Selvbyg

Min elektronikinteresse har resulteret i en del selvbygget udstyr.


Stereoforstærker 1

En stereoforstærker vil i dag betegnes som en receiver, selv om der ikke er radio indbygget. Det er en kasse, som modtager flere forskellige signalkilder og vælger hvad den skal gøre med dem. Jeg har bygget forskellige stereoforstærkere, som jeg foretrækker at kalde dem, med en version jeg benyttede i mange år vist nedenfor, den er bygget omkring 1975. Forforstærkeren var modulopbygget for at lette revision af designet, og det lærte mig en del om hvor vigtig stelføringen er. Første version af forstærkeren fik en stærkt forbedret basgengivelse, når det ene af RIAA-kredsløbene blev pillet ud. Efter en ombygning af stelføringen var det problem løst.

På bagsiden skimtes vælgere for indstilling af belastningen af pick-uppen (modstand og kapacitet) og indgangsfølsomhed af linjesignalerne. Umiddelbart under det ses strømforsyningens print. Forrest til venstre ses indgangsvælgeren og under den to regulatorer for medhør over båndoptageren og indstilling af balance. Til højre findes en omskifter for et variabelt nålestøjsfilter, der skærer af over en valgfri frekvens med -18 dB/oktav. Det var inspireret af en artikel i et elektronikblad, men er ikke anvendeligt til ret meget, for jeg havde ikke mulighed for afspilning af 78-plader; dog var det ganske lærerigt at bygge. Under omskifteren ses regulering for bas og diskant. I midten to potentiometre for styrkeregulering; det så smart ud med to reguleringer, men det var meget upraktisk når signalkilden skulle placeres, så det blev ændret til to gange styrkekontrol, der greb ind forskellige steder i opstillingen.

Forforstærker, TAN 1975 Forforstærker, TAN 1975

Effektforstærkeren var på to gange 20 W og baseret på et byggesæt (Jostykit, ikke vist). Den blev bygget i et separat kabinet for at undgå kobling til forforstærkeren, for derved at undgå motor boating, der optræder når der er tilbagekobling gennem strømforsyning eller stelføringen, og som lyder lidt som en fjern motor, der står og snurrer. Det havde plaget mine tidligere konstruktioner, men med opdeling i forforstærker og effektforstærker i hvert sit kabinet var det problem løst.

Stereoforstærker 2

Jeg designede og byggede den foreløbigt sidste stereoforstærker og effektforstærker i 1981. Forforstærkeren er DC koblet fra indgang til udgang (undtagen RIAA-fortrinnet) og kredsløbene er fuldt symmetriske. Der er ingen tonekontrol, for min erfaring er at en sådan ikke forbedrer noget som helst. Et bufferkredsløb var introduceret for at drive min Ortofon hovedtelefon. Det havde jeg savnet i min tidligere konstruktion.

forforstærker, TAN 1981 effektforstærker, TAN 1981

Effektforstærkeren var designet som to gange 30 W i klasse A, og benytter den gode gamle 3055 i udgangen, så effektforstærkeren er ikke fuldt symmetrisk. Temperaturstigningen i kølepladerne var dog større end jeg havde ventet (60°C ser ikke ud af meget på papiret, men prøv at røre ved kølepladen!), så jeg satte biasstrømmen ned til nogle få watt i klasse A, og resten af effekten afleveres så i klasse B. Det fungerer udmærket i praksis.

Jeg har haft lejlighed til at sammenligne effektforstærkeren med Quad 405, som jeg lånte af en kollega. Jeg tilvirkede en ledning, så forforstærkeren kunne omskiftes mellem de to effekttrin, ligesom højttalerkablerne kunne flyttes, og så skiftede jeg frem og tilbage mellem de to effekttrin. Forbløffende nok var der en hørbar forskel; det havde jeg faktisk ikke ventet. Min forstærker var mere blød i klangen end Quad forstærkeren, der måske nok var mere "analytisk korrekt", men den bløde klang faldt mere i min smag.


