Modular Synthesis (WWW-Workshop)

STEP 4

Modulation 2



Sample and Hold ("Zufallsgenerator")

Folgende Aufgabenstellung : wir brauchen ein Modul, das pro Sekunde zwei mal (oder auch auf Tastendruck) irgendeinen zufälligen Spannungswert abgibt. Das Ausgangssignal (also diese zufälligen Spannungsschwankungen) sollen z.B. die Tonhöhe eines VCO steuern.



Was also muss unsere Schaltung können ? Sie muss einen Eingang haben, der den nächsten Spannungswert ermittelt und vor allem : festhält (Hold!!!). Aber woher kommt dieser Spannungswert ? Ganz einfach : ein zweiter Eingang wird mit irgendeiner (möglichst wechselnden) Spannung gefüttert, und aus dieser Spannung wird dann zu einem bestimmten Zeitpunkt der aktuelle Spannungswert genommen (Sample!) und gehalten (Hold). Dies passiert solange, bis der nächste Wert geholt werden soll. Der Eingang zum "Ermitteln" nennt sich üblicherweise "Trigger in", der Andere "Signal in". Alles zusammen bildet die Sample-and-Hold-Schaltung, welche im Kern aus einem "schaltbaren" Kondensator besteht, welcher den Spannungswert hält.


Meist wird Sample and Hold einfach mit S&H abgekürzt.
Die S&H-Schaltung läßt, wenn der Triggereingang auf "an" ist, einfach alles durch, was bei Signal-in reinkommt. Erst wenn der Triggereingang auf "aus" geht, wird der Wert gehalten (Deshalb ist es eigentlich genau genommen auch ein "Track and Hold"-Schaltung!). Will man also zweimal pro Sekunde einen sauberen Zufallston am VCO hören, muss am Trigger-in also zweimal pro Sekunde ein sehr kurzer Puls sein, nur wenige Millisekunden lang.
In unserem Beispiel wollten wir eine Zufallsspannung, als Eingang bietet sich dann natürlich Rauschen an.


Will man schrittweise langsam nach oben und wieder nach unten, nimmt man lieber einen Dreieck-Ausgang aus einem LFO als Signaleingang für S&H. Man kann sogar Rückkopplungen und Iterationen durchführen, aber das ist recht komplizierte Mathematik, und kann hier bei Interesse nachgelesen werden. Jedenfalls würde das dann so klingen.

Hier ein anderes, komplexeres Beispiel : eine Melodie, die von der Tastatur gespielt wird, soll immer mehr durch "falsche Töne" verunstaltet werden. Dazu ist es nötig, zuerst einmal den CV-Ausgang der Tastatur den VCO ansteuern zu lassen. Ein zweites CV-Signal vom S&H wird zusätzlich zum VCO geleitet und zu dem Tastatursignal addiert. Die Stärke, mit der addiert wird, ist einstellbar (Regler CV2).
Der einfache Trick ist nun : bei jedem Tastendruck wird der Trigger-Ausgang der Tastatur zum Trigger-in vom S&H geleitet, so dass die Schaltung den nächsten Zufallswert festlegt. Als Signal-Eingang der S&H-Schaltung nehmen wir einfach ein Rauschen.



Die Schaltung ist deshalb nicht ganz so einfach, weil man einige Dinge berücksichtigen muss :
Nicht der Gate-Ausgang der Tastatur darf "Trigger-in" vom S&H steuern, sondern der Trigger-Ausgang der Tastatur, dieser ist ja nur ein kurzer Puls beim Drücken der Taste. Beim Tastatur-Gate würde die S&H-Schaltung einfach alles so durchlassen, und das Rauschen selber würde den VCO modulieren, was dann so klingt. Falls die Tastatur keinen Trigger-Ausgang hat, muss man mit einem Zusatzmodul für den kurzen Puls sorgen, im Zweifelsfall nimmt man einfach einen ADSR mit (A:0, D:1 (ganz kurz), S:0, R:0).
Die Schaltung ist in der Form etwas unpraktisch, einfacher wäre es, wenn das Mischungsverhältniss automatisch läuft. Man kann hier auch einfach einen VCA zwischenschalten, und diesen VCA z.B. von einem LFO ansteuern.



