Degenerator DIY Sampler/Synthesizer (Tubeohm)

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallo Moggu..

Gerne

Als Elektroniker wollte ich schon immer was mit Klängen und der Elektronik machen. Fasziniert von den ersten Synthis in den 80er Jahren und Musikern wie Jean Michel Jarre und Mike Oldfield bastelte ich das ein oder andere im Bereich der Musikelektronik aus der Elektronik Zeitschrift Elektor (http://www.elektor.de/) oder ELRAD nach. Anfang der 90er Jahre habe ich dann meine ersten Schaltung veröffentlicht. Das war zB ein Midiskop um Midi-Daten zu analysieren und zu senden. Auf einem LCD-Display wurden empfangene Midi-Daten angezeigt und über eine Tastatur konnten Midi-Befehle an ein angeschlossenes Midi-Gerät zB Synthesizer oder Expandermodul gesendet werden. Das war auch der erste Kontakt mit Mikrocontrollern wzB Intels 8031, den ich mangels Entwicklungstools aufwendig in Maschinencode Byte für Byte mit einem Programmiergerät programmiert habe. Das waren noch Zeiten und alles ohne Internet ..

Midiskop


Mein Traum
Mein Traum war es, irgendwann einen eigenen Synthesizer zu bauen. Aber Zeit, Geld, Beruf und viele andere Dinge kamen immer wieder dazwischen und mein Traum entschwand so langsam aus meinen Gedanken.
Aber vor zwei Jahren war ich beruflich nicht mehr so im Stress und hatte wieder mehr Zeit. Übers Internet wurde ich auf Olivers Shruthi Synthesizer aufmerksam. Das war genau das, was ich machen wollte. Aber einfach etwas nachbauen wollte ich nicht. Und so entschloss ich mich, selber einen Synthesizer zu entwickeln. Oliver hat mich mit seinem Shruthi Synthesizer in vielen Dingen inspiriert und so sind auch einiger seiner Ideen in meine Entwicklung mit eingeflossen.

Der Anfang
Aber aller Anfang ist schwer und so begann ich damit, zu überlegen welche Hardware-Plattform für mein Synthesizer Projekt wohl geeignet sei. Mit Atmega MCU's und den Programmiertools von MyAVR hatte ich schon etwas Erfahrung und so entschloss ich mich für die Schnellste 8Bit MCU von Atmel, dem ATXmega128A1 mit 32MHz, 128KB Flash und 8KB Ram. Als Entwicklungswerkzeug bot sich damals ATMEL Studio 5 an. Damit konnte ich dann in C und Assembler die Programmroutinen für den Synthesizer entwickeln. Grundlage für die Klangsynthese in meinem Synthesizer ist die Direct Digital Synthesis. Damit lassen sich alle notwendigen Notenfrequenzen ohne großen Rechenaufwand erzeugen. Man bedenke, das es sich beim ATXmega128A1 um eine 8Bit MCU handelt und aufwendige Berechnungen oder Fleißkomma kaum in angemessener Zeit durchführbar wären. Schließlich muss sich der Prozessor noch um andere Aufgaben, wzB Tasten- und Encoder-Abfrage, Bildschirmausgabe, LFO's, Envelopes, DAC's uvm kümmern.

Bilder der Entwicklung



Die Entwicklung
Meine ersten Versuche, einen Ton mit dem Xmega zu erzeugen, bestanden darin, im Programmspeicher (Flash) des Xmegas eine Sinustabelle anzulegen und die Daten über einen Time-Interrupt auf den DAC auszugeben. Als kleines Nebenprojekt folgte dann ein Funktionsgenerator mit einem XMEGA-A1_XPLAINED Board von Atmel. Um die volle Hardware-Architektur des Xmega Prozessors zu nutzen, habe ich mich dann für einen nackten Xmega Prozessor auf einem sogenannten Breakout Board entschieden. So stand mir fast jeder Anschlusspin des Prozessors für meinen Synthesizer zur Verfühgung. Dazu kamen noch ein günstiges DOG 160x104 Grafikdisplay, 1MByte Static RAM und diverse Schalter und Encoder. Als LowPass Filter habe ich damals noch zwei SSM2044 verwendet. Aber um den Nachbau zu erleichtern (die SSM2044 Chips bekommt man nur noch für viel Geld über eBay) habe ich einen schaltbaren Multimode Filter auf Basis von LM13700 OTA Chips entwickelt. Über eine sogenannte Filtermatrix lassen sich verschiedene Filterarten parallel (2 Kanal) oder in Serie (Mono) schalten. Die Filter haben jeweils eine Flankensteilheit von 12dB.