Basreflexhøjttaler

Højttalerbygning er en stor interesse, og jeg har prøvet kræfter med flere forskellige designprincipper: lukket kabinet, labyrint, basreflex og horn. En af de højttalere, som jeg har haft størst glæde af, er en lille tovejs højttaler i basreflex, som ses herunder. Den lød meget pænt, måske lidt for meget mellemtone, indtil jeg en dag havde møbleret om i stuen, og den var havnet på gulvet, og vinklet op mod lytteren med en træliste. Wow, en forbedring. Nu var der masser af bas og mellemtonen kom på plads i lydbilledet. Det lærte mit lidt om hvor fantastisk stor betydning placeringen har på lyden. Højttaleren kom med til et øvelseskursus på ingeniørakademiet da jeg skulle have øvelse i måling på højttalere. Min lærer, Henrik Staffeldt, foreslog en ændring i delefilteret for at forbedre jævnheden i den udstrålede effekt, og det viste sig at forbedre lyden ganske markant. Det er ikke kun den direkte lyd der er vigtig, også lytterummet bidrager gennem sin efterklang.

To-vejs højttaler, TAN 1981

Hornhøjttalere

Hornhøjttalere deler folk i to grupper - det er noget man enten er fortabt i, eller slet ikke interesserer sig for. Højttalerene er store, spiller sjældent særligt fremragende og der er en masse arbejde med teori og formler, med tilpasning af pladestykker for opbygning af højttaleren og med placering i rummet. Og ikke mindst med at få en samlever til at acceptere projektet. Fordelen med en hornhøjttaler er, at den gengiver dybe toner med overbevisende kraft, at den går helt i bund, at den er komplet ligeglad med generende resonanser fra lytterummet, dem skal den nok tøjle, og at der er en enorm kraft i højttaleren. Den kan spille overbevisende højt, selv på en lille forstærker, og uden at lyde som om den er ved at nå grænsen af sin formåen.

Min erfaring med hornhøjttalere dækker over design og opbygning af forskellige horn. Jeg startede med et "Schmakshorn" (nedenfor, til venstre), som jeg fandt en beskrivelse af i en bog med selvbyg af højttalere. Jeg har vel været i slutningen af teenagerne, da jeg byggede den (det er lidt før 1970). Det var et såkaldt bagladet horn, idet bagsiden af højttaleren føder hornet mens forsiden af højttaleren sender lyden direkte ud til lytteren. Ved lave frekvenser belaster hornet højttaleren, der derved sender minimal effekt ud fra forsiden; de lave frekvenser kobles i stedet til lytterummet gennem hornet. Hornet var bestykket med en 200 mm enhed (8 tommer) og skulle kunne dække hele det hørbare toneomfang, men det var utilfredsstillende og blev modificeret til den form det har nu. Fronten blev lukket inde i et tætsluttende kabinet så der kun kommer lyd ud gennem hornet, og højttaleren blev skiftet ud med en 300 mm (12 tommer) fra Peerless. Kabinettets volumen er ikke tilfældigt valgt, men er afstemt efter hornet, og det resulterende horn kunne gengive fra 25 Hz til cirka 200 Hz. Hornet har fungeret sådan i mange år, som subwoofer i forening med mange forskellige andre sidehøjttalere, herunder det fuldtonehorn, der vises til højre. Jeg har også haft et par mellemtonehorn (ikke vist). Det ene var et konisk horn bygget over en 100 mm fuldtonehøjttaler fra Philips, og det andet var et eksponentialhorn bygget over en mellemtonehøjttaler, også fra Philips. De har været benyttet sammen med bashornet, men der var problemer ved delefrekvensen, idet der "manglede noget". Problemet var nok, at en delefrekvens på 280 Hz er problematisk, for bashornet ruller af inden og mellemtonehornene kunne ikke gengive de manglende toner, så der har nok manglet en lille oktav af mellemtonen.

