TubeOhm Ladder Filter für Ambika von Mutable Instruments DIY

TubeOhm Ladder Filter für Ambika von Mutable Instruments
DIY Anleitung, Schaltplan und BOM
©TubeOhm 3013
DIY Kit:
Alle Komponenten , Platine, selektierte Bauteile sowie Beuteile in der BOM wurden sorgfältigst
getestet.
Wir empfehlen, die Bauteile aus der beigefügte Bauteilliste zu bestellen. Mit diesen Bauteilen
wurde das Filter mehrfach aufgebaut und funktionierte auf Anhieb.
Ob ein Filter ornungsgemäß funktioniert liegt nicht zuletzt and dem Know How des DIYlers.
Deshalb, nehmt euch ein bisschen Zeit und lest erst mal dieses Manual durch.
Wie gesagt es ist ein DIY Kit und ihr solltet elektronische Schaltpläne lesen können, um
gegebenenfalls auch mal nachmessen und eventuelle Fehler beseitigen zu können.
Eine Garantie das das Filter einwandfrei funktioniert kann nur gegeben werden wenn wir, die Fa.
TubeOhm das Filter fertig aufgebaut liefern. Dieses ist auch möglich, aber eigentlich nicht der Sinn
bei einem DIY Kit.
Wir übernehmen keine Verantwortung oder Haftung für fehlerhaft aufgebaute Filter, zerstörtes
Equipment wie Verstärker oder Boxen, defekte am AMBIKA oder auch Stromschläge..
DIY heißt auch, Aufbau und Inbetriebnahme auf eigenes Risiko.
Wir lassen euch aber nicht hängen. Wenn mal wirklich ein Filter so gar nicht will könnt ihr uns
anmailen oder in Ausnahmefällen das Filter zuschicken.
Meistens ist es immer nur eine Kleinigkeit welche Übersehen wurde
Fragen werden gerne vorab per Mail beantwortet.
[email protected]
Vorab Informationen:
Der Bau der Ladder Filters ist nicht wirklich ein Beginner-Projekt.
Der Aufbau ist nicht schwierig , aber man sollte gute Lötkenntnisse mitbringen und auch mit dem
digital Multimeter umgehen können.
Weiterhin benötigt man einen Frequenz-Zähler oder Gitarren Stimmgerät.
Es gibt auch Software dafür, z.B. unser freies Filter-Calib tool.
Achtung, das Ladder Filter kann hohe Amplituden generieren. Über eine Volumen Poti kann die
Lautstärke des Ladder Filter den anderen Voicecards angeglichen werden. Wenn man z.B. 6
Ladder Filterboards verbaut , empfehlen wir eine technische Änderung im AMBIKA vorzunehmen.
Damit der Summenverstärker im AMBIKA nicht übersteuert wird, sollte R 13 auf dem Ambika
Motherboard auf 5 Kohm geändert werden.
Einleitung und vorab Info, bitte durchlesen !!!
Das Ambika Ladder Filter arbeitet nach der Transistor/Dioden Kaskaden-Schaltung und bietet
deren typischen Ladder-Sound.
Bei der Entwicklung der Schaltung und auch auf der Platine wurde berücksichtigt, das ein Ladder
Filter sowohl mit Transistoren als auch Dioden und sogar mit LED's als Strom gesteuerte
Widerstände arbeiten kann.
Nach abschließenden Tests mit den verschiedenen Halbleitern, Transistor, Diode/LED's erwies sich
allerdings das Transistor Ladder Filter vom Klang als am besten zum Nachbau geeignet.
Das Transistor Ladder hat einen homogenen Klang und die Signal Amplitude fällt bei hoher
Resonanz nicht so ab wie bei einen DIODEN/LED filter.
Allerdings, wer es ausprobieren möchte dem steht auch die Möglichkeit offen, ein Diodenfilter mit
einer vorhandenen Platine zu bauen.
Weiterhin haben wir 3 verschiedene Modi in das Filter implementiert welche über das Filter Menue
im Ambika eingestellt und auch gespeichert werden können.
Standartmäßig haben wir im AMBIKA Einstellungen für die drei Filter modi:
1:) Tiefpass (LP)
2:) Bandpass (BP)
3:) Hochpass. (HP)
Da das Ladder Filter nur als Tiefpass ausgeführt ist , haben wir natürlich keinen BP und HP, aber
wir können einen Chrunch Mode, normal Mode und Distortion Mode im Filter einstellen !