Oder von der Tonhöhe selber, je höher der Ton, desto unsauberer klingt er :


Man sieht schon, mit Sample and Hold ist viel drin.


Lo-Fi mit S&H



Ein kleiner Schaltungstrick verschafft uns Uralt-Sampler-artige Effekte, die bei niedriger Samplerate entstehen : Dei S&H-Schaltung wird mit irgendeiner festen, hohen, aber noch hörbaren Frequenz angesteuert, und ein normal angesteuerter VCO wird in "Signal-in" des S&H gegeben :



Was dann so klingt. Das erzeugt, je nach Einstellung der "Sample-Frequenz" hübsche Digital-Effekte.
Wichtig auch hier der VCO mit dem S&H-Triggersignal muss einen sehr schmalen, kaum mehr hörbaren Nadelimpuls abgeben (Rechteck mit fast vollständig runtergedrehter Pulsweite), sonst funktioniert das nicht. Andererseits kann man die Pulsweite auch per Spannung steuern un den Effekt modulieren. Die "Sample-Frequenz" selber ist natürlich auch steuerbar.


Und hier noch eine ebenfalls häufig verwendete Verschaltung : die S&H-Ausgangsspannungs wird verwendet, um die Filtereckfrequenz zu verändern.

Mixer

Und nun wird es höchste Zeit, ein Modul vorzustellen, das in versteckter Form auch schon mehrmals da war : der Mischer, Mixer oder Addierer. Damit kann ich Steuerspannungen mischen (eigentlich addieren), aber natürlich auch Audiosignale, was dann sozusagen das Mischpult in klein darstellt. Und damit gibt es viel mehr auch schon garnicht zu sagen.

Ein Mixer hat ein paar Eingänge (meist 3 bis 6), für jeden Eingang einen Drehregler, und einen Ausgang, manchmal auch dieser mit einem Drehregler. Die Drehregler multiplizieren das eingehende Signal mit 0 bis 1, d.h. ganz links kommt garnichts durch, ganz rechts das unveränderte Signal, und in der Mittelstellung ist das Signal etwa halb so laut. Von allen Eingängen werden diese "Mischungen" addiert und zum Ausgang geleitet, wo ggf. nochmal das Summensignal mit dem letzten Regler abgeschwächt werden kann.

Ein Schaltungsbeispiel zeigt etwas sehr klassisches, nämlich 3 VCO's, die dann zusammen in einen 24dB-Moog-Tiefpass gejagt werden : die MiniMoog-Schaltung.





Und hier wird ein Mischer verwendet, um das "Ende der Signalkette" wieder in den Eingang des VCF einzuspeisen. Hier ist Vorsicht geboten bei der Einstellung des Mixereingangs für die Rückkopplung. Kaputtgehen kann allerdings nichts !

Ein Zwischending zwischen VCA und Mixer ist der VC-Mixer (voltage controlled mixer). Hier gibt es neben dem üblichen Drehregler für die Stärke des Eingangssignals noch ein Steuereingang, der einen zwischengeschalteten VCA ansteuert. Im Grunde ist aber so ein "Modul" eine Kombination aus VCA's und Mixer.



Scanning Modul

Meines Wissens zuerst von Jürgen Haible aufgebracht ist das Scanning-Modul, welches in Abhängigkeit einer Eingangsspannung mehrere Ausgänge "anwählt", und zwar mit gleitenden Übergängen. Das Ganze ist am einfachsten grafisch dargestellt :



Das Modul ist bestens geeignet, mit einer einzigen Ausgangsspannung aus mehreren Signalquellen zu wählen, was dann als Schaltung so aussieht (und mit einem VC-Mixer zusammenarbeitet) :



In diesem Beispiel wird spannungsgesteuert gleitend zwischen verschiedenen Filtertypen "gemorpht".
Im Unterschied zum voltage controlled switch, welcher wie ein Schalter zwischen verschiedenen Quellen abrupt eine auswählt, ist der Übergang also je nach Änderungsgeschwindigkeit der Steuerspannung wählbar (hart und weich) !
Hier ein einfaches Beispiel, in dem der ADSR für die Lautstärke (Dynamikhüllkurve) gleichzeitig das Scanningmodul und damit den Filtertyp morpht.