Modificeret Schmakshorn, TAN 1976 Frontladet bas- og mellemtonehorn, TAN ca. 1980 Bagladet fuldtonehorn, TAN 1981

Et mindre bas- og mellemtonehorn blev det også til, bygget over en Seas højttaler og med et elektrodynamisk diskanthorn, hvis oprindelse jeg ikke husker (midterste billede). Det skulle bruges som "understel" til et TV, men var ikke tilfredsstillende, der var ikke nok mellemtone. Med tre til fire oktaver i bashornet er der en afrulning mindst en oktav før diskanthornet tager over ved en designfrekvens på 80 Hz. Omkring 1980 designede og byggede jeg endnu et bagladet horn, baseret på den dengang populære Corel 8 højttaler (ovenfor, til højre). Højttaleren kan gengive hele toneområdet, hvorved de ret komplekse problemer med et delefilter mellem to eller flere højttalere kan undgås. Altså, hvis man er heldig not til at ramme et godt kompromis, gennem den akustiske afskæring i hornstarten. Der findes formler for beregning af det, men jeg tvivler på at de rammer særlig præcist, for med en hornlængde på fx 2 m skal der rammes en grænsefrekvens på 250 Hz indenfor cirka 20 %, hvis de to udgange skal være i fase. Hornet blev designet lidt optimistisk for 40 Hz grænsefrekvens, men trods et alt for lille mundingsareal spiller det nu ganske pænt. Der er problemer med musik hvor blokfløjten er fremtrædende, og det skyldes nogen resonanser i kabinettets første del, og ikke direkte hornet selv. Dertil kommer lidt paplyd, som kan skyldes så meget, blandt andet at det er en fuldtonehøjttaler. Højttalerene var for store til at tage med til Jylland, så de blev foræret til DKDM (Det Kongelige Danske Musikkonservatorium) i København. Læreren i musikhistorie måtte leve med temmeligt hærgede højttalere, og han kunne ikke få bevilget nye, så han blev glad for skiftet. Om de er flyttet med over i Radiohuset, er nok tvivlsomt, mon ikke han omsider har fået bevilget nogle standardkasser.


Computer

Jeg byggede en computer i 1982. Den blev benyttet flittigt op til afslutningen af mit studium til ingeniør, for en studiekammarat og jeg havde besluttet af lave projekt sammen, og der ville indgå en mikroprocessor med tilhørende programmering i assembler.

Den blev bygget over det populære Nascom 2 kort, som efter lidt tid blev indbygget i et aluminiumkabinet. Nascom kortet var baseret på Zilog Z80 processoren, der den gang var pænt fremme i front. De nærmeste konkurrenter var Intel 8080, Motorola 6809 og MOS Technology 6502. Omtrent samtidig kom Commodore 64 på markedet sammen med andre hjemmecomputere, som Apple, Atari og BBC Micro. Z80 er grundlæggende en 8 bit processor, men en del instruktioner benyttede 16 bit registre, og den havde effektive instruktioner for hurtig flytning af data; en af de væsentligste aktiviteter for et operativsystem, efter hvad jeg kan læse mig til. Zilog processoren var konstrueret af udbrydere fra Intel, der mente at det kunne gøres langt bedre, så der var ingen grund til at skamme sig over at den kun kørte 4 MHz (for det gjorde konkurrenterne også), den behøvede kun en enkelt forsyningsspænding (i modsætning til tre for 8080), og så kunne den jo køre 8080-koden, hvis det skulle blive interessant. En instruktion krævede mindst 4 perioder af klokken, så de hurtigste instruktioner blev afviklet med en instruktion per mikrosekund. Det er ikke meget i forhold til nutidens gigahertz-klokfrekvenser, men vi slæbte heller ikke rundt på en tung grafik. Skærmen havde 25 linjer med 80 tegn i hver linje. Skulle det gå højt, kunne man lave en simpel grafik med 160 punkter vandret og 75 punkter lodret, men det gav en meget grov grafik, og uden farver var det ikke brugbart til ret meget.

