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Hauptmodul |
Erweiterungs-
modul |
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Kabelverbindungen
des Erweiterungsmoduls |
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Das Modul A-126-2 ist ein zu 100% analog
aufgebauter Frequenzschieber (Frequency Shifter) für Audio-Signale. Ein
Frequenzschieber verschiebt alle Frequenzen des Audio-Signals am Eingang um die
gleiche Frequenz. Beträgt die Schiebefrequenz beispielsweise 200 Hz, so werden
aus 1000 Hz 1200 Hz, aus 2000 Hz 2200 Hz, aus 3000 Hz 3200 Hz usw. Das Resultat
ist ein völlig anderes als beim Pitch-Shifting, bei dem alle Frequenzen
proportional verschoben werden (z.B. 1000>1200Hz, 2000>2400Hz,
3000>3600Hz). Der Frequenzbereich des internen Quadratur-VCOs beträgt ca. 8
Oktaven (ca. 20Hz ...
5kHz). Bei Bedarf kann ein externer Quadratur-VCO verwendet werden.
Das Modul besitzt folgende Bedienungselemente und Ein/Ausgänge:
-
Frequ.
1: erster Regler für die manuelle Einstellung der Frequenzverschiebung,
ab Werk als Grob-Regler voreingestellt, ca. 20Hz ... 5kHz
-
Frequ.
2: zweiter Regler für die manuelle Einstellung der
Frequenzverschiebung, ab Werk als Fein-Regler voreingestellt
-
Mit
Hilfe von internen Steckbrücken kann die Funktion der beiden Regler auch
vertauscht werden (d.h. Frequ.1 = fein, Frequ.2 = grob)
-
Das
Verhältnis von Grob- zu Fein-Regler beträgt ca. 25:1 (entspricht ca. 8
Oktaven zu 1/3 Oktave).
-
FCV
In (Buchse) and FCV (kleiner Drehregler ohne Knopf):
Steuerspannungseingang mit Abschwächer für die extern zugeführte
Steuerspannung (FCV) zur Steuerung der Frequenzverschiebung
-
Mix:
Drehregler für die manuelle Einstellung des Verhältnisses der
Frequenzverschiebung Up/Down am Audio Ausgang, Linksanschlag = down shift,
Rechtsanschlag = up shift, dazwischen eine Mischung von down und up
-
Mix
CV In (Buchse) and Mix CV (kleiner Drehregler ohne Knopf):
Steuerspannungseingang mit Abschwächer für die extern zugeführte
Steuerspannung zur Steuerung des up/down-Verhältnisses
-
Audio
In (Buchse), Level (kleiner Drehregler ohne Knopf) und Overload
(LED): Audio-Eingang mit Abschwächer, typ. Pegel 1Vss, der Level-Regler
sollte so eingestellt werden, dass die Overload-LED gerade schwach zu
leuchten beginnt, leuchtet die LED voll auf, so tritt
Übersteuerung/Verzerrung des Signals auf (kann als spezielle Funktion aber
auch gewünscht sein), bleibt die LED permanent dunkel, so ist der Pegel zu
niedrig und das Signal/Rausch-Verhältnis verschlechtert sich
-
Audio
Out (Buchse): Audio-Ausgang des Frequenzschiebers (Ausgang der up/down-Mischeinheit)
-
Squelch
(kleiner Drehregler ohne Knopf): steuert die sog. Squelch-Funktion, um
das Ausgangssignal bei fehlendem Eingangsignal mit Hilfe eines VCAs bei
Bedarf stumm zu schalten. Beim A-126-2 kann diese Funktion stufenlos
gesteuert werden. Bei Linksanschlag des Squelch-Reglers wird der VCA vom
Hüllkurven-Signal (Envelope-Follower) gesteuert. Je kleiner der Pegel des
Hüllkurven-Signals ist, um so geringer ist die Verstärkung des VCAs. Bei
Rechtsanschlag des Squelch-Reglers ist der VCA voll geöffnet und die
Squelch-Funktion ist außer Betrieb. Zwischen diesen beiden Extremen kann
mit Hilfe des Squelch-Reglers die Funktion stufenlos eingestellt werden.