Das Filter schaltet also in die verschiedenen Modi um.:
1:) LP = crunch mode
2:) BP = normal Mode
3:) HP = distortion mode.
Technisch realisiert wird der crunch-Mode durch das Einkoppeln des original Signals aus dem DAC
über R50/C37 in IC4/1, Pin 3
Der normal Mode arbeitet ohne diese Einkopplung.
Der distortion Mode bekommt die Einkopplung , gleichzeitig wird aber der Differenzverstärker zur
Kontrolle der Ströme in der Halbleiter Kaskade unsymmetrisch geschaltet. Der Differenzverstärker
ist dann nicht abgeglichen und zerrt das Signal an. R52 wird gegen Masse geschaltet und verändert
somit über IC8C den Arbeitspunkt des rechten Transistors des Differenzverstärkers.
Temperaturdrift.
Sowohl die Atmels als auch das Netzteil erwärmen Ambika nicht unerheblich. Damit sich die
Temperaturdrift des Cutoffs in Grenzen hält, müssen die beiden Transistoren des
Differenzverstärkers und auch die beiden Transistoren des log Konverters thermisch gekoppelt
werden.
Die Transistor-Paare werden je mit Wärmeleitpaste bestrichen und dann in einen
Schrumpfschlauch eingeschrumpft.
Im Kit sind die Transistoren schon fertig eingeschrumpft dabei.
So sehen die Transistoren nach dem Einbau aus: Der Einbau der thermisch gekoppelten
Transistoren ist für das Transistor und Dioden Ladder identisch.
Bild Dioden Ladder
Verschiedene Filter, Transistor, Diode , LED
Wenn man ein Transistor Ladder bauen möchte so müssen 2 Brücken für die
Stannungsversorgung zusätzlich auf die Platine gelötet werden
Diese Brücken MÜSSEN ! nur für das Transistor Ladder Filter eingebaut werden !!!!!
Sollte man ein Dioden Filter aufbauen, so setzt man anstelle der Brücken 2 x Dioden 1 N4148 ein.
Die Widerstände R5,R6,R7,R8 und R 9 müssen nicht bestückt werden. Anstelle der Transistoren
werden nun die Dioden 1N4148 in die Kollektor-Emitter Strecke der aufgedruckten Transistoren
eingelötet.
In dem Dioden Ladder sind auch die 4 Ladder-Kondensatoren auf 47 nF geändert.
Diode oder LED Ladder werden identisch bestückt. Es ändern sich nur die Kondensaturwerte.
Zusammenfassung:
Transistor Ladder
1:) Brücken setzen
2:) 8 Transistoren (gematched) einlöten
3:) Koppelkondensatoren C17,C15,C7 und C21 =100 nF
Dioden Ladder
1:) anstelle der Brücken 2 Dioden 1N4148 einsetzen
2:) 8 x 1N4148 anstelle der Transistoren in die Kollektor-Emitter Strecke einlöten
3:) R5,R6,R7,R8 und R9 entfallen.
4:) Koppelkondensatoren C17,C15,C7 und C21 =47nF
LED Ladder normale standart 3 mm LED's in rot, keine high current LED's
1:) anstelle der Brücken 2x LED's einsetzen
2:) 8 x LED's anstelle der Transistoren in die Kollektor-Emitter Strecke einlöten
3:) R5,R6,R7,R8 und R9 entfallen.
4:) Koppelkondensatoren C17,C15,C7 und C21 =68nF
Nun geht es los, Tipps zum aufbauen.
Nichts ist schwieriger als selbst eingebaute Fehler zu finden, deshalb sollten alle eingelöteten Teile
vorher DOPPELT kontrolliert werden. Stimmen der Werte, ist die Position richtig .
Also Leute , holt euch nen Kaffe, Frau aussperren , sind die Kinder weg ?, Telefon ausschalten,
Zigarette rauchen (oder auch nicht weil>> schädlich) .
Lötkolben anschalten, Zange, Teile … alles da. Gut ! Los geht es.
Als erstes wird die Platine mit Widerständen bestückt.
BITTE , wenn ihr unsicher seit welche Werte die Widerstände haben, kontrolliert mit dem
Multimeter nach !!!!!
Sind alle Widerstände eingelötet können nun die IC-Sockel eingelötet werden.
Markierung beachten !!
Danach werden die Kondensatoren/Quartz eingelötet.
Achtung C14 =220nF, C4 =100pF, C 10 =100pF. Lötet diese am besten als erstes ein, dann kann
man da keinen Fehler mehr machen.
Die Inpulskondensatoren sind 100 nF
Transistor:die Ladder Kondensatoren für Transistor sind 4 x 100 nF Folie
Diode :die Ladder Kondensatoren für Diode 1 N 4148 sind 4 x 47 nF Folie
LED:die Ladder Kondensatoren für Diode 1 N 4148 sind 4 x 68 nF Folie
Schwingkreis-Kondensatoren- wichtig !!
C26 und C 1 sind 33 pF. Dieses hängt aber von dem verwendeten Quartz ab !!! Wir benutzen hier
den 20Mhz Quarz der Fa. Reichelt mit einen Lastkapazität von 32 pF.
Andere Herstaller verwenden Quartze mit 18 ..22 pF Lastkapazität. Dementsprechent müssen bei
der Verwendung anderer Quartze die Kondensatoren in 18..22pF geändert werden !!!
100 uF Elkos, bitte auf die Polarität achten, die NP 4,7 uF Kondensatoren können beliebig
angeschlossen werden.
2N3904 NPN:
Ok, sind alle Kondensatoren drin ??? Nochmal überprüfen ! Nun kommen die Halbleiter.
Für das Transistor Ladder benötigen wir , 8 single 2 N3904 gematched, ein Paar thermisch
gekoppelt für den Differenzverstärker, ein Paar thermisch gekoppelt für den log Konverter und 2 x
2N2904 als Schalttransistoren für die verschiedenen Modi.
2N3906 PNP:
zur Ansteuerung der VCA's und der Resonanz werden (Q2 /Q1) 2x2N3906 verwendet.
78L05:
Zur Stabilisierung der referenz Spannung wird ein 78L05 /100mA IC 11 verwendet.
Achtung, der 78L05 sieht aus wie ein Transistor , nicht mit einem Transistor verwechseln !!!
Kontrollieren !!!
Alles eingelötet ? Gut . Nun löten wir die Potis und auch die Steckverbindungen ein. Thats it.
Don't forget:
Die Jumper !!!!
Der Stecker J1 sowie J3 wählen die Voicecarte und das output Routing aus.
Beide Stecker werden auf der ersten Voicecard nahe dem Motherboard auf (A ) mit Jumpern
gebrückt. Die zweite Voicekarte wird mit den Jumpern auf (B) gebrückt.
Neben dem output Stecker J1 (A/B) und dem Stecker für die Selektion des Atmes J3 (A/B)
befinden sich auf dem Board unter anderem auch die Jumper S1 und S2. Diese dienen dazu,
bei den verschiedenen Filterarten, Transistor/Diode und LED das Rückkopplungsverhalten
einzustellen.
Wird ein Transistor Filter verwendet so wird S1 und S2 mit einem Jumper gebrückt.
Es hat sich aber herausgestellt das das Transistor Filter auch mehr Resonanz vertragen kann.
Ist mehr Resonanz gewünscht, so braucht nur S2 gebrückt zu werden, S1 bleibt offen !!!!
Das Transistor Filter wird also quasi mit Dioden Rückkopplung gefahren !!
Also kann die Einstellung Diode/Transistor gleich sein ,S2 gebrückt , S1 offen !!!
Beim LED LADDER wird nur S1 gebrückt.
Technisch gesehen wird die Signal-Amplitude über R13/R42 verringert. Die Jumper schalten R13
oder R 42 oder beide parallel gegen Masse. Der Spannungsteiler R43/R13//R42 ändert sich, das
rückgekoppelte Signal wird kleiner.
Vor dem einbauen... erst die Spannungen OHNE IC's prüfen.
Als erstes mit dem Multimeter >> Ohm<< messen, ob ein Kurzschluß zwischen + 8V /-8V und
Masse ist. Die IC's bitte noch nicht einstecken !
Danach die 5V überprüfen auf einen Kurzschluß gegen Masse überprüfen !.
Die Platine könnt ihr nach dem ersten Test ohne IC's mit Ambika verbinden.
Danach werden nochmal alle Spannungen gemessen. Ist +/- 8 Volt da ? Ist 5 Volt da ?
Rot =8V
Grün =-8V
Blau =5V
Gelb= MP1 0.35...0,37V
Wenn es fertig ist dann sollte es so aussehen:
Der Abgleich.
Keine Panik, sind nur 4 Potis. Ich gehe in einzelnen Schritten vor.
Von links nach rechts haben wir folgende Einstellmöglichkeiten im eingebauten Zustand, Bauteile
nach unten !