Atmel XMEGA-A1 Xplained Board


Funktionsgenerator mit Xmega MCU


Xmega Breakout Board


Zur Zeit wird noch fleißig programmiert und an der Hardware gebastelt. Die Stromversorgung wird etwas kostengünstiger konstruiert, so das ein handelsübliches DC Steckernetzteil mit 9V/600mA ausreicht. Bis jetzt hatte ich für die Versorgung ein 12 Volt Wechselspannungsnetzteil um eine symmetrische Spannungsversorgung zu erzeugen.

Neue Stromversorgung über ein 9V DC Steckernetzteil

Die Stromangaben beziehen sich auf den aktuellen Verbrauch in der Synthesizerelektronik. Der DCDC-Wandler liefert max. 2x 82mA an seinen Ausgängen

Beim nächsten Mal erzähl ich etwas mehr über die Klangsynthese in meinem Synthesizer und die Sampling Funktion.

Bis dahin lieben Gruß. Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Das wichtigste beim Synth is natürlich der Sound. Hier ein paar ausgewählte Demos von meinem Synth.
Alle Sound kommen direkt aus dem Synth. Es wurden keine Effektgeräte benutzt.

Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=B1hQOvVLosQ
Soundcloud: https://soundcloud.com/rolfdegen/wavedemo-01
Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=JKjfwdxbT00
Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=Boak1VbJGEg


Viel Spaß beim anhören. Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hi Mr. Roboto

Ja das stimmt. Ich schreib halt gern und ich finde es schade, das es viel zu wenig Leute gibt, die selber was entwickeln.

Zu deinen Fragen. Mal schnell was zusammenlöten und ausprobieren, diese Kunstform ist einfach und ich beherrsche sie im Schlaf. Aber die Softwareentwicklung ist eine aufwendige
und zeitraubende Angelegenheit. Ich erinnere mich noch an die Display Ansteuerung in meinem Synth. Hatte zuerst das teure eDIP160W-7 mit integriertem Grafikprozessor, Speicher
und Touchscreen Folie. Das war mir aber dann zu teuer und im Grafikaufbau zu langsam. Aus diesem Grund habe ich mich dann für ein preiswerteres DOGXL160W-7 Display entschieden.
Für die Ansteuerung musste ich aber alle Grafik- und Textfunktion selber entwickeln.

Und so bringt mich jede Erfahrung und Erkenntnis einen Schritt weiter nach vorne. Auch lernt man viel bei so einer Eigenentwicklung. Von den Grundlagen der Musikelektronik bis hin zur
Bresenham Algorithmus für die Liniendarstellung auf einem LC-Display.

Deine Frage zur Vermarktung und einem industriellen Produkt. Bis jetzt ist für den Nachbau ein PCB Board und Gehäuse geplant.

Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallöchen..

Ich habe die Schaltung für die Stromversorgung meines Synthesizer noch einmal etwas abgeändert. Die Ferit Spulen L1-L3 reduzieren die Störsignale des DCDC-Wandlers in der Schaltung. Die in der Filterschaltung verwendeten IC's 4051 (Umschaltfunktion auf LP,HP,BP usw) haben eine maximale Versorgungsspannung von 20V. Aus diesem Grund wurde die Ausgangsspannung des DCDC Wandlers mit Hilfe der zwei Spannungsreglern IC4 und IC5 auf +- 8V reduziert. Nützlicher Nebeneffekt ist, das die hohe Rippelspannung des DCDC-Wandlers (100-200mV) keinen Einfluss auf die Versorgungsspannung des Filters hat. Die Dioden D1 und D6 schützen die Schaltung vor Verpolung und Überspannung.


Stromversorgung AVR Synthesizer



original size: https://vp2rtq.dm2304.livefilestore.com ... eil_13.jpg

Filterschaltung AVR Synthesizer

original size: https://ox1aha.dm1.livefilestore.com/y2 ... lter12.png

FilterMatrix (Umschaltung auf LP,HP,BP.. )

original size: https://ox1aha.dm2303.livefilestore.com ... trix12.png

Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Ich habe noch eine "low cost" Version mit einem AC Netzteil entwickelt. Die Schaltung hat den Vorteil, das sie mit weniger Bauteilen auskommt und preiswerter ist. Werde die Schaltung für meinen Synthesizer testen. Das Netzteil ist schon bestellt.



Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Kleine Änderung an der Netzteilschaltung

Für die Schaltung hatte ich zwei Netzteile bestellt. Eins mit 12VAV/500mA und das andere mit 9VAC/500mA. Ich habe die Schaltung zuerst mit dem 9VAC Netzteil getestet. Hier lag die Gleichspannung am Eingang der Spannungsregler 7808 und 7908 bei Belastung knapp unter 10 Volt. Für eine stabile Ausgangsspannung von 8 Volt benötigt zB ein 7808 mindesten 10 Volt an seinem Eingang. Das war mir dann ein wenig zu knapp, zumal keine Belastungsreserven für für eine spätere Schaltungserweiterung im Synthesizer zur Verfügung standen. Also habe ich das 9VAC Netzteil gegen das 12VAC Netzteil ausgetausch. Hier lag die Eingangsspannung an den Spannungsreglern jetzt über 15V. Also genug Reserve für eine stabile Spannung am Ausgang der Schaltung. Allersings war jetzt die Verlustleistung (Uin-Uout * I) an den beiden Spannungsreglern 7808 und 7908 etwas höher und damit auch die Chip Temperatur. Mit zweil kleinen Aufsteckkühlkörpern konnte ich auch dieses Problem schnell lösen. Die zwei 2200µ Kondensatoren waren mit 16V auch etwas knapp bemessen und wurden gegen 25V Typen ausgetauscht. Auch der LM1117 ist mit einer max. Eingangsspannung von 15V zu knapp bemessen. Habe diesen durch einen LM1086 IT 3,3 mit einer max. Eingangsspannung von 30V ersetzt.

Netzteilschaltung


Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Danke. Wird auf jeden Fall ein sehr interessanter Synthi werden. Die 8Bit Samples hören sich durch die Filtern und den vielfältigen Modulationsmöglichkeiten schon sehr interessant an . Hab schon einen guten Partner mit im Boot. Aber mehr wird noch nicht verraten
Steck zur Zeit noch mitten in der Konstruktionphase für das PCB Board. Versuche auch noch Bauteile einzusparen und damit alles preiswerter zu machen. Wird zwei PCB's geben, eins fürs Panel mit Taster, Encoder und Display
und das andere mit Stromversorgung, MCU, Ram und Stereo MultiFilter.

Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Eagle, Target 3001, ExpressPCB ..

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallöchen..

Zur Zeit wird mal wieder viel gelötet, gezeichnet und es werden Stücklisten geschrieben. Eine kleine Änderung gibts in der VCA Schaltung. Diese hat eine Lautstärkeregelung bekommen. Hab auch hier eine "low cost" Variante gewählt, weil der benötigte Platz für einen zusätzlichen Operationsverstärker als Audiobuffer hinterm Poti auf der Platine einfach fehlt.

VCA Schaltung mit Lautstärkeregelung


Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Und hier das vorläufige Schaltbild der Prozessor Platine..


Für eine Vergrößerung hier klicken: https://ox1aha.dm2302.livefilestore...oo1GIZz0SHXt3SXWh0-Jx3V9c/MCU_Control13 1.jpg

Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallöchen..

Ich bin gerade dabei das endgültige Layout für meinen Synthesizers auf einer Lochrasterplatte zu löten und dann ein PCB Board zu entwerfen. Dabei spielt die Positionierung der Bauteile eine wichtige Rolle. Die Platine habe ich in zwei Hälften unterteilt. Auf der linken Seite ist der ganze Analoge Teil wzB Stromversorung und der analoge Multimode Filter untergebraucht. Auf der rechten Seite der komplette Digitalteil wzB Prozessor, Ram und SD-Karte. Das soll den Störeinfluss der Digitalschaltung auf die analoge Filterschaltung vermindern. Die Position des SD-Karteneinschubs habe ich zwecks besserer Bedienbarkeit nach vorne an die Gerätefront verlegt.


Bilder vom Prototyp: Synthesizer "WAVE 1"









Die Filterschaltung ist noch nicht ganz bestückt. Im Moment arbeite ich daran.

Bis zum nächsten mal. Lieben Gruß aus Wuppertal

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Halöchen..

So.. Der Filter ist fast fertig aufgebaut (siehe Bild). Ich überlege noch, ob ich die FM-Funktion (Frequenz Modulation) für den Filter weglassen soll oder nicht Wenn ich ehrlich bin, so richtig dolle fand ich die Sounds mit der FM nicht. Vielleicht kann man dafür eine andere Filterfunktion integrieren. Hier für ständen dann zwei PWM-Signale und zwei OTA Schaltkreise zur Verfügung.

Etwas Schwierigkeiten hat mir ein störendes 50Hz Brummen am Filterausgang bereitet. Das Störsignal war zwar sehr niedrig (< 10mV), aber bei aufgedehtem VCA und offenen Filtern warnehmbar. Das ganze lag an einer etwas ungünstigen Masseführung zwischen dem Filterkreis und dem DAC-Ausgang des Prozessors. Durch eine zusätzliche "dicke" Drahtbrücke zwischen dem GND-Signal an der Stromversorung, Filter und DAC-Anschluß konnte ich das Brummen auf ein Minimum reduszieren. Jetzt ist nur noch das Quantisierungsrauschen des DA-Wandlers zu hören.




Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallöchen..

