Bild oben: Schaltung der dreifachen VCA-Stufe sowie des Mischers. Da alle drei VCAs identisch aufgebaut sind, wurden die Werte bzw. die Bezeichnungen der Bauteile sowie ihre Nummerierung nur beim ersten VCA eingetragen.
Warum 3 VCAs?
Die VCA-Einheit im Synthesizer sorgt dafür, dass ein Ton nach Loslassen bzw, bereits beim Festhalten der Taste nicht endlos weiter klingt, sondern schnell oder langsam ausklingt. Durch die Ansteuerung mittels ADSR (Hüllkurvengenerator) lassen sich bereits ohne zusätzliches Filter (VCF) interessante Klangeffekte realisieren; zum Beispiel extrem kurze Töne, wie sie beim bekannten Uralt-Hit "Popcorn" eingesetzt wurden.
In einem ersten Prototypen hatte ich die Signale der beiden VCOs zuerst einem Mischer zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang eines einkanaligen VCA verbunden war. Dies führte jedoch dazu, dass man ein leises Rauschen im Lautsprecher vernahm, wenn die Potis für die Lautstärke der VCOs nicht auf Maximum, sondern auf einen geringeren Wert eingestellt waren. Das Rauschen der im VCA verwendeten OTAs wurde in diesem Falle nicht von den VCO-Signalen übertönt.
Um diesen Missstand zu beheben, ist eine Vollaussteuerung des VCAs erforderlich. Dies hat jedoch konsequenter Weise zur Folge, dass die Mischung der VCO-Signale (und des hinzugekommenen Rauschgenerators) erst nach der VCA-Stufe erfolgen darf und dass man dazu logischerweise für jeden Tonkanal einen gesonderten VCA benötigt, der voll ausgesteuert wird und dessen geringes Eigenrauschen damit übertönt wird.
Die oben gezeigte Schaltung besteht daher aus drei einzelnen, identisch aufgebauten VCAs und einer nachgeschalteten Mischstufe (Mixer). Die Kosten der Schaltung erhöhen sich dadurch zwar auf etwa 10 Euro für die zusätzlichen Bauelemente, aber diese Erweiterung lohnt sich auf jeden Fall.
Die Schaltung
Das Kernstück des VCAs besteht aus dem OTA CA 3080, der auch heutzutage noch recht gut erhältlich ist. Leider ist der Chip im 8-poligen DIL-Gehäuse mit etwa 4 Euro nicht ganz billig. Ein OTA (Operational Transconductance Amplifier) ist eigentlich ein "stromgesteuerter Stromverstärker", der jedoch, wenn man ihn wie oben gezeigt beschaltet, wie ein "spannungsgesteuerter Spannungserstärker" arbeitet. Der für den Steuereingang benötigte Strom wird durch den mit IC1 und T1 aufgebauten Spannungs-Stromwandler erzeugt. Der Widerstand R8 am Ausgang des OTAs verwandelt den Ausgangsstrom wieder in eine Ausgangsspannung. Auffallend ist der extrem dimensionierte Spannungsteiler am OTA-Eingang, der das Eingangssignal etwa um den Faktor 200 abschwächt.
Abgleich
Das VCO-Signal mit einem Spitzenwert von etwa 4 V wird mit dem Audio-Eingang des VCA verbunden (z.B. Signal 1 in). Wenn Sie die frei zugänglichen Enden der Trimmer P1 oder P2 mit der positiven Versorgungsspannung (12 V) verbinden und die Potis langsam aufdrehen, wird die Lautstärke am VCA-Ausgang von 0 auf Maximum ansteigen und sich dann ab einem bestimmten Punkt (etwa in der Mitte) nicht weiter ändern. Stellen Sie beide Schleifer genau auf diesen Punkt und nehmen sie dazu ein Oszilloskop zu Hilfe, da sich zumindest mein Gehör beim Erkennen dieses Punktes nicht als sehr zuverlässig herausstellte.
P1 wird später mit dem Ausgang des ersten ADSR-Hüllkurvengenerators verbunden und muss danach erneut abgeglichen werden (Keyboard-Taste gedrückt halten, Attack-Zeit = 0 und Sustainwert = Maximum).
P2 ist über einen Kippschalter auf der Frontplatte an die positive Versorgungsspannung angeschlossen. Beim Betätigen des Schalters wird der VCA permanent voll ausgesteuert, was dieselbe Wirkung wie eine Überbrückung hat. Bei geöffnetem VCF erscheint dann ein Dauerton, was zum Beispiel bei komplizierten Sound-Einstellungen oder beim Messen und Testen sehr hilfreich sein kann. Den selben Effekt könnte man zwar auch erzielen, wenn man eine Taste des Keyboards zum Beispiel mittels eines Schraubendrehers festklemmt, aber die Methode mit dem Schalter dürfte eleganter und auf jeden Fall schonender für das Keyboard sein.
Mixer
Die drei VCA-Ausgänge werden zu entsprechenden Potis (Volume) auf der Frontplatte geführt, deren Schleifer mit den Eingängen der Mischstufe (Widerstände von 33 k rechts unten im Layout [Mix in]) verbunden sind. Mit dem Poti P3 kann die Gesamtverstärkung eingestellt werden. Das fertige Signal steht am Ausgang "Mix out" zur Verfügung und wird von dort zum Eingang des spannungsgesteuerten Filters geleitet.
Rauschgenerator
Auf der Platine befindet sich zusätzlich noch ein Rauschgenerator, dessen Ausgangssignal ebenfalls dem Mischer zugeführt wird. Er arbeitet unabhängig vom hier beschriebenen VCA und wir in einem gesonderten Kapitel beschrieben.
Bild oben: Bestückungsseite des Platinenlayouts. Diese Grafik ist lediglich als Hilfe bei der Bestückung und beim Messen und Testen gedacht. Das Layout zur Platinenherstellung wird später noch als extra Download angeboten.
Bild oben: Statt eines Fotos: Bestückte Platine. Die Nummern an den Platinen-Schraubklemmen (die sich als sehr praktisch erwiesen haben) werden später noch in den ganz oben gezeigten Schaltplan eingetragen, so dass bei der Verdrahtung nichts schief gehen kann.