Hüllkurvengenerator (ADSR)

 

Der Hüllkurvengenerator hat die Aufgabe, nach einem Keyboard-Tastendruck einen voreinstellbaren, zeitlichen Spannungsverlauf zur Steuerung der VCF-Frequenz (Filter) und der VCA-Amplitude zu erzeugen. Die Spannung steigt, wenn die Taste gedrückt wird, automatisch und mit einstellbarer Geschwindigkeit (Attack-Time) bis zu einem Maximalwert (z.B. 10 V) an und sinkt danach mit einer extra einstellbaren Geschwindigkeit (Decay-Time) auf einen einstellbaren Wert zwischen 0 und Maximum ab (Sustain-Level), solange die Taste gedrückt bleibt. Nach dem Loslassen der Taste sinkt die Spannung mit einer dritten Geschwindigkeit (Release-Time) auf 0 ab.

 

Je nach Sustain-Einstellung gibt es zwei Extremwerte: Sustain = Maximum und Sustain = 0. Bei maximalem Sustain hat die Decay-Einstellung logischerweise keinen Einfluss, da eine Spannung nicht auf ihren identischen Wert absinken kann: Die Spannung steigt nach Tastendruck bis zum Maximum an und bleibt bis zum Loslassen der Taste auf diesem Wert. Der zweite Fall macht nur Sinn bei möglichst kurzer Decay-Zeit. Wenn man die Taste bei längeren Decay-Zeiten loslässt, bevor die Spannung am Ausgang auf 0 abgesunken ist, sinkt sie mit der eingestellten Release-Zeit weiter bis zum Wert 0.

Bei mittleren Sustain-Werten bleibt die Spannung bei gedrückt gehaltener Taste so lange auf dem eingestellten Zwischenwert, bis sie nach Loslassen der Taste mit der Release-Geschwindigkeit weiter auf 0 absinkt. Grundsätzlich gilt, dass bei einem vorzeitigen Loslassen der Taste die Spannung immer mit der Release-Geschwindigkeit auf 0 absinkt, wenn dieser Wert nicht schon vorher erreicht wurde.

 

Das beschriebene Verhalten lässt sich am besten verstehen und nachvollziehen, wenn man die Wirkung des Hüllkurvengenerators mit den verschiedensten Einstellungen selber einmal am Filter ausprobiert. In Verbindung mit den Cutoff- und Envelope-Einstellungsmöglichkeiten des Filters ergibt sich eine hohe Anzahl möglicher Klangeinstellungen.

 

 

Funktionsweise des Hüllkurvengenerators

 

Auf Grund der verwendeten digitalen Logikgatter und deren gegenseitiges Aufeinander-Einwirken ist die Funktionsweise der Schaltung nicht ganz einfach nachzuvollziehen. Aus diesem Grunde soll sie an dieser Stelle auch nur grob beschrieben werden:

 

Der Gate-Impuls am Eingang links (offener Pfeil) wird über das AND-Gatter IC1a zum Steuereingang des CMOS-Schalters IC4 geleitet. Der Kontakt 8-9 schließt und der Kondensator C2 wird über P1 (Attack-Time) aufgeladen. Die Spannung der Hüllkurve steigt, je nach Einstellung von P1, extrem schnell oder nur langsam an.

Nach Erreichen des Maximums sorgt der Trigger IC3 1 dafür, dass sich Schalter 8-9 wieder öffnet. Gleichzeitig schließt Schalter 3-4 und C2 wird durch das Decay-Poti wieder entladen. Bei erreichen des Sustain-Pegels sorgt Trigger IC3 2 durch Öffnen des Schalters 3-4 dafür, dass der Entladevorgang wieder gestoppt wird, obwohl die Taste am Keyboard noch gedrückt ist. Beim Loslassen der Taste schließt  Schalter 1-2 und C2 wird komplett über P3 entladen, wenn vorher nicht erneut eine Taste gedrückt wird. 

Damit alle Elemente des Systems auch richtig zusammenarbeiten, sind zusätzlich ein Flip-Flop (IC2a und IC2b), drei AND- und ein weiteres NAND-Gatter erforderlich.

 

Test

 

Da es sich hier nicht um eine lineare Kette von Schaltungseinheiten handelt, sondern um ein Ineinandergreifen von logischen Schalt-Elementen, kann man bei dieser Schaltung das probate Mittel der Signalverfolgung beim Funktionstest nicht anwenden. Wichtigste Voraussetzung: Alle verwendeten ICs müssen voll funktionsfähig sein. Dies kann man am besten überprüfen, indem man die Chips zuvor in eine nachweislich funktionierende Schaltung einsetzt (zum Beispiel beim Bau eines zweiten Hüllkurvengenerators) oder sie auf einem Steckbrett zuvor testet.

Bei schon benutzten CMOS-Gattern kann es vorkommen, dass mindestens eines der vier Gatter nicht mehr richtig funktioniert. Beim Hüllkurvengenerator kann dies, je nach Kombination der defekten Gatter, zu einem völlig merkwürdigen, unvorhersehbaren Verhalten führen, aus dem man definitiv nicht auf die Fehlerursache schließen kann.

 

Stellen Sie, falls der Hüllkurvengenerator nicht funktionieren sollte, die Spannung über C2 auf einem Oszilloskop dar und überprüfen Sie diese auf ihr richtiges Verhalten in Abhängigkeit des Tastenzustands. Überprüfen Sie dabei auch die richtige, sinnvolle Einstellung der Potis.

 

Bei richtigem Aufbau und funktionierenden ICs muss am Ausgang des Generators folgendes Signal (X-Ablenkung ca. 1 bis 0,1 sec/div) erscheinen, vorausgesetzt, die ADSR-Potis befinden sich in der entsprechenden Stellung:

 

 

Platinenlayout

 

Der Hüllkurvengenerator befindet sich einmal auf der VCA-, und einmal auf der VCF-Platine, so dass Sie das entsprechende Layout dort finden.

Inzwischen gibt es eine weitere Platine, auf der beide Hüllkurvengeneratoren mit den zugehörigen VCA- und VCF-Schaltungen zusammengefasst sind.

 

 

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