A-110-4 Quadrature Thru Zero VCO

Zunächst einmal: Wow, was für ein pompöser Name! „Quadrature Thru Zero VCO“! Das klingt doch mindestens nach Warp 11, Quantenfluxkompensatoren und ähnlichen Dingen, oder? Die Bezeichnung wird eigentlich nur noch vom A-110-6 „Trapezoid Thru Zero Quadrature VCO“ getoppt – zu dem kommen wir in einem späteren Blogbeitrag in diesem Hyperraumkontinuum zu sprechen.

Das Wort „Quadrature“ kennen wir von einem anderen Modul, dem A-143-9 VC Quadrature LFO: Hier hatte Doepfer erstmals einen Oszillator angeboten, der eine Sinusschwingung „quadratisch“, d.h. um jeweils 90° in der Phase verschoben erzeugt. Und so wird auch beim A-110-4 ein Sinus und ein Cosinus (um 90° gegen den Sinus verschoben) ausgegeben. Und „Thru Zero“? Das bedeutet schlichtweg, dass der Oszillator bis zu echten 0 Herz moduliert werden kann – hier bleibt die Schwingung einfach auf einer konstanten Spannung stehen – und sogar noch darunter zu „negativen Frequenzen“. Letztere sind allerdings schon wieder recht trivial, es handelt sich einfach um invertierte Schwingungen, die nach dem Nulldurchgang wieder an Frequenz zunehmen.

Wozu braucht man so etwas? Den A-143-9 VC Quadrature LFO z.B. wird man oft für komplexere Modulationen einsetzen, bei denen mehrere Modulationsziele (z.B. VCAs oder VCFs) unterschiedlich, aber in steter gegenseitiger Abhängigkeit moduliert werden sollen. Im Prinzip lässt sich das natürlich auch mit einem A-110-4 durchführen, allerdings kann der deutlich weiter in den Audiobereich vordringen. Der A-143-9 ist dagegen eher ein „gepimpter“ LFO. Zudem ist in den A-110-4 eine Temperaturkompensation eingebaut, die Stimmung wird also auch bei schwankenden Außentempersturen gehalten. FM von mehreren Oszillatoren liegt somit näher – zusätzlich interessant durch die Modulation über den Nullpunkt hinweg.

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Tonhöhenschwankungen durch FM?

Die lineare Frequenzmodulation kann sehr komplexe Klänge erzeugen, die wir spätestens seit den Yamaha DX-Synthesizern der Achtzigerjahre bestens kennen. Fast alle FM-Synthesizer arbeiten allerdings mit einer digitalen Klangerzeugung, analoge FM gilt als eine eher schwierige Kunst. Warum?

Eines der Hauptprobleme sind sogenannte DC-Offsets bei den modulierenden VCOs: Viele analoge VCOs oszillieren nicht exakt um 0 Volt, sondern weisen eine leichte Verschiebung auf, die manchmal sogar abhängig von der Frequenz variiert. Für ein Audiosignal ist so etwas kein wirkliches Problem, wir hören schlicht nichts von diesen Offset-Spannungen. Ganz anders, wenn man so etwas als Modulationssignal einsetzt: Die leichte zusätzliche Gleichspannung (und nichts anderes ist so ein Offset) verschiebt die Tonhöhe des modulierten VCO ein Stückchen nach oben oder unten. Und wenn wir die Intensität der Modulation erhöhen, dann verschiebt sich die Grund-Frequenz des modulierten VCOs noch weiter. So etwas ist ganz besonders auffällig, wenn die Modulation dynamisch ist, wenn wir also in klassischer FM-Manier die Stärke der Modulation über einen VCA mit einer Hüllkurve steuern – die Grund-Tonhöhe wird dann der Hüllkurve folgen, ein Effekt, den wir in der Regel so nicht beabsichtigt haben…

Im Netz gibt es einige Berichte, dass ausgerechnet unser A-110-4 besonders empfindlich für solche DC-Offsets zu sein scheint. Was tun? Es gibt mehrere Lösungsansätze:

  • Wahl eines Modulators (d.h. eines VCOs, der den A-110-4 moduliert),  der ein möglichst geringes DC-Offset aufweist. Hier hilft nur ausprobieren…
  • Zwischenschalten eines Hochpassfilters. Ein A-123 oder ein A-123-2 kann den unerwünschten Effekt mildern.
  • Zwischenschalten eines Kondensators: Das ist eine Lösung für die Löt-Fraktion, aber auch sie stößt bei dynamischer Modulation an ihre Grenzen – ein DC-Offset, das über VCA und Hüllkurve moduliert wird, ist nämlich keine echte Gleichspannung mehr, die ein Kondensator eliminieren könnte.
  • Kompensation des DC-Offsets mit einer zugemischten Gleichspannung – auch hier scheitern wir bei dynamischer Modulation.
  • Wir akzeptieren das Problem so wie es ist und setzen den A-110-4 bei dynamischer FM eher für Effekt-Klänge, Perkussives und anderem ein, das nicht einer exakten Tonhöhe folgen muss.

Letztlich sind das alles eher Kompromisse. Für tonal zu spielende dynamische FM ist der – allerdings auch teurere – A-110-6 die deutlich bessere Wahl.

Frequenzschieber

Ein leider nicht mehr produziertes Modul von Doepfer ist der A-126 VC Frequency Shifter: Ein komplexes Gerät, mit dem die Teiltöne einer Schwingungsform um einen bestimmten Betrag nach oben und/oder nach unten verschoben werden können. Da diese Verschiebung sämtliche Teiltöne um die gleiche Frequenz verändert, geht das ursprüngliche harmonisches Gefüge verloren und es entstehen glockenartige Klänge, wie man sie von Ringmodulatoren her kennt.

Tatsächlich lässt sich ein Frequenzschieber mit Hilfe eines Quadratur-Oszillators und zwei Ringmodulatoren (z.B. aus einem A-114 Dual Ring Modulator oder – feiner justierbar – aus einem A-133 oder A-133-2 Dual VC Polarizer) nachbilden. Die Sinus- und die Cosinus-Schwingung aus dem A-110-4 dienen als eines der Eingangssignale (beim A-114, bzw. als Modulationssignal beim A-133), in die beiden freien Eingänge des A-114 oder A-133 wird dann noch (per Multiples aufgeteilt) das zu modulierende Audiosignal geleitet.

Die typischen Frequenzschieber-Signale sind ein „Shifted Up“- und ein „Shifted Down“-Signal, das wir aus einer einfachen 1:1-Mischung (Up) der beiden ringmodulierten Signale, sowie aus einer Mischung aus einem Original-Signal mit einem invertierten Signal erhalten. Unser Nachbau erfordert etwas mehr Platz als das Original, aber kommt durchweg mit „Brot-und-Butter“-Modulen (A-114, A-175 usw.) aus, die auch in kleineren Modularsystemen vorhanden sein sollten. Im Gegensatz zum ursprünglichen A-126, der nur einen recht einfachen Quadratur-Oszillator „an Bord“ hatte, können wir mit dem A-110-4 auch extrem niedrige Modulationsfrequenzen einsetzen und faszinierende Schwebungen erzeugen, die mit dem Original so nicht ohne Weiteres möglich sind.

FM – Frequenzmodulation

Unter „FM“ wird meist eine Frequenzmodulation von Oszillatoren verstanden (im Gegensatz zu einer „Filter-FM“ etwa), die mit Modulationsfrequenzen im Audiobereich arbeitet. Das Prinzip ist aus den digitalen FM-Synthesizern von Yamaha bekannt, obwohl es sich bei dieser FM technisch eher um eine Phasenmodulation handelt.

Bereits mit einem weiteren VCO (z.B. einem A-110-1) als Modulator können FM-Sounds erstellt werden, die durch das „Thru Zero“-Feature und die dadurch entstehende laufende Phasenumkehr (im Audiobereich!) sehr ungewöhnlich klingen. Als Modulator-Schwingungsform sollte man übrigens ruhig auch mal andere Schwingungsformen als nur Sinus verwenden, speziell Pulswellen führen zu recht reizvollen Ergebnissen.

