El montaje de un verdadero órgano electrónico es algo que sueñan muchos lectores, a pesar dela dificultad de obtener todos los componentes y de su costo elevado. Lo mismo ocurre en relación con un sintetizador para los que tocan en conjuntos musicales. Lo que proponemos es un circuito básico de teclado de accionamiento por toque, o incluso teclas, que puede ser expandido para todas las octavas que desee, y que además puede incorporar varios circuitos externos de efectos o conformación de onda para producir sonidos lo más interesantes posibles.
El circuito básico puede ser considerado apenas un juguete, pero partiendo de él el lector tendrá posibilidades ilimitadas.
Podemos dar las características del circuito básico para que el lector lo juzgue:
- Una octava con expansión para 2, 3 ó 6 más octavas
- Circuito de vibrato incorporado
- Accionamiento por toque o teclado
- Salida para circuitos externos con efectos o conformación de onda
- Señal rectangular compatible CMOS o TTL
- Partante incorporado
- Ajuste independiente de cada una de las 12 teclas
- Controles independientes de profundidad y frecuencia de vibrato
- Alimentación de 5 a 12V.
Está claro que si el lector desea un simple juguete hará el montaje básico, pero si desea desarrollar un buen instrumento musical electrónico las posibilidades son ilimitadas.
Nuestro circuito consiste en un teclado básico de accionamiento por toque (o llaves). que cubre una octava, está dotado de vibrato y ajustes independientes de cada nota.
La señal rectangular de la salida es ideal para tratarla por circuitos de efectos tales como conformadores de onda, divisores de frecuencias digitales y con eso obtener el timbre de los más diversos instrumentos, inclusive los verdaderos órganos electrónicos.
En la parte práctica, daremos algunos circuitos que podrán ser conectados junto a la salida de este sistema.
La principal ventaja del circuito, sin embargo es su bajo costo y el hecho de usar componentes de fácil adquisición, esto sin hablar de que puede prescindir de un teclado profesional o dotado de partes mecánicas.
El bajo costo se debe al hecho de que se usan sólo 5 integrados absolutamente comunes que son los 555 y los 4001 (ó 4011).
La prescindencia del teclado mecánico se debe al hecho de que la versión básica es accionada por toque. EI solo toque de sus dedos en las teclas tijas hace que la resistencia sea suficiente para conmutar los circuitos internos y con eso se produce la emisión de sonido.
A partir de esta versión básica existen innumerables posibilidades que podrán hacer más elaborado, al gusto de cada uno, el instrumento volviéndolo un órgano o hasta un minisintetizador.
Estas posibilidades son las siguientes:
a) Utilización de un teclado mecánico o hecho con esponjas conductoras.
b) Agregado de más octavas con la repetición de las etapas de accionamiento o incluso de los osciladores para obtener acordes.
c) Introducción de circuitos divisores de frecuencia y conformadores de onda.
d) Introducción de eco digital o mecánico.
e) Agregado de llaves conmutadoras de octavas.
Cómo funciona
En la figura 1 tenemos un pequeño diagrama de bloques que ilustra la estructura básica de nuestro instrumento con los posibles periféricos que serán sugeridos o abordados oportunamente.
Analicemos en primer lugar los circuitos del sistema básico:
Comenzamos por el oscilador de audio principal cuya finalidad es proveer un sonido cuya frecuencia corresponda a la nota musical emitida.
Este oscilador lleva por base el circuito integrado 555 (Cl-5), en la configuración más popular, que es de astable con la frecuencia básica determinada por (C2, R14 y por el resistor entre el pin 7 y el positivo de la alimentación.
Esta frecuencia será dada por la fórmula:
f= 1,45/ (Ra + 2 Rb) C
Donde:
Ra es el resistor de ajuste
Rb es Rl4 en el circuito principal
C es C2 en el circuito principal
Fijamos la octava en C2 y ajustamos cada nota colocando un trimpot como Ra.
