   Rosso brillante?   Siamo al limite superiore.   Luce fioca, colore indefinibile?   Siamo nel bel mezzo della gamma di controllo.
 

6. Sensibilità di ingresso

Il Phaser funziona con un fattore di amplificazione grossomodo unitario tra l’ingresso e l’uscita.   Ma questo non vuol dire che sia indifferente fargli processare segnali di un microvolt piuttosto che di 10 volt.   Ci sono almeno 3 validi motivi.   Il primo: oltre i 4 Vpp il poveretto distorce, ma per quello, si sa, è sufficiente ridurre il livello di ingresso.   Secondo motivo: La APN, insieme agli altri Op Amp impiegati, produce un certo rumore di fondo.   Se si processa un segnale di livello troppo basso, sicuramente in uscita lo troveremo in (buona?) compagnia del rumore di fondo.  Terzo motivo: ovunque ci sia un controllo di Feedback realizzato attraverso una reazione positiva, l’effetto ottenuto è proporzionale all’ampiezza dello stimolo, cioè al segnale in ingresso.   Intendiamoci, non è un fattore critico, ma va tenuto conto che la rete di Feedback è dimensionata per rispondere in modo equilibrato a segnali tra qualche centinaio di millivolt e circa 2 Volt pp.   Anche col potenziometro al massimo, sotto questo intervallo il “Feedback” può non essere in grado di “colorare” efficacemente l’uscita, sopra invece, sarà così efficiente che tenderà ad innescarsi l’auto-oscillazione (per la verità, quest’ultimo risultato può entrare a far parte a pieno titolo del “parco effetti” del Phaser).
Morale della favola: volendo divertirsi con segnali di basso livello (chitarra, microfono ecc.) ci sono 2 alternative: preamplificarli prima oppure apportare una modifica al filtro di ingresso trasformandolo in un amplificatore, diciamo per 100.   Per fare questo (vedi schema), i valori dei componenti attorno a IC5/a andranno modificati con quelli tra parentesi.   Dove compare l’asterisco significa che il componente non andrà montato.

 

7. Schema elettrico LFO
 

Ricordo che questo circuito è indispensabile solo quando si debba utilizzare il Phaser al di fuori di un sintetizzatore, non disponendo, cioè, di alcun LFO triangolare.   E’ il classico oscillatore square/triangle che appare in innumerevoli applications di integrati operazionali.  Tra l’altro questo è derivato da quello proposto nel Phaser “ETI”.   Lo ho adattato per alimentazione duale, ho ritoccato i valori per ottenere una Fdo triangolare di circa 5Vpp e per estendere leggermente il range di frequenza.  Inoltre ho aggiunto il led sulla uscita Ut, che produce una Fdo triangolare a valor medio nullo.   IC1/a viene usato come comparatore, IC1/b, come generatore di corrente costante.   Quando l’uscita Ur va alta, IC1/b decrementa la tensione su Ut in modo lineare, una parte di questa tensione raggiunge il piedino 3 di IC1/a,  quando scende sotto la soglia inferiore, e IC1/a torna “basso”,  di conseguenza IC1/b tende a far risalire linearmente Ut.   Quando si arriva al livello di soglia superiore IC1/a commuterà in “alto” e il ciclo si ripete.   Da notare i due condensatori elettrolitici in anti-serie.   E’ un accorgimento utilizzato per “creare” capacità di alto valore in alternata, componenti poco diffusi.   Ciascun condensatore elettrolitico, se contropolarizzato, si comporta (quasi) da corto circuito, perciò quando è in anti-serie ad un altro sarà quest’ultimo (quello polarizzato correttamente) a caricarsi/scaricarsi.   Il potenziometro “Rate” permette di ottenere un segnale di uscita di frequenza compresa tra 0.06 Hz e 6 Hz.
 

8. I Pcb

Ricordo che l’archivio con tutte le grafiche in alta risoluzione, compreso questa e quelle dei Master, è disponibile in fondo all’articolo, nell’area Download.   Tutti i Pcb sono monofaccia, quello della APN è realizzato con componenti SMD (eccetto i ponticelli!), mentre gli altri sono a montaggio tradizionale.   Il modulo APN si inserisce nella Main Board attraverso una Pin-Strip maschio a 90°, 18 contatti.   La maggior parte dei collegamenti tra la Mainboard ed i potenziometri si possono fare con spezzoni relativamente corti di filo rigido.   In questo modo non c’è la necessità di fissare la scheda al pannello perché è sostenuta dai suoi potenziometri.   I resistori relativi agli ingressi Cv1 (47K) e Cv2 (82K), collegati all’ingresso “Control Voltage” della Mainboard sono montati direttamente sui jack degli ingressi corrispondenti.   Anche il piccolo Pcb LFO, essendo solidale con il suo potenziometro, non necessita di essere fissato.   Va alimentato attraverso i relativi terminali, e la sua uscita può essere collegata all’ingresso Cv2, che è quello a minor sensibilità.
 

9. Liste Componenti

Modulo APN

 

Main Board + Varie pannello

Modulo LFO (opzionale)

Chiaramente, la lista relativa al modulo LFO, va presa in considerazione solo se si intende realizzarlo.

10. Pannello Comandi

Chi fosse interessato ai particolari costruttivi del pannello può dare una occhiata all’articolo  del “Picmicro Music Sequencer”, dove sono spiegati dettagliatamente.   Qualche utente mi ha fatto notare che, a causa del sistema dei livelli, non tutti riescono ad accedere a quel progetto, così ho inserito tra i commenti del progetto “TC9400 matched pair VCO” un riassunto piuttosto completo di questo sistema.   La grafica in alta risoluzione necessaria alla realizzazione del pannello si può scaricare, insieme a tutte le altre nell’area “Download”.   Devo sottolineare che, chi desidera realizzare il progetto completo del modulo LFO dovrà  fare i conti con un potenziometro in più: quello di “Rate”, che determina la frequenza di modulazione.   Come infatti ho già accennato, ho realizzato il Phaser per integrarlo nel mio sintetizzatore, dove ho già altri LFO.   Questo lo ho realizzato e testato ma non mi è indispensabile utilizzarlo.   Ehm… anzi… neanche possibile… perché lo spazio a disposizione sul mio Synth si è ridotto allo zero assoluto. 

 

11. Realizzazione Pratica

Qualche foto del lavoro realizzato può servire, più delle parole, a rendere maggiormente comprensibile il tutto. 

Le foto in basso mostrano il modulo LFO e quello APN.   Come già specificato, il modulo LFO non rientra nelle foto di insieme in quanto è un “retrofit” esterno: chi volesse realizzarlo dovrà approntare il pannello con un foro in più, destinato al potenziometro “rate” dell’LFO. 

 

12. Calibrazione

Perché il filtro possa operare correttamente, è necessario che il “sommatore” risulti esattamente “bilanciato”.   Per fare questo non sono necessari strumenti.   Può essere utile, ma non indispensabile, un generatore di rumore bianco da connettere all’ingresso audio.   Non disponendone, si può procedere egregiamente collegando all’ingresso audio un bel pezzo di death metal, trance, noisy, insomma, un brano musicale di quelli che saturano il più possibile tutti gli indici dell’analizzatore di spettro del vostro lettore mp3.   Posizione di partenza del trimmer sulla scheda principale: a metà.   Posizione delle manopole: Efx: al massimo, Cutoff: a metà. Feedback: al minimo, Control: a metà, Polarity:+.   Con “Cutoff” in questa posizione il led dovrebbe accendersi a malapena, in quanto il filtro lavora a circa metà della banda audio.   Collegata l’uscita, regolate il volume di ingresso (inp.lev.) per ascoltare ad un livello sufficiente.   Ruotando lentamente avanti ed indietro il trimmer troverete un punto, un punto solo, in cui si avverte la massima diminuzione dell’ampiezza di uscita.  Fatto.   In realtà, attraverso questa calibrazione, si ottiene una eliminazione totale delle armoniche che corrispondono ai tre “minimi” della curva di risposta.   Rimane da tarare la posizione della manopola Control.   Si posiziona il controllo Cutoff a “0” e si introduce il segnale di un LFO in uno degli ingressi Cv..   Meglio portare l’LFO alla frequenza massima (si parla di qualche Hertz…)   Bisogna ruotare lentamente l’alberino del potenziometro Control fino a che (nei dintorni della zona centrale) la modulazione sparisca completamente.   La manopola dovrà indicare “0” con l’alberino in quella posizione.
Tutto qui.   Se aveste a disposizione una sinusoide di buona qualità a qualche centinaio di Hz non è difficile verificare, come ho fatto io, la validità della taratura.   In questo caso, ruotando lentamente il potenziometro “Cutoff” ci saranno tre punti in cui la sinusoide in uscita scompare completamente:   abbiamo variato il cutoff del filtro fino a far corrispondere ciascuno dei tre “minimi” della curva di risposta con la frequenza della sinusoide in ingresso.

 

13. Bibliografia

Phaser “Colorsound Phasex”
http://images/audio-phaser-per-sintetizzatore-chitarra-o-strumenti-musicali/Colorsound_Phazex.gif

Phaser “Smoothphaser”
http://images/audio-phaser-per-sintetizzatore-chitarra-o-strumenti-musicali/Smthphsr-1.gif

“Electronic Today International” Audio Phaser
http://images/audio-phaser-per-sintetizzatore-chitarra-o-strumenti-musicali/eti447.pdf

Lunga lista di schemi
http://experimentalistsanonymous.com/diy/Schematics/Phasers/

Datasheet SSM2040
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/94000/ETC/SSM2040.html

Applicazione di calcolo curva di risposta
http://www.aleph.co.jp/~takeda/radio/psDesigner.swf

Migliorare prestazioni di mosfet utilizzato come resistenza variabile
http://images/audio-phaser-per-sintetizzatore-chitarra-o-strumenti-musicali/PhaseFet0205.GIF

Realizzazione di resistenze variabili mediante LDR+Led
http://www.aleph.co.jp/~takeda/radio/phaser/indexE.html
 

14. Area Download
In questo archivio è possibile trovare le grafiche in alta risoluzione di tutto ciò che serve alla realizzazione, e cioè:

Schemi Elettrici
Master Pcb
Layout Componenti
Pannello Comandi

 

15. Come "suona" questo filtro? Audio Samples

Cosa aspettarsi da questo filtro?   Come “colora” i suoni?   L’archivio qui disponibile raccoglie 3 brevi audio stereo che presentano le caratteristiche del Phaser PH6S.   E’ possibile confrontare il materiale “filtrato” (sinistra) da quello “non filtrato” (destra).   Nelle prime 2 clip si trovano due estratti di materiale musicale – da notare il “parlato” al termine della seconda clip.   I comandi sono così posizionati: Efx=100%, Feedback: 80%, Polarity:+; I comandi “Cutoff” e “Control” sono disposti perché l’LFO “sweeppi” su quasi tutta la banda audio.   La terza clip è creata attraverso il mio sintetizzatore.   Il Sequencer è connesso al VCO e di seguito cè il Phaser, che in questo caso, non è controllato solo dall’LFO, ma anche attraverso un Sample & Hold.   Pure qui è possibile confrontare in ogni momento il materiale filtrato (a sinistra) con quello non filtrato (a destra).   La mia opinione è che, utilizzando il filtro su materiale musicale “composito”, polistrumentistico, si avverte quello che succede nella realtà, e cioè che – piaccia o non piaccia il risultato - “si toglie” qualcosa alla musica.   Processando invece suoni singoli (es. VCO, lead guitar distorta, ma anche voce umana), il risultato filtrato mi dà l’impressione di disporre di tutta la “dignità” di un suono “nuovo” e “originale”.


Inoltre…
… con PHS6 "Audio Phaser" si conclude la serie di 3 moduli iniziata con “Picmicro Music Sequencer” e proseguita con "TC9400 Matched Pair VCO".   Ecco un "giro di prova" su Youtube:

Analog Mantra

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in questo patch la tastiera controlla il VCO che “passa”, appunto, dal Phase-Shifter, ma c’è anche un altro po’ di carne al fuoco…

saluti a tutti!