МНОГОГОЛОСНЫЙ ЭЛЕКТРО-­МУЗЫКАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

А. ОВСЯННИКОВ, Радио №7/1967, ст.37

Многоголосный клавишно-грифовый электромузыкальный ин­струмент предназначен для ис­полнения как эстрадных, так и клас­сических музыкальных произведе­ний. Инструмент состоит из корпуса, где смонтированы все функциональ­ные блоки, и двух акустических агре­гатов, объединенных в одну консоль­ную конструкцию с отделкой цен­ными породами дерева (см. фото на 3-й странице обложки).

Музыкальный диапазон инструмен­та выбран в пределах от звука СОЛЬ контроктавы до звука ЛЯ третьей октавы. Диапазон частот, воспроиз­водимых акустическими агрегатами, лежит в пределах от 50 до 15 000 гц. Нелинейные искажения около 1%, при выходной мощности 20 вт. Не­равномерность частотной характери­стики усилителей низкой частоты 2 дб. Нестабильность частоты за­дающих генераторов достигнута 0.1— 0,15 %. Следует заметить, что ухо че­ловека различает изменение частот музыкальных инструментов порядка 0,5%.

Инструмент состоит из двенадцати задающих генераторов с делителями частоты, блока коммутации, кла­виатуры, блока генераторов регист­рового синтеза, грифового генерато­ра, темброблока, усилителей НЧ и блоков питания. Взаимосвязь от­дельных блоков показана на рис. 1, 3-й страницы обложки, а принцип октавного деления частоты пояс­няется рис. 2, приведенным там же.

При соответствующем включении клавиш темброблока весь частотный диапазон инструмента делится на ак­компанирующий (многоголосный) и солирующий (одноголосный). Для ак- компанимента выбран звуковой диа­пазон от звука СОЛЬ контроктавы до звука МИ малой октавы (звучащий в многоголосии), а для соло — от звука ФА малой октавы до звука ЛЯ третьей октавы. Такой вариант дает возможность получить целую серию оригинальных тембров, которые вы­бираются по вкусу исполнителя.

Размеры инструмента 820 X 380 Х800 мм, вес его около 40 кг.

Задающие генераторы Задающие генераторы собраны на транзисторах Т₁ — Т₂ (см. рис. 1) по схеме генераторов пилообразных колебаний мультивибраторного типа и являются одновременно генерато­рами тона верхней октавы. Необхо­димая стабильность частоты зада­ющих генераторов достигнута благо­даря включению в цепи баз транзи­сторов Т1 и Т₂ диодов Д1, Д₂ с ма­лыми обратными токами. Питаются задающие генераторы от источника с электронной стабилизацией напря­жения. Указанная выше стабиль­ность частоты задающих генераторов (0,1—0,15%) выдерживается при ко­лебаниях напряжения сети ±30%. Эмиттерные повторители, собранные на транзисторах Т₃, снижают влия­ние генераторов на делители частоты. Все задающие генераторы собраны по идентичным схемам и различаются только номиналами конденсаторов С2— С3, к резисторов R9 — R₁₀, которые подбираются при настройке. Для точной настройки инструмента на темперированный строй, в схемы генераторов введены переменные ре­зисторы R2 с контровкой оси, вели­чина которых выбрана с учетом воз­можной перестройки инструмента в пределах ±1/2 тона. Напряжение рабочих частот подается на контакты клавиатуры через цепочку С₁ — R5. Сопротивление резистора R₇ в 3000 раз превышает сопротивление нагруз­ки каждого мультивибратора, благо­даря чему устраняется взаимное вли­яние одного генератора на другой, при одновременном включении не­скольких генераторов (звучание ак­кордов).

Делители частоты Схемы делителей частоты аналогич­ны схемам задающих генераторов. Однако поскольку стабильность ча­стоты обеспечивается здесь задающи­ми генераторами, резисторы R₈, R₁₁ и диоды Д₁ Д₂ из схем делителей ис­ключены. Схемы отдельных делите­лей отличаются только номиналами конденсаторов С₅, С_б и резисторов R16, R₁₇, R₁₈, оптимальная величина которых определяется при налажи­вании генераторов тона в режиме де­ления с устойчивой синхронизацией. Емкость конденсаторов С₅ и С₆ из­меняется в пределах от 0,02 (для пер­вого делителя частоты) до 0,25 мкф (для пятого делителя частоты), а со­противление резисторов R₁₆, R₁₇ со­ответственно от 15 до 100 ком.