Computer, TAN 1982 Computer, TAN 1982

I billedet til højre kan Nascom kortet skimtes yderst til venstre, og i hjørnet ses video-modulatoren for brug af et almindeligt TV som monitor. Kortet umiddelbart over Nascom bundkortet rummer RAM udvidelse til 64 kbyte, og dertil mulighed for at vippe 8 kbyte ROM ind i den øverste del af hukommelsen. Det gav mulighed for indvalg af en BASIC fortolker, en oversætter for kode skrevet i assembler, eller skrivning af den oversatte kode til EEPROM gennem en ekstern programmeringsenhed (ikke vist). En anden mulighed var brug af en ICE (In-Circuit Emulation), der tillod kørsel af programmet på et andet kort, med sin egen Z80 og med min Nascom brugt som udviklingsstation. En ICE består af en statisk RAM, som man downloader koden til, og derefter fungerer den som ROM i et udviklingskit. Jeg havde bygget en sådan på arbejdet, og den var så effektiv, at den måtte jeg også have hjemme. Jeg brugte den omkring 1988 til at lave en stepmotorstyring til en mekaniker, som jeg kendte fra mit første arbejde (Erik Jensen, DCC). Strømforsyningen gav 5 V til elektronikken og 12 V til RS232 forbindelsen, som jeg dog ikke benyttede ret meget. Foran strømforsyningen ses et kassettedrev, for floppy disken var kun lige akkurat tilgængelig i 5 1/4 tommer, og den var ikke understøttet af Nascom computerens software. Det var et standarddrev, som blev benyttet i alle autoradioer på den tid, og jeg havde selv udviklet elektronikken, så båndene kunne slettes og data kunne indspilles og afspilles. Kortet skimtes yderst til højre. Det virker måske lidt oldnordisk idag, men det fungerede nu godt.


Måleudstyr

Jeg har bygget en hel del måleudstyr gennem årene, med nogle eksempler vist herunder.

Et af de vigtigste laboratorieinstrumenter (næst efter voltmeter og oscilloskop) er en effektforsyning, for uden den er der ikke meget at måle på indenfor elektronikken. Til venstre ses en almindelig laboratorie effektforsyning, der kan varieres 3-30 V med to indstillinger af strømbegrænseren til 0,2 A eller 2 A, og dertil en dobbeltudgang, der kan varieres 5-15 V for forsyning af analoge opstillinger. Den første udgang inkluderede en senseledning (grå terminal) for at kompensere for ledningens modstand, men det har ikke været meget brugt. Desuden vises en lidt mere speciel effektforsyning, der kan levere 5 V og -5,2 V til logik (TTL og ECL), samt to udgange, der kan varieres 5-15 V til analoge kredsløb. De to instrumenter er bygget omkring 1985 og 2002.

Tekst Tekst

Behovet for måling af lyd ledte mig 1982 til at bygge et måleinstrument for måling af lydtryk ved brug af en ekstern mikrofon. Det er grundlæggende et AC voltmeter med skalaen inddelt i decibel, og dertil filtre for A-vejning og 1/3 oktav filtrering. Indgangen går til en attenuator i 10 dB trin, som blev designet til at kunne klare en fejltilslutning til 230 V, og indgangsimpedansen havnede på 188 kohm. Ved akustiske målinger benyttes en mikrofon, som typisk kræver 0,5 mA for at arbejde optimalt, så det er derfor muligt at tilføre 12 V gennem en modstand for at forsyne mikrofonen. Det forstærkede signal kan føres til et oscilloskop for at vurdere signalet i tidsdomænet, og det føres desuden til meterkredsløbet, der dels foretager en korrekt RMS konvertering og dels tillader indstilling af integrationshastighed og brug af en "peak-hold" option. Indstillingen af følsomheden indikeres på en række lysdioder, og det var egentlig ment som en sjov detalje, men det har siden vist sig særdeles praktisk. Ud over indgangsattenuatoren er der en forstærkningsindstilling i 20 dB spring og dertil kommer 10 dB ændring i følsomhed ved indkobling af 1/3 oktav filtret, så der er rig mulighed for at lægge tallene forkert sammen og derved aflæse forkert. Det hele blev klaret med en 4 bit additionskreds, hvor 1/3 oktav filteret trækker carry-indgangen høj når det indkobles. Derefter en 4-16 dekoder for drivning af lysdioderne. Den "gimmick" har sparet mig for mange aflæsningsfejl.

