Das Prinzip der Spannungssteuerung

Kennzeichnend für analoge Synthesizer und insbesondere für Modulsysteme ist die Tatsache, daß wesentliche Parameter klangerzeugender Baugruppen (z.B. VCO, NOISE) und klangformender Baugruppen (z.B. VCF, VCA) nicht nur manuell per Regler sondern zusätzlich auch mit Hilfe von Steuerspannungen (engl. control voltage) eingestellt werden können.
Dieses Prinzip wurde von Robert Moog Mitte der Sechziger Jahre erstmalig in einem käuflichen Synthesizer realisiert und birgt eine große Flexibilität in sich und ermöglicht oftmals erst die Realisierung bestimmter Klänge.
Die untenstehende Abbildung zeigt das Prinzip der Spannungssteuerung am Beispiel eines spannungsgesteuerten Filters (VCF) und eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO).
Beim VCF ist der spannungssteuerbare Parameter die Cut-Off-Frequenz fc. Je nach Höhe der Steuerspannung am CV-Eingang des Filters ändert sich dessen Cut-Off-Frequenz und somit sein Durchlaßbereich (s. graue Fläche).

Abb.: zum Prinzip der Spannungssteuerung

Beim VCO wird die Tonhöhe (engl. pitch) des Oszillators von außen mit Hilfe einer Steuerspannung (CV = control voltage) eingestellt. Dabei entspricht ein Spannungshub von ±1 V einer Tonhöhenänderung von ±1 Oktave. Bei einer sprunghaften Änderung der Steuerspannung springt auch die Tonhöhe, während bei einer kontinuierlichen Änderung ein Portamento-Effekt erzielt wird. Die von außen zugeführte Steuerspannung ist jedoch kein absoluter, sondern ein relativer Parameter ! Einer bestimmten CV (z.B. +1,0 V) ist keine absolute Tonhöhe zugeordnet. Vielmehr ergibt sich die absolute Tonhöhe eines VCOs aus einer Reihe von Parametern, bei denen die von außen zugeführte CV nur einer von vielen ist. Hierzu gehören beispielsweise der Tune-Regler (eventuell auch als Grob- und Fine-Tuning ausgeführt), Oktavschalter und CV-Eingänge mit Abschwächer, die nicht auf 1V/Oktave genormt sind. Einige VCOs besitzen zusätzlich auch Regler und Steuereingänge für die lineare Frequenzsteuerung, die nicht der 1V/Oktave-Norm entsprechen. Bei vielen VCOs können auch gleichzeitig mehrere CVs zugeführt werden, wobei eine der CVs auch direkt vom Bus kommen kann. Erst die Summe all dieser Parameter legt die endgültige Tonhöhe des VCOs fest !

Außer den Modulen, die per Steuerspannungen kontrolliert werden können, gibt es auch Module, die selbst Steuerspannungen bzw. zeitliche Verläufe von Steuerspannungen erzeugen (z.B. ADSR, LFO).
Teilweise benötigen derartige Module Trigger-Signale, die die jeweilige Funktion des Moduls auslösen. Hierzu gehört beispielsweise das GATE-Signal, das dem Drücken einer Taste auf der Tastatur entspricht und z.B. den ADSR "anstößt", der daraufhin einen zeitlichen Spannungsverlauf ("Hüllkurve") generiert (siehe untenstehende Abbildung). Die Angabe des Wertes +5V in der Skizze ist nur ein Beispiel. Innerhalb  des A-100 wird üblicherweise jede Spannung oberhalb von +3V als "high" zum Triggern eines ADSR oder jedes anderen Moduls mit Gate- oder Clock-Eingang interpretiert (d.h. die Gate-/Trigger-Spannung kann z.B. +5V, +8V, +10V oder +12 betragen). Jede Spannung unterhalb von +1V wird üblicherweise als "low" interpretiert. Falls bei einem Modul von diesen Standard-Werten abgewichen wird, ist es bei der Modulbeschreibung erwähnt.

Abb.: vom ADSR generierte Hüllkurve

Signale im A-100

Im System A-100 lassen sich drei Arten von Signalen, d.h. Spannungen und deren zeitliche Verläufe unterscheiden:

• Audio-Signale
• Steuerspannungen
• Trigger-Signale.