-
Quadrature
VCO Ausgänge (Buchsen Sin und Cos): Ausgänge des
internen Quadratur-Oszillators, jeweils ca. 12Vss Pegel (+6V/-6V)
-
Externe
Eingänge Sin und Cos (Buchsen): diese kommen zum Einsatz,
wenn statt des internen Quadratur-VCO ein externer VCO (z.B. A-143-9
mit einem größeren Frequenzbereich oder A-110-4
mit Thru-Zero-Funktion oder A-110-6 mit anderen
Kurvenformen) verwendet werden soll. Die Signalpegel eines externen
Quadratur-VCOs sollten ca. 10Vss betragen (8...12Vss) und die Signale
müssen nullsymmetrisch sein. Hier können aber für
spezielle Effekte auch andere Quadratur-Oszillator-Signale (nicht Sinus/Cosinus
wie z.B. A-110-6)
verwendet werden, oder sogar die Signale von zwei verschiedenen VCOs. Allerdings arbeitet das Modul dann nicht mehr als
Frequenzschieber sondern als ein sehr spezielles
Effektgerät. Die Buchsen sind mit Hilfe der Schaltkontakte auf die Signale
des internen VCOs normalisiert (d.h. wird in die Buchsen kein Kabel
gesteckt so kommt der interne Quadratur-VCO zum Einsatz)
-
VCA
ext. CV (Buchse): diese Buchse kann dazu verwendet werden den VCA mit
einer externen Steuerspannung (z.B. ADSR) zu steuern. Die interne
Squelch-Funktion wird dann außer Betrieb gesetzt. Die Buchse ist auf das
interne Squelch-Steuersignal normalisiert (d.h. wird hier keine externe
Steuerspannung zugeführt, so wird das intern erzeugte Squelch-Steuersignal
zur VCA-Steuerung verwendet). Ab ca. +8V externer Steuerspannung ist der VCA
voll geöffnet.
-
Interne
Anschlüsse (einpolige Stiftleisten für das Erweiterungsmodul A-126-2Exp
oder eigene DIY-Anwendungen):
Technische Details:
Der
analoge Frequenzschieber basiert auf den folgenden trigonometrischen Äquivalenzen:
Bildet
man die Summen und Differenzen dieser Formeln, so erhält man:
Betrachtet
man in diesen Formeln (a) als ein beliebiges Audio-Signal und (b) als ein
Sinus-Signal so kann man mit Hilfe dieser Formeln eine Frequenzverschiebung des
Audio-Signals (a) um die Frequenz des Signals (b) nach oben oder unten ableiten.
Um die Formeln in reale
Schaltungen umzusetzen benötigt man:
-
Einen
Phasenschieber, der alle Frequenzen des Audio-Signal (a) um 90 Grad
verschiebt (Sinus und Cosinus sind um 90 Grad verschoben). Eine solche
Schaltung kann man mit Hilfe eines sog. Dome-Filters realisieren (benannt
nach dem Erfinder Robert Dome). Im Prinzip besteht das Filter aus mehreren
Allpässen, die so dimensioniert werden müssen, dass die Phasenverschiebung
für alle vorkommenden Frequenzen möglichst nahe bei 90 Grad liegt. Im
A-126-2 kommt ein 12-stufiges Dome-Filter zum Einsatz, das mit Bauteilen
sehr enger Toleranz realisiert wurde (Widerstände mit 0,1% Genauigkeit und
Kondensatoren mit 1% Genauigkeit). Auf diese Weise entfällt die ansonsten
sehr aufwendige und zeitraubende Justierung vieler Trimmpotentiometer, die
sich zudem gegenseitig beeinflussen.
-
Das
Dome-Filter des A-126-2 liefert eine Phasenverschiebung von 90 Grad mit
weniger als 0,3 Grad Abweichung im Frequenzbereich von ca. 50Hz bis 14kHz.