Durch die Veränderung der Betriebsspannung im neuen Prototyp von +-5 Volt auf +-8 Volt musste ich am Filter ein paar Änderungen vornehmen.
Die Veränderung der Betriebspannung verursachte eine höhere Audiosignalspannung am VCA-Eingang (> 9 VAC) und übersteuerte damit den Ausgang (Video 1).
Durch die Verkleinerung von Widerstand R6 wurde die Filterverstärkung reduziert und damit auch das Eingangssignal am VCA. Das Audiosignal ist jetzt ok. Positiver Nebeneffekt ist ein geringeres Filterrauschen

Filter Resonanz:
Um einen Frequenz Bereich von 15 Hz bis 20 kHz für die Filter Resonanz zu erhalten, wurde R25 angepasst.

VCF Channel 1 im "WAVE 1"



VCA im "WAVE 1"



Video 1: Verzerrungen am VCA Ausgang (http://www.youtube.com/watch?v=hVglOIBr ... kyDo6PZ4Cw)

Video 2: Optimierter Filter (http://www.youtube.com/watch?v=rSEOQDan ... kyDo6PZ4Cw)

Die schlechte Tonqualität (Verzerrungen) im Video bitte ich zu entschuldigen. Dies wird durch die Audiokompression im Video selber verursacht . Für meinem Logitech HD Webcam C525 habe ich leider kein gutes Tool für die Aufzeichnung von Audio und Video.

Einen bessere Soundcheck gibts auf soundcloud: https://soundcloud.com/rolfdegen/vcf-te ... -diy-synth



Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Gerne. Immer wieder..

Zur Zeit optimiere ich das Pannel bzw die Tastaturabfrage im Synthesizer. Das Ganze soll jetzt über den SPI-Port des Prozessors laufen. Über drei Parallel Seriel Wandler IC vom Typ 74HC165 sollen die Taster und Encoder abgefragt werden. Das spart zum einen eine Vielzahl von Portleitungen am Prozessor und zudem ist das Pannel für einen zukünftigen Entwicklungsausbau noch erweiterbar.

Beispiel für eine Tastaturabfrage mit einem IC 74HC165: http://www.element14.com/community/...6J7e6uoMTIYGf-rA&01RI=9906A75F7F93532&01NA=na

Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallöchen

So.. mal schnell gebaut und gezeichnet ist die neue Tastaturabfrage. Funktionstest mit einer Taste war erfolgreich. Jetzt muss ich nur noch den Programmcode anpassen


Für eine größere Ansicht hier klicken: https://ox1aha.dm2302.livefilestore...-T-qTtubxQWBg8ZcHQ8qAbCSyBY4/MCU_Board13a.jpg




Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

@Hänger. Danke freut mich

Zum Projekt:
In der aktuellen Schaltung gab es ein kleines Problem mit dem Analog Multiplexer IC9 4051 für die Umschaltung der beiden Audiokanäle. Da der Prozessor mit einer Betriebspannung von 3,3 Volt arbeitet und das IC9 mit einer Betriebspannung von +-8V, funktionierte das Umschalten nicht. Die Steuerspannung für das IC9 muss mindestens eine Höhe von 60-70% der positiven Betriebspannung von +8V haben. In der alten Schaltung haben die Analog Multiplexer funktioniert, weil die Betriebspannung bei +-5 Volt lag. Um das Problem zu lösen, verwende ich einen Transistor, der als Inverter geschaltet ist (rote Markierung in dem Bild) und aus der 3,3 Volt Steuerspannung des Prozessors, eine Steuerspannung von 8V für den Analog Multiplexer erzeugt.

Kanalumschaltung für Scope Funktion und Sound Sampling


Gruß Rolf

Re: AVR Synthesizer "WAVE 1"

Hallo liebe Gäste im Forum

Im Moment gehts leider nur wenig voran. Einerseits mach ich mir noch Gedanken über eine zusätzliche Filterfunktion als Ersatz für die Filtermodulation in meinem Synthesizer. Und dann will ich noch einen kleiner StepSequenzer integrieren. Damit wäre der Synthesizer dann für viele Fälle einsetzbar. Schwerpunkt ist und bleibt aber die Klangerzeugung mit Wavetables. Die Anzahl der einstellbaren Soundparameter beträgt z.Zt. ca. 133. Eine andere Idee ist die Realisierung einer Update-Funktion des Betriebssystem für den Synthesizer über die SD Karte. Man hat dann die Möglichkeit die Software übers Internet als Download herunterzuladen und auf die SD Karte zu speichern. Das erleichtert die Behebung von Softwarefehlern beim User bzw es wird dafür kein Programmiergerät erforderlich sein.

So.. jetzt wieder an die Arbeit, damit endlich fertig wird. Freu mich schon auf mein nächstes größeres Projekt den "WAVE 2" mit 16Bit Sound und 8 Stimmen.

Lieben Gruß aus Wuppertal. Rolf