Des Pudels Kern

Der A-110-4 ist einer der wenigen Oszillatoren (neben dem A-143-9), die einen echten Sinus-Kern besitzen. Das bedeutet, dass die Sinus-Schwingungsform hier nicht aus einer anderen Schwingungsform (meist Dreieck wie beim A-111-1, A-111-2 und A-111-3 oder Sägezahn wie beim A-110-1 und A-110-2) abgeleitet werden muss, sondern grundsätzlich bereits als Sinus erzteugt wird. Dem entsprechend ist der Sinus der A-110-4 – VCOs sehr sauber und ohne „Ecken und Kanten“, die ggf. zusätzliche – beim Sinus ungewollte – Obertöne als Seiteneffekt erzeugen.

Temperaturkompensation

Der A-110-4 verfügt über eine kleine Schaltung zur Temperaturkompensation, die ihn unabhängig von Veränderungen der Außentemperatur stimmstabil bleiben lässt.

Sonderedition

Der A-110-4 ist auch in einer Sonderedition mit blauer Frontplatte und weißen Drehreglern erhältlich.

Technische Daten

Breite8 TE
Tiefe60 mm
Strombedarf90 mA (+12V) / -30 mA (-12V)

A-101-6 Opto FET Filter/Phaser

Das Opto FET Filter verwendet optische Feldeffekt-Transistoren.

Das ist eine Aussage, die man erst einmal sacken lassen muss. Vielleicht auch darüber meditieren, schadet bestimmt nicht. Bis dann ganz leise die Frage auftaucht, was denn um Himmels Willen ein optischer Feldeffekt-Transistor sein könnte und warum man so etwas für ein Filter braucht.

Was ist zunächst ein „ganz normaler“ Transistor? Das ist ein elektrisches Bauelement, das mit einem kleinen Steuerstrom einen größeren elektrischen Strom regeln kann. Damit lassen sich also zum Beispiel Verstärker bauen, bei denen das zu verstärkende Signal der Steuerstrom ist, der dann den größeren Strom so regelt, dass dieser am Ende (ganz vereinfacht) eine verstärkte Version des schwachen Steuerstroms ist.

Ein Feldeffekt-Transistor ist ein Transistor, bei dem wenig oder fast gar kein (Steuer-)Strom fließt, sondern zur Steuerung lediglich die Spannung verwendet wird. Und das „optisch“ bedeutet, dass hier eine lichtempfindliche Einheit zur Steuerung des Transistors verwendet wird. Im Prinzip kann man mit so etwas „in etwa ähnliche“ Schaltungen wie mit Vactrols (lichtempfindliche Widerstände) aufbauen, die aber deutlich schneller reagieren als die trägen Vactrols. Zur Erinnerung: Vactrols kennen wir aus dem A-101-2 Low Pass Gate oder dem A-101-1 Steiner-Parker Filter. Wir haben es also mit etwas exotischen Bauelementen zu tun, die durch ihre vom Rest des Elektronik-Universums leicht abweichende Charakteristik musikalisch interessante Ergebnisse versprechen.

Wenn man sich die Liste der bisherigen Doepfer-Filter vor Augen hält, wird man schnell erkennen: Das sind bis jetzt schon ganz schön viele – bis zur Einführung vom A-101-6 waren es ganze 23 Stück! Was sollte einen Tüftler wie Dieter Döpfer dazu motivieren, noch ein  weiteres Filter zu bauen? Warum sollte man ausgerechnet das dann kaufen? Zusätzlich zu den anderen 23, die sich bereits im Rack befinden. Filter von anderen Herstellern jetzt mal nicht mitgezählt.

Ja genau. Weil es ganz anders klingt.

Aber das ist nur die halbe Miete beim A-101-6. Man kann das Gerätchen nämlich ganz grundlegend umkonfigurieren. Mittels Jumpern (kleine Steckbrücken) auf der Platine kann man bestimmen, wie das Filter im Detail arbeitet. Lowpass? Klaro. Highpass? Sowieso. Allpass (also Phaser)? Kein Problem, gerne auch in zwei ganz verschiedenen Varianten.

