Construye tu propia línea de bajos 303

• Alimentación directa a 220V
• Entrada de MIDI IN, 5 octavas
• Forma de onda cuadrada y diente de sierra
• Filtro pasabajo de 24 dB
• Salidas: MIDI THRU, OUT, GATE, CV, HEADPHONE

Los mensajes MIDI que proporcionan los teclados, los secuenciadores o las tarjetas de sonido solo son información acerca de cómo se ha actuado sobre ellos; no nos envían sonidos como tales. Así por ejemplo, ante la pulsación de una tecla, crearían un mensaje MIDI compuesto de tres bytes: el primer byte sería el número de canal que tiene que responder a este mensaje, más un código NOTE_ON que informa al equipo receptor que se ha pulsado una tecla; el segundo byte nos informa el número de la tecla que se ha pulsado, y el tercero la velocidad con que se ha pulsado. Todo esto es transmitido a través de dos hilos, por tanto los bytes tienen que ser enviados en serie, es decir cada bit del byte por separado y con una velocidad constante de 31250 bits por segundo.

Cualquier sintetizador o máquina de sonido que tenga que ser controlada por MIDI, debe primero transformar los mensajes serie a paralelo y luego interpretarlos. Nuestro proyecto no va a ser menos, y por tanto, necesita un bloque que realice esto. Este bloque, basado en un microcontrolador 8031, está destinado a recibir los mensajes MIDI de un teclado o de la tarjeta de sonido, de forma que ante los mensajes NoteOn y NoteOff, activa o desactiva la señal de GATE, mientras dure la nota.

El tono de la nota es convertido en una señal lineal desde 0 a -5V, correspondiendo 1 Voltio por octava. Si la velocidad de la nota es mayor de 120, se activaría la señal de accent. Si mientras suena una nota, se activa otra, se apaga la primera.

Los mensajes MIDI van destinados a canales de forma que cada uno de ellos responda a sus mensajes nada mas: mediante unos microinterruptores, se selecciona el canal al que asociamos el CB-303.

Ver esquema

El sonido es una variación de presión en el aire que recoge nuestro oído, normalmente esta variación de presión la emite un elemento que está en movimiento; si este movimiento es lento, el oído no percibe estas variaciones, pero si el movimiento es repetitivo y con una cierta velocidad, comenzamos a escuchar, primero una vibración sorda y según aumentamos la velocidad se va haciendo un zumbido, después un silbido, hasta que, cuando la velocidad del movimiento es tan alta, ya no podemos oír nada. A las veces que se repiten estos movimientos por segundo es a lo que se llama frecuencia, y al elemento que se mueve, oscilador.

Pues el VCO no es otra cosa que un oscilador controlado por tensión, es decir que podemos aumentar o disminuir su frecuencia, con solo variar la tensión que aplicamos a su entrada. Si la salida de este bloque, la aplicásemos directamente a un amplificador, ya podríamos escuchar las notas musicales, cada una con su propia frecuencia.

Por otra parte tenemos que saber que dos sonidos que tengan la misma frecuencia, pueden parecernos distintos, es decir que tengan distinto timbre, ésto se debe a varios factores, pero el principal es la forma en que se realiza el movimiento. Eléctricamente corresponde a la forma de onda que crea el oscilador.

Centrándonos en nuestro aparato, este es capaz de generar 100Hz por cada voltio que se le aplique a la entrada, y por otra parte, puede generar dos formas de onda diferentes, que son las básicas del TB-303, la onda cuadra y la onda en diente de sierra, podemos escucharlas aquí:

El original TB-303 tiene una característica que hace que su sonido sea a veces un tanto especial, que es el deslizamiento entre notas, SLIDE, en este proyecto también se ha implementado, pero de una forma especial, también usada por otros sintetizadores, el GLIDE y que permite efectos como este:

Ver esquema

La relación de frecuencias entre dos octavas consecutivas es de 2, y entre una nota y otra es de raíz doceava de 2, de forma que las frecuencias para la nota C de cada octava quedan como muestra la tabla:

Por otra parte, la señal de salida CV es de 1Voltio/octava:

Si introdujésemos esta señal directamente al VCO, la nota C1 sonaría con una frecuencia de 100Hz, la C2 con 200, y así sucesivamente, luego necesitamos un circuito que convierta la señal CV a otra que haga oscilar el VCO con la frecuencia correspondiente.

A este circuito que nos referimos es lo que se llama un exponenciador.

