Un Generatore di Ottava Superiore (TOS, Top Octave Synthesizer o anche TOFG, Top Octave Frequency Generator oppure semplicemente TOG, Top Octave Generator) è quella parte di uno strumento musicale (organo elettronico o sintetizzatore) che si occupa di "generare" le 12 note musicali superiori, vale a dire quelle della ottava più alta. Una cascata di divisori a valle (ad esempio, TDA1008, SAJ110, HBF4727, SAA1004, ecc.) garantiranno poi tutte le altre note delle ottave più basse, note che tramite i contatti di una tastiera, saranno inviate ai vari filtri.
Negli anni '70 e '80 tutte le maggiori aziende (specialmente italiane) costruttrici di tastiere e organi elettronici hanno fatto uso massiccio di questo particolare circuito, utilizzando chips costruiti dalle più grandi aziende di componenti elettronici e appositamente studiati per tale scopo (SGS-Ates, ora ST-Microelectronics, AMI, General Instruments, ITT, Philips, Mostek, Siemens, National, Texas Instruments, Sescosem). Poi, con l'avvento dei microprocessori, questi circuiti integrati hanno perso la loro utilità e da oltre 15-20 anni sono classificati come obsoleti e non più in produzione.
I circuiti integrati per realizzare i generatori di ottava superiore si possono raggruppare in due grandi classi: quelli che generano, appunto, 12 note e quelli che generano 13 note (vale a dire la classica ottava più un secondo DO). Per chiarezza, i primi circuiti generatori di ottava furono realizzati a transistor (quando i chip dedicati non erano ancora in commercio) e tutte le 12 note, realizzate per mezzo di altrettanti oscillatori, dovevano essere tarate singolarmente, quasi sempre per mezzo di bobine variabili. Successivamente furono introdotti i primi circuiti integrati con funzione TOS che lavoravano in coppia (uno generava 6 note e l'altro 7 così da poter mettere a disposizione un'ottava con il doppio DO); esempio classico sono i chip della AMI siglati S2555 ed S2556 equivalenti ai chip della Motorola MM5832 ed MM5833. Le prime versioni dell'ElkaRhapsody490/610 furono proprio realizzate con questa coppia di chip.
Di seguito, una lista dei circuiti integrati più conosciuti e più utilizzati dalla fine degli anni '70 fino agli anni '90:
Fortunatamente, molti di questi integrati si possono ancora trovare (quasi esclusivamente all'estero), ma il loro costo è molto elevato anche perché alcuni di essi sono stati utilizzati in tastiere e synth ancora oggi molto ricercati (vedi, ad esempio, i synths della MOOG, ARP o SIEL oppure tastiere e organi elettronici di HAMMOND, SOLINA, FARFISA, EMINENT, LOGAN, ecc.). Gran parte dei circuiti integrati riportati nella tabella sono equivalenti tra di loro anche se costruiti da Case diverse.
Dopo questa piccola e doverosa introduzione, cominciamo ad esaminare più a fondo il Generatore di Ottava Superiore per realizzare il quale ho utilizzato il chip della Sescosem siglato SFF-5010E (o più semplicemente SFF-5010), un TOS che genera 12 note (Top Octave Generator) e praticamente (o quasi) equivalente ai vari MK50242/S50242/M086).
Nella figura seguente è riportato lo schema elettrico del Generatore di Ottava Superiore con SFF5010.
Per poter funzionare, qualsiasi circuito integrato TOS ha bisogno di una frequenza di Clock ben precisa (Master Clock): l'SFF5010 necessita di un valore di circa 1640 kHz in onda quadra da applicare al piedino 2 (Master Clock Input). Per mezzo di questo segnale, il chip genera l'intera ottava superiore con le frequenze che vanno dal DO# (C#, 4433 Hz) al DO alto (C, 8369 Hz) e tutto questo grazie ai 12 divisori interni al chip realizzati con rapporti tali da generare una completa ottava con Scala Musicale Temperata.
Per realizzare il Master Clock ho utilizzato tre porte NOT del 4069. L'oscillatore è abbastanza critico perché dipendente da molti fattori: tensione di alimentazione (ecco perché ho aggiunto uno stabilizzatore), tolleranze e qualità dei componenti, piccole diversità dei parametri dei chip che variano da costruttore a costruttore, ecc..
