Riccardo Monti

INTERFACCIA TASTIERA

Generazione della tensione di controllo mediante una tastiera.

Il principio di funzionamento è mostrato in figura 1.

Circuito di ”S&H”  - Sample & Hold 

Non è possibile usare direttamente la tensione d'uscita della tastiera per controllare il sintetizzatore, poiché appena il tasto premuto è rilasciato, la tensione sparirebbe immediatamente, impedendo degli effetti quali il sustain e il decay.

Per questa ragione la tensione di uscita della tastiera è memorizzata dai circuiti di S&H.

Il circuito di S&H visibile in figura 2, consiste in un interruttore e un condensatore connesso all'ingresso di un OP.AMP in configurazione di inseguitore di tensione.

figura 2

Quando si chiude l’interruttore, il condensatore si carica rapidamente fino al livello della tensione di ingresso.

Così anche l'uscita dell' amplificatore operazionale “OP. AMP”, assume la medesima tensione.

Aprendo l'interruttore (presupponendo che l'impedenza di ingresso dell'OP. AMP sia molto elevata), il condensatore si scaricherà solo molto lentamente, in modo da mantenere per lungo tempo la tensione immagazzinata.

Esistono parecchie criticità inerenti a questo circuito.

Per prima cosa. poiché l'interruttore di figura 2 corrisponde a un tasto della tastiera, la corrente di fuga del contatto, quando questo è aperto, corrisponde alle correnti di fuga dei 37 contatti in parallelo.

Tale corrente può essere piuttosto alta specialmente in ambienti umidi.

L'effetto indesiderato di questa corrente di fuga, sarebbe di scaricare troppo rapidamente il condensatore di Hold.

Questo potrebbe essere evitato aumentando il valore di tale condensatore, che si scaricherebbe più lentamente.

Ma, in questo caso, aumenterebbe però il tempo necessario per poterlo caricare, che causerebbe un indesiderato effetto di glissato.

La soluzione ideale è quella di usare due Sample and Hold in cascata (vedi figura 3).

figura 3 - doppio Sample 6 Hold

Il “Samp!e and Hold“ memorizza la tensione di uscita della tastiera in un condensatore di valore basso (C1), che è connesso a un inseguitore di tensione.

Prima che la tensione su C1 possa decadere a causa della corrente di fuga attraverso i contatti della tastiera, questa è trasferita in un condensatore più grosso C2 mediante un interruttore elettronico.

La resistenza in «OFF» di questo interruttore è molto più elevata di quella della tastiera ed essendo anche C2 connesso a un inseguitore con impedenza d’ingresso molto elevata, il condensatore può mantenere la sua tensione per un periodo di tempo molto elevato.

Controllo portamento

Quando si suona su e giù una scala, la tensione di controllo, dell'uscita di U2 (figura 3) consisterebbe normalmente in una serie di gradini (figura 4).

Questi originerebbero un cambiamento di nota ugualmente discreta e il minimo intervallo tra una nota e l'altra, (come in tutti gli strumenti a tastiera) sarebbe di un semitono.

Molti strumenti sono caratterizzati dalla possibilità di ottenere un cambiamento graduale, scivolando da un semitono al successivo, come per esempio il trombone; questa caratteristica è chiamata “portamento” o glissato.

Il circuito che permette di ottenere questo effetto è mostrato in figura 5.

figura 5

Questo consiste semplicemente in un circuito R.C. a costanti di tempo variabili, seguito da un inseguitore di tensione; La sua funzione è quella di integrare i gradini di tensione all'uscita del S&H, in modo da ottenere una funzione di controllo variabile elettronicamente nel tempo come in figura 4.

figura 4 - Glissato o portamento

Sommatore d'uscita

Il circuito del sommatore d'uscita è mostrato in figura 6: la sua funzione è quella di sommare altre tensioni a quelle provenienti dalla tastiera; lo scopo è quello di spostare (shiftare), la tensione in modo da poter variare le ottave utilizzabili e di correggere in sede di taratura eventuali «offset» dovuti ai circuiti di interfaccia.

Circuito di gate

La funzione del circuito di gate è di abilitare tutti i circuiti che necessitano di un impulso di partenza per adempiere alle loro funzioni.

Uno di questi è il circuito di S&H, presente nel modulo dell'interfaccia.

L'impulso di funzionamento del circuito di GATE è derivato dalla 2° serie di contatti posti sulla tastiera.

Tale impulso è quindi squadrato da un trigger per evitare i rimbalzi dei contatti (figura 7).

schema elettrico circuito d’interfacia tastiera

figura 8 - schema  interfaccia tastiera

In figura 8 è riportato lo schema elettrico generale dell'interfaccia della tastiera; si riconoscono i vari blocchi esaminati precedentemente.

 La prima metà di U1 forma, insieme con alcuni componenti esterni, il generatore di corrente necessario per alimentare il partitore della tastiera.