Tekst Tekst

Mikrofonen er af typen elektret, det vil sige at det er en kondensatormikrofon med indbygget polarisation, så der er en fast ladning i kondensatoren og dermed en spænding over den givet ved kapaciteten. Kondensatormikrofoner har en ekstremt høj indre impedans på grund af den lille kapacitet (omkring 10 pF), så elektretmikrofonen har en indbygget FET for impedansomsætning, og den behøver en ekstern forsyning for at virke. De er forbløffende billige (under 50 kr) og forbløffende gode, fx er frekvensgangen fra 2 Hz til 15 kHz uden større udsving og den harmoniske forvrængning er lav. Det største problem er dens egenstøj, som ligger 30 dB over niveauet for en mikrofon fra Brüel og Kjær, så de er ikke gode til lydoptagelse af akustisk musik. Den første mikrofon var sat for enden af en 10 mm aluminiumstang, men den knækkede for en del år siden, så jeg byggede en ny i forbindelse med min overbygningsuddannelse. Mikrofonen var skrumpet ind til 6 mm i diameter, og jeg limede den fast til en 2 mm strikkepind. Den viste boks indeholder et batteri for forsyning af mikrofonen i forbindelse med PULSE Måleapparaturet på DTU. Det er ikke nødvendigt ved brug sammen med lydtrykmeteret.

Tekst

Det sidste indstrument måler lys, og blev bygget 1993. Det skulle ikke opfylde et specielt behov, men blev til på grund af nysgerrighed med det jeg arbejdede med den gang, og så havde jeg desuden de optiske måleinstrumenter inde for rækkevidde som kontrol. Der er to fotosensorer, den ene måler synligt lys fra 400 nm til 700 nm, og den anden måler infrarødt lys fra 700 nm og op. Visningen er logaritmisk, for at kunne håndtere det store signalområde på en enkelt skala, og blev vist i Elekctonics World i forbindelse med en artikel jeg skrev om optoelektronik.


Orgel

Jeg designede og byggede et orgel fra omkring 1995 og frem. Instrumentet, der stadig er under udvikling, har været brugt en del gange som continuo ved koncerter med koret Cantoriet, som jeg sang i i en periode. Klangen svarer nogenlunde til et harmonium (populært kaldet en salmecykel) eller et lille pibeorgel. Det vil sige en meget blød og civiliseret lyd, der danner et godt fundament til solostemmer (barokmusik) eller til sammenspil (renæssancemusik).

Det var en drengedrøm at bygge et orgel. Det startede allerede ved Anders And-stadiet, hvor jeg købte et elektronik byggesæt fra Philips, hvor man blandt andet kunne bygge et orgel. Der var 8 metaltunger, som gjorde det ud for tonerne i C-dur skalaen, og et modstandsnetværk, som afstemte en oscillator. Det var det første jeg prøvede kræfter med, men tre transistorer var for kompliceret, så det virkede ikke. Jeg øvede mig så på de andre opstillinger, og ved et fornyet forsøg kunne det spille Lille Peter Edderkop. Hvor gammel jeg var, ved jeg ikke, men jeg kunne da stave mig igennem den danske del af brugsvejledningen; den engelske del måtte vente en del år.