Для получения устойчивой синхро­низации при изменении частоты за­дающего генератора в пределах ±1/2 тона, величина резистора может изменяться в пределах от 3,6 до 7,5 ком.

Принципиальная схема первого де­лителя частоты показана на рис. 1. Каждый последующий делитель де­лит частоту предыдущего на два.

Генератор частотного вибрато со­бран по схеме мультивибратора с си­нусоидальным напряжением на тран­зисторах Т1 и Т₂ (рис. 2). Необхо­димая форма выходного напряжения подбирается резистором R7. Частота генерации 5—10 гц устанавливается переменным резистором R1, а ампли­туда выходного напряжения потен­циометром R₁₂.

Грифовый генератор представляет собой мультивибратор с емкостной эмиттерной связью (рис. 3). Частота его изменяется в пределах 3,5 октав реостатным грифом, включенным в цепь эмиттера транзистора Т1. Ча­стотный диапазон генератора выбран выше клавирного для уменьшения омического сопротивления грифа, расширения частотного диапазона ин­струмента, а также для устранения коммутационных переходных процес­сов. Подстройка грифового генера­тора с клавиатурой инструмента про­изводится изменением величины ем­кости конденсатора включенного в эмиттерные цепи транзисторов Т1 и Т₂.

Для стабилизации частоты и ам­плитуды генератора резистор R₃ зашунтирован кремниевым диодом Д₁ (Д103). Питается генератор от стаби­лизированного источника питания. Сопротивление R_г — установочное, величина его определяется при ком­плексной настройке инструмента.

Основной деталью грифового гене­ратора является реостатный гриф, изготовление которого требует боль­шой аккуратности. Гриф намотан на гетинаксовом основании проводом ПЭВКМ диаметром 0,10 мм. При на­мотке грифа нужно следить за соот­ветствием звучания (по высоте звука) грифового генератора с клавиатурой. Для этого при изготовлении инстру­мента вместо грифа к резистору R4 последовательно подключают два пе­ременных резистора: сопротивлением 50 ком (для грубой установки часто­ты) и 1 ком (для точной установки частоты). Далее по точно настроен­ному инструменту (рояль или аккор­деон) определяется необходимое со­противление грифа для каждой кла­виши темперированного строя. Чтобы выдержать приращение омического сопротивления грифа к изменению ча­стоты звучания инструмента, при настройке соответствующей его кла­виши, под витки провода обмотки грифа вводят подкладки. Токосъем осуществляется стальной струной (третьей из набора для гитары).

В блоке сосредоточены триггеры, работающие в режиме деления частот (см. рис. 4). Сюда поступают сигналы от задающих генераторов (в режиме одноголосия) и с грифового генера­тора. Триггеры построены по клас­сической схеме с автоматическим сме­щением на базах транзисторов. Для расширения диапазона частот (в пре­делах 3,5 октав), выходные напряже­ния прямоугольной формы каждого триггера снимаются с эмиттерных по­вторителей, собранных на транзи­сторах Т₄, Т7 Т₁₀, Т₁₃. Эти напря­жения поступают в темброблок для синтеза. При помощи преобразова­телей формы напряжения триггеров в темброблске можно получить раз­личные сочетания формы выходного напряжения, например, первый триг­гер — синусоида, второй — пила, третий — прямоугольная форма и т. д. Выбор определенного варианта выходного напряжения триггеров обеспечивается включением клавиши темброблока. Для имитации звуча­ния духовых инструментов имеются два триггера-преобразователя с боль­шой скважностью импульсов; преоб­разователи запускаются от первого и третьего триггеров-делителей. Их схема приведена на рис. 5.

В темброблоке (рис. 6) сосредото­чены клавишный переключатель, с коммутирующими контактами, резо­нансные контуры, интегрирующие и дифференцирующие цепочки, преоб­разователи формы напряжения и предварительные усилители НЧ. Для темброобразования в многоголо­сии применены формантные контуры с резонансными частотами 500—800— 1200 и 1600 гц. Катушки индуктив­ности, для улучшения добротности и уменьшения наводок, намотаны на альсиферовых кольцах ТЧК с на­ружным диаметром 44 мм. Для ча­стоты 500 гц обмотка катушки должна содержать 1780 витков провода ПЭВ-0,25; для 800 гц — 1300 витков; для 1200—1060 и для 1600—723 вит­ка того же провода.

Для одноголосия взяты более слож­ные комбинации контуров, интегри­рующих и дифференцирующих цепо­чек, обеспечивающие самые разнооб­разные тембры.

Устройство клавишного переклю­чателя показано на 3-й странице об­ложки, коммутирующим элементом является контактная группа от элек­тромагнитного реле (рис. 3). Пере­ключатель достаточно компактен, на­дежен в работе и прост в изготовле­нии. Клавиша К₅ делит клавиатуру на многоголосие и одноголосие.

Все задающие генераторы, грифовый генератор и предварительные усилители НЧ питаются от элек­тронного стабилизатора напряжения; на делители частоты и ждущие муль­тивибраторы напряжение питания подается с конденсатора С₂.

Транзисторный стабилизатор на­пряжения, схема которого приведена на рис. 7, состоит из регулирующего транзистора Т₁ типа П4, усилителя постоянного напряжения, собранного на транзисторах Т2 и Т₃ типа П201 и П15, кремниевого стабилитрона Д типа Д813. Транзистор Т1 включен последовательно с нагрузкой и вы­полняет функции переменного рези­стора, сопротивление которого изме­няется под действием входного на­пряжения и тока нагрузки.

Силовой трансформатор Тр₁ со­бран на сердечнике Ш19Х35. Обмот­ка 1а — 16 содержит 711+539 вит­ков провода ПЭЛ 0,44, обмотка II — 118 витков провода ПЭЛ 1,25.

Все детали инструмента самодель­ные. Задающие генераторы и дели­тели частоты выполнены на двенад­цати гетинаксовых платах, каждая из которых укреплена под блоком клавиатуры на алюминиевых угол­ках.

Все функциональные блоки имеют контактные разъемные колодки, для возможной замены их при новых конструктивных усовершенствовани­ях. Устройство блока коммутации (клавиатуры) показано на 3-й стра­нице обложки. Белые клавиши вы­полнены из дерева и оклеены пласти­ком, темно-коричневые изготовлены из винипласта толщиной 10 мм. Ра­бочий ход белых клавишей ограничи­вается выступом в передней их части, ход черных — передним профилем и упорным винтом, укрепленным на заднем профиле. Для предотвраще­ния загрязнения контактов клавиа­туры (в нерабочем состоянии) они за­крываются откидной крышкой, кото­рая выключает питание инструмента. Реостатный гриф укреплен перед кла­виатурой и сверху закрыт тонким пластиком. Передняя крышка инстру­мента обеспечивает свободный доступ к вторичным органам управления ин­струментом (переключатель напряже­ния сети, органы настройки задающих генераторов и т. д.). Клавиши пере­ключателя тембров также изготовле­ны из дерева и оклеены белым пла­стиком. Под акустическими агрегата­ми имеются разъемы с колодками для подключения сетевого шнура.

Корпус инструмента изготовлен из дерева и оклеен ореховым шпоном. Обрамление клавиатуры выполнено из алюминия и анодировано в тон окраске всего инструмента.

При настройке инструмента преж­де всего следует проверить функци­онирование блока питания генерато­ров. Для этого на выход стабилизато­ра подключается нагрузочный рези­стор сопротивлением 1 ком, мощ­ностью 2 вт. На вход трансформатора Тр1 подеодят сетевое напряжение с возможностью плавного регулирова­ния от 150 до 250 е. При названных питающих напряжениях на выходе стабилизатора должно быть — 15 в. Потенциометром (см. рис. 7) про­изводится регулировка выходного напряжения. Если при увеличении напряжения сети напряжение на вы­ходе стабилизатора увеличивается, следует подобрать сопротивление ре­зистора обратной связи R₂— Затем приступают к настройке задающих генераторов.

Для этой цели желательно иметь осциллограф, достаточно точный зву­ковой генератор, ламповый вольт­метр и авометр. Если нет звукового генератора достаточной точности, можно использовать кварцевый гене­ратор частотой 1—3 кгц, с помощью которого легко определить стабиль­ность собранных задающих генера­торов и отобрать транзисторы с дос­таточно стабильными параметрами. Низкочастотные транзисторы типа П13, П14, П16, П15 должны иметь коэффициент усиления не менее 8. Напряжение от звукового (или квар­цевого) и задающего генераторов по­дают на осциллограф и по устойчи­вости фигур Лиссажу определяют пригоден ли данный транзистор для работы в задающем генераторе. Пос­ле этого подводят питающее напря­жение к первому задающему гене­ратору (звук ЛЯ третьей октавы), устанавливают переменные резисто­ры: вместо R₆ — 10 ком, а вместо R₉, R10— 20 или 50 ком, регулировочный потенциометр R₂ ставят в среднее положение. Параметры тран­зисторов Т₁ и Т₂ должны быть по возможности идентичными. По эта­лонному инструменту или звуковому генератору движками переменных резисторов устанавливают требуе­мую частоту генератора. На экра­не осциллографа при этом наблю­дают выходное напряжение пило­образной формы. Затем замеряют величины переменных резисторов и вместо них припаивают постоянные, желательно типа МЛТ, как более стабильные и надежные в работе. Следует заметить, что подборочные переменные резисторы предвари­тельно устанавливают на макси­мальное сопротивление, закорачивать их нежелательно, так как при этом транзисторы могут выйти из строя. Для контроля частоты генератора можно использовать головные теле­фоны ТА-4. Настроенный задающий генератор должен изменять свою ча­стоту при повороте движка перемен­ного резистора R₂ в пределах ±1/2 тона. Собранный генератор под­вергают термотренировке. Для этого его помещают в термошкаф (газовую или электродуховку) и дважды на­гревают до +60° С в течение двух часов с последующим охлаждением в течение одного часа при комнатной температуре. Затем проверяют часто­ту задающего генератора, нестабиль­ность должна быть не более 0,1— 0,15%. В противном случае следует заменить нестабильные элементы и провести повторный цикл термотре­нировки. Затем плату задающего ге­нератора с радиодеталями покрыва­ют масляным лаком и приступают к настройке следующего задающего генератора.

Далее настраивают делители ча­стоты. Транзисторы в них могут быть любые, с коэффициентом усиления не менее 5. Вместо резисторов R₁₆ и R₁₇ устанавливают переменные резисторы, 20—50 ком, вместо R₁₈ — 10 ком (движок переменного резисто­ра должен быть установлен в сред­нее положение). Предварительно де­литель частоты при отключенном кон­денсаторе С₈ настраивают на частоту равную 3/4 от требуемой. Затем под­ключают конденсатор С₈, и поворотом движка потенциометра 10 ком доби­ваются устойчивой синхронизации, в заданном диапазоне изменения ча­стоты задающего генератора (±1/2 тона). После этого переменные рези­сторы заменяют постоянными. На­стройку делителей частоты следует производить от высших к низшим октавным звукам и последовательно для каждого звука в октаве (плата с задающим генератором и делителя­ми частоты звука ЛЯ БЕМОЛЬ, СОЛЬ и так далее).

Закончив настройку задающих ге­нераторов и делителей частоты при­ступают к точной настройке всего комплекса генераторов тона, для чего достаточно по эталонному музыкаль­ному инструменту или по квинтовому кругу с камертоном, настроить две­надцать задающих генераторов с по­мощью потенциометров R₂. Нижние октавы настроятся автоматически. Настройка генератора вибрато за­ключается в подборе резисторами Rз, R₄ частоты генерации 5—10 гц. Для улучшения формы выходного синусоидального напряжения реко­мендуется подобрать отрицательную обратную связь, напряжение которой с коллектора транзистора Т₂ подается на эмиттер T1. Настройку произво­дят при помощи осциллографа. Полу­периоды выходного напряжения ге­нератора вибрато должны быть равны по амплитуде.