Сегодня ремонтируем аналоговый синтезатор Behringer MODEL D, вот такой (фото с сайта производителя):
Клиент жалуется на писк, периодически издаваемый синтезатором, звуки очень завышены. Кроме того жалобы на несоответствие интервалов октавных переключателей (вместо октав синтезатор повышает и понижает звук то на нону, то на септиму, а в крайнем положении переключателя выдаёт треск - звуки частотой в единицы герц).
Синтезатор, конечно, аналоговый, но за общение с портом USB и за обработку MIDI-сообщений отвечает программируемый микроконтроллер NUC123LD4AN0 - цифровой интерфейс нашего синтезатора, поэтому, прежде чем приступить к ремонту, делаем попытку обновить программное обеспечение синтезатора. На сайте производителя в разделе поиска находим нужный нам файл - Model D Updater 1.0.5.
После распаковки и запуска обновления я получил вот такое окно:
Итак, обновление синтезатору не требуется, он уже прошит.
Окрываем синтезатор, извлекаем электронную часть, подключены питание от адаптера, кабели USB (к компьютеру) и Jack 3.5 мм (к компьютеру, наушникам или тюнеру):
Делаем попытку откалибровать синтезатор согласно этому файлу (находится там же, на сайте производителя):
После включения синтезатора и перед его настройкой важно прогреть сабж в течение получаса (а то и дольше), чтобы все детали на плате достигли необходимых температур. Ручки управления при прогреве девайса должны быть установлены в указанные положения:
После прогрева первым делом выставляем напряжения +10.0 вольта, поворачивая вал потенциометра отвёрткой с крестовым шлицом:
...и контролируя напряжение на выходе стабилизатора L1117 (IC22),
...а также напряжение -10.0 вольта (с контролем в точке TP7):
Управление высотой каждой ноты в синтезаторе осуществляется с помощью изменения напряжения, поэтому требуется максимально точно выставить контрольные напряжения +6.500, 0.000 и -2.500 вольта, пользуясь при этом цифровым вольметром с разрешением три разряда после запятой. Я обошёлся своим DT-830D с двумя цифрами после запятой, внимательно следя за переходом между, скажем, +6.49 и +6.50. При регулировке при постепенном повышении напряжения в момент перехода со значения +6.49 на +6.50 считаю первое же значение +6.50 равным +6.500.
Напряжение измеряется в точках TP1 и TP2 на плате синтезатора:
Напряжения вызываются с помощью MIDI, я пользовался секвенсером Cakewalk 9.0, установленном на кмпьютере. Наш синтезатор уже подключен к компьютеру, автоматически определился в системе, поэтому в Cakewalk в качестве устройства для обработки MIDI-сообщений...
...выбираю MODEL D,
...сбрасываю настройки синтезатора до заводских с помощью SysEx сообщения:
Теперь синтезатор находится в режиме регулировки напряжений. Нажатие нот C4, D4 и E4 вызывает необходимые напряжения, ноты C3, E3, E3 и F3 позволяют грубо и точно понижать и повышать контрольные напряжения (у меня в Cakewalk не знаю почему, но все клавиши нужно было нажимать октавой выше: C5, D5 и E5 - для вызова напряжений и C4, E4, E4 и F4 - для их корректировки; при управлении с MIDI-клавиатуры таких транспонирований не понадбилось бы, но на момент ремонта у меня не было под рукой клавиатуры).
Выхожу из режима калибровки напряжений, нажимая клавишу C# 4 (в моём случае - C# 5; все клавиши нажимаю в окне Piano roll):
Калибруем первый осциллятор. Сигнал с аудио выхода синтезатора я подал на тюнер, которым я пользуюсь при настройке фортепиано:
Можно пользоваться осциллографом, а можно настраивать и на слух по встроенному в синтезатор камертону - при совпадении частот (A5 - 880 герц, A2 - 110 герц) с частотой камертона (A4 - 440 герц) биения исчезают.
Открываем первому осциллятору путь на выход, пользуясь красным переключателем SW4:
На MIDI-клавиатуре жмём и не отпускаем ноту A5 (я создал файл, который безостановочно проигрывает ноту A6 в Cakewalk).
С помощью потенциометра OSC1 RANGE (VR1):
...настраиваем звучание ноты A5, контроль осуществляю по тюнеру. Затем проигрываем ноту A2 и, пользуясь потенциометром OSC1 SCALE (VR2), настраиваю её. Возвращаемся к ноте A2 и повторяем операции по настройке нот до тех пор, пока обе ноты не будут настроены.
Аналогичным образом настраиваем второй (переключатель SW12, потенциометры VR14-VR15) и третий (переключатель SW23, потенциометры VR34-VR35) осцилляторы.