Eine weitere Besonderheit ist, dass das Originalsignal und das gefilterte Signal sich stufenlos überblenden lassen. Der Crossfader ist eigentlich für den Einsatz des A-101-6 als Allpass-Filter gedacht, da durch die Mischung mit dem Originalsignal Phaser-typische Klänge erzeugt werden. Bei Tiefpass und Hochpass wird man meist beim zu 100% gefilterten Signal bleiben, ein Zumischen des Originalsignals führt allerdings zu einem manchmal klanglich recht interessanten Notch-Filter (Kerbfilter):

Ein Blick mit dem Spektrum Analyzer: Der A-101-6 in LP-Konfiguration mit Mix auf 100% Filter. Filtereckfrequenz etwa bei „5“. Das Eingangssignal ist ein (halbwegs) über das Frequenzspektrum gleich verteiltes Rauschen aus dem A-118.
A-101-6 in LP-Konfiguration mit Mix auf 50:50 Originalsignal vs. gefiltertes Signal ergibt ein Notchfilter. Eingangssignal und Filtereckfrequenz wie oben.

Bedienelemente

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Filter-Konfigurationen

Wie viele der neueren Doepfer-Module lässt sich das A-101-6 Opto Filter über Jumper auf der Platine konfigurieren. Hier ist es allerdings nicht irgend ein Detail wie z.B. beim A-111-3 der Zugriff auf die Steuerspannung des A-100-Gehäusebusses, sondern die grundsätzliche Betriebsart des Filters selbst! Oder sagen wir besser: die grundsätzliche Betriebsart DER Filter, denn wir haben es mit insgesamt 6 in Serie geschalteten 6dB-Filtern zu tun, die einzeln als Tiefpass, Hochpass oder Allpass (in 2 vom Tiefpass bzw. Hochpass abgeleiteten Varianten) konfiguriert werden können.

Doepfer schlägt dafür vier Setups vor, bei denen alle 6 Filter auf die gleiche Betriebsart (d.h. LP, HP oder AP/L bzw. AP/H) konfiguriert werden. Die Reihenschaltung von 6 Filterbausteinen à 6dB verspricht eine durchaus extreme Flankensteilheit von insgesamt 36dB: In der Praxis klingen so steile Filter übrigens viel weniger sensationell, als man vielleicht glauben mag. Dennoch haben sie als gewissermaßen „chirurgische Instrumente“ durchaus wichtige Einsatzgebiete, z.B. beim Herausfiltern der internen Steuer-Oszillatorgeräusche von BBDs, ohne dabei zu viel vom gewünschten Klangspektrum zu dezimieren.

Neben diesen vier vorgeschlagenen Konfigurationen steht es uns natürlich frei, für jede der 6 einzelnen Filterstufen eine andere Konfiguration zu wählen. Besonders nahe liegt natürlich die Möglichkeit, ein Bandpass-Filter aus je drei Tiefpass und drei Hochpass-Stufen zu basteln:

Das A-101-6 Filter in einer Bandpass-Konfiguration aus je drei LP- und HP-Einheiten. Eingangssignal ist wieder ein (halbwegs) gleich verteiltes Rauschen aus dem A-118.

Im Folgenden wollen wir mit dem Oszilloskop etwas näher die Charakteristik des Filters betrachten. Als Eingangssignal habe ich für alle folgenden Beispiele einen Sägezahn aus dem A-111-1 gewählt:

Tiefpass-Konfiguration

Zunächst fällt auf – und das betrifft alle Konfigurationen des A-101-6, dass das Eingangssignal IMMER invertiert wird. Unser aufsteigender Sägezahn aus dem A-111-1 wird also zu einem absteigenden Sägezahn. Hören kann man das freilich nicht, jedenfalls solange man nicht das ursprüngliche Signal mit dem gefilterten Ergebnis mischt. (Dann allerdings löschen sich das Original- und das gefilterte Signal gegenseitig aus.)

A-101-6 in Lowpass-Konfiguration. Die Filtereckfrequenz ist auf „10“ eingestellt, Input Level auf „5“ und „Feedback“ auf „0“. Das gefilterte Signal ist invertiert.

Das A-101-6 Filter ist vom Werk aus auf die Tiefpass-Konfiguration eingestellt. Die Jumper auf der Platine sind wie folgt gesetzt:

A-101-6: Konfiguration für den Tiefpass-Modus aller 6 Filterstufen. Man erkennt nebeneinander drei Blöcke für je 2 Filterstufen.