Audio-Signale werden von den klangerzeugenden Modulen (z.B. VCO, NOISE) erzeugt und liegen typischerweise im Bereich von -5 V bis +5 V (= 10 VSS). Die genauen Signalpegel sind üblicherweise bei der Modulbeschreibung angegeben. Das System A-100 bietet auch die Möglichkeit externe Audio-Signale (z.B. Mikrophon, E-Gitarre, Keyboard) einzubinden. Bei der Einbindung von externen Audio-Signalen muß deren Pegel auf den des A-100 angehoben bzw. abgesenkt werden. Dazu verwenden Sie das Modul A-119 (External Input), das u.a. über einen regelbaren Vorverstärker mit zwei Eingängen unterschiedlicher Empfindlichkeit verfügt.
Steuerspannungen, wie sie z.B. von den Modulations-Modulen LFO und ADSR erzeugt werden, liegen typischerweise im Bereich von -2.5 V bis +2.5 V (5 VSS) für LFOs und zwischen 0 V und +8 V beim ADSR. Die genauen Signalpegel sind üblicherweise bei der Modulbeschreibung angegeben. Da in der Regel an jedem Steuereingang ein Abschwächer zur Verfügung steht, ist der exakte Spannungsbereich von untergeordneter Bedeutung. Man wird in der Regel den gewünschten Effekt akustisch am Eingangsabschwächer einstellen, ohne auf den rechnerisch exakten Wert der Eingangsspannung und des eingestellten Abschwächungsfaktors zu achten.
Trigger- , Gate- oder Clock-Signale, sind rechteckförmige Signale, die eine bestimmte Funktion auslösen. Die Spannungspegel liegen typischerweise bei 0/+5 V, wobei im Falle eines Trigger-Signals in der Regel durch den Übergang von 0 V auf +5 V (positive Flanke) der Vorgang auslöst wird. Alle A-100-Module können aber mit Gate/Trigger/Clock-Spannungen bis zu +12V angesteuert werden ohne Schaden zu nehmen, der Minimalpegel für the "High"-Zustand sollte aber bei mindestens +5V liegen. Die erforderlichen Pegel sind üblicherweise bei der Modulbeschreibung angegeben. Als Trigger- , Gate- oder Clock-Signale solten grundsätzlich nur rechteckförmige Signale verwendet werden (z.B. Rechteckausgang eines LFOs, Gate/Clock-Ausgang eines Midi-Interfaces). Signale mit langsam steigenden oder fallenden Flanken (z.B. Dreieck, Sinus, steigender/fallender Sägezahn) sind für diese Anwendung nicht geeignet !

Grundsätzlich gilt, dass externe Spannungen (Audio- oder Steuerspannungen oder Gate/Trigger/Clock-Signale) im Bereich von -12V bis +12V angelegt werden können, ohne dass ein A-100-Modul zerstört werden kann.

Die bisher gemachten Unterscheidungen und Definitionen der Signale sind zwar im Prinzip richtig, jedoch führt ein Modulsystem wie das System A-100 diese letztlich ad absurdum. Da bei einem solchen System fast alle Module Spannungen produzieren, die wiederum als Steuerspannungen oder Trigger-Signale verwendet werden können, werden die Grenzen zur Definition der Signalart aufgehoben. So kann z.B. das Ausgangssignal eines LFO's als Audio-Signal dienen, als Steuerspannung für VCF oder VCA verwendet oder als Trigger-Signal für einen Sequenzer eingesetzt werden.
Praktisch kann man sagen, dass "alles mit allem moduliert werden kann", worin sich die größtmögliche Flexibilität und Individalität eines Modulsystems widerspiegeln.

Der System-Bus des A-100

Der System-Bus des A-100 dient im wesentlichen zur Spannungsversorgung der Module. An ihm liegen die Spannungen Masse (Gnd), +12V, -12V und - sofern benötigt - +5V an. Weiterhin enthält der A-100 Bus die zwei Signalleitungen INT.GATE und INT.CV, auf die einige Module zugreifen können (weitere Details hierzu im untenstehenden Absatz).

System-Bus des A-100 (schematisch) 

Die Versorgungsspannungen werden vom A-100-Netzteil geliefert (siehe A-100-Zubehör), das bei den von uns gelieferten Rahmen bereits eingebaut ist. Dieses Netzteil liefert die benötigten +12V und -12V-Spannungen. Im Laufe der Jahre kamen verschiedene Netzteile mit unterschiedlichen Ausgangsströmen zum Einsatz:

• A-100NT12 (verwendet in alten Systemen vor ca. 2000): +12V/650mA, -12V/650mA, 230V oder 115V Netzspannung
• A-100PSU2 (verwendet in Systemen etwa zwischen 2000 und Ende 2015): +12V/1200mA, -12V/1200mA, 230V oder 115V Netzspannung
• A-100PSU3 (verwendet seit Ende 2015): +12V/2000mA, -12V/1200mA, +5V/4000mA, 110-240V Netzspannung (Weitbereichseingang, keine Modifikation bei anderer Netzspannung erforderlich))