Orgel, TAN 1995 Filter, kontakter, oscillatorer og styring

Drømmen levede videre og er nu, mange år senere, realiseret i form af et kammerorgel. Designet er helt og aldeles mit, men idéerne har jeg læst mig til, om end filtersektionen er unik, så vidt jeg da er bekendt med. Til venstre ses fronten af instrumentet og til højre et udsnit af elektronikken. Der vises (fra venstre) filtersektionen (rød, blå og sort), de elektroniske kontakter (hvid, gul og sort i tre rækker), oscilllatorsektionen (grå, sort, rød, grøn og sort), og yderst til højre styringen og en del af strømforsyningen. Den blå række er trimmere, der benyttes til at indstille orglets grundstemning, der er valgt til 1/5 komma middeltone. En anden række trimmere, der ikke kan ses på billedet, benyttes til at modificere stemningen til fx Valotti.

Registerantallet er planlagt til 12 stemmer (12 kontakter), men den bagvedliggende elektronik opererer kun med de 5 stemmer: 8', 4', 2-2/3', 2' og 1'. Stemmerne deles så videre ud i de forskellige registres klangfarver gennem forskellig filtrering. Der er for øjeblikket implementeret 7 registre.

For at danne de enkelte stemmer benyttes elektriske filtre, som modificerer forløbet af overtonerne.

Filtre

Oscillatorerne afleverer symmetriske firkantsvingninger, der er kendetegnet ved at indeholde alle ulige harmoniske, og niveauet af de harmoniske aftager efter en streng matematik som 1/n. Det betyder i praksis at der er ret kraftig grundtone, og at klangen er "hul" på grund af de manglende lige harmoniske. Det rettes der op på i filtersektionen gennem anvendelse af to principper. Det første er at tilføje de manglende lige harmoniske, ved at fx 8' tilføjes oktaven 4' i halvt niveau, 2' i kvart niveau og 1' i ottendedels niveau. Resultatet er en trappekurve, der ligger tæt op ad savtaksvingningen, som er kendetegnet ved at have alle harmoniske. Det er et velkendt princip fra ethvert elektronisk orgel og giver derved valgmulighed mellem at bruge firkantsvingningen til dækkede piper, eller savtaksvingningen til åbne stemmer, som principal, stryger og rørstemmer. Det andet princip er at benytte forskellige filtre for af modificere spektret. Der findes utallige eksempler i ældre orgelbøger over dette emne, men de har alle det til fælles, at de virker på hele klaviturets omfang på 4 oktaver (visse orgler endda 5 oktaver), så det er ret begrænset, hvad filtret kan udrette. Det er fx ikke muligt at danne en lyden fra en lukket pibe. Den har kun nogle få overtoner (1, 3 og 5), og ved filtrering over bare 4 oktaver vil selv et meget et skarpt lavpasfilter give mindst 8 harmoniske ved den dybeste tone (1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 og 15) og kun en enkelt ved den højeste tone. Klangen vil variere alt for meget over klaviaturet, og de mange overtoner vil give en blød og snerrende lyd i bassen og en rund og karakterløs klang i diskanten. Rar at høre på, men umiskendeligt et elektronisk orgel.

Det var præcis det problem, der i mange år holdt mig fra at bygge et elektronisk orgel. Jeg overvejede seriøst at bygge efter et ganske andet princip, kendt som Hammond-orglet, hvor klangen opbygges ved at addere sinusformede svingninger. Det, der primært holdt mig fra at gå den vej, det var ikke så meget problemet med at lave sinussvingningerne, som problemet med at nu er klangen den samme overalt på klaviaturet. Læser man spektre over opgelpiber, så er det slående at de ikke har samme spektrum i den dybe ende og den høje ende. Læser man bøger om orgelbygning (rigtige orgler, ikke elektroniske), så skrives der meget om mensurering. Kort sagt, er piber for dybe toner længere i forhold til diameteren end piber for høje toner. Omsat i spektre betyder det at der er flere harmoniske i den dybe ende end i den høje. Noget tyder derfor på, at den optimale løsning ligger et sted imellem de to yderpoler (enten med et fast filter for hele klaviaturet eller addition af sinussvingninger).