Bei voller Aussteuerung des Eingangs (Level = „10“) reagiert das Filter recht moderat mit leichtem Clipping im negativen Teil der Schwingungsform:

Gleiche Einstellung wie vorher, aber Input Level auf „10“. Ein leichtes Clipping ist erkennbar – die unteren „Spitzen“ werden abgeschnitten.

Bei sinkender Eckfrequenz nähert sich das Signal erwartungsgemäß einer Sinusschwingung an:

Gleiche Einstellungen wie vorher, Freq. auf „5“.
Wie vorher, Freq. auf „3“. Ein beinahe perfekter Sinus. Bei Freq. auf „0“ macht das Filter dann komplett dicht.

Bei zunehmendem Einsatz des Feedbacks werden zusätzliche Obertöne generiert.

Feedback auf „5“.
Feedback auf „7“.

Filtersweep ohne Feedback, alle folgenden Klangbeispiele mit unserem Sägezahn aus dem A-111-1, Level „5“ für das Eingangssignal und Mix auf 100% Filter (ohne Originalsignal):

Filtersweep wie oben, Feedback „3“:

Filtersweep wie oben, Feedback „7“:

Filtersweep wie oben, Feedback „10“:

Hochpass-Konfiguration

Für den Einsatz als Hochpass-Filter müssen die Jumper auf der Platine umgesetzt werden:

A-101-6: Konfiguration als Hochpass-Filter.

Als Hochpass-Filter arbeitet unser A-101-6 nicht ganz so neutral wie als Tiefpass. Bereits bei komplett „geöffnetem“ Filter (Freq. auf „0“) wird das Eingangssignal bereits leicht bearbeitet, die minimale Eckfrequenz ist also vergleichsweise hoch angesetzt:

A-101-6 in Hochpass-Konfiguration. Level ist wieder auf „5“ und Feedback auf „0“ eingestellt. Trotz Filtereckfrequenz von „0“ wird das Eingangssignal bereits beschnitten.

Bei weiterem Anheben der Filtereckfrequenz werden wie erwartet zunehmend tiefe Anteile herausgefiltert, am Oszilloskop sieht das so aus:

Gleiche Einstellungen wie vorher, aber Freq. auf „3“.

Bei Einsatz von Feedback werden nicht wie beim Tiefpassfilter Obertöne erzeugt, sondern tiefere Frequenzbereiche hervorgehoben:

Einstellungen wie zuletzt, aber Feedback auf „8“.

Filtersweep ohne Feedback, alle folgenden Klangbeispiele mit unserem Sägezahn aus dem A-111-1, Level „5“ für das Eingangssignal und Mix auf 100% Filter (ohne Originalsignal):

Filtersweep wie oben, Feedback „3“:

Filtersweep wie oben, Feedback „7“:

Filtersweep wie oben, Feedback „10“:

Allpass-Konfiguration „L“

Man mag sich wundern, warum es zwei verschiedene Allpass-Konfigurationen gibt. Aber tatsächlich haben beide recht unterschiedliche Charakteristiken, das vom Lowpass abgeleitete Allpass reagiert deutlich „wilder“ und chaotischer bei höherem Feedback, während das vom Highpass abgeleitete Allpass dabei zwar etwas „zahmer“ reagiert, ab einer bestimmten Feedback-Höhe dafür komplett zusammenbricht und kein Ausgangssignal mehr ausgibt.

Für die Allpass-Konfigurationen wird pro Filterstufe ein zusätzlicher Jumper (senkrecht zu den bisherigen Jumpern) pro Filterstufe gesetzt:

A-101-6: Konfiguration aller 6 Filterstufen als Allpass-Filter (L).

Doepfer weist darauf hin, dass insbesondere nach Umstellung auf die Allpässe unbedingt eine Justierung des Feedbacks auf der Platine erforderlich ist. Zum Justieren muss man das Modul bei eingeschaltetem System aus dem Case heraus schrauben, ohne die Verbindung zum Bus zu lösen. Der Feedback-Regler wird auf Maximum gestellt und das gewünschte maximale Feedback über das unten markierte Trimmpoti mit einem kleinen Schraubenzieher eingestellt.

Dabei KEINESFALLS IN DAS GEHÄUSE des A-100-Systems greifen! Dort befindet sich der Transformator mit lebensgefährlicher Netzspannung von 230 Volt!!

Das Trimmpoti des A-101-6 für die Einstellung des maximalen Feedbacks.

Um schöne Beispiele für das maximale Chaos zu erhalten habe ich das Feedback etwas höher eingestellt, als man das sonst tun würde (vgl. Klangbeispiele etwas später).

Im Folgenden ein einfacher Durchgang über den Frequenzbereich mit Input Level aus „5“, kein Feedback und ohne Beimischung des Originalsignals (wie man das bei einem „Phaser“ sonst tun würde):

Filtersweep ohne Feedback, alle folgenden Klangbeispiele mit unserem Sägezahn aus dem A-111-1, Level „5“ für das Eingangssignal und Mix auf 100% Filter (ohne Originalsignal):

Filtersweep wie oben, Feedback „3“:

Filtersweep wie oben, Feedback „7“:

Filtersweep wie oben, Feedback „10“:

Nachdem wir es beim Allpass-Filter mit einem Phaser zu tun haben, sollten wir uns anhören, wie das Ganze 50:50 gemischt mit dem Eingangssignal klingt. Hier also der Filtersweep mit 50% gefiltertem Signal und 50% Eingangssignal, Feedback „0“:

Filtersweep 50:50, Feedback „3“:

Filtersweep 50:50, Feedback „7“:

Filtersweep 50:50, Feedback „10“:

Allpass-Konfiguration „H“

Ohne Verwendung des Feedbacks unterscheidet sich die „AH“-Konfiguration nicht nennenswert vom zuvor besprochenen Allpass. Die interessanten Effekte beim Feedback-Einsatz lassen sich besser akustisch demonstrieren – siehe etwas weiter unten.

Einstellung der Jumper auf der Platine:

A-101-6: Konfiguration aller 6 Filterstufen als Allpass-Filter (H).

Auch hier zum Vergleich wieder die Filtersweeps mit dem A-111-1-Sägezahn als Eingangssignal. Zunächst mit 100% gefiltertem Signal ohne zugemischtem Original. Feedback „0“:

Filtersweep wie oben, Feedback „3“:

Filtersweep wie oben, Feedback „7“:

Filtersweep wie oben, Feedback „10“:

Wie auch bei der „Lowpass-Allpass“-Variante, wollen wir hier noch die Phaser-typische Mischung aus Eingangssignal und gefiltertem Signal anhören. Wir starten wieder mit Feedback „0“:

Filtersweep 50:50, Feedback „3“:

Filtersweep 50:50, Feedback „7“:

Filtersweep 50:50, Feedback „10“:

Bandpass

Wenn man je drei der sechs Filterstufen auf „Tiefpass“ bzw. auf „Lowpass“ konfiguriert (Jumperstellungen siehe weiter oben) erhält man ein recht kräftig zupackendes Bandpass-Filter. Ein Filtersweep ohne Feedback mit einem (halbwegs) gleich verteilten Rauschen als Eingangssignal klingt so:

Klangbeispiele

Zum Schluss noch drei Klangbeispiele, die einen eher „musikalischen“ als technischen Eindruck vermitteln sollen. In allen Beispielen wird die Möglichkeit genutzt, in die Feedbackschleife des Filters noch andere Module einzuschleifen. Ausgangssignal ist immer eine Mischung aus Sägezahnsignalen von drei A-110-1 VCOs, jeweils im Oktavabstand.

Die Modulation erfolgt über einen A-140 ADSR und manuell, Verstärkung über einen A-132-3 VCA (exponentiell).

A-101-6 in Tiefpass-Konfiguration, ein alter A-126 Frequency Shifter im Feedback-Weg (ein Gerät übrigens, das Doepfer unbedingt wieder neu auflegen müsste):

A-101-6 in Hochpass-Konfiguration, ein schön verzerrender A-136-Waveshaper im Feedbackweg:

A-101-6 in Allpass-Konfiguration (L), ein A-188-1 BBD (128 Stages) im Feedbackweg:

Technische Daten

Breite8 TE
Tiefe65 mm
Strombedarf40 mA (+12V) / -40 mA (-12V)