cmos sounds
-----------------------------------------
workshop für elektronische klangbasteleien mit cmos chips.
flo kaufmann 2006
................................................................................................
auf dieser seite hat es provisorische unterlagen, informationen. bilder und sounds zum homemade workshop 2006, cmos sounds
siehe auch www.homemade-labor.ch

nicht vollständig und wohl ohne grosse struktur.
viel spass beim basteln, hören und experimentieren.
neu seit 28.6.2006. roboterstimmen, zählersequenzer sounds, vcf, etc siehe unten.

1. kurzbeschrieb
-----------------------
cmos chips. grundbausteine der meisten computer und schaltungen.
mit hilfe von standart chips werden den, für digitale anwendungen
gedachten bausteine, analoge klänge entlockt.
fast alle baugruppen modularer synthesizer wie oszillatoren,lfos,
theremine generatoren,sequenzer, sind mit einfachen
basteleien herzustellen.
mit wenigen bauteilen und in kürzester zeit taucht  man mit den
kleinen schwarzen käfern in erstaunliche klangwelten.

Workshop 2 Tage.
Die Teilnehmer bauen nach einer kurzen einführung selber klangerzeuger.
ohne grundwissen und ohne lötarbeiten kann wild drauflos experimentiert werden.
das resultat ist jederzeit hörbar.
jeder teilnehmer erhält ein kleines experimentierset das er mit nach hause nimmt.
ziel des kurses ist die hemmschwelle zur elektronik, und im speziellen die hemmschwelle gegenueber integrierten schaltkreisen abzubauen.
es lohnt sich!
mit einfachen, billigen bausteinen und mit riesigem experimentierpotential
sind cmos chips etwas vom schoensten was es in der klangbastelei gibt



CMOS
Die Abkürzung CMOS steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor (dt. komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter).
CMOS-Bausteine sind integrierte Schaltkreise, bei denen gleichzeitig p-Kanal als auch n-Kanal MOSFETs verwendet werden.
Diese Technik findet in integrierten Schaltkreisen ihre Anwendung



2. bauteile
---------------------------------------------------------
im workshop werden ein paar wenige cmos standard chips verwendet.
diese haben jeweils logische funktionen und man spricht auch von sogenannten gattern.
zum beispiel kann ein gatter ein signal invertieren, zwei signale verknuepfen.
es gibt auch andere funktionen wie zähler, schiebregister etc.
es soll hier keine einfuehrung in digitaltechnik gemacht werden. weitere infos findet man leicht auf dem netz.
es werden ausschliesslich chips der 4000er serie benutzt, weil diese einen versorgungsspannungsbereich von 3...18 Volt haben.
es sind dies
1x 4069        Inverter (6 in einem gehäuse)
1x 40106      Schmitt trigger inverter (6x)
1x 4093        2 input Nand (4x)
1x 4046        PLL VCO
1x 4040       12 stage binary counter

zudem diskrete bauteile wie widerstände, kondensatoren, potis unnd einige andere bauteile.

3. praktisches. los gehts mit ton.
---------------------------------------------------------
3.1 der oszillator (schwinger.... tongenerator)
.........................................................................
benötigte bauteile: 1x40106,1 widerstand 1kohm, 1 kondensator 100 nF
ein oszillator lässt sich mit genau 3 bauteilen bauen.

das schaltschema sieht dann wie folgt aus:

1 inverter (eines von 6 elementen die sich im 40106 gehäuse befinden)
1 rückkoppelungs widerstand
1 kondensator

der oszillator schwingt auf einer fixen frequenz. zum beispiel 1000 hz. (tausend schwingungen pro sekunde)
die tonhöhe wird durch den widerstand und den kondensator bestimmt. ebenfalls hat die versorgungsspannung,
sowie die umgebungstemperatur einfluss auf
die tonhöhe.
es gilt
-je grösser das produkt aus kondensatorwert und widerstandswert desto tiefer die schwingung.

richtwerte: 1kiloohm widerstand, 100 nF (NanoFarad) ergibt einen ton im kiloherz bereich
messung an HCF40106 ergab -1800 Hz bei 5 Volt oder 1200 Hz bei 9V).
-10 kiloohm und 10 uF ergeben werte im herz bereich.