-
Einen
in der Frequenz einstellbaren Sinus/Cosinus-Oszillator (sog.
Quadratur-Oszillator) ähnlich zu den bereits existierenden Module A-143-9
oder A-110-4
-
zwei
Multiplizierer: hier kommen im A-126-2 zwei Ringmodulatoren zum Einsatz, bei
optimaler Justierung liegt das Übersprechen des Quadratur-VCOs ohne
Squelch-Funktion bei ca. -54dB (entsprechend ca. 10mVss Störsignal zu 5Vss
Nutzsignal). Das Übersprechen ist frequenzabhängig und ist bei höheren
Frequenzen stärker als bei niedrigen.
-
eine
Summiereinheit
-
einen
Subtrahierer
Darüberhinaus verfügt das A-126-2 über einige
Besonderheiten:
-
Aus
dem Audio-Signal wird mit Hilfe eines sog. Hüllkurven-Folgers (engl.
envelope follower) eine Steuerspannung erzeugt, deren Wert dem aktuellen
Pegel des Audio-Signals entspricht. Mit Hilfe eines Komparators wird damit
eine LED angesteuert, die als Übersteuerungsanzeige dient. Zusätzlich wird
die Steuerspannung dazu verwendet, um einen VCA anzusteuern, der die sog.
Squelch-Funktion übernimmt.
-
Die
Up- und Down-Ausgänge sind intern mit einem spannungsgesteuerten Crossfader
verbunden, so dass das Verhältnis zwischen Up- und Down-Signal stufenlos
von Hand und mit Hilfe einer externen Steuerspannung eingestellt werden
kann.
-
Alle
Signalwege sind gleichspannungsgekoppelt, so dass auch sehr kleine
Frequenzverschiebungen (mit einem externen Quadratur-VCO) möglich
sind.
-
Wegen
der Gleichspannungskopplung der Schaltung muss darauf geachtet werden, dass
das eingehende Audio-Signal und ggf. die externen Sinus/Cosinus-Signale
exakt nullsymmetrisch sind ! Andernfalls kommt es zu Artefakten auf Grund
des Gleichspannungs-Offsets dieser Signale (z.B. deutliches
Übersprechen/Durchschlagen des Sinus/Cosinus-Signals am Audio-Ausgang). Im
Zweifelsfall sind Module mit Wechselspannungskopplung dazwischen zu
schalten.
-
Das
Modul ist komplett in konventioneller Durchsteck-Technik aufgebaut (auch das
Dome-Filter), kein SMD.
-
Auf
Grund des 100% analogen Aufbaus benötigt das Modul einige Minuten
Aufwärmzeit bis alle Parameter stabil sind
-
Das
Modul wird ab Werk für eine Spannungsversorgung von exakt +12,0V und -12,0V
justiert. Falls die tatsächlichen Versorgungsspannungen von diesen Werten abweichen (z.B.
11,5V oder 12,5V)
muss das Modul u.U. nachjustiert werden.
Das folgende Dokument erläutert
die Positionen der internen Stiftleisten (z.B. für die Verbindung zum
Expander-Modul A-126-2Exp), die Lage und Funktion der Trimmpotentiometer und die
Justiervorschriften: A126_2_internal.pdf.
In diesem Dokument ist auch die interne Verbindung zwischen Hauptmodul und
Erweiterungsmodul beschrieben. Die Verbindung erfolgt mit sog. Arduino-Kabeln.
Diese sind im Lieferumfang des Erweiterungsmoduls enthalten.
Das untenstehende Blockschaltbild zeigt den
inneren Aufbau des Moduls im Detail und die Phasenverschiebung des Dome-Filters
in Abhängigkeit von der Frequenz des Audio-Signals.
Sie finden untenstehend auch einige einfache Patch-Beispiele.