Теперь нужна настройка переключателей октав. В соответствующее гнездо синтезатора вставляем штеккер наушников. На MIDI-клавиатуре нажимаем и не отпускаем ноту C6 (я в Cakewalk создал и запустил файл с нотой C7). Нажатием красных переключателей SW4 и SW12 подаём сигналы с первого и второго осциллятора на выход, переключатели октав SW2 и SW10 ставим в положение 2' и вращением ручки "Oscillator 2" (VR18) убираем (на слух) биения между звуками двух включённых осцилляторов.
Затем, переведя переключатель октав первого осциллятора SW2 в положение 8', вращением вала потенциометра OSC SW (VR33):
...устраняем биения между двумя звуками. Октавы настроены.
Однако, результаты настройки меня не удовлетворили: настроенные ноты "уплывали" - меняли свою высоту в течение достаточно короткого периода времени (минуты-двух). Переходим к поиску неисправности.
Голосом монофонического синтезатора Behringer MODEL D является генератор, собранный на микросхеме TL074С (IC13):
То есть осциллятор в синтезаторе фактически один. Те блоки, что называются в синтезаторе осцилляторами 1-3,
обрабатывают сигнал, идущий от генератора, собранного на базе IC13. Поскольку неконтролируемые изменения звуковысотности проявлялись одновременно на всех трёх "осцилляторах", можно предположить, что неисправность следует искать в генераторе. Соорудив нехитрое приспособление, состоящее из щупов и резистора номиналом 1 килоом,
...я принялся прикладывать щупы ко всем smd-резисторам в окружении IC13. Обнаружил несколько, при прикосновении к которым звуковысотность менялась. И тут синтезатор сделал мне подарок - ушёл в писк. Опять же с помощью щупов и резистора я нашёл неисправную деталь, вот этот резистор с маркировкой 18D (R209, 150 кОм):
При приложении щупов к резистору звук возвращался с верхних частот вниз. Я выключил синтезатор, померял номинал резистора без выпаивания его - 43 кОм. Ну что ж, он может быть подключён параллельно с другим. Тогда я пропаял контакты резистора, снова включил синтезатор и запустил ноту на компьютере. Нота, зазвучавшая на выходе синтезатора оказалась той же, что и была отправлена на синтезатор с компюьтера, только на октаву ниже. В Интернете я встречал примеры использования этого синтезатора как басового. Наверно так и было задумано производителем, не знаю. Также заработали корректно и октавные переключатели. Причиной неисправности послужил банальный непропай.
Ищем другую "неисправность", заявленную клиентом, - при положении LO любого из октавных переключателей на выходе имеем треск - звук в единицы герц. Отвечает за октавность вот этот блок резисторов:
Номиналы R495 и R496 в оригинале должны быть 4,75 кОм и 2,4 кОм соответственно, на фото же они уже заменены, почему - скажу чуть позже. Чтобы объяснить, как работает этот блок, привожу схему (оригинальной схемы синтезатора я не нашёл, данный же блок срисовал с платы):
Звуковысотностью в синтезаторе управляют напряжением. Интервалы октав управляются напряжениями, поступающими на вход операционного усилителя IC28. Напряжения для каждой из октав падают на резисторах, включённых по схеме делителя напряжения. На схеме приведены оригинальные номиналы резисторов. На R496 и VR33 входное напряжение падает до 7.70 вольта, на резисторе R495 - до 6.54 вольта, а далее на каждом из резисторов выше по схеме падает по 0.30 вольта (замеры напряжений - 6.24, 5.94, 5.64, 5.34 соответственно). То есть одна октава эквивалентна 0.30 вольта. И из ряда выбивается напряжение, подаваемое на контакт LO, разница с предыдущим напряжением не 0.30, а 1.16 вольта.
Как я и указал ранее, я поменял сопротивления резисторов R495 и R496, чтобы добиться разницы звучания между положениями 32' и LO в одну октаву. Но при этом порушились остальные октавы, октавы превратились в квинты. Получается, что надо менять теперь все резисторы вверх по цепи. И тут меня осенило: это была не ошибка при монтаже или проектировании синтезатора, так и было задумано производителем. Ведь последнее положение октавного переключателя не случайно отмечено как LO (low - низкий), а не как 64'. (2', 4', 8', 16' и 32' - это обозначения, применяемые в органах, обозначающие обертоны, получаемые при делении основной трубы. 2' - труба делится пополам - звук повышается на октаву, 4' - ещё раз пополам - ещё октава вверх, и так далее). За положением LO разработчики закрепили просто низкий звук, без октавной привязки к основному тону (что-то вроде квинты через две октавы, не помню сейчас).
Наш же синтезатор исправен - нужно либо привести его в первоначальное состояние (вернуть на место оригинальные R495 и R496), либо переделывать его схему дальше, превращая LO в 64'. Но оставим это на усмотрение клиента: это уже внесение изменений в конструцию аппарата, а не ремонт.