Linearität
Reference
Offset
Volume
Linearität: stellt die Verstärkung der V/OKT Steuerspannung ein
Reference: verschiebt die log Steuerspannung und dient zum abgleich der Cutoff Frequenz der
Filter untereinander.
Offset: gleicht den Differenzverstärker ab.
Volume: stellt die Lautstärke des gesamten Filters ein.
Nun kommt der spannende Augenblick. Alle IC's sind drin, das Filter ist eingesteckt , Ambika wird
eingeschaltet. Nix qualmt ?? guuuut.
Überprüft erst mal im Ambika, ob das Filter schon auf AKTIV gesetzt ist.
Als erstes spielen wir mal ein paar Noten um zu sehen ob die Dioden aufleuchten bzw. flackern.
(flackern ist die halbe Miete )
Die LED's leuchten auf und ihr hört schon was ? Noch besser.
Nun geht es an den Abgleich!
Vorab, falls Ihr nichts hört ist das Volumen Poti eventuell auf = 0 gestellt. Dreht das Poti nach
Anschlag links oder Anschlag rechts solange, bis etwas zu hören ist.
Schritt 1: als erstes wird der Offset abgeglichen. Dazu nehmt ihr euer Multimeter und stell es auf
Volt-DC.
Dann wird zwischen Masse und Messpunkt 1 (MP1) die Spannung gemessen. Die Spannung liegt
so zwischen 0,35...0,37 Volt. Aktuell bei meinem Filter bei 0,356 Volt.
Schritt 2: nun wird an Messpunkt 2 (MP2) die Spannung gemessen und mit dem offset-Poti auf
genau den gleichen Wert wie an MP 1 eingestellt. MP 1 und MP2 sollten nun die gleiche Spannung
von 0.356 V ( in meinem Fall ) haben. Das heißt, der Differenzverstärker arbeitet nun synchron.
So das war der offset Abgleich.
Linearitäts Abgleich. Damit das Filter Cutoff der Steuerspannung V/OKT genau folgt muss die
Verstärkung so eingestellt werden, das die Resonanzfrequenz sich pro Oktave verdoppelt.
Dazu wird im Ambika Filter Menue der Filter ADSR und LFO auf 0 gestellt und die Resonanz auf
das Maximum.
Beide Oszillatoren und der Suboszillator werden ausgeschaltet.
Nun sollte man die Filter-Oszillation hören. Eventuell noch ein bisschen das Cutoff hochziehen.
Nun kann man auf der Tastatur einzelne Noten nur mit der Resonanzfrequenz spielen, aber es wird
sich etwas schief anhören.
Nun kommt unser Frequenzmessgerät ins Spiel.
Schritt 3: Frequenzmessgerät od. Gitarrentuner anschliessen. Spielt eine Taste , z.B. C 3 und
stellt die Cutoff Frequenz auf 100 Hz. Danach spielt ihr C4. Die Frequenz muss bei 200 Hz liegen.
C5 liegt dann bei 400 HZ
Schritt 4: mit dem Lineartitäts Poti wird die Verstärkung so eingestellt , das sich die
Resonanzfrequenz exakt von einer Oktave zur nächsten Oktave verdoppelt.
Das Kalibrieren sollte mehrfach wiederholt werden, da sich bei Änderung der Verstärkung die
tiefen sowie die hohen Frequenzen gleichzeitig , allerdings nicht linear, verstimmen.
Wenn dann das Filter richtig gestimmt ist, könnt ihr auch Noten mit der Resonanzfrequenz spielen
und diese werden sich nun richtig anhören.
**** Leute mit einem geschulten Ohr können auch nach Gehör einstellen.
Das war der Linearitätsabgleich !
Nun kommt der Reference Abgleich
Warum Reference ? Wenn z.B. mehrere Filter im Ambika verbaut sind, sollten diese bein Spiel der
selben Note auch die gleiche Cutoff Frequenz haben. Bedingt durch Bauteil Toleranzen kann es
vorkommen, das das Filter 1 bei einer gespielten Note z.B. 1000 Hz hat, Filter 2 aber 1300 Hz und
Filter 3 eventuell 800 Hz. Bei den standart Ambika Filtern lässt sich das nicht ausgleichen, beim
Ladder Filter schon.
Im Prinzip wird beim Reference-Abgleich die komplette Steuerkurve des Filters nach ober oder
unten verschoben, ohne aber die log Kurvenform zu verändern.