La sua corrente in uscita, variabile tramite RV1, verrà regolata in sede di taratura.

La tensione prelevata ai capi della tastiera è inviata a U2 che insieme a R4 e C2 forma il pre S&H.; esso è collegato come inseguitore di tensione (voltage follower), in modo da ottenere la più alta impedenza d’ingresso possibile, in modo da scaricare il condensatore molto lentamente.

Questo impulso è seguito dallo S.&H principale formato da R5, R6, Q1, D1, C3 e U3.

Descrizione del funzionamento

Il funzionamento è il seguente: quando è premuto un tasto, D1 è portato, tramite il trigger del circuito di gate, a una tensione di + 14 V.

ln questo modo il fet Q1 viene portato in ON, presentando cioè una resistenza molto bassa tra DRAIN e SOURCE, permettendo quindi a C3 di caricarsi fino al livello della tensione in uscita da U2.

Quando il tasto è rilasciato D1 è portato a una tensione di -14 V, portando così Q1 in OFF, che presenterà una resistenza elevatissima tra DRAIN e SOURCE isolando il condensatore C3 che potrà scaricarsi solo sull'impedenza d’ingresso di U3.

Il circuito seguente è quello del portamento, formato da RV2, C4 e U4, la cui funzione è già stata precedentemente descritta.

Segue poi il sommatore di uscita formato dal doppio operazionale U6.

Qui, sono sommate, alla tensione proveniente da U4 la tensione proveniente da RV3 che servirà a correggere gli eventuali offset presenti all'uscita e la tensione proveniente da RVS tramite il voltage follower U5 necessario per non caricare RV5 con la bassa impedenza di ingresso del sommatore in modo da poter shiftare le ottave.

 Finalmente all'uscita di U6 avremo la nostra tensione di controllo con una caratteristica di 1 V/ottava.

Il funzionamento del circuito di gate è il seguente: la seconda metà di U1 è collegato come trigger di Schmidt.

Normalmente il suo ingresso è mantenuto, tramite R19 a una tensione di - 15 V

L'uscita quindi si troverà anche essa a una tensione di circa -15 V.

Premendo un tasto si collegherà l'ingresso all’alimentazione positiva facendo salire anche l'uscita a + 15 V.

La funzione del condensatore C6 è di ridurre eventuali rimbalzi dei contatti della tastiera; Il segnale in uscita da U1 viene quindi inviato a Q2 in configurazione emitter follower, necessario per presentare il segnale di gate su una bassa impedenza.

Questo segnale sarà visualizzato dal LED D4 pilotato da Q3; comandato anch’esso da U1.

Taratura

Dopo aver collegato tutti i componenti esterni alla basetta della interfaccia, la si potrà alimentare tramite un alimentatore stabilizzato duale che eroga le tensioni stabilizzate di 15 V positivi e negativi rispetto alla massa.

A questo punto collegando la tastiera a SK 1 e SK2 si potrà provare il corretto funzionamento del circuito. Premendo un tasto qualunque, (verificare che il LED D4 si accenda e rimanga acceso per tutto il tempo in cui il tasto è mantenuto premuto), controllare che contemporaneamente all'uscita GATE ci sia una tensione di -14 V con tasto rilasciato e di + 14 V con tasto premuto.

 Si noti che queste tensioni sono indicative e potrebbero variare del 20%.

Dopo aver controllato il corretto funzionamento del circuito di GATE si passerà al collaudo del circuito S&H.

Controllare che premendo un tasto qualunque della tastiera sia presentata una tensione all'uscita KOV che dovrebbe mantenersi costante nel tempo e variare solo premendo un altro tasto.

procedura di taratura

Mettere a zero i controlli di portamento e di pitch.

Premere e mantenere premuto il primo tasto (do).

Regolare RV3 che sul circuito stampato è simboleggiato con «SET 0V, fino a quando l'uscita KOV non sia a 0,00 V ± 1 mV.

Premere e mantenere premuto quindi l'ultimo tasto (do) e regolare RV1 (simboleggiato con SET 3 V) fino ad ottenere all'uscita 3.00 V. Premere di nuovo il primo tasto (do) mantenendolo premuto e regolare il potenziometro di, pitch RV5 fino ad ottenere una indicazione sulla manopola contagiri di 5.00.

Regolare RV4 (indicato sullo stampato con SET 5 V) fino ad ottenere all'uscita una tensione di 5.00 V esatti.

Controllare poi, sempre con il primo tasto premuto, che la tensione in uscita da KOV segua esattamente le indicazioni di RVS, si dovrà ottenere perciò che un'indicazione di 1,85 sulla manopola corrisponda a una tensione in uscita da KOV di 1,85 V.

Ripetere questa prova per diverse posizioni di RV5 controllando che le indicazioni della manopola contagiri corrispondano alla tensione in uscita da KOV con una tolleranza massima. in tutta l'escursione del potenziometro RV5, dello 0,25%.

Queste operazioni concludono la taratura del modulo.