Órgão Eletrônico Dual Vox (ART2745)

Este artigo é de 1978, mas pode ser montado com facilidade ainda é hoje. Apenas pela versão em ponte recomendamos que não seja adotada, pois naquela época, diferentemente de hoje as matrizes de contato não eram comuns.

Órgãos eletrônicos são sem dúvida instrumentos que despertam a atenção de uma grande quantidade de nossos leitores.

Por este motivo, já que temos em nosso diversos projetos deste tipo descrevendo órgãos de brinquedo com os quais efeitos sonoros interessantes podiam ser obtidos.

Como o interesse pela música eletrônica por parte de muitos se dirige aos sintetizadores que são circuitos de alto grau de complexidade, procurando ir cada vez mais em sua direção, evoluímos em nossos órgãos eletrônicos de brinquedo, apresentando agora uma terceira versão.

As características de nosso órgão eletrônico ainda não são comparáveis a um tipo profissional, mas sem dúvida permitem a realização de um brinquedo bastante interessante.

Dois circuitos osciladores separados permitindo a obtenção de acordes.

Ajuste independente em cada nota musical.

Circuito de vibrato com frequência ajustável.

Possibilidade de acoplamento em qualquer amplificador

Alcance de todas as oitavas da escala audível, inclusive os sustenidos.

Alimentação por pilhas comuns.

Na montagem final, o leitor terá duas possibilidades: utilizar um teclado simples de circuito impresso, tocando com pontas de prova, ou então elaborar ou adaptar um teclado com interruptores. (fig.1).

Figura 1 – Os teclados | Clique na imagem para ampliar |

A parte eletrônica utiliza componentes de fácil obtenção em nosso ”mercado e mesmo com o emprego de circuitos integrados, os leitores não terão dificuldades com sua realização, bastando para isso seguir à risca nossas instruções.

CIRCUITO

Para analisar este circuito devemos dividi-lo em duas partes: os osciladores principais que são responsáveis pela produção da corrente alternada nas frequências das notas musicais, e os circuitos osciladores do vibrato que modulam os sinais dos osciladores principais.

A parte de áudio permite diversas opções: pode-se utilizar um amplificador separado do circuito ou então num amplificador incorporado de que trataremos separadamente.

Os dois osciladores principais tem como base os circuitos integrados 555 que são timers ligados na configuração de multivibradores astáveis.

Estes circuitos geram sinais retangulares ou triangulares que determinam o timbre do instrumento. Aplicados a um amplificador estes sinais podem ser convertidos em som, e conforme sua frequência podem corresponder a qualquer nota da escala musical.

Na figura 2 temos o circuito básico de um multivibrador astável que usa um integrado 555.

Figura 2 – oscilador 555

Neste circuito, a frequência do sinal produzido pelo oscilador depende dos valores de R1, R2 e C. A Fórmula que relaciona estas grandezas é:

F = 1,44 / ((R1 + 2R2). C)

Para um funcionamento estável do circuito R1 + R2 não devem ter valor superior a 3,3 M ohms, enquanto que R1 e R2 não podem também ter um valor inferior a 1 k ohms.

O importante a ser observado é que este circuito pode gerar sinais na faixa de frequências que vai de menos de 0,1 Hz,até perto de 100 kHz o que significa que, com extrema facilidade este oscilador pode cobrir toda a faixa audível em suas oitavas.

Na figura 3 temos o gráfico que permite determinar a faixa coberta pelo oscilador em função dos valores de seus componentes.

Figura 3 – Frequência x componentes

Veja o leitor que a frequência depende tanto do valor de C como de R1 e R2.

Isso significa que temos duas possibilidades práticas ao projetar o circuito: usar um valor de C correspondente a cada nota musical ou então usar um valor de R2 para cada nota.

Se utilizarmos um valor de C para cada nota teremos sérias dificuldades práticas, já que estes componentes são fixos, não podendo ter seus valores modificados para qualquer afinação.

Por outro lado, para R2 podemos usar trimpots que são resistores variáveis o que permite que cada nota seja ajustada separadamente. O instrumento poderá então ser afinado nota por nota, bastando para isso usar um trimpot para cada tecla.

Como esses componentes são de baixo custo e fácil obtenção o leitor não precisa se preocupar com os gastos se pensar em utilizar duas; três ou mesmo, mais oitavas em seu órgão. Mantendo então fixo 0 valor de C (por exemplo 0,1 uF) podemos com um trimpot de 1 M ohms, variar a frequência do oscilador entre 10 Hz e 15 kHz aproximadamente o que corresponde a todas as oitavas da escala musical. (figura 4).

Figura 4 – Componente de afinação

A forma de onda obtida nos osciladores é muito importante, pois ela determina o timbre do instrumento. Assim, no pino 3 de cada 555, temos um sinal retangular, enquanto que no pino 2 e 6 podemos obter um sinal "dente de serra".

Como a intensidade do sinal é pequena, este deve ser aplicado a um amplificador para se obter com isso uma boa potência sonora para o órgão.

De modo a permitir a obtenção de acordes, são utilizados dois circuitos osciladores separados. Assim, no caso de usarmos pontas de prova para tocar, poderemos ter uma ponta de prova para cada oscilador podendo separadamente produzir qualquer nota das escalas, ou então no caso de usarmos um teclado podemos acoplar o primeiro oscilador ao primeiro conjunto de teclas (primeira oitava), o segundo oscilador ao segundo conjunto de teclas (segunda oitava) e se quisermos mais notas, poderemos usar um terceiro, um quarto e até mesmo um quinto oscilador.

O segundo circuito a ser analisado é o de vibrato. Um sinal de baixa frequência é aplicado por meio de um capacitor de 4,7 uF a cada um dos osciladores principais com o 555 de modo a poder “variar" a Iargura e consequentemente a frequência dos pulsos produzidos por estes circuitos, conforme indica a figura 5.

Figura 5 – Modulador do Vibrato

O resultado disso é que temos um som tremido com variação de frequência que tornam muito mais rico o som do órgão. Um controle da “profundidade" do vibrato é acrescentado para termos um controle total do som do instrumento.

O gerador de vibrato nada mais é do que um oscilador de ”duplo T" operando numa frequência de aproximadamente 1 Hz, cuja forma de onda é senoidal. O aspecto básico deste oscilador é mostrado na figura 6.

Figura 6 – oscilador do vibrato

Num oscilador de duplo T a frequência do sinal depende dos valores dos capacitores e dos resistores no filtro em T, e estes devem obedecer entre si também, uma relação bem definida de valores.

A alimentação do circuito de vibrato é a mesma do órgão em geral, já que seu consumo é bastante pequeno.

Um ponto importante a ser observado em relação à versão que usa pontas de prova, refere-se a afinação. Nesta, tocando a mesma tecla com uma ou com outra ponta de prova deve-se obter o mesmo som, o ajuste torna-se muito crítico em vista das diferenças de valores reais existentes dos componentes e os valores marcados.

Veja que um capacitor pode ter normalmente uma tolerância de 20% ou mais o mesmo sucedendo com resistores. No caso do uso de teclado, como reservamos um oscilador para metade do teclado e outro para a outra metade, o ajuste é bem mais simples, mas mesmo assim o leitor deve ter "bom ouvido" para manter as relações indicadas entre as notas, segundo ocorre nos instrumentos musicais de verdade.

A alimentação do circuito pode ser feita por meio de 6 pilhas pequenas ou médias, ou então por uma fonte ligada à rede, cujo diagrama é mostrado na figura 7.

Figura 7 – A fonte de alimentação

Se o amplificador a ser usado for incorporado ao órgão, no projeto da fonte o leitor deve levar em conta também seu consumo de energia.

MONTAGEM

Como este circuito tem por base circuitos interligados, a melhor montagem é a realizada em placa de circuito impresso.

Entretanto, existe também a possibilidade de se realizar uma boa montagem, com igual desempenho em uma base de madeira ou qualquer outro material isolante onde são fixadas duas pontes de terminais paralelas (figura 8).

Figura 8 – Opção com ponte (nãorecomendada atualmente)

Descreveremos a montagem para os dois casos:

Para a realização da parte eletrônica, o leitor necessitará das ferramentas habituais: um soldador de pequena potência (máximo 30 W), um alicate de corte, um alicate de ponta, chave de fendas, solda de boa qualidade. Se optar pela versão em placa de circuito impresso deve possuir os recursos para sua realização prática.

Com relação à parte mecânica, o leitor deve possuir o material necessário à montagem da caixa, teclado, ou então sua adaptação a partir de algum órgão ou piano de brinquedo.

O circuito básico da parte eletrônica (oscilador principal e vibrato - sem o amplificador) é mostrado na figura 9.

Figura 9- Circuito básico | Clique na imagem para ampliar |

Neste circuito apenas mostramos onde devem ser ligados os teclados que admitem duas versões. Essas versões serão tratadas separadamente. A primeira é para ser tocada com pontas de prova podendo ser feita em placa de circuito impresso ou com latinhas fixadas a uma base de madeira, conforme sugere a figura 10.

Figura 10 – Teclado com ponta de prova

A segunda consiste em teclas que acionam interruptores, podendo ser adaptada a partir de um teclado de piano de brinquedo ou qualquer outro instrumento, ou então elaborada inteiramente pelo leitor. (figura 11).

Figura 11 – Teclado com interruptores

Para o circuito eletrônico temos a sua realização prática em ponte de terminais mostrada na figura 12, e a versão em placa de circuito impresso mostrada na figura 13.

Figura 12 – Versão em ponte (não recomendada atualmente) | Clique na imagem para ampliar |

Figura 13 – versão em placa | Clique na imagem para ampliar |

O amplificador usado pode ser de qualquer tipo com uma alta impedância de entrada, sendo o volume do som controlado no mesmo. Se o leitor quiser incorporar um amplificador ao seu órgão, pode utilizar qualquer pequeno amplificador deste site.

Na figura 14 temos a maneira como devem ser feitas as ligações deste amplificador ao órgão, incorporando-se um controle de volume que também serve para ligar e desligar a fonte de alimentação.

Figura 14 – Ligando ao amplificador

Com este amplificador teremos um excelente volume para o órgão eletrônico.

Na preparação da caixa para alojar seu órgão, o leitor deve prever toda a furação para colocação dos controles, de eventuais jaques de saída e outros recursos que pretender dotá-lo.

Damos a seguir uma orientação com a sequência de operações de montagem, tanto para a versão em placa de circuito impresso como para a versão em ponte de terminais.

l) VERSÃO EM PONTE

a) Prepare a base de montagem, fixando as pontes de terminais por meio de parafusos. Essa base de montagem pode ser uma tábua de compensado, na qual também será montado o teclado, ou então o próprio fundo da caixa do brinquedo que estará sendo adaptado.

b) Prepare os soquetes dos circuitos integrados, soldando em cada um, pedaços de fio nu de aproximadamente 5 cm de comprimento que então serão soldados às pontes da maneira indicada nas figuras. Na soldagem segure o fio entre o soquete e a ponte por meio de um alicate de ponta de modo a evitar que o calor desenvolvido no processo não se propague até o terminal, desfazendo a solda neste local.

c) Proceda a soldagem de todos os componentes na ponte, em torno dos circuitos integrados, observando que os resistores não tem polaridade certa, e que os capacitores tem polaridade certa que devem ser gravadas em seus invólucros. Os capacitores da lista de material tem valor mínimo de tensão. Quaisquer valores maiores que os indicados podem ser usados.

d) Faça as interligações entre os componentes da ponte de terminais com os fios flexíveis de capa plástica, cortando-os em comprimentos apenas o suficiente para interligar os pontos desejados. Fios muito longos podem introduzir ruídos no som produzido pelo órgão.

e) Solde os transistores dos dois osciladores de vibrato, observando que o lado chato desses componentes devem ficar voltados para cima. Na operação de soldagem, evite que excesso de calor atinja o corpo de componente, segurando os terminais com o alicate de ponta.

f) O trimpot de ajuste de funcionamento de cada vibrato pode ser soldado na própria ponte de terminais já que, uma vez ajustado não mais precisará ser tocado.

g) Faça provisoriamente a ligação dos controles externos, ou seja, potenciômetros, chaves, jaque de saída, etc. Para o caso de montagem em placa de circuito impresso os cuidados são os seguintes:

VERSÃO EM PLACA

a) De posse da placa de circuito impresso pronta, antes de fazer a soldagem dos componentes, verifique se não existe nenhuma irregularidade na mesma, se existem tiras com interrupções, em curto ou com qualquer anormalidade.

b) Comece por soldar os soquetes dos circuitos integrados nas posições dadas pelas figuras. Observamos que o soquete pode ser eliminado, mas no caso, se houver algum problema com o mesmo que exija sua troca, esta tarefa será consideravelmente dificultada, além de se correr o risco do mesmo sofrer danos durante o próprio processo de soldagem. O leitor que quiser eliminar este acessório importante da montagem poderá fazê-lo por sua própria conta e risco.

c) Solde os demais componentes nas posições indicadas, sempre atentando para seus valores e polaridades. No caso do transistor de cada vibrato, tome cuidado para que excesso de calor não os afete na soldagem.

d) Faça provisoriamente a ligação dos componentes de saída e controle externo antes de instalar a placa em posição definitiva. Isso possibilitará uma prova inicial antes de se fazer a colocação em definitivo do conjunto na caixa.

e) Somente depois de terminar a montagem coloque os circuitos integrados nos soquetes, sempre atentando para sua posição, dada pela marca ou pinta num dos lados.

f) As ligações para os componentes de controle e saída podem ser feitas com cabinho flexível de capa plástica. Não use fios de comprimento excessivo pois se o amplificador usado for de alto-ganho poderá haver a captação de zumbidos.

Completada a montagem, da parte eletrônica, para as duas versões, ligue provisoriamente entre os pontos A e B, e entre C e D dois potenciômetros de 1M cada (Iinear sem chave), para poder realizar provas iniciais de funcionamento sem a necessidade de se ter o teclado pronto.

Veja na figura 15 como devem ser ligados esses potenciômetros.

Figura 15 – Ligação dos potenciômetros

Com eles poderemos colocar os osciladores principais e os circuitos de vibrato para funcionar analisando seu desempenho, antes de termos os teclados prontos.

AJUSTE DO CIRCUITO OSCILADOR

Para o teste e ajuste do circuito oscilador na fase inicial, você precisará dispor de um amplificador auxiliar, ou então já estar com o amplificador que usará internamente na montagem, definitivamente montado.

Ligue na saída do amplificador um alto-falante de acordo com sua potência.

Para o micro-amplificador você pode usar um alto-falante de 10 ou 15 cm de 8 ohms de impedância, alimentando o circuito com uma tensão entre 6 e 9 V.

A prova de funcionamento é feita da seguinte maneira:

a) Ligue a fonte de alimentação do aparelho, ou seja, coloque as pilhas no suporte ou faça a conexão da unidade (fonte) à rede. (Veja o diagrama da fonte que fornecemos para esta finalidade com seu aspecto final).

b) Coloque o amplificador a ser utilizado numa posição de volume que permita uma boa escuta.

c) Logo que a unidade for ligada já pode haver emissão de som. Gire então separadamente os dois potenciômetros de modo a verificar a sua atuação no circuito. As variações de som produzidas por um e por outro devem ser iguais.

d) Em seguida, acione os circuitos de vibrato, fechando o interruptor conjugado ao potenciômetro correspondente e ao mesmo tempo leve o potenciômetro todo para a direita de modo a ter-se máxima profundidade de ação deste controle. Ajuste o trimpot que controla a ação de cada vibrato de modo a obter o som tremido desejado. Desligue um dos osciladores para ajustar cada vibrato de modo a facilitar a verificação de seu funcionamento, isto é, quando ajustar o vibrato 1, desligue o oscilador 2, tirando o potenciômetro correspondente ligado provisoriamente no lugar do teclado.

e) Funcionando tudo conforme o esperado, não mexa mais nos controles de vibrato, e retire os potenciômetros provisórios ligados entre os pontos A, B, C e D. Passe então à etapa seguinte da montagem que consiste na preparação do teclado e na afinação.

LIGAÇÃO NO TECLADO

Para qualquer uma das duas versões, os trimpots devem ser soldados em ponte de terminais ou em placa de circuito impresso. (fig. 16).

Figura 16 – Teclado | Clique na imagem para ampliar |

É muito importante que estes componentes sejam acessíveis a uma chave de fenda ou aos dedos para a realização de ajustes mesmo depois da unidade ser instalada definitivamente numa caixa.

Para cada tecla usada tem-se um potenciômetro correspondente que deverá ser ajustado para que, ao ser tocado, haja a emissão da nota correspondente. Não devem ser tocados duas notas adjacentes a não ser na versão com pontas de prova, pois a versão em teclado não permite a obtenção de acordes próximos.

Os teclados devem ser ligados da maneira indicada nas figuras. Seus dois únicos fios para cada oscilador num total de 4 são conectados aos pontos A, B, C e D do circuito principal. Se o leitor quiser poderá estender à vontade o número de teclas, mantendo é claro os limites admitidos para funcionamento do circuito.

Uma vez constatado o funcionamento do oscilador, e ligado o teclado, procedesse a afinação por nota. Para esta operação será preferível que o leitor tenha conhecimento de música ou toque algum instrumento.