Intro:
Nachdem ich die Filter und eine Art "Systeminterface" fertiggestellt hatte (TCP3A), besaß ich einen nützlichen Grundstock an Modulen, den ich mit meinem anderen Modularsystem, dem Formant bereits sinnvoll einsetzen konnte. Dieses Setup habe ich auch schon in einigen Musikproduktionen benutzt.
Also war es jetzt an der Zeit mit Modulen für ein eigenständiges Instrument weiter zu machen, und ich entschloss mich, das Keyboard zu bauen. Natürlich sollte es wieder ein Moog Clone sein, also habe ich mir das 950 angesehen, den monophonen Keyboard Controller vom System 55. Ja ja, ich kann den Aufschrei schon hören, warum zum Henker ich denn nicht einfach ein MIDI Keyboard hergekramt und ein MIDI2CV/GATE - Interface verwendet habe, aber ganz einfach: Das Ziel dieses ganzen Clone-Projektes ist es, alles über die Moog-Schaltungen zu lernen, sie weitestgehend zu verstehen, damit zu arbeiten und sie zu reproduzieren, so wie ich es mit den anderen Modulen auch gemacht habe. Also hier ist die Schaltung vom 950, nun MACH WAS DAMIT!
Eigentlich hätte es eine einfache Sache sein müssen. Die Schaltung vom 950 ist ziemlich simpel gehalten, ein paar diskrete Komponenten, Steuerspannungs- und Gate-Handling, Portamento, das ist alles. Aber die Realisierung meines Clones gestaltete sich dann doch etwas schwieriger, und zwar wegen der Klaviatur: Es war fast unmöglich, eine 5 Oktaven CV/Gate - Klaviatur aufzutreiben, und als ich dann eine hatte, waren die Kontaktdrähte so versifft und die Halterungen so verbogen, dass man das Teil nur wegschmeißen konnte.
Also kam hier die erste Herausforderung: Eine Fatar - Klaviatur anzuschließen! Hm, die 950'er Schaltung kann natürlich nicht mit einer Matrix-Klaviatur betrieben werden, also habe ich dann noch zusätzlich eine Microcontroller-Schaltung entwickelt, die als Schnittstelle zwischen der Fatar-Klaviatur und der 950'er - Schaltung fungiert. Ja ja, ich kann den nächsten Aufschrei schon hören, warum ich denn extra eine Microcontroller-Schaltung einsetze, um eine moderne Fatar-Matrixtastatur in eine monophone CV/GATE - Klaviatur zu degenerieren, aber nochmals: Es geht hier lediglich um die 950'er Schaltung, die will ich erforschen und einsetzen, egal wie.
Aber dann hatte ich DIE geniale Idee: Da ich ja eh eine Microcontroller-Schaltung integrieren wollte, warum nicht gleich eine mit einem MIDI-Interface? Das habe ich dann realisiert, und hier ist das Ergebnis: EIN MOOG 950 CLONE MIT MIDI-FÄHIGKEITEN!!
Panel / Human Interface des T950
Einige Komponenten vom Panel erkennt man vom originalen 950 wieder, wie PORTAMENTO, PORTAMENTO CONTROL, SCALE, RANGE und INTERNAL / EXTERNAL - Umschaltung. Andere sind neu, wie die DIN-Buchsen für ISP, MIDI IN, MIDI OUT, MIDI THRU und der RESET - Taster.
Aber hier im Detail:
- MIDI PROGRAM INTERNAL / EXTERNAL: Die INTERNAL / EXTERNAL - Umschaltung vom originalen 950 hat zwischen dem internen auf Widerstandsketten basierenden Spannungsteiler der Klaviatur und einer externen Potentiometer-Bank für dediziertes Tasten-Tuning umgeschaltet. Die Umschaltung von meinem T950 dagegen selektiert entweder die interne Fatar-Klaviatur oder den externen MIDI-Datenstrom als Eingabemedium.
