¡MÚSICA!, MAESTRO

Introducción.

Desde luego que nunca imaginé llegar a exponer mis pocas experiencias en el marco de la música y mira lo que son las cosas, aquí están o estarán expuestos los primeros pasos que di, en el campo de la música electrónica. Recuerdo con una leve sonrisa las peripecias que tuve que hacer (he tomado unas fotos con poca preparación), por prometerle a mi hija que le haría un teclado para que aprendiera música y fue mi hijo quien se benefició de los resultados obtenidos. Pero esa es otra historia, sigamos con el fondo de la cuestión.

Eran los años ' 80 y la electrónica en España parecía haber tomado un espléndido camino, aquí las empresas se atrevían a producir cualquier sistema que diera un servicio y si daba rendimiento mejor aún. En esos años la industria utilizaba tecnología digital en gran medida con los CI de la serie SN74XXX (TTL) y algunos la CMOS con lo que podían proyectar y desarrollar sus diseños. Es a primeros de los ' 80 cuando empiezo a poner en práctica la teoría de los osciladores y en pocos meses me veo inmerso (a parte de mi trabajo) en toda una serie de problemas que se amontonan por momentos.

En principio monté un xilofón pero no me convencía, ... Pronto comprendí que necesitaba 12 osciladores independientes con los que generar las 7 notas y 5 semitonos, esto sólo era el principio, para el proyecto del teclado polifónico.

Pensé y puse en práctica los 12 osciladores mediante dos CI, pensé utilizar los CMOS por que consumían mucho menos y por el margen de tensión de suministro, una decisión acertada, aún lo creo hoy día. Abajo, una foto de las partes que componen el teclado, pero esto ya llegará.

Como decía, trace un circuito con osciladores ajustables mediante dos CI 40106, estos tienen seis puertas inversoras con disparador Schmitt cada CI y con ellos un pequeño condensador y un potenciómetro ajustable podía obtener cada multivibrador oscilando a su frecuencia, la cual ajustaría mediante el pequeño potenciómetro, el esquema en principio es sencillo y se puede ver en la imagen de la derecha.

Cuando estuvo todo en condiciones lo conecté al suministro con 5V y con una sonda digital intenté comprobar que, cada oscilador estaba trabajando, la frecuencia era otra cuestión, pensaría en cómo averiguar las frecuencias de cada nota y una forma de calibrar estos osciladores, además tenía que preparar un amplificador de audio para orientarme a base de oido mientras realizaba los distintos dispositivos. Este es el autentico esquema general de lo que tenía en mente.

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Ahora sólo tenía que disponer de tiempo y ganas de trabajar en el proyecto. Los primeros problemas aparecieron con el ajuste de las frecuencias patrón de cada nota, tenía que encontrar una tabla de dichas frecuencias y me puse a buscar en todas partes. Y por fin como llovido del cielo y puesto que estaba abonado a ciertas revistas de electrónica, en una de ellas apareció una tabla ponderada de frecuencias como la que sigue.

Había logrado dar un nuevo paso, ahora ya disponía de datos concretos sobre las frecuencias de las notas. Realmente, ahora empezaban los verdaderos problemas con los interminables ajustes de cada trimer, los primeros ajustes me sorprendieron por lo sencillo que resultaba, pero pronto saldría del error, claro, el ajustar un oscilador a su frecuencia era sencillo, el problema aparecía con la auto-influencia de unos con otros, ya que cuando terminabas con el 12º, el 1º no sonaba en su frecuencia, así que, vuelta a empezar, los antiparasité, pero no era suficiente.

A demás, había descubierto un nuevo problema, el propio suministro de energía influía en la conducta de los CI, así que tuve que dotar de un pequeño retardo a la hora de presentar el sonido para esperar a que los CI tomaran la temperatura de trabajo, con esto parecía mantenerse bastante estable la fonía.

Pronto construí un pequeño amplificador de 5W y además doté de una salida para auriculares, lo que me ayudó bastante a la hora de los ajustes y en las posteriores prácticas. 

La idea básica es bastante simple, una vez dispusiera de la frecuencia de nota, ésta la enviaría a un divisor (4518 divisor por 10), en cuyas cuatro salidas obtendría la señal para generar el sonido básico. Este proceso era muy simple con las cuatro frecuencias de salida, tenía que sumarlas mediante una red sumadora de resistencias y de esta forma obtenía una señal en escalera, bastante ideal para el caso.

Con la disposición de esta señal me dedique a preparar los generadores de ADSR (ataque-decaimiento-sostenido-release) y los filtros para obtener el primer sonido semejante a una flauta, luego ya me preocuparía de otras voces como piano, clarinete, etc. El siguiente es un esquema de un sistema ADSR de una revista (creo recordar Mundo Electrónico) que puse en práctica es muy bueno. Se puede apreciar que está compuesto por puertas lógicas CMOS y un op-amp, dispone de tres controles para el atack, el decay y el sostenido.

El generador más simple, lo encontré con la ayuda del tan socorrido temporizador 555, como se puede apreciar en el esquema general. 

En principio utilicé tres 555 para generar los osciladores, podía ajustar su ciclo de trabajo con sus potenciómetros de modo que podía cambiar el ángulo de ataque al pulsar una tecla, es una forma simple de ADSR, pensé que suficiente para los primeros pasos. 

Un oscilador maestro que ataca a cada uno de los otros dos osciladores de frecuencia ajustable para variar el ancho del ciclo de la onda cuadrada de salida, dependiendo del mayor o menor ancho se obtendría el estado de sostenido.

Cuando ya disponía de los generadores de nota para las 49 teclas que representan las 4 octavas y el Do superior, probé bastantes filtros con los que obtener distintas voces, encontré el modo de conectar una tecla por nota y contacto obteniendo aún así la polifonía que es lo novedoso, quiero decir que por ejemplo:

El sonido que produce la nota Re₂ (Re segunda octava), suena normalmente, si simultáneamente se pulsa otra tecla (Do₃), ésta se puede oír cómo suena junto con la anterior y si pulsamos otras teclas (Mi₀, Fa₁), cada una se nota cómo ataca el filtro suma su frecuencia a las anteriores notas, manteniendo las teclas pulsadas se mantiene la resultante, en el momento en que se suelta una tecla, produce un cambio en la envolvente y se puede distinguir el cambio de sonido de modo que podemos apreciar la polifonía.

La salida común de notas, tiene un condensador de paso separador de alterna, a continuación utilizo un operacional no inversor como pasa bajos y su ganancia es la unidad me sirve de separador de etapas. En cuanto a los filtros que van a continuación, la verdad es que probé con los típicos filtros pasivos luego probé los filtros activos y he de decir que en aquellos momentos el tema no lo dominaba y me tomaba mucho tiempo para las pruebas y cálculos, después de muchas pruebas vi que la prueba-ensayo-error llegó a ser un método que daba resultados. En los dibujos a mano puede apreciarse parte de lo que menciono y que en cierto modo ya tenía previsto que me ocurriría.

Procuraba utilizar operacionales de fácil localización, aunque alguno como los CA3080 son un poco especiales pero se pueden cambiar por cualquier otro OTA.  En cierto momento probé la combinación de ambos tipos de filtros, los pasivos y los activos, lo que opté por adaptar en muchos casos y en ciertas voces como clarinete, clavicordio y en metales, donde es más complejo obtener el brillo del metal. 

La cuestión es que personalmente me encanta la música en general aunque he de confesar la ausencia de dotes para el ritmo y no digo de mi oído musical, aun así, puse en práctica mi teclado polifónico electrónico y 25 años más tarde aún lo tengo guardado como una reliquia para mi hijo, por cierto y gracias a haberle iniciado con este teclado o por lo que sea (es autodidacta), a sus 18 años, compuso tres piezas de música electrónica con ritmo y buen gusto que, no tienen desperdicio. 

Habían pasado unos ocho meses o talvez algo más, cuando obtuve información de un CI de Mostek que era un completo generador de 12 semitonos, el cual no tenía apenas deriva. Como indica el fabricante, cada frecuencia de salida es relacionada con las demás por el múltiplo de 12\/2 que proporciona una octava completa más la nota Do superior para la misma escala templada (temperada).

Yo alucinaba, no perdí tiempo para encontrarlo en el mercado, lo localicé creo que en Barcelona y en unos días lo tenía todo dispuesto, la placa de PCB, con un oscilador ajustable para pilotar al MK50240 y un segundo oscilador de muy baja frecuencia ajustable de 5 a 9 Hz. para el 'LFO' a la derecha de la imagen vista a bajo. Y cuando llegó, que puedo decir. Sonaba como un teclado profesional, ¡vaya eso, si esta bien hecho! Vista del generador de semitonos completo.

 Por fin sonaba como debía, ahora todo podía ser distinto, con la ayuda de un osciloscopio (prestado) pude ver el aspecto de la señal presente en la barra bus que, recorre cada una de las teclas, al igual que a la salida de los amplificadores operacionales, filtros y cada parte del circuito hasta la entrada al amplificador de audio. Debajo se muestran detalles de las 2 barras bus y su conexionado, en la instantánea hay 2 teclas pulsadas para apreciar el contacto con la barra bus activa, la otra barra bus es la de relajación de tecla.

 La conexión de salida de las barras bus las puse en el centro del teclado para no introducir retardos, si hubiera estado en uno u otro extremo, al pulsar las teclas del extremo opuesto observé un pequeño retardo respecto de las mas próximas. Las varillas que utilicé para las barras bus son de cobre con un baño de plata, esto es para evitar falsos contactos, es conocido el efecto de las sales de plata que, son más conductoras que la propia plata, así, aunque se oxiden (el efecto capa negra) no será problema al pulsar la tecla, cuyo muelle tiene el mismo tratamiento. 

Como se puede observar en la imagen cada tecla tiene un único contacto y a pesar de ello me permite la polifonía. Hace algún tiempo los teclados necesitaban un contacto por cada sonido (flauta, oboe, piano, clarinete, etc.) lo que se convertía en un problema mecánico, gracias a un sofisticado sistema logré obtener la suma ideal de los distintos instrumentos sin producir ningún problema de acoplamiento entre los instrumentos.