Løsningen kom en dag, hvor jeg egentlig havde besluttet at bygge efter den første metode, uagtet at resultatet nok ikke ville blive optimalt. Bygges skulle der, for ellers ville det ikke blive i dette liv. Jeg havde bestilt en masse komponenter til at komme igang med, og kontakterne under orglet skulle tage signalet fra oscillatorerne gennem modstande og summere det i samleskinner. Derefter kom så problemet med filtrene, men det måtte kunne løses med at dele klaviaturet op i bidder. Det problem måtte vente, til jeg havde noget at eksperimentere med. Pakken fra Farnell blev pakket op, og jeg blev gal i skralden. Modstanden, som skulle være på 100 kohm var på 100 ohm. Ulyken var ganske vist ikke større, end at jeg bare kunne bestille en ny omgang modstande, men jeg ville gerne igang. Nu. Resultatet blev at jeg gik en lang tur i skoven og skumlede over hvad jeg skulle gøre. Da jeg kom hjem igen, var løsningen der.

Interpolerende filtre

Filtersektionen benytter interpolerende filtrering, hvilket adskiller instrumentet fra andre amatørorgler. I stedet for ét filter, der dækker hele orglets 4 oktaver store klaviatur, er der tre filtre, som deler instrumentet op i to sektioner med 2 oktaver hver (C til c1 og c1 til c3). Indenfor hver sektion fordeles signalet fra tangenterne mellem de to hosliggende filtre svarende til den relative afstand mellem tonerne. Det giver, ud over en stereofonisk udgang, en langt mere præcis kontrol over klangfarven. Signalet føres kort sagt gennem kontakten og de 100 kohm til en samleskinne, der består af en seriekobling af 100 ohm modstande. Derved opnås en strømdeling mellem de to ender af samleskinnen. Delingen skal dog ikke være lineær, men krummes i takt med at frekvensen stiger eksponentielt, så modstandsnettet måtte "tunes" med et par ekstra modstande.

Filtret i hver ende af samleskinnen kan nu formes efter behov, og den frekvensbestemte strømdeling mellem samleskinnernes to ender betyder at signalet så at sige interpoleres mellem filtrene. Umiddelbart var det ideen at benytte firkantsignalet som det var, men det gik op for mig at en integration gav en triangelsvingning og ved efterfølgende differentiation blev firkantsvingningen genskabt, så der var ikke risiko for at miste noget ved et eksperiment. Resultatet blev derfor at alle knudepunkter blev udført som integratorer, så det grundlæggende signal i orglet blev triangelsignalet.

Firkantsignalet fra generatorerne er karakteriseret ved at amplituden af de harmoniske er omvendt proportional med frekvensen, det skrives typisk som en amplitude på 1/n, hvor n er nummeret på den harmoniske, og amplituden aftager derfor med hældningen -6 dB/oktav. Triangelsignalet dannes ved en integration så det er følger relationen 1/n2 så amplituden falder af med frekvensen kvadreret, hvilket er med -12 dB/oktav.

I tekniske termer kan triangelsignalet:

I flertallet af amatørorgler sammensættes firkantsvingninger i oktavafstant til en savtaksvingning som grundlag for registrene, men den er komplet uegnet til efterligning af musikinstrumenter. Der er for meget grundtone i forhold til de højere harmoniske så lyden bliver en hyggelig summen. En yderligere fordel ved de interpolerende filtre er, at der er to udgange fra hver sektion. Den aktuelle opbygning med tre filtre giver en udgang fra diskanten, en udgang fra mellemtonen, og en udgange fra bassen. Det er fristende at samle det i et stereofonisk udgangssignal, og resultatet af at gøre det er forbløffende godt. Orglet har derfor to effektforstærkere på hver 40 W og to sæt højttalere. Hver bestående af en 200 mm bas/mellemtone (8 tommer) og en 25 mm diskant (1 tomme) med en delefrekvens på 2,5 kHz. Delefiltret er af anden orden, og der er kun implementeret en højpassektion; bashøjttaleren runder selv af i diskanten. For at få tilstrækkelig med "muskler" i bassen er der indskudt et lavpasfilter ved cirka 100 Hz, som fører de dybeste toner over i højre højttaler. Den er ikke belastet med signaler under cirka 265 Hz (midterste C), og kan derved støtte i den dybeste oktav. Det er beregnet til kompensere for en blød afrulning i bassen, og det virker godt i praksis.