Ver esquema

Esta es la parte que más juego nos va a dar a la hora de hacer sonar el aparato. Este bloque es un filtro controlado por tensión. Un filtro de sonido atenúa todos los sonidos que estén por encima ó por debajo de una frecuencia concreta, llamada frecuencia de corte. En nuestro caso, el filtro es un pasa-bajo, es decir atenúa las frecuencias que estén por encima; la frecuencia de corte en él es controlada por tensión, mediante un potenciómetro y mediante una envolvente.

La ganancia del filtro, o su atenuación se mide en dB, así por ejemplo un filtro de 6 dB a partir de la frecuencia de corte, por cada octava que se aumente, se atenúa la señal 10 veces. Nuestro VCF tiene una ganancia de 24 dB, que se consiguen colocando cuatro filtros de 6 dB en cascada.

Otra característica que tienen los filtros electrónicos de más de 12 dB, es que si parte de la salida, se vuelve a enviar a la entrada, las frecuencias cercanas a la frecuencia de corte en vez de atenuarse se amplifican, e incluso si ésta realimentación es grande, el filtro se convierte en un oscilador cuya frecuencia de oscilación es igual que la de corte; a esto es a lo que se llama resonancia y que a tantos les encanta.

He intentado resumir y explicar de forma lo más sencilla posible que es un filtro de sonido, pero lo mejor es oirlo:

En la tabla de sonidos anterior, solo se varió la frecuencia de corte y la resonancia, pero también la modulación tiene efecto sobre el filtro:

Ver esquema

El VCA o amplificador controlado por tensión es el bloque destinado a aplicar la envolvente a la señal que sale del VCF. La señal que genera el oscilador es constante, desde que encendemos el aparato hasta que lo apagamos, lo único que cambia es su frecuencia que depende de la señal CV; esto quiere decir que si aplicásemos la señal que sale del filtro directamente a nuestro equipo de música, a nuestro mezclador, o a cualquier otro aparato que nos permitiese reproducirla, nunca dejaríamos de oír la última nota.

Para hacer que una nota comience a sonar, varíe el volumen en su duración y luego se extinga, debemos crear esta variación con una tensión y aplicársela al VCA.

Gráficamente seria ésto:

Ver esquema

La envolvente es una tensión de amplitud variable en el tiempo que actua sobre alguno de los parametros de los bloques del sintetizador; así por ejemplo, en nuestro proyecto tenemos dos envolventes que se disparan al mensaje NOTE-ON, una de ellas actua sobre el filtro, variando su frecuencia de corte y la otra actua sobre el VCA variando su ganancia, esta segunda se desactiva al mensaje NOTE-OFF. Su máximo valor depende de la velocidad de la nota asociada al mensaje NOTE_ON, si la velocidad de esta nota es inferior a 120, el máximo valor de las envolventes es de 5 voltios, mientras que si el valor de la velocidad es mayor de 120, se puede llegar a alcanzar el valor de 10 voltios, este valor se ajusta mediante el potenciometro de ACCENT. La envolvente que se aplica al VCA es de forma fija, mientras que la que se aplica al filtro, es un decaimiento, cuyo tiempo se ajusta con el potenciometro DECAY.

Los diagramas de onda de estas dos señales son estas:

El efecto de la envolvente sofre la frecuencia de corte del filtro se controla mediante el potenciometro de la modulación (ENV MOD). En las dos WAV siguientes se muestra el sonido del CB303 con la modulación al mínimo y al máximo:

Ver esquema

En el esquema del conversor MIDI a CV-Gate R1, de 4K7; es mejor que sea de 1K, para evitar errores en la comunicación. Igual te has dado cuenta de que en un sistema de microcontrolador falta un programa que debería ir dentro de la EPROM 2764; si no tienes ganas de ponerte a programar: [ jesp@netcom.es ]

En el esquema del exponenciador Q1 y Q2: lo ideal es que estuviesen en la misma cápsula para que la temperatura influyese en los dos por igual, pero por ahorrar unas pesetillas y como el montaje es totalmente experimental, se pueden poner en contacto térmico uniéndolos con un poco de pasta de mica.

Simular un circuito electrónico con un programa especializado es una de las mayores garantías de que nuestra idea está en buen camino. Despues de los calculos matematicos, realizar la simulación nos permite ver los inconvenientes, la respuesta y la estabilidad del circuito. Todo esto sin llegar a tocar el soldador. Por experiencia, si se uitliza un buen simulador, los resultados reales, no difieren mucho de los simulados.