Utilizando un resistor entre 4k7 y 10k podemos tener una relación de: 20 en a frecuencia de los sonidos, lo que permite cubrir con facilidad dos octavas sin alteración del circuito. Para más octavas basta reducir R14 (mínimo 1k), aumentar los trimpots de ajuste y escoger C2 de cuerda con la nueva gama de sonidos deseada.
En nuestro sonido básico usamos doce teclas para cubrir una octava con las teclas intermedias. A cada tecla corresponde pues un trimpot de ajuste.
La señal rectangular de este circuito puede ser aplicada directamente a una etapa amplificadora con un único transistor y un capacitor de efecto conmutado por S4 o bien llevada a J1 donde será transportado a los circuitos externos de efectos y al amplificador.
La señal producida por esta etapa es modulada por el circuito de vibrato.
Este circuito consiste en un oscilador más lento que también tiene por base un 555 en la configuración astable (Cl-4).
Tenemos dos controles en este circuito: P13 que controla la frecuencia del efecto y P14 que controla su profundidad. La llave S2 permite eliminar el efecto.
El sistema de accionamiento dei oscilador principal por toque se consigue con el empleo de puertas integradas CMOS muy sensibles.
Podemos usar las puertas NOR (4001) como también NAND (4011), ya que en él caso las mismas actúan como simples inversores. (Puede modificar el circuito para operar también con inversores, en caso que lo desee).
En la figura 2 tenemos el aspecto de una de estas puertas de accionamiento para que el lector entienda mejor su funcionamiento.
Con la tecla sin accionamiento (resistencia infinita en el sensor), el resistor lleva la entrada al nivel HI. En consecuencia tenemos en la salida un nivel LO que desvía del trimpot y resistor correspondiente la tensión a tierra, evitando así la activación del oscilador. El nivel de tensión en el circuito de entrada de la nota será LO.
Con el toque de los dedos en la tecla, la resistencia presentada pasa a ser baja en relación a la del resistor, lo que será interpretado como un nivel LO por el integrado. El resultado es la conmutación de la salida para el nivel Hl.
En estas condiciones, el diodo en la salida del integrado es polarizado en el sentido inverso "abriendo" el circuito de accionamiento del oscilador.
La tensión en el circuito de accionamiento, dada por el ajuste del trimpot el resistor, puede entonces ser aplicada al oscilador (Cl-5) ocurriendo la emisión de la nota para la cual se hizo el ajuste.
Vea entonces que existen diversas posibilidades alternativas de accionamiento:
Una de ellas consiste en un teclado hecho con esponjas conductoras. Estas esponjas pueden ser halladas en embalajes de circuitos integrados CMOS cortocircuitando sus terminales para evitar la acción de tensiones estáticas que pueden dañarlos (figura 3).
Estas esponjas serán pegadas en una tecla móvil (que puede hacerse de panel de circuito impreso) sobre los contactos de la versión básica. Cuando la tecla es presionada y se dobla, la esponja tocará el sensor de toque provocando su accionamiento.
La segunda posibilidad es de un teclado convencional con la diferencia que la sensibilidad del sensor hace que resulten prácticamente eliminados los eventuales problemas de malos contactos.
La fuente de alimentación puede estar formada por pilas comunes o batería. Si fuera usada una fuente a partir de la red general es muy importante cuidar su filtrado para que no se producían ronquidos en el accionamiento por toque.
Montaje
En la figura 4 tenemos entonces el diagrama básico del órgano/sintetizador con una octava representada.
Su montaje puede hacerse fácilmente en una única placa que incluirá el teclado y que aparece en la figura 5.
Los circuitos integrados son instalados en zócalos “Molex", tanto para facilitar su eventual cambio en caso de necesidad, como para evitar problemas de calor durante el proceso de soldado.
EI transistor TIP31 debe dotarse de un pequeño disipador de calor si la tensión de alimentación fuera apenas de 6V.
Para tensiones mayores, el disipador debe ser también mayor, ya que el calor desarrollado aumentará considerablemente.
Se debe tener especial cuidado con los filetes de la placa en la parte de los sensores de las teclas, pues cualquier imperfección o interrupción puede perjudicar el funcionamiento del aparato.
Los resistores pueden ser tanto de 1/8 como de 1/4W, con tolerancia de 10 o
20%.
Los capacitores de 1 µF pueden ser tanto de poliéster (caso en que las dimensiones deben tenerse en cuenta en la elaboración de la placa), como electroliticos para 16V ó más.
C2 y C4 son capacitores de poliéster o cerámicos y sus valores no son críticos. En verdad, para C2 se puede prever una llave conmutadora que cambie los valores, como por ejemplo 22nF y 47nF, o bien 47nF y 100nF, para los sonidos más graves.
Observe en el diagrama que la alimentación de los integrados CMOS del teclado se hace a través de los pins 14(+) y 7(-).
Los diodos son todos de silicio de uso general, tales como 1N4148 o incluso 1N914, debiendo ser observada su polaridad.
La caja para alojar el montaje puede hacerse de plástico o de madera.
En el caso específico del prototipo se usó una caja de plástico.
En el panel quedan los controles, tales como los de frecuencia y profundidad de vibrato, así como las llaves conmutadoras y de accionamiento.
Prueba y afinación
La prueba es muy simple: basta conectar la unidad con S3 en la posición que coloca el parlante en el circuito.
Después, se toca con los dedos en cada tecla (no se deben tocar dos teclas simultáneamente, pues el sistema no permite acordes). Debe haber-emisión de sonido que será ajustado en el trimpot correspondiente a cada nota.
Pruebe el efecto de vibrato actuando sobre S2, P13 y P14. Si al tocar alguna tecla no hubiera emisión, el problema puede estar en el CMOS correspondiente. Cambie con el integrado adyacente y verifique si hay accionamiento. Si hubiera, quedará demostrado que el problema es el integrado.
La afinación puede hacerse de oído, pero si tiene un oscilador de audio, o incluso un micro y conoce las frecuencias de las notas, el ajuste será más preciso.
Filtros
La eliminación del timbre de un instrumento para obtener un sonido más agradable puede hacerse de inmediato a través de filtros.
Conmutamos entonces S3 para la posición que coloca J1 activa y conecta en en J1 cualquiera de los filtros mostrados en la figura 6.
Estos filtros son redes pasivas que atenúan la señal luego de la modificación de la forma de onda, siendo todos concebidos para operar con "ondas rectangulares. En su salida debemos pues acoplar un buen amplificador de audio.
Una sugerencia interesante aparece a la figura 7 que permite alterar fácilmente el timbre del instrumento.
Cl-1, Cl-2, Cl-3 - 4001 o 4011 - circuitos integrados CMOS
Cl-4, Cl-5 - 555 - timers
Q1 - TlP31 - transistor NPN de potencia con disipador
D1 a D24 - diodos 1N4148 ó equivalentes
P1 a P12 - trimpots de 220k
P13, P14 - 100k - potenciometros simples
R1 a R14 - 10k x k1/8W - resistor (marrón, negro, naranja)
R15 - 4k7 x 1/8W- resistor (amarillo, violeta, rojo)
R16 - 1k x 1/8W resistor (marrón negro, rojo)
R17 a R28 - 2M2 x 1/8W - resistores (rojo, rojo, verde)
C1, C3 - 1 µF x 16V - capacitores electrolíticos
C2 - 47 nF - capacitor cerámico o de poliéster
C4 - 100 nF - capacitor cerámico o de poliéster
S1 - interruptor simple
S2, S4 - interruptores simples
S5- llave 1x2 o 2x2
B1 - 6V - 4 pilas pequeñas o medianas
FTE - parlante de 8 ohm
J1 - enchufe para auditono
Varios: placa de circuito impresa, teclado (ver texto), caja para montaje, soporte para pilas, disipador de calor para Q1, botones plásticos para los potenciômetros, alambres, soldaduras, etc.