Per questo motivo consiglio vivamente di utilizzare per C6 un condensatore di tipo 'NPO' e montarlo a 5mm di distanza dalla basetta per consentirne una buona aerazione e ridurre al minimo gli effetti della deriva termica. Anche per T2 (trimmer 1 KΩ) consiglio di utilizzarne uno di ottima qualità.
Per quanto riguarda il chip CD4069, i componenti sono tarati "ad hoc" per il modello MC14069UB della Motorola ma chiaramente è sempre possibile utilizzarne uno di altra casa (ad esempio, un HEF4069 oppure un CD4069CN e via dicendo), ma in tal caso potrebbe essere necessario ritoccare leggermente i valori delle resistenze R6 ed R7: questo "aggiustamento" si rende necessario per poter utilizzare un trimmer T2 con il minimo valore possibile così da poter "aumentare" la precisione dell'oscillatore durante la taratura.
Con un altro gate del 4069 ho realizzato anche un LFO (Low Frequency Oscillator), un oscillatore sinusoidale a bassa frequenza, qui utilizzato per produrre l'effetto "Vibrato" su tutte le note. Per realizzare questo secondo oscillatore, ho utilizzato la configurazione del filtro a Doppio-T (Twin-T) che ben si adatta a questo genere di circuito (il Doppio-T non è altro che un filtro Notch: il ramo RCR realizza un Passa-Basso mentre il ramo CRC è un Passa-Alto). Con i componenti indicati nello schema, la frequenza dell'LFO si aggira intorno ai 6-8 Hz e questo segnale "modula" l'oscillatore principale (il Master Clock) generando così il tipico effetto "vibrato". Il potenziometro P1 (47k Log.) dosa il livello di vibrato da applicare all'oscillatore principale: ruotato al minimo, l'effetto scompare.
Nelle figure successive, il disegno del PCB Layout (Disposizione dei componenti) e del MASTER (per scaricare le immagini, cliccarci sopra per ingrandirle poi con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva immagine con nome...').
Il trimmer T1 (100 KΩ) deve essere tarato per regolare la velocità del vibrato.
Sulle uscite sarà presente un segnale ad onda quadra con Duty Cycle del 50%.
Per effettuare la taratura, ruotare il potenziometro P1 (vedi VIBRATO Level nell'immagine successiva) al minimo in modo tale da escludere totalmente l'effetto "vibrato", quindi alimentare il circuito con una tensione compresa tra 15 e 18 Vcc max. Dopo aver lasciato stabilizzare tutto il circuito per 10 minuti, applicare un puntale del frequenzimetro sul piedino 12 del chip SFF5010 (corrispondente alla nota LA, o "A" nella nomenclatura anglosassone) e regolare il trimmer T2 (1 kΩ) fino a leggere una frequenza di circa 7040 Hz (è buona norma ripetere la taratura dopo 10-15 minuti per verificare che l'oscillatore funzioni alla perfezione). Una volta effettuata la taratura, applicare il puntale del frequenzimetro sul pin "TEST" e verificare che la frequenza letta sia intorno ai 1640 KHz. Naturalmente, se non avete un frequenzimetro ma un buon orecchio, potete effettuare la taratura "per confronto" utilizzando una tastiera elettronica o altro strumento perfettamente funzionante.
Di seguito, il disegno dei collegamenti alla scheda (ricordo ancora una volta che durante la taratura, il potenziometro del Vibrato deve essere ruotato tutto a sinistra per escludere totalmente la modulazione).
Per il collegamento dell'ottava ai circuiti successivi è possibile utilizzare un qualsiasi connettore a passo 2.50 mm: io ne ho utilizzato uno ad innesto della Farfisa (recuperato da un vecchio organo elettronico), visibile nelle foto successive, molto comodo e pratico (attenzione a non creare corto-circuiti che potrebbero danneggiare seriamente il chip).
Se avete a disposizione un circuito integrato M086 (oppure anche un S50242 / MK50242), potete utilizzarlo in questo progetto: sarà sufficiente modificare il valore della resistenza R7 abbassandola fino a 6,8 kΩ (per ottenere le stesse frequenze di uscita, questi chip necessitano di una frequenza di Clock di circa 2000 kHz contro i 1650 dell'SFF5010E). Eventuali altre piccole "tolleranze" possono essere corrette variando, per tentativi, il valore della resistenza R8 (durante i tentativi, è molto importante lasciare il trimmer T2 da 1 kΩ a metà corsa per avere successivamente un ulteriore margine di regolazione fine).
