Standardizziamoci e costruiamo un sinth modulare

Posted in Elettronica (facile) per MusicistiNotizie e Aggiornamenti

Con tutte le possibilità offerte dai circuiti elettronici è importante che vengano fissate delle regole comuni che permettano, ai vari, costruttori, di mettere sul mercato apparati compatibili tra loro. Sono nati per questo gli standard che sono talmente importanti da essere gestiti da organizzazioni che, di mestiere, fanno solo quello (ISO per gli standard internazionali e UNI per quelli italiani che, ovviamente, recepiscono quelli internazionali).

In ambito musicale gli standard sono spesso ereditati dall’industria elettronica. Abbiamo parlato dei livelli in uno degli articoli precedenti, approfondiamo il tema parlando di:

  • rack standard
  • API VPR500
  • Eurorack

Rack standard

Il formato definisce gli aspetti meccanici che devono avere i contenitori dei dispositivi elettronici. Come detto, è mutuato dal modo di organizzare gli apparati indipendentemente dalle applicazioni musicali e si trova in tutti i laboratori di elettronica (e negli studi musicali).

La dimensione orizzontale dei contenitori è (ne avrete sentito parlare) di 19”. I dispositivi sono ancorati alle staffe di un armadio e disposti uno sull’altro. La dimensione minima, in altezza, è di 1RU (Rack Unit) che è pari 1”3/4. I dispositivi possono essere alti anche varie RU. Di solito si trovano apparati da 1RU, 2RU e 3RU ma ce ne possono essere di più alti (i mixer in formato rack ad esempio).

Il formato 3RU è utilizzato negli altri due standard di cui andiamo a parlare

API VPR500

Nell’ambito delle strutture rack standard, molti costruttori di processori audio hanno iniziato a definire delle piattaforme proprietarie per realizzare i propri componenti. Lo hanno fatto, ad esempio, Solid State Logic, DBX e, last but not least, API Audio. Quest’ultima ha realizzato una serie completa di componenti da integrare nelle proprie console seguendo uno standard preciso che dopo qualche decennio è stato reso pubblico e disponibile alla comunità dei costruttori. Inventando la VPR Alliance, API ha dato la possibilità di realizzare (seguendo regole condivise) dispositivi compatibili tra loro che possono essere, perciò, integrati in modo da costruire combinazioni più ampie.

Questo fenomeno ha dato nuova linfa al mercato dell’hardware musicale consentendo a molti di inserire nel proprio studio (anche home) device di livello professionale con una spesa spesso ragionevole.

Il contenitore standard è, come detto, alto 3RU ed è in grado di contenere fino a 11 unità in formato API VPR 500. In questo caso le singole unità hanno sviluppo verticale e sono larghe 1” 1/5.

Nel rack in formato API è disponibile anche l’alimentazione e ogni unità si connette attraverso un connettore realizzato direttamente nel circuito stampato (Edge Pin Connector) che si infila in appositi recettori nel backbone (una PCB che sta sul fondo del contenitore da 3RU).

Ci sono anche contenitori più piccoli che, grazie a una maniglia, possono essere trasportati. Questi sono denominati spesso “lunch box” per analogia con il cesto del pranzo da pic-nic.

Come si vede dalla figura, le specifiche VPR non sono soltanto meccaniche ma anche elettriche. Individuano dove posizionare le connessioni, quali livelli di ingresso/uscita devono essere mantenuti e quali sono le tensioni di alimentazione e le correnti che l’alimentatore deve essere in grado di erogare.

Fanno parte della VPR Alliance praticamente tutti i costruttori di outboard. Grazie a questo standard sono possibili realizzazioni molto articolate e flessibili con una versatilità molto elevata.

Esistono versioni API500 di quasi tutti i dispositivi più blasonati con prestazioni che sono del tutto confrontabili con gli originali a dimensione piena. Con le dimensioni così ridotte, poi, diventa possibile avere molti componenti in poco spazio a tutto vantaggio della praticità.