- SCALE: Hiermit regelt man die Referenzspannung für die Steuerspannungsgenerierung des T950 in einem gewissen Rahmen, genauer gesagt kann ein Bereich von ca. 0.9 V bis 1.1 V pro Oktave eingestellt werden. Im originalen 950 war diese Referenzspannung die Eingangsspannung für die Tasten-Spannungsteiler, in meinem T950 ist das die Referenzspannung für den DAC des Microcontroller-Boards.
- RANGE: Hier wird eine konstante Spannung zur Ausgangs-CV des T950 addiert. Die Schaltung arbeitet hier genau so wie im originalen 950.
- PORTAMENTO CONTROL: Das schaltet die Portamentofunktion (Glide zwischen zwei Noten) an oder aus. Vorteil: Man kann einen voreingestellten und für gut befundenen Portamentoverlauf eingestellt lassen und muss nicht zum Ausschalten des Portamentos den Regler (s. u.) wieder auf Null drehen, sondern schaltet die Funktion an sich aus, und nach dem Einschalten hat man gleich das voreingestellte Portamento wieder und muss es nicht erst suchen und erneut einstellen.
- POTAMENTO: Hier wird die Zeitdauer des Glide zwischen zwei Noten eingestellt (natürlich zählt auch der Abstand zwischen den beiden Noten).
- MIDI IN: Falls der MIDI PROGRAM - Schalter auf EXTERNAL steht wird dieser Port für MIDI-Kommandos abgefragt.
- MIDI OUT: Falls der MIDI PROGRAM - Schalter auf INTERNAL steht wird jeder Tastenanschlag der Klaviatur als ausgehendes MIDI-Kommando hier bereitgestellt.
- MIDI THRU: MIDI IN - Kommandos werden hierhin weitergeleitet, unabhängig von der Schalterposition von MIDI PROGRAM.
- ISP: Buchse für die Programmierung / den Software Upload des Microcontroller-Boards.
- RESET: Falls die Software mal abstürzen sollte...
Features des T950:
- 5 Oktaven
- monophones CV / GATE Keyboard
- 1 Kanal MIDI Interface
- monophones MIDI OUT
Schaltungsbeschreibungen:
Der ganze T950 Keyboard Clone besteht aus drei Boards / Untermodulen:
1.) Das Microcontroller-Board für das Abfragen der Fatar-Klaviatur und Bereitstellung der MIDI-Funktionen
2.) Der 950 Controller Clone T950 für den analogen Teil der Keyboard-Steuerung
3.) Die Keyboard-Interface - Schaltung (COM) im Main Cabinet des System 55 Clones
Microcontroller Board:
Nun kann ich wohl mit Fug und Recht behaupten, dass das hier mein Standard-Controllerboard für Fatar- und MIDI-Anwendungen geworden ist, da ich dieses Board so oder ähnlich schon mehrmals und für verschiedene Synthesizerprojekte aufgebaut habe. Bei diesem Clone habe ich lediglich ein paar kleine Specials für das T950-Board integriert.
Schaltung des Microcontroller-Boards (Achtung: Aufruf des Schemas bedeutet Akzeptanz des Link-Disclaimers am Seitenende!)
Die Schaltung ist um einen ATmega8535 Microcontroller herum aufgebaut. Wie immer habe ich ein ISP-Interface vorgesehen, um die Board-Software parallel zur Erstellung / zum Aufbau des Boards direkt in der Zielschaltung entwickeln zu können, ohne einen Programmer bemühen zu müssen.
Die MIDI-Anschlüsse sind Standard-Hardware: MIDI IN liegt über Optokoppler an RXD, MIDI THRU ist lediglich eine gepufferte Kopie von MIDI IN, und MIDI OUT ist die gepufferte Ausgabe von TXD. Alle MIDI - Anschlüsse gehorchen der Current Loop - Physik.
Das T950-Clone-Board wird über drei Drähte angeschlossen: SCALE IN ist die Referenzspannung, die vom T950-Clone-Board bereitgestellt wird und direkt den DAC versorgt, der dann die analoge Ausgangs-CV entsprechend kalibriert (PITCH OUT). Das TRIGGER / GATE OUT - Signal wird von einem Controller-Pin erzeugt und muss in einen Moog S-Trigger konvertiert werden (s. u.).