tonbeispiele
---------------------------------------------------------
- fixe frequenz mit einem oszillator
- tonhöhenänderung mit veränderbarem widerstand.(poti)



interessant ist auch den widerstand durch ein poti zu ersetzten,.die tonhöhe kann in einem gewissen bereich verändert werden
oder einen draht parallel zum kondensator einzustecken. durch berühren ändert sich die frequenz ebenfalls.

die signalform ist rechteckförmig. das heisst der ton ist sehr obertonreich und klingt dementsprechend hart.


wenn nun eine diode oder ein geeigneter kondensator parallel zum rueckkopplungswiderstand angeschlosssen wird, hat dies einfluss auf die signalform, und dadurch auch auf den sound. im folgenden bild wurde eine diode parallel zum widerstand gesteckt. dadurch werden die steilen flanken etwas geschliffen.der sound wirkt wärmer und voluminoeser.


3.2 mehr ton. 2 oszillatoren die sich beeinflussen.
---------------------------------------------------------

wenn man nun 2 oszillatoren baut kann man die entweder zusammenmischen. mit 2 widerständen oder man beeinflusst mit dem einen oszillator den anderen. wenn man zb den einen oszillator mit einer sehr tiefen frequenz baut (sogenannter LFO=low frequency oszillator), und den anderen mit einer hohen, so kann man den einen mit dem anderen einschalten (modulieren). oder man kann die frequenzbestimmenden bauteile ändern.


einfachste anwendung sirene (cis-gis horn)
interessant ist auch anstelle von widerständen mit dioden zu experimentieren. einfach mal einsetzten und schauen was passiert...

dies kann beliebig erweitert werden. 3.4.5.6 oszillatoren....


tonbeispiele:
---------------------------------------------------------
2 oszillatoren und poti
3 oszillatoren
4 oszillatoren
tout la musique...oder auch nicht

grundmodule eines synthesizers...:
---------------------------------------------------------
ein synthesizer besteht in der minimal konfiguration aus folgenden baugruppen:

-VCO = VoltageControlledOszillator= spannungsgesteuerter oszillator 1 oder mehrere. bereich 20-16000 Hz
-mixer modul um die einzelnen klangerzeuger zusammenzumischen.
-LFO = LowFrequencyOszillator = langsam arbeitender oszillator bereich 0.01-10 hz
-ADSR = attack-decay-sustain release, ein sogenanntes envelope generator-modul = hüllkurvenmodelierer
-VCF = VoltageControlledFilter= spannungsgesteuertes filter
im weiteren:
-Ringmodulator
-Sequenzer


fast alle diese baugruppen können mit einfachen CMOS Schaltkreisen aufgebaut werden

VCO am einfachsten einen 4046 nehmen, dann ist der VCO schon fixfertig
---------------------------------------------------------
LFO ein RC-Oszillator mit rel. langer Zeitkonstante
---------------------------------------------------------
ADSR mit Hilfe von 4069 invertern, dioden und widerständen machbar, ein attck release AR ist sehr einfach machbar
---------------------------------------------------------
VCF. dies ist wohl das aufwendigste um in CMOS zu implementieren. für fortgeschrittene aber durchaus machbar
eine einfache variante ist ein passives filter mit dioden als veraenderbaren widerstand zu verwenden
zum beispiel in der art :

der nachteil ist dass man dadurch das filter nicht in resonanz bringen kann.
ebenfalls daempfen diese filter. die pegeldifferenz muss mit einem aufholverstaerker wieder ausgeglichen werden. zb mit einem 4069.
---------------------------------------------------------
mixer. mit hilfe von widerständen und 4069 invertern als op-amps einfach machbar
---------------------------------------------------------
Sequenzer. ein zähler ein lfo und fertig sind die sequenzen....siehe weiter unten
---------------------------------------------------------
Ringmodulator.
---------------------------------------------------------

einfache roboterstimmen...:
---------------------------------------------------------
mit hilfe eines analog schalters und eines lfos kann eine primitive robotoerstimme erzeugt werden
das klingt dann so.
oder so
und das schema sieht in etwa so aus:

die schaltung besteht aus einer elektret mikrofonkapsel - einem 4069 als verstaerker - einem 40106 als lfo und einem 4066 analog schalter. voila.
den 40106 kann man sich auch schenken und man kommt mit einer 2 chip loesung aus.
sequenzer circuits...:
---------------------------------------------------------
mit hilfe eines zählers kann leicht ein sequenzer aufgebaut werden

version1: simple sequenzing circuit

stückliste:
chips: 1x inverter cd4069 oder 40106, binärzähler cd4060
dioden: 10-15 stk 1N4148 oder ähnlich
widerstände: ca 10-15 stk je nach sequenz in der grössenordnung 10-100k
poti: 1x 10k ,47k oder 100k
kondensatoren: 2x100nf ,1x 100nF-10 uf je nach potiwert.

der sequenzer besteht grundsätzlich aus einem taktgeber, einem zähler und an den einzelnen ausgängen angeschlossene klangerzeuger.
ein einfacher binärzähler ist das kernstück des sequenzers.
pin 8 auf masse, pin 16 auf plus der batterie.
zwichen pin 10,11 wird ein poti und ein kondensator zur takterzeugung angeschlossen (RC Glied)
sobald pin 12 auf masse gelegt wird beeginnt der zähler binär hinaufzuzählen. an den einzelnen ausgängen koennen nun, ueber dioden entkoppelte RC-generatoren angeschlossen werden. durch geeignetes beschalten, parallelschalten oder nur einzel ausgänge kann die sequenz programmiert werden. mit den widerstandsweten muss experimentiert werden. die grössenordnung hängt von den verwendeten chips, von der batteriespannung und von den frequenzbestimmenden kondensatoren ab. variante: an die zählerausgänge koennen auch potisangeschlossen werden. die schleifer gehen auf einen vco (voltage controlled oszillator). die sequenz wird dann über die potis eingestellt. für einen schrittsequenzer wird ein dezimalzähler benoetigt. binärzähler sind geeignet für komplex-chaotische pseudo-zufallsequenzen. version2 mit vco bauteile: chips: 4069 oder 40106 inverter, 4017 dezimalzähler, 4046 pll chip
widerstände: 10 stk potis 10k,47 oder 100k je nachdem was gerade verfuegbar.
kondensatoren: 10 uf, 1uf,2x 100nf

mit einem inverter, poti und kondensator baut man einen ersten lfo.
dieser bestimmt den takt (= geschwindigkeit) der sequenz.
der ausgang des lfos wird mit pin 14 des dezimalzählers (CD4017) verbunden.
pin 13 wird auf masse gelegt. dadurch beginnen die sequenz zu laufen.
die einzelnen ausgänge geehen nun im takt nacheinander von 0V auf 5V .
diese ausgänge werden an ein poti (spannungsteiler) angeschlossen.
der schleiferausgang geht auf den kontrollspannungseingang eines VCO's (pin9) .
dadurch wird die sequenz programmiert.
wenn die sequenz kuerzer sein soll, kann der letzte schritt mit dem reset
eingang des zählers verbunden werden. so bestimmt man die länge der sequenz.
will man mehr als 8 schritte kann man 2 ode mehrere counter in serie schalten. ein 4046 bildet einen einfachen VCO. die grundfrequenz wird mit R1 (Pin11) und C1 (Pin6/Pin7) bestimmt.
Pin9 ist der kontrollspannungseingang des VCO's, an pin 4 wird das audiosignal über einen kondensator ausgekoppelt.
pin 5 muss auf masse, pin 8 (ground) ebenfalls und pin 16 (vcc) benoetigt batteriespannung.
mit diesem sequenzer lassen sich sehr schoene sequenzen programmieren.

wer noch mehr sequenzer will in meiner lo-fi abteilung ist auch ein beschrieb von
meiner stand-alone sequenzerbox. mit 16 schritten, cv-, trigger- und integriertem vco
schaut da lo-fi analog 16 schritt-sequenzer

sound1:der sequenzer sehr minimalistisch eingesetzt.vorallem als gatesequenzer.vfo mit lfo auf einen ringmodulator.die gatesequenz zu einem adsr dieses ist an das filter und den vca angeschlossen.
> cloak and dagger-- ein artifizieller froschteich...
sound2:und wie das zusammen mit anderen elementen klingt...mehrheitlich cmos sound module, der 16schritt sequenzer.ein eigenbau vcf. und noch einige andere instrumente.
> hirn v1.1-- a 20min trip of electronic experimental music and brainwaves.enjoy

go back to lofi bricolage
go back to sitemap
go home

version 0_1 geschrieben 20_feb_2006_flo
version 0_2 geschrieben 08_mai_2006_flo
version 0_3 geschrieben 28_juni_2006_flo