Eurorack

Deve aver pensato cose analoghe Dieter Döpfer quando ha immaginato di definire uno standard per certi versi analogo al VPR 500 ma dedicato ai sintetizzatori.

Anche per i sintetizzatori (e forse di più che per i processori audio) ogni costruttore ha definito il proprio standard modulare. Questo è accaduto perché i primi synth erano tutti modulari. Esistono quindi standard Moog, Roland, ARP, Buchla e così via (trovate un interessante compendio su synthesizers.com)

Con Eurorack, però, si è dato il via alla nuova rivoluzione hardware per i tastieristi e, da altri punti di vista, per i DJ.

Le specifiche Eurorack sono meccaniche ed elettriche. La disposizione dei singoli componenti è analoga a quelle dei VPR ma l’unità è molto più stretta. In questo caso si parta di Horizontal Pitch (HP) e 1HP è pari a 5,08mm.

Questo fa si che in un rack da 19” si possano installare fino a 84HP. L’alimentazione è fornita attraverso un cavo a nastro (Ribbon Cable) che può portare anche i segnali di CV e Gate.

I segnali audio e di controllo sono invece trasmessi tra i moduli attraverso jack mono da 3,5mm.  Il segnale audio varia tra -5V e +5V (l’escursione è quindi di 10V peak to peak).

I segnali di controllo possono essere bipolari con variazioni tra -2,5V e +2,5V (5V peak to peak) oppure unipolari con variazioni tra 0V e 8V.

I segnali impulsivi (Trigger, Gate e Clock) sono impulsi che variano tra 0V e 5V.

I costruttori che realizzano device in standard Eurorack sono molti. Orientarsi sul mercato non è banale e può essere utile ricorrere a supporti informatici che aiutino nella scelta e nella configurazione del proprio sistema. Tra tutti citiamo ModularGrid che è un sito nel quale è possibile raccogliere molte informazioni sul mondo modulare e pianificare (grazie ad una comoda applicazione web) il sistema definendo le dimensioni del contenitore ed inserendo i moduli di propria scelta.

Come si vede dalla figura, con ModularGrid è possibile stabilire anche quale sarà l’assorbimento di corrente dei moduli selezionati e dimensionare di conseguenza l’alimentatore.

Esistono moduli per tutti i gusti che possono essere organizzati in categorie, tra queste:

  • Oscillatori: sono le fonti primarie di segnali analogici
  • LFO: generatori a bassa frequenza per generare modulazioni
  • Generatori di inviluppo: per generare i segnali di controllo da utilizzare per VCA e Filtro
  • Filtri: Per modificare il contenuto armonico dei segnali
  • Campionatori: per inserire segnali ottenuti da campionamento e digitalizzazione
  • Generatori di segnali random e di rumore: per incrementare le possibilità in termini di generazione di segnali
  • Mixer: per combinare varie sorgenti insieme ed aumentare la complessità sia dal punto di vista delle armoniche ce della evoluzione temporale
  • Controller: per attivare dispositivi audio sulla base di stimoli umani
  • Sequencer: per generare successioni di melodie/armonie, ritmi
  • Generatori di Clock: per sincronizzare più dispositivi
  • VCA: per gestire i livelli e gli inviluppi (insieme ai generatori di inviluppo)
  • Moltiplicatori o Multi: per inviare lo stesso segnale su più dispositivi
  • Interfacce USB/MIDI: per controllare i moduli con tastiere esterne i computer
  • Interfacce di I/O: per portare i livelli audio dallo standard “Line” (+4dBu) ai 10Vpp e viceversa
  • Generatori di suoni percussivi: voci complete di suoni di drum machine
  • Generatori di Funzioni: per ottenere segnali di controllo diversi da ADSR
  • Effetti: molulazioni, ritardi, saturazione, ecc
  • Synth semimodulari: apparati pressoché completi in grado di generare suoni anche senza ulteriori connessioni. Queste possono sempre essere attivate per estendere le possibilità o raggiungere altri moduli

L’elenco non è esaustivo e l’evoluzione è continua. Ognuno di questi moduli può essere controllato nei suoi parametri da sistemi esterni e/o può inviare segnali audio o di controllo a sistemi esterni. Si capisce, quindi, che le possibilità sono pressoché infinite a patto di avere una buona consapevolezza del comportamento di ogni modulo e una idea abbastanza chiara del risultato che si vuole ottenere (oltre a una adeguata quantità di moduli e cavi di connessione).

A titolo esemplificativo costruiamo (su ModularGrid) il synth di figura:

Per questo utilizziamo un contenitore da 60HP nel quale abbiamo inserito:

  • Alimentatore: 4ms Row Power 40 – 40W max su 4HP
  • 2xVCO: Make Noise STO – 8HP
  • Mixer: Doepfer A-138a per miscelare i due oscillatori ed eventuali segnali esterni
  • LFO: Blue Lantern VCLFO da 4HP
  • 2xADSR: Pittsburg Modular da 6HP
  • Filtro: Dreadbox WL Murmux da 12HP
  • VCA: Tip Top Audio da 4HP

Con una struttura di questo tipo possiamo generare suoni con 2 oscillatori mixando opportunamente i loro contributi con il mixer e modulandone uno con lo LFO. Collegando l’uscita del mixer al filtro possiamo variare il contenuto armonico del segnale e collegando il filtro al VCA ottenere il segnale di uscita il cui inviluppo può essere generato con uno dei due ADSR a disposizione. L’altro ADSR può essere utilizzato, ad esempio, per modulare la frequenza del filtro variando di conseguenza il contenuto armonico nel tempo.

Una struttura di questo tipo necessita di segnali di controllo per suonare. In particolare bisogna inviare una segnale di controllo agli oscillatori per determinare il pitch (1V/oct in questo caso) e un segnale di gate al VCA per attivare il circuito di uscita e generare la nota. Il segnale di Gate servirà anche per attivare i generatori di inviluppo. Questi segnali devono arrivare da dispositivi esterni (computer, tastiere, controller o altri sistemi modulari).

L’uscita sarà in standard Eurorack e necessiterà, di conseguenza, di opportuna conversione di livello per essere inviata al mixer o alla interfaccia audio.

Si noti come gli oscillatori che abbiamo scelto siano in grado di generare forme d’onda variabili e che questa variazione può essere controllata, ad esempio, dallo LFO o dall’inviluppo. Sono disponibili anche uscite Sub in grado di generare una componente di un’ottava più bassa che potrebbe, a sua volta, essere inviata nel mixer per aumentare ulteriormente le possibilità.

Il viaggio nel mondo modulare può essere molto coinvolgente e, come dice qualcuno, si sa quando comincia ma non quando finisce. Anzi, forse, non finisce mai… poi non dite che non ve l’avevo detto.

Sono un ingegnere elettronico con la passione per la musica ed il suono. Mi sono avvicinato alla musica da autodidatta (salvo una breve parentesi alla University of the Blues di Dallas) e ho suonato nei peggiori locali italiani (con casuali puntate all'estero).
Ho costruito la mia prima radio FM appena finita la terza media. Ho continuato con amplificatori a valvole e transistor fino ad arrivare alla produzione di circuiti integrati.
Collaboro da anni con varie riviste (cartacee e web) di musica nelle quali mi occupo di recensioni di strumenti musicali e sistemi per l'elaborazione del suono. Trovate le mie pubblicazioni su Accordo (accordo.it), la rivista Chitarre (dal 2010 al 2015) e su Audio Central Magazine (audiocentralmagazine.com).
Produco musica da un po' nello NTFC Studio che serve sostanzialmente per le produzioni di NTFC Band.

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