Der INTERNAL / EXTERNAL - Umschalter ist an einem Controller - Portpin angeschlossen und wird von der Software abgefragt.
Die Fatar-Klaviatur wird über Multiplexer und Bustransceiver - Komponenten von der Software abgefragt (für Details siehe uNet - Keyboard Dokumentation)
Arbeitsweise: Der Software-Scheduler prüft entweder die Fatar-Tastatur oder den MIDI IN - Kanal, abhängig von der Schalterstellung INTERNAL / EXTERNAL.
Interne Verarbeitung: Eine gedrückte Taste veranlasst die Software, die entsprechende Steuerspannung am CV OUT - Ausgang (via DAC) bereitzustellen und setzt den GATE - Augang auf High (+5V, positive Logik). Falls mehr als eine Taste gleichzeitig gedrückt wird, wird lediglich der unterste Ton verarbeitet (monophones Verhalten). Zusätzlich wird eine korrespondierende MIDI-Sequenz generiert und an MIDI OUT gesendet. Eingehende MIDI-Nachrichten werden ignoriert, sie werden allerdings an MIDI THRU weiter geleitet.
Externe Verarbeitung: Die Fatar-Klaviatur wird nicht gescant. Gedrückte Tasten werden ignoriert. Eingehende MIDI-Nachrichten werden an MIDI THRU weitergeleitet, jedoch nur verarbeitet, wenn sie von Channel 0 stammen (erstes Byte 0x90). Note Off wird als Volume-zero - Nachricht erwartet. Der eingehende Notenwert wird in die entsprechende Steuerspannung konvertiert, Note On und Note Off - Events lassen den GATE - Pin des Microcontrollers toggeln. Man sieht, die MIDI-Software kann als Primitive angesehen werden. Vielleicht gibt es irgendwann noch Zusatzfunktionen.
Software des Microcontroller - Boards (Achtung: Aufruf der Software bedeutet Akzeptanz des Link-Disclaimers am Seitenende!)
T950 Board:
Das ist die Schaltung, an der ich eigentlich interessiert war. Der 950 ist meines Wissens der erste Keyboardcontroller von Moog überhaupt. Ich habe zwar eine LTSpice-Simulation vom Originalschaltplan gebaut, aber der real aufgebaute Prototyp zeigte ein unangenehmes Driftverhalten in der Ausgangsspannung, also habe ich die Schaltung ein wenig verändert, um sie stabiler zu machen.
LTSpice Schemazeichnung vom T950 Clone Board (Achtung: Aufruf des Schemas bedeutet Akzeptanz des Link-Disclaimers am Seitenende!)
Arbeitsweise: Q4 und Q5 erzeugen eine Referenzspannung, die mit dem SCALE - Potentiometer und - Trimmer eingestellt werden kann. Diese Spannung wurde in den Spannungsteiler-Strang des originalen Moog-Keyboards gefüttert. Bei meinem Clone dient sie lediglich als Referenzspannung für den Arbeitsbereich des DAC, aber der Effekt ist der selbe. Die Spannung stellt den Gesamtbereich der 5 Oktaven bzw. 61 Tasten dar. 5V bedeuten exakt 1V / Oktave, höhere oder niedrigere Referenzspannungen verändern diesen Wert natürlich.
Ich habe die orginalen Widerstands- und Potentiometer-Werte der Moog-Schaltung verwendet, und das resultierte in einem SCALE-Range von 4.86 V bis 5.1 V für 5 Oktaven. Das ist kein großer Range, passt aber zur Aufwärmphase von CA3086 bzw. CA3046 Transistor Array - basierten Oszillatoren, so dass deren Temperaturdrift damit ziemlich präzise ausgeglichen werden kann. Und natürlich kann man diesen Range durch Veränderung der Widerstands- und Potentiometerwerte beliebig einstellen.
Die Pitch Bar repräsentiert die Antwort der Klaviatur auf die Referenzsspannung, wenn eine Taste gedrückt wird. In der Originalschaltung war das die Unterbrechung der Widerstandskette / des Spannungsteilers durch eine gedrückte Taste. In meinem Clone wird das durch den DAC des Microcontroller-Boards erzeugt, das die Fatar-Tastatur scant u.s.w.
Die Trigger Bar beinhaltet das Gate-Signal, 0V falls keine Taste gedrückt wird, +5V falls eine oder mehrere Tasten gedrückt sind (positive Logik).
Das LTSpice-Diagramm zeigt die Schaltung bei eingeschaltetem Portamento (Glide ON). Wenn eine Taste gedrückt wird schließt das Gate-Signal das Relais und die Steuerspannung gelangt zum Kondensator C1 (über das Portamentopotentiometer P9, R1 und R3) und zum Gate des FETs Q1. Die Source von Q1 erzeugt die ausgehende Steuerspannung des Keyboards via RANGE Potentiometer, Q2 und Q3.
Das positive Gate-Signal wird durch Q6 invertiert und arbeitet als Stromsenke für Module mit S-Trigger (Short-to-ground Trigger). Da der Kollektor von Q6 quasi an +12V anliegt entspricht die Gate-Off-Spannung in etwa +12V (+11.5V), und Gate-On entspricht 0V / Ground Level (negative Logik).
Für den Nicht-Portamento-Fall habe ich die Schaltung meines T950-Clones im Vergleich zum Original abgeändert. Im Original wurde zum Abschalten des Portamentos lediglich das Portamento-Poti überbrückt. Aber während meiner Tests stellte sich heraus, dass der Notensprung dann zwar direkt / ohne Glide geschah, die Ausgangsspannung allerdings leicht driftete, vielleicht wegen des Kondensators oder anderer Komponenten. Also habe ich die Ausgangsspannung des DAC im Nicht-Portamento-Fall direkt zum Gate des FET Q1 umgeleitet und den ganzen analogen Teil davor überbrückt. Das war stabiler.
Im folgenden das Ausgangsspannungs-Verhalten mit aus- und eingeschaltetem Portamento bei schnellem Anschlagen von C1 und C2.
Voltage Out bei Toggeln von C1 und C2 ohne Portamento
Voltage Out bei Toggeln von C1 und C2 mit Portamento
Interface Board:
Das ist lediglich eine kleine Lochrasterplatine mit einer 5-poligen DIN-Buchse, die +15V, Ground und -15V liefert sowie das S-Trigger und die Steuerspannung des Keyboards empfängt und weiterleitet.
Unterschiede zur Originalschaltung:
Andere Bauteile / Schaltungsänderungen beim T950-Clone:
- Da ich nicht weiß, welche Art von Relais Moog verwendet hat, habe ich eine Standard-Reed - Version genommen.
- Alle NPN Transistoren wurden durch BC547C ersetzt.
- Alle PNP Transistoren wurden duech BC557C ersetzt.
- All Dioden sind 1N4148.
- Der FET ist ein BF245A Typ.
- Alle Kondensaturen wurden aktuellen Werten angepasst.
- R19 wurde von 470k auf 1000k geändert, um den Stromverbrauch bei eingeschaltetem STrigger zu reduzieren.
Microcontroller Board / Fatar Interface / MIDI2CV/GATE Interface:
| Von links nach rechts: 3-polige Reihenklemme mit Anschlüssen in Richtung T950 - Board, MIDI Anschlüsse, Microcontroller, DAC, 5V Spannungsregler, Multiplexer, Fatar Klaviatur - Anschlüsse (obere / untere Manualhälfte), 3-polige Reihenklemme für die Spannungsversorgung. |
| Von unten links nach oben rechts: Relais, Reihenklemme für Anschlüsse in Richtung Microcontroller-Board, Referenzspannungserzeugung, Portamento Handling, Scale-Control, Spannungsregler +12V / -6V, Reihenklemmen für Spannungsversorgung, CV- und S-Trigger-Ausgang. | T950 Board:
|
Main Cabinet Interface:
| Von links nach rechts: PSU-Anschluss, Reihenklemme für Keyboard-Anschluss, Reihenklemme für Bereitstellung von CV und GATE. |
| Alles ist größer als das T950-Board... | Einbau der Boards:
|