En estos dos proyectos que te presento, no te hará falta simularlos, porque están listos para funcionar, pero si aún asi tienes dudas o quieres cambiar algun bloque, puedes hacerlo y no es una mala practica, ya que yo simulo siempre cualquier cosa que vaya a montar para evitarme sorpersas. Mi metodo es simular bloque por bloque, tomando nota de tensiones de entrada, de salida y sus impedancias, asi como la respuesta en frecuencia y a la temperatura.

Casi todos los circuitos integrados, transistores, diodos, etc, que he utilizado en los dos modulos, son comunes y aparecen en las librerias de cualquier simulador. Con los unicos componentes que se pueden tener problemas es con el LM13600 o LM13700, y con el CA3080; del primero puedes encontrar el modelo en [ National Semiconductor ]

El CA3080 es de [ Harris Semiconductor ], donde se puede encontrar información de él, aplicaciones, etc, pero yo no conseguí encontrar un modelo, así que si tu lo consigues o lo tienes por favor mándame un [ e-mail ].

Mi programa de simulación favorito es PSPICE, que se puede encontrar una version de aprendizaje [ aquí ].

Otro programa que también te permite simular circuitos es el [ Electronics Workbench ].

Una vez que ya tenemos claro lo que vamos a construir, queda diseñarlo. Lo principal es que tengamos unos apuntes hechos a mano de como queremos que luzca por el exterior.

Pues se empieza con un editor de esquemas, por ejemplo el TANGO SCH (hay otros programas, si odias el DOS). En el editor dibujamos el esquema completo, y una vez terminado se crea la NETLIST, para pasar a diseñar el circuito impreso.

Antes de ponerte a diseñar el circuito impreso, conviene saber el sitio del que disponemos en la caja para montarlo. Si la caja es grande, no tenemos problema, si es pequeña, no podemos fabricar un circuito impreso que luego no nos entre, seria un problema sobre todo si ya compramos una caja que nos costo mil duretes ( ó diseñamos y montamos otra placa ó compramos una caja nueva ). Las cajas que yo utilizo son relativamente pequeñas comparadas a una estandar de RAC, por lo que me vi obligado a dividir el esquema en dos partes, la digital y la analogica y luego montar una placa sobre otra con separadores, ambas placas del mismo tamaño. Hay que tener cuidado tambien con un fallo que cometi yo alguna vez en mis primeros diseños, que la placa entraba en la caja, pero cuando montaba los potenciometros, conectores, transformadores, etc, no quedaba sitio para la placa.

Unos apuntes para realizar un buen PCB: las pistas de MASA y ALIMENTACION, conviene que utilicen la mayor superficie posible de cobre, para así no tener zumbidos en la salida de audio, por el contrario las pistas que llevan señales no deben ser muy largas, deberían tener una superficie moderada y estar separadas lo suficiente de las de alimentación, con esto se consigue que no tengamos inducciones de unas pistas a otras. Si tenemos en cuenta estas considraciones, el sonido a la salida es limpio, es decir la relacion señal/ruido es máxima.

Tengo disponibles los esquemas y los diseños de los circuitos impresos, del CB-303 y del CR-DRUMS en formato PS, solo tienes que pedirlos: [ jesp@netcom.es ]

Una vez diseñado el circuito impreso, nos queda hacerlo. Es un proceso laborioso pero sencillo. Los pasos a seguir hacen referencia a tiempos, pero estos no son fijos, dependiendo de los productos utilizados varían, siempre es conveniente leer las instrucciones de éstos.