Es ist sozusagen ein zusätzlicher Cutoff Regler mit dem der Arbeitspunkt des Filters eingestellt
wird.
Abgleich:
Die Oszillatoren werden nun im Ambika wieder eingeschaltet.
>>> Ambika nur mit einem Ladder Filter:
Schritt 5A: stellt das Poti so ein, das das Filter bei einem Cutoff von 10 komplett zumacht.
>>> Ambika mit mehreren Filtern.
Schritt 5 B: Alle Oszillatoren werden ausgeschaltet, Filter ADSR und LFO auf 0. Resonance auf
Maximum.
Schaltet den Ambika erst auf ein 4P oder SVF Filter.
Spielt eine Note (C 3) und stellt die Resonanz auf 200 Hz.
Dann schaltet bitte das Ladder Filter ein und das andere Filter aus.
Spielt die gleiche Note (C3) und stellt mit dem Ref Poti die Resonanz auch auf den Wert 200 Hz
ein.
Schaltet zwischen beiden Filetrn hin und her und überprüft , ob die Resonanzfrequenzen
übereinstimmen.Wenn ja, Ok, fertig.
Das war der Referenz Abgleich.
Nun kommt der Lautstärke Abgleich.
Ich habe festgestellt das die verschiedenen Filter im Ambika auch verschiedene Lautstärken haben.
Das ist bei Einzelausgängen nicht das Problem, wohl aber, wenn man polyphon über den
Summenausgang spielt.
Damit das Ladder Filter der Lautstärke der anderen Filter angepast wird , gibt es ein Volumen
Poti .
Der Abgleich ist einfach. Stellt die Lautstärke des Ladder Filters so ein, das es der Lautstärke des
Anderen verwendeten Filters entspricht.
Achtung, zu hohe Lautstärke kann den Endverstärker des Filters übersteuern und es kommt zum
Clipping.
Als Messinstrument kann man z.B. die Aussteuerungsanzeige des Mischpultes oder ein Oszilloskop
verwenden.
Das war nun der komplette Abgleich des Filters erst mal. Aber … STOPP. Wir haben
Analogtechnik..... und das heißt, das ganze Teil ist temperaturabhänig. Also noch nicht ganz
fertig.
Letzter Schritt. Baut den Ambika nun in das Gehäuse und lasst ihn eine halbe Stunde mal warm
laufen.
Die Atmels und auch das Netzteil erwärmt das ganze Gerät. Testet danach noch einmal den
Referenz Abgleich und justiert nach. Das war es nun endgültig . Fertig !
Congratulation, you have build a TubeOhm Ladder Filter ! Yepp, fertig.
Funktionen des Ladder Filters.
Anfangs hatte ich erwähnt, das des Ladder Filter 3 verschiedene Betriebsmodi besitzt
1:) crunch Mode im TP Betrieb
2:) normal Mode im BP Betrieb
3:) distortion Mode im HP betrieb.
Zum crunch Mode.Bei zunehmender Resonanz behält das Filter die Signalamplitude. Bei
maximaler Resonanz fängt das Filter richtig an zu schreien. Die Resonanz mischt sich mit dem
Signal und ist als eigenständiges Signal nicht wahrzunehmen.
Zum normal Mode.
Bei zunehmender Resonanz wird das Oszillator Signal leiser. Das Filter oszilliert irgendwann
und es kommt zum typischen Filtersweep der deutlich zu hören ist. Bei maximaler Resonanz ist das
Oszillator Signal fast komplett unterdrückt.
Zum distortion Mode.
Erinnert ihr euch an die Offset Einstellung ? Mit dieser Einstellung auf 0,356 Volt haben wir den
Differenzverstärker abgeglichen. Wenn der distortion Mode eingeschaltet ist, wird diese Spannung
über eine 1Kohm Widerstand und einen Transistor nach Masse geschaltet. Als Folge davon sinkt
die Spannung auf ca 0.3 Volt. Der Differenzverstärker arbeitet nun unsymmetrisch und erzeugt eine
2te Resonanzfrequenz und leichte Verzerrungen. Speziell bei tiefen Frequenzen mit geringen
Cutoff und etwas mehr Resonanz hört man deutlich diese Verzerrungen. Da der Differenzverstärker
nun nicht abgeglichen ist, schwingt die Resonanzfrequenz langsamer ein und eine gleichbleibende
Linearität V/OKT ist auch nicht gewährleistet. Aber , es klingt.
So, das war es.
Viel Spass beim aufbauen , testen und musizieren.
Andre'
TubeOhm