Deutsch Der Projektname „AmpSynth“ setzt sich aus den beiden Wörtern Amplifier (Verstärker) und Synthesizer zusammen. Das Ziel des Projekts ist es einen funktionierenden Synthesizer und einen Klasse-D Verstärker zu entwickeln und herzustellen. Der Synthesizer erzeugt durch die Betätigung verschiedener Tasten unterschiedliche Töne. Diese werden über den Klasse-D Verstärker verstärkt über einem Lautsprecher ausgegeben.
Der Klasse-D Verstärker verstärkt das Signal nicht Analog sondern wandelt es in ein Digitales um, mithilfe der Pulsweitenmodulation. Das hochfrequente digitale Signal kann nun verlustarm verstärkt werden. Um nach der Verstärkung das analoge Signal rekonstruieren zu können muss der Mittelwert über mehrere Perioden gebildet werden, dies übernimmt ein Tiefpassfilter. Zuerst werden die Schaltungsteile in Multisim simuliert. Ist die Simulation zufriedenstellend wird die Schaltung auf einem Steckbrett aufgebaut und getestet. Wenn die Testung erfolgreich war, wird ein Platinenlayout erstellt und aufgebaut. Anschließend wird alles richtig zusammengebaut und Fehler werden behoben.
Der Synthesizer ist schon seit langer Zeit ein großer Bestandteil der Musikindustrie. Es wird vollkommen elektronisch ein Ton erzeugt. Dazu wird das für Instrumente übliche MIDI-Signal von einem Keyboard ausgelesen, um durch Signalerzeugung bzw. Signalmanipulation einen charakterisieren Klang zu erzeugen. Dieser Klang ist individuell anpassbar, wodurch sich eine Vielzahl von Klangbildern realisieren lässt. Die Verzögerungszeit wird dabei möglichst niedrig gehalten, wodurch sich der Synthesizer auch praktisch als Musikinstrument verwenden lässt.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße

English The project name "AmpSynth" consists of the two words Amplifier and Synthesizer. The aim of the project is to develop and produce a working synthesizer and a class D amplifier. The synthesizer generates different tones by pressing different keys. These are amplified via the class-D amplifier and output via a loudspeaker. The Class-D amplifier does not amplify the signal by analog but converts it into a digital signal using pulse width modulation. The high-frequency digital signal can now be amplified with low loss. In order to reconstruct the analog signal after amplification, the mean value must be calculated over several periods, which is done by a low-pass filter. First the circuit parts are simulated in Multisim. If the simulation is satisfactory, the circuit is mounted on a plug-in board and tested. If the test was successful, a PCB layout is created and assembled. Afterwards everything is assembled correctly and errors are corrected. The synthesizer has been a big part of the music industry for a long time. A sound is generated completely electronically. For this purpose, the MIDI signal usual for instruments is read out by a keyboard in order to produce a characteristic sound through signal generation or signal manipulation. This sound is individually adaptable, whereby a multiplicity of sound pictures can be realized. The delay time is kept as low as possible, so that the synthesizer can also be used practically as a musical instrument.

Details

Gesamtkonzept

Aufbau des Amplified Synthesizers

Ein elektronisches Keyboard sendet per MIDI-Protokoll, die gewünschte Note an einen Arduino Due. Dieser erzeugt dann digital dass gewünschte Audiosignal, was über einen DAC an den Class-D Verstärker weitergegeben wird. Letztendlich wird das Signal auf einen Lautsprecher wiedergegeben.

Synthesizer

Digitaler Synthesizer

Laut der Theorie von Jean Baptiste Fourier besteht jede Schwingung, und daher jeder Ton, aus einer Summe verschiedener Sinusschwingungen. Auf diesen Konzept ist der Synthesizer aufgebaut. Mithilfe eines Microcontrollers(µC) wird ein beliebiges Klangbild berechnet. Von einem MIDI-Instrument wird die gewünschte Note übertragen, der µC nimmt diese als Grundfrequenz und berechnet den gewünschten Ton. Dieser Ton wird noch zeitlich bearbeitet, damit er authentischer klingt, und anschließend als analoger Ton ausgegeben. Als Schnittstelle fungiert ein 3,5mm Klinkenstecker, da dieser weit verbreitet und einfach zu realisieren ist.

Amplifier

Class-D Amplifier

Der Klasse D Verstärker verstärkt das Signal nicht Analog sondern wandelt es in ein Digitales um. Dafür wird das vom Synthesizer kommende Audiosignal mit einem Dreieckssignal von 200kHz im Komparator verglichen, das resultierende Ergebnis ist ein PWM-förmiges Signal. Das hochfrequente digitale Signal kann nun verlustarm in einem Leistungsverstärker verstärkt werden. Um nach der Verstärkung das analoge Signal rekonstruieren zu können muss der Mittelwert über mehrere Perioden gebildet werden, dies übernimmt ein Tiefpassfilter. Gut dafür eignet sich ein LC Filter da die Spulen einen kleinen ohmschen Widerstand aufweisen und die Leistung fast ungehindert passieren kann.