Hinweise zum Unterschied zwischen Version 1
und 2 von A-126-2
Der einzige Unterschied zwischen Version 1 und 2 des A-126-2 besteht
darin, dass Version 2 über eine zusätzliche interne Stiftleiste verfügt, die
bei Bedarf einen zweiten Audio-Eingang in Verbindung mit dem Expander-Modul zur
Verfügung stellt. Zum Zeitpunkt der Auslieferung von Version 1 des Moduls
(September 2021) stand jedoch noch nicht fest, ob ein Expander-Modul angeboten
wird oder nicht. Daher fehlt bei Version 1 dieser Eingang, da die Entscheidung
bezüglich des Expander-Moduls erst Ende 2021 getroffen wurde (also 3 Monate
nach der Auslieferung der Version 1 des Moduls). Es ist jedoch möglich, die
Version 1 zu modifizieren, so dass auch hier ein weiter Audio-Eingang zur
Verfügung steht. Näheres hierzu in dem Dokument
A126_2_internal.pdf.
Die Bedeutung dieser bei Version 2 hinzu gekommenen
Funktion sollte man aber nicht überschätzen. Es ist nichts
weiter als ein zweiter Audio- Eingang (ohne Abschwächer). Wir haben diesen zusätzlichen Eingang nur ergänzt, da
noch Platz für eine 8. Buchse am Expander-Modul war. Um ein Feedback aber sinnvoll zu integrieren wird zumindest ein
zusätzliches Abschwächer-Modul benötigt (z.B. A-183-1). Man kann das gleiche aber
auch mit einem kleinen externen Mixer (z.B. A-138n) erreichen. Diese Variante
bietet noch wesentlich mehr Möglichkeiten.
Weiter unten finden Sie hierzu zwei Patch-Beispiele:
das erste Beispiel zeigt die Realisierung der Feedback-Funktion, die für Version 1
und 2 des A-126-2 genutzt werden kann. Hier wird ein externer Mixer (A-138n) dazu
verwendet, um das eingehende Audio-Signal mit einem der Ausgänge des A-126-2 zu
mischen, um eine Rückkopplung zu erhalten. Da am A-138n weitere Eingänge zur Verfügung stehen, bietet diese Variante noch zusätzliche Möglichkeiten (z.B.
mehrfaches Feedback von verschiedenen A-126-2-Ausgängen oder als Mixer für 2
Audio-Signale für den Frequency Shifter).
Das zweite Beispiel zeigt die Realisierung der Feedback-Funktion, die für Version
2 des A-126-2 genutzt werden kann. Auch hier wird zumindest ein externes Modul (Abschwächer
A-183-1 oder Verstärker A-183-3) benötigt, um das Feedback in der Stärke einstellen zu
können. Die Preisdifferenz zwischen A-183-1 und A-138n ist jedoch so gering, dass wir auch bei der Version 2 des A-126-2 zu der Variante mit dem externen Mixer A-138n raten.
Die Versionen 1 und 2 kann man an Hand des Bestückungsdrucks oder der
verfügbaren Stiftleisten unterscheiden: bei Version 2 steht auf dem
Bestückungsdruck der unteren Leiterplatte "BOARD A VERSION 2"
in der Nähe des Buskabel-Anschlusses. Außerdem ist die Stiftleiste JP17 (AUDIO
IN 2) vorhanden, die bei Version 1 noch fehlt.
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Module A-126-2 is a fully analog frequency
shifter for audio signals.
A frequency shifter is an audio processing unit that shifts each frequency of
the incoming audio signal by the same frequency. If the shifting frequency is
e.g. 200Hz an incoming audio frequency of 1000 Hz becomes 1200 Hz, 2000Hz
becomes 2200 Hz, 3000 Hz becomes 3200 Hz and so on. Pay attention that this is
different from pitch shifting where all frequencies are shifted proportional (e.g. 1000>1200Hz, 2000>2400Hz, 3000>3600Hz) !
The frequency range of the internal quadrature VCO is about 8 octaves (about
20Hz ... 5kHz). If required an external quadrature VCO can be used.
The module is equipped with these controls,
inputs and outputs:
-
Frequ.
1: first manual control of the shifting frequency (factory setting:
coarse, range about 20Hz - 5 kHz)
-
Frequ.
2: second manual control of the shifting frequency (factory setting:
fine)
-
by
means of internal jumpers the sensitivity of Frequ.1 and 2 can be swapped
(i.e. Frequ.1 = fine and Frequ.2 = coarse)
-
the
relation between coarse and fine control is about 25:1 (corresponding to about
8 octaves to 1/3 octave)
-
FCV
In (socket) and FCV (small control without knob): control voltage
input with attenuator for the external voltage control of the shifting
frequency
-
Mix:
manual control of the up/down shift panning unit, fully CCW = down shift,
fully CW = up shift, in between a mixture of down and up
-
Mix
CV In (socket) and Mix CV (small control without knob): control
voltage input with attenuator for the mixing unit for external voltage
control of the up/down mixing
-
Audio
In (socket), Level (small control without knob) and Overload
(LED): audio input with attenuator, typ. audio in level = 1Vpp, the level
control has to be adjusted so that the overload LED just begins to light up
a bit, when the LED is fully on clipping/distortion occurs, when the LED is
permanently off the input level is too low and the signal-to-noise ratio
increases
-
Audio
Out (socket): audio output of the frequency shifter
-
Squelch
(small control without knob): controls the squelch function: fully CCW (Env.) the output VCA is controlled by the envelope
signal, which is derived
from the audio input signal, fully CW (open) the output VCA is permanently
open (no squelch function), in between the squelch intensity can be
adjusted
-
Quadrature
VCO Outputs (sockets Sin and Cos): outputs of the internal quadrature
oscillator, about 12Vpp level (+6V/-6V)
-
Ext.
Inputs Sin and Cos (sockets): required when an external quadrature
VCO (e.g. A-143-9 with a wider frequency range or A-110-4
with thru zero feature or A-110-6 with different
waveforms) is used instead of the internal quadrature
VCO, the levels of the external VCO should be about 10Vpp (8...10Vpp are OK)
and the signals have to be symmetrical around zero Volts, the sockets are normalled to the internal quadrature VCO (i.e. the
sockets are equipped with switching contacts that interrupt the internal
connection as soon as a plug inserted)
-
VCA
ext. CV (socket): used when an external control voltage (e.g.
from an envelope generator) should be used to control the output VCA instead
of the internal squelch unit, the socket is normalled to the output of the squelch control (i.e. the socket is equipped with a switching contact
that interrupts the internal squelch connection as soon as a plug inserted).
From about +8V external control voltage the VCA is fully open.
-
Internal
terminals (single pin headers for the connection to the expansion module
A-126-2Exp or own DIY applications):
Technical details:
The
analog frequency shifter is based on these trigonometric equivalences:
Building
the sum and difference of these formulas one obtains:
When
(a) in these formulas is treated as an audio signal and (b) as a sine signal
it's possible to derive an up or down frequency shift with the frequency amount
(b) for the audio signal (a). To realize the formulas these electronic circuits
are required:
-
A
phase shifter that shifts all frequencies of the audio signal (a) by 90
degrees (sine and cosine are the same signals but with 90 degrees phase
difference). Such a circuit can be realized by means of a so-called Dome
filter (named after the inventor Robert Dome). The circuit is made in
principle with several allpass filters which have to be dimensioned very
carefully so that the phase shift for all relevant frequencies is as close
as possible to 90 degrees. In the A-126-2 a 12-stage Dome filter is used
which is made with close-tolerance parts (resistors with 0.1% tolerance and
capacitors with 1% tolerance). That way the time killing adjustment of many
trimming potentiometers (with mutual influence) is avoided.
-
The
Dome filter of the A-126-2 generates 90 degrees phase shift with less than
0.3 degrees error over a frequency range of about 50 Hz to 14 kHz.