Undervejs i byggeriet rendte jeg ind i et problem med differenstoner når jeg spillede på orglet. Jo mere opmærksom jeg blev på det, desto mere irriteret blev jeg over det, så jeg satte mig for at undersøge forholdet. Jeg byggede et passivt lavpasfilter med gode kondensatorer (uden egenforvrængning) og hægtede det på udgangen. Uanset hvad jeg spillede, så kom der ikke noget på udgangen fra filteret. Efter en del arbejde med at undersøge filtret for fejl kom jeg frem til svaret: det er ørets egenforvrængning, der høres, og ikke orglets. Øret er en vidunderlig akustisk analysator, men det er langt fra ideelt, og her var en af knasterne i naturens fine design. Samme effekt anvendes af organister til at skabe en virtuel bas ved at trykke fx C og G pedalerne ned på større orgler. Grundet ørets dannelse af differenstoner vil det høres som et kontra-C med kraftig anden og tredje harmoniske. Altså var det noget jeg måtte leve med; det er jo svært at sende ørene til reparation, især når de ikke fejler noget.


Synthesizer

Jeg designede og byggede en synthesizer i starten af 1980'erne.

Instrumentet er stærkt inspireret af en populær synthesizer, MiniMoog, der blev markedsført af Robert A. Moog omkring 1975, og som blev meget populær, ikke mindst indenfor jazz. Min egen synthesizer benytter samme grundidé som MiniMoog, men er i øvrigt helt mit eget design.

Synthesizer, TAN 1981

Instrumentet har tre tonegeneratorer, der kan omskiftes mellem forskellige kurveformer, og hvor de to af dem (oscillator 2 og 3) desuden kan forstemmes i forhold til oscillator 1, så de spiller i faste forhold, hvilket er ganske anvendeligt til at skabe "bredde" i lyden. Oscillatorerne styres fra klaviaturet, som styrer tonehøjden. Oscilllator 3 kan modulere de to første oscillatorer for diverse klangeffekter, og oscillator 3 kan også kobles fra klaviaturet, og svinger da på en fast frekvens. Det kan blandt andet bruges til vibrato.

Synthesizer, TAN 1981

Tonegeneratorernes signal blandes i en mixer med signalet fra en støjgenerator, og summen føres til et filter. Dette filter vil dels følge klaviaturet (ikke vist i oversigten), dels følge konturgenerator 1, som startes når en tangent trykkes ned. Det kan give tonen et anslag. Efter filteres passerer signalet en forstærker, som styres af konturgenerator 2. Det kan give forskellige anslagsformer og udklingning for signalets amplitude.

En joy-stick blev indbygget, og den styrer dels tonehøjde (sidebevægelse), og dels filterets afskæringsfrekvens (op-ned). Det giver en ret god kontrol over lyden. For de teknisk interesserede er filteret et 4. ordens lavpasfilter med tilbagekobling. Jo mere tilbagekobling desto mere ændres filterkarakteristikken til resonansfilter, og instrumentet er indstillet så filteret lige netop kan gå i selvsving. Det kan give fine effekter sammen med støjgeneratoren. Lidt i retning af et menneske der fløjter.

Det største problem ved syntehsizeren er at den er monofonisk; den kan kun spille en enkelt tone ad gangen. Jeg eksperimenterede lidt med at pille et ekstra signal ud fra klaviaturet, så den ene af tonegeneratorerne kunne forskydes svarende til den høje af flere toner. Det virkede sådan set, men var så afhængig af kvaliteten af kontakterne, at det ikke kan benyttes i praksis.