Se invece avete a disposizione il circuito integrato M087B1, potete realizzare il progetto dedicato che trovate alla pagina "Top Octave Synthesizer with M087B1".
Stesso discorso per quanto riguarda il chip M086B1 o M086AB1: per questi, potete realizzare il progetto dedicato che trovate alla pagina "Top Octave Synthesizer with M086B1".
Nel manuale tecnico (che potete scaricare cliccando sul link riportato qui sotto) troverete lo schema elettrico, il disegno del Master e quello del PCB, lo schema dei collegamenti e l'elenco completo dei componenti.
DISCLAIMER (Dichiarazione di esclusione di responsabilità) - Tutti i progetti elettronici presentati e descritti nel sito internet https://www.narcisivalter.it possono essere utilizzati solo ed esclusivamente ad uso privato e senza scopo di lucro, pertanto non commercializzati. Le documentazioni dei progetti (schemi elettrici, disegni, foto, video, firmware, ecc.) non sono di dominio pubblico per cui i diritti d'autore rimangono dell'ideatore. Per utilizzare a fini commerciali i progetti (o parte di essi) presenti in questo sito web, si dovrà contattare l'Autore per concordare un'eventuale autorizzazione scritta.
- All the projects in this webpage is provided with no explicit or implicit warranties of operation. I do not assume any responsibility for any problems or damage to persons. The project is released "as is" and no support of any kind is provided. If you build the project, you implicitly accept my terms of not taking responsibility. If you do not agree, please, do not build this project and do not download any informations from this website!
- Tutti i progetti elettronici presenti nel sito internet www.narcisivalter.it sono stati realizzati e sperimentati personalmente dall'Autore, tuttavia l'Autore stesso non garantisce, a chi li realizzerà, un sicuro e perfetto funzionamento. Tutti i progetti elettronici presentati sul sito www.narcisivalter.it sono pensati e realizzati per un'utenza addetta ai lavori, specializzata nel settore elettrico ed elettronico e quindi in grado di valutare la correttezza e la funzionalità dei progetti stessi. Pertanto l'utente accetta espressamente di utilizzare i contenuti del sito sotto la propria responsabilità.
I PROGETTI ELETTRONICI PRESENTATI SU QUESTO SITO SONO STATI RILASCIATI A PURO TITOLO HOBBISTICO E/O DI STUDIO E L'AUTORE NON GARANTISCE LA MATEMATICA CERTEZZA CIRCA IL LORO FUNZIONAMENTO E NON SI ASSUME ALTRESI' NESSUNA RESPONSABILITÀ, ESPLICITA O IMPLICITA, RIGUARDANTE INCIDENTI O CONSEGUENTI POSSIBILI DANNI A PERSONE E/O COSE DERIVANTI DALL'USO DEI PROGETTI STESSI. CHI REALIZZA E UTILIZZA I PROGETTI ELETTRONICI DESCRITTI IN QUESTE PAGINE, LO FA COME SUA LIBERA SCELTA ASSUMENDOSI TUTTE LE RESPONSABILITÀ CHE, EVENTUALMENTE, NE POTREBBERO DERIVARE. AVVERTENZE IMPORTANTI - Molti circuiti descritti nelle pagine di questo sito sono sottoposti a tensione di rete 110-240 Vac e pertanto potenzialmente pericolosi; si può rimanere folgorati se non realizzati ed utilizzati secondo le norme di sicurezza vigenti. Pertanto l'utente e' tenuto a verificare se quanto realizza e' conforme alla normativa ed alla legislazione vigente. Per i non "addetti ai lavori" (improvvisati auto-costruttori) va ricordato che in particolari situazioni (diminuzione resistenza del corpo) già una tensione di 25V alternata potrebbe essere pericolosa. L'elettronica e l'elettricita' in genere affascina molte persone ma va ricordato che non basta uno schema scaricato da Internet per poter arrivare a un prodotto funzionante e sicuro: infatti ci vogliono un minimo di conoscienze delle fondamentali leggi della fisica, dell'elettricita' e dell'elettronica oltre all'esperienza pratica nell'uso di attrezzi e strumenti indispensabili, come saldatore, tester, oscilloscopio, ecc...