-
A
quadrature oscillator (i.e. an oscillator with simultaneous sine and cosine
output, similar to the already existing modules A-143-9
or A-110-4
-
two
multipliers: in the A-126-2 two ring modulators are used for this job, with
optimal adjustment the feedthrough of the quadrature VCO is about -54dB (according
to typically 10mVpp feedthrough compared to 5Vpp max. signal level) without squelch
function. The feedthrough amount depends upon the shifting frequency and
increases with the frequency.
-
a
summing unit
-
a
subtracting unit
Beyond that the A-126-2 has some special features:
-
An
envelope follower is used to derive an envelope signal from the audio signal.
It generates a voltage that corresponds to the current level of the audio
signal. A comparator is used to drive an LED which works as overload display.
In addition the envelope signal is used to control a VCA which works as a
squelch unit.
-
The
up and down outputs are internally connected to the inputs of a voltage
controlled crossfader. That way the relation between up and down signal can
be controlled manually and by means of an external control voltage.
-
The
module is fully DC coupled so that even very low frequency shifts are
possible (with external quadrature VCO)
-
Because
of the DC coupling one has to pay attention that the incoming audio signal
and possibly external sine/cosine signals are exactly zero-symmetrical.
Otherwise artefacts will occur (e.g. loud feedthough of the sine/cosine
signals at the output because of a DC offset of the incoming audio signal).
In case of doubt AC coupled modules should be inserted in the signal paths.
-
The
module is complete built in thru-hole technique (including the dome filter),
no smt.
-
Because
of the 100% analog circuitry the module requires a few minutes heat-up time
until all parameters are stable
-
In
the factory the module is adjusted for power supply voltages of exactly
+12.0V und -12.0V. If the actual supply voltages differ from these values (e.g.
11.5V or 12.5V) the module may have to be readjusted.
The following document explains
the positions of the internal pin headers (e.g. for the connection to the
expander module A-126-2Exp), the positions and functions of the trimming
potentiometers and the adjustment procedures: A126_2_internal.pdf
This document explains also the connection between main module and the
expansion module. The connections are established by so-called Arduino cables.
They are included with the expansion module.
The sketch below shows the internal structure of
the module in detail and the phase shift of the dome filter.
Below you find also some patch examples.
Notes concerning the difference between
version 1 and 2 of A-126-2
The only difference between version 1 and 2 of the A-126-2
is that version 2 is equipped with an additional internal pin header which
offers a second audio input in combination with the expander module. When the
delivery of version 1 started (September 2021) it was not yet sure if an
expander module will be available or not. That's why this additional output is
not availabe in version 1 because the decision for the expander module has been
made end of 2021 (i.e. 3 months after the delivery of version 1). But it's
possible to modify version 1 so that it also features a second audio input. For
details please refer to the document A126_2_internal.pdf.
The meaning of the additional audio input 2 is not that important as it
may seem at first sight. It has been just added because the expander module had an eighth unused
socket. The feedback feature is also possible with (unmodifed) version 1 of
the A-126-2. Below you find two patch examples in
this regard:
The first example shows a patch that can be used for both versions. It uses an
external mixer A-138n to realize the feedback function. The mixer is used to mix
the audio input signal with one of the outputs of the A-126-2. As the A-138n
still has two unused inputs these can be used e.g. for multiple feedback (i.e.
using two different outputs - e.g. Up and Down or Up and RM2 - simultaneously
for feedback, or as a mixer for two audio inputs for the frequency shifter).
The second example shows a feedback patch for version 2. To be able to adjust
the feedback amount at least an attenuator/amplifer (e.g. A-183-1,
A-183-2, A-183-3) is required. But this patch does not offer as many
possibilities as the version with the mixer A-138n. That's why we recommend the
first patch also for version 2 of the A-126-2. And the price difference between A-183-1 and A-138n is very
little.
Versions 1 and 2 can be distinguished by means of the PC board silk screen
printing or the available pin headers: the silk screen printing of the lower
board says "BOARD A VERSION 2" near the bus connector. And the
pin header JP17 (AUDIO IN 2) is available only for version 2.
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