1. Sacar en un papel vegetal, con una impresora laser el fotolito, es decir una copia del circuito impreso, por una o las dos caras. No es necesario que sea en papel vegetal, ni con impresora laser, yo solo os digo lo que mejor resultados me da. Otras opciones son en papel de transparencias o mandar a hacer una filmación (esto ultimo muy caro para los resultados que se obtienen).
2. Dar un baño con algún producto que haga totalmente opaco a la luz el toner de la impresora. Estos liquidos son dificiles de conseguir, alguien comento que con acetona reducida se obtiene este efecto. Este paso no es obligatorio si el fotolito ofrece una buena opacidad. Si se saca la copia en papel normal, tambien hay sprays que hacen que el papel filtre los rayos UVA.
3. Una vez tenemos el fotolito listo, tenemos que preparar la placa del circuito impreso. Lavarla bien con un estropajo que no raye y un detergente desengrasante. Secar con un trapo y retirar totalmente las pelusas y polvo que puedan haber quedado.
4. Impregnar la superficie con un liquido que sea sensible a la luz ultravioleta y dejar secar. Estos liquidos puedes adquirirlos en tiendas especializadas de electrónica. Seguir las instrucciones que marca el fabricante.
5. Sobre un cristal limpio colocar el fotolito y sobre él, la placa en la posicion correcta y exponer a luz ultravioleta, como por ejemplo la de uno o varios tubos fluorescentes normales, de 2 a 5 minutos. El tiempo depende de la intensidad de la luz UV que recibe la placa, es decir del tipo de lampara que utilicemos o si la exponemos al sol y de la distancia a la que situamos la placa de la fuente de luz. Conocer estos tiempos los da la experiencia.
6. Una vez insolada la placa, hay que revelarla en un liquido apropiado, que generalmente nos lo da el fabricante del liquido con que impregnamos el cobre para sensibilizarlo.
7. Ya revelada la placa hay que introducirla en un elemento atacador, como puede ser una solución de acido clorhídrico y agua oxigenada, o bien cloruro ferrico o un atacador rapido que se puede adquirir en tiendas especializadas de componentes electrónicos. Estos componentes son corrosivos, asi que cuidadin. Una vez atacada, tenemos nuestro impreso, que se lava con agua, seca y listos para el otro paso.
8. Hasta aquí si todo sale bien ocupamos media hora de nuestro tiempo. Si se compran placas ya sensibilizadas, es como jugar a la loteria, ya que dependiendo del fabricante unas necesitan más tiempo de insolación o menos, la capa fotosensible se deteriora con el tiempo, el calor y la humedad y casualmente en ninguna de las que, por desgracia, adquirí traian las condiciones de almacenaje ni fecha de caducidad, pero yo solo os relato mi experiencia. Bueno pues en este paso solo queda taladrar la placa con un taladro manual de maqueteria, aunque se puede utilizar cualquier otro metodo más sofisticado: taladradora de mesa, fresa CNC, etc. La cosa es que los agujeros para la mayor parte de los componentes estaria bien hacerlos de 0,6 ó 0,8 mm de diámetro, ocasionalmente para algunos de 1 a 1,5 mm.

¡Hecho el circuito impreso!

Taladrado el circuito impreso, solo queda montar los componentes según nuestro diseño, montando primero los más pequeños para facilitarnos el sitio para los más grandes. soldarlos con un buen estañador y estaño de calidad. Las soldaduras mal hechas (soldaduras frias) son una fuente de problemas en la puesta en funcionamiento ó al cabo de un cierto tiempo, ya que es muy dificil de localizar estos fallos. Los componentes exteriores, como los potenciometros o conectores de entradas y salidas, que no incluimos en el circuito impreso hay que cablearlos, teniendo en cuenta cuales son los que llevan señal de BF, para utilizar cable apantallado, cuidando que la malla de este cable se conecte a la masa del ciruito.

Mucha gente cree que lo importante de un montaje es que medianamente funcione, no dándole importancia a la caja. En mi opinión la caja es algo más que el contenedor de los circuitos impresos y el soporte para los potenciómetros y los conectores, es en resumen, la imagen exterior de lo que hay dentro. Si se realiza un proyecto que su diseño y montaje nos lleva varias semanas o meses, y al final conseguimos hacerlo funcionar, creo que deberíamos darle una buena imagen y de hay la importancia de la caja.

En primer lugar debemos adquirir la caja que más nos guste y despues diseñarle un bonito panel con información de para que sirve cada uno de los controles que en ella aparecen. Para el CB303 y el CR-Drums son estos sus frontales:

Los frontales y paneles posteriores, de la caja, normalmente de aluminio, debemos taladrarlos con una una buena broca o fresa y a ser posible con una taladradora de columna que tenga mesa de coordenadas, para que nos queden todos los agujeros perfectamente redondos y alineados. Esto no quiere decir que si eres un manitas con la taladradora de mano no vayan a quedar bien.

Una vez taladradas las chapas, nos queda lucirlas. Una solución es la serigrafia, preparas un archivo EPS o similar, lo llevas a un establecimiento adecuado, y te salen por un riñón. Otra solución es, en un papel adhesivo y metalizado, hacer una copia laser de nuestros diseños, si no dispones de impresora de este tipo, puedes sacar una buena copia impresa y fotocopiarla en este tipo de papel. Con mucho cuidado, se pega la lámina al frontal y se recorta lo sobrante con un cuter. El resultado es más o menos éste: