Órgãos eletrônicos, sintetizadores e outros instrumentos musicais eletrônicos possuem circuitos internos comuns. A escolha destes circuitos e a sua quantidade é que determinam os efeitos finais obtidos. Num projeto tem-se uma grande quantidade de possibilidades para a escolha dos circuitos básicos, 0 que sempre é motivo de indecisões por parte dos montadores. Neste artigo damos alguns circuitos básicos que, pelas suas características, podem servir para muitas aplicações práticas importantes dentro da música eletrônica.
Obs. Este artigo é de 1984. As soluções são da época servindo, no entanto, para projetos experimentais, pois hoje se pode fazer muito mais com microcontroladores e DSPs.
No projeto de um instrumento musical eletrônico, um dos primeiros circuitos a ser estudado é o do oscilador principal, que deve produzir os sinais correspondentes às frequências das notas musicais.
Para a escala Igualmente Temperada, adotada universalmente, as frequências e as denominações das notas musicais são na oitava central:
C = 263,63 Hz F* = 369,99 Hz.
C* = 277,18Hz G = 391,99 Hz
D = 293,66 Hz G* = 415,31 Hz
D* = 311,13 Hz A = 440,00 Hz
E = 329,63 Hz A* = 466,16 Hz
F = 349,23 Hz B = 493,88 Hz
Para a oitava imediatamente inferior basta dividir por dois todas as frequências; para a oitava imediatamente superior, basta multiplicar por dois todas as frequências.
No circuito oscilador a forma de onda não é muito importante, já que esta pode ser trabalhada pelas etapas seguintes.
Lembramos que é a forma de onda que basicamente determina o timbre do instrumento.
Diversos são os circuitos que podem ser usados para produzir os sinais básicos correspondentes às notas musicais. Podemos ter, conforme mostra a figura 1, os multivibradores astáveis em que a frequência depende dos resistores R2 e R3 e dos capacitores C1 e C2.(Para cálculos de frequência, veja a seção de matemática para eletrônica no site.)
Outro tipo de oscilador é o de relaxação que faz uso dos transistores unijunção, como o mostrado na figura 2.
Neste circuito, a frequência é dada pela expressão:
f = 1/(R x C)
Onde:
f é a frequência em Hertz,
R é a resistência em ohms
C é a capacitância associada no circuito de tempo em farads.
O valor de R pode ser variado na faixa de uns 3 ou 4 k até 5ook ou mais para o 2N2646, enquanto que C pode ter valores na faixa de 1 nF até 1000 uF, sem problemas.
Uma característica importante deste oscilador é sua estabilidade em função da tensão de alimentação, dada pelo gráfico da figura 3.
Uma variação de 10% na tensão de alimentação provoca na frequência uma modificação inferior a 1%. Do mesmo modo, em função da temperatura, a estabilidade de frequência é igualmente elevada, atingido a um valor em torno de 0,04% para cada grau centígrado.
As formas de onda obtidas neste circuito são a dente de serra e o pulso agudo, de curta duração.
Um circuito prático importante para aplicação em instrumento musical eletrônico é mostrado na figura 4.
O circuito faz uso de um único transistor unijunção do tipo 2N2646 ou equivalente e cobre apenas uma oitava. Para cobrir outras oitavas é conveniente utilizar circuitos separados, misturando-se posteriormente os sinais em circuito apropriado.
A frequência básica do oscilador é dada pelo capacitor C1, de 100 nF, que pode ser cerâmico ou de qualquer outro tipo. A qualidade deste capacitor é importante se for desejada precisão no funcionamento e principalmente estabilidade sob diversas condições climáticas e de alimentação.
Cada nota é obtida pelo fechamento de um interruptor que corresponde ao teclado e que coloca no circuito uma série de resistores cuja soma, em conjunto com C1, determina a frequência produzida.
Os valores dos resistores precisam ser exatos e como não são padronizados, artifícios devem ser empregados.
Assim, para obter 2470 ohms será preciso associar um resistor de 2200 ohms em série com um de 270 ohms.
Os resistores devem ter 1% de tolerância neste caso.
O trimpot no início da série permite fazer a afinação, mas do conjunto na totalidade, já que para cada nota isso não é possível nesta configuração.
Uma alternativa para afinação independente é mostrada na figura 5, com o uso de trimpots em cada tecla, mas, sem dúvida, trata-se de uma configuração mais dispendiosa.
Veja que o sinal é retirado do emissor do transistor unijunção através de um resistor de 1M sobre uma carga de 330 k. Este resistor de alto valor impede que a carga sobre o circuito afete sua frequência.
De posse de um oscilador como o indicado é preciso ter as diferentes formas de onda que dão o timbre característico do instrumento.
Alterações na forma de onda podem ser conseguidas de diversas maneiras, sendo as mais comuns as que fazem uso de filtros passivos, ou seja, redes de resistores, capacitores, indutores e diodos, que alteram a forma de onda e que respondem de certa forma a uma faixa determinada de frequências.
Começamos por mostrar na figura 6 um circuito de acoplamento do oscilador com transistor unijunção, capaz de excitar uma rede de filtros passivos.
Este circuito utiliza um transistor NPN de uso geral e sua alimentação será feita com tensões entre 9 e 18 V.
Os filtros são mostrados na figura 7 juntamente com as formas de onda que são obtidas.
Uma chave comutadora permite escolher qual dos filtros entrará em ação caso o instrumento projetado seja um sintetizador.
No caso de outros instrumentos escolhe-se simplesmente o circuito que permita obter o timbre desejado.
Num sintetizador se pode obter efeitos especiais pela modulação direta do oscilador principal, alterando-se sua frequência a partir de um sinal externo.
Conforme mostra a figura 8, podemos fazer “correr" a nota produzida de um valor para outro a partir de um potenciômetro externo, com um efeito interessante, semelhante, ao da guitarra havaiana.
Este trêmulo pode ainda ser automático se tiver uma amplitude menor e uma frequência fixa.
Para esta finalidade damos o circuito da figura 8, em que o oscilador básico com transistor unijunção passa a ter uma entrada de modulação.
A tensão de controle, variando de 0 até o valor da alimentação, neste circuito produz uma variação de frequência numa faixa de 1:2, ou seja, pode até dobrar a frequência do sinal original.
Na saída dos filtros do circuito, em que empregamos o unijunção como fonte de sinais, precisamos ainda de um circuito próprio de acoplamento ao amplificador. Este “voicing circuit" e mostrado na figura 9 e consiste apenas de elementos passivos.
O amplificador de áudio usado dependerá evidentemente da aplicação a ser dada ao aparelho.
Lembramos que a partir destes circuitos podemos projetar desde pequenos órgãos de brinquedo até mesmo verdadeiros sintetizadores. Tudo depende da quantidade de circuitos usados e dos recursos adicionais acrescentados.
Completamos a nossa série de sugestões de circuitos para projetos com um mixer que poderá ser usado para levar ao amplificador final os sinais de diversas oitavas e de diversos efeitos. (figura 10)
A base do circuito é um amplificador Operacional 741, que deve ser alimentado por fonte simétrica.
O circuito possui três entradas e uma saída que pode ser ligada diretamente a um amplificador de áudio comum. O ganho deste misturador é de 100 vezes, dado pela relação entre o resistor de realimentação e os resistores de cada uma das entradas.