Werden zusätzlich +5V benötigt (z.B. für die alte Version des A-113, A-190-1), so kann im Falle von A-100NT12 oder A-100PSU2 der 5V-Adapter A-100AD5 eingesetzt werden (siehe A-100-Zubehör), da diese Netzteile +5V nicht zur Verfügung stellen. In diesem Fall wird der für +5V benötigte Strom aus der +12V-Leitung entnommen, wenn hier genügend Stromreserve zur Verfügung steht. Der 5V-Adapter wird auf einen freien Steckplatz der Busplatine seitenrichtig aufgesteckt. Bei dieser Busplatine stehen dann zusätzlich +5V mit maximal 100 mA zur Verfügung. Bei A-100PSU3 ist dies nicht nötig, da dieses Netzteil bereits +5V zur Verfügung stellt.

Für den A-100-Bus werden 16-polige 2-reihige Stiftleisten im Raster 2,54 mm ohne Wanne verwendet (siehe hierzu auch den untenstehenden wichtigen Hinweis). Die Module werden über 16-polige Flachbandkabel mit aufgepressten 16-poligen Buchsenleisten auf die Stiftleisten des Busses aufgesteckt, wobei unbedingt auf die korrekte Ausrichtung zu achten ist (rote bzw. farbige Ader = -12V = unten).

Wichtiger Hinweis: A-100-Module dürfen nur in Verbindung mit Original A-100 Busplatinen oder 100% kompatiblen Busplatinen anderer Hersteller verwendet werden. Insbesondere dürfen keine Busplatinen von Drittanbietern verwendet werden, bei denen sog. Wannen-Stiftleisten zum Einsatz kommen. Bei diesen ist man auf Grund der Codiernase gezwungen den Busstecker in eine bestimmte Richtung aufzustecken. Das kann aber u.U. genau die seitenverkehrte Position sein, wodurch das Modul zerstört wird.

A-100NT12	A-100PSU2	A-100PSU3

A-100 Busplatine	5V-Adapter A-100AD5

Sollen nur einige wenige Module betrieben werden, so kommt auch das A-100-Mini-Netzteil für die Stromversorgung in Frage (siehe A-100-Zubehör). Dieses liefert max. 200mA bei +12V/-12V und verfügt zusätzlich über eine +5V-Spannung mit max. 50mA. Wir bieten auch ein kleines Miniaturgehäuse an, in dem dieses Mini-Netzteil eingebaut ist.

A-100 Mini-Netzteil	A-100 Mini-Case (mit eingebautem Mini-Netzteil)

Falls Sie über etwas elektronisches und mechanisches Geschick verfügen, kommt auch der A-100 DIY Kit in Frage, um damit ein eigenes Gehäuse zu bauen.

Bedeutung und Verwendung Bus-Signale CV und Gate

Weiterhin enthält der A-100 Bus die zwei Signalleitungen INT.GATE und INT.CV, auf die einige Module zugreifen können. Hierbei gibt es ein paar Grundregeln zu beachten:

• Die Hauptfunktion des A-100 Busses (bzw. der A-100 Busplatine) besteht darin die A-100-Module mit Strom zu versorgen (-12V, Masse/GND, +12V und zusätzliche +5V für einige wenige Module)
• Zusätzlich sind auf dem Bus die Signale CV und Gate verfügbar, die von einigen Modulen genutzt werden können.
• Es gibt Module die das CV-Signal vom Bus holen können (z.B. A-110, A-111-1, A-111-5, A-143-4), sofern der zugehörige Jumper auf dem betreffenden Modul entsprechend gesetzt ist.
• Es gibt Module die sich ein Gate-Signal vom Bus holen können (z.B. A-140, A-111-5), sofern der zugehörige Jumper auf dem betreffenden Modul entsprechend gesetzt ist.
• Die meisten der A-100.Module haben aber keine Zugriffsmöglichkeit auf die CV- oder Gate-Leitung des Busses !
• Einige Module können als "Sender" für CV-Signale auf den Bus arbeiten (z.B. A-190-1, A-190-2, A-190-3, A-190-4, A-185-1, A-185-2), sofern der zugehörige Jumper auf dem betreffenden Modul entsprechend gesetzt ist.
• Einige Module können als "Sender" für Gate-Signale auf den Bus arbeiten (z.B. A-190-1, A-190-2, A-190-3, A-190-4, A-185-1, A-164-1), sofern der zugehörige Jumper auf dem betreffenden Modul entsprechend gesetzt ist.
• Es darf aber immer nur ein Modul pro Busplatine als Sender für CV bzw. Gate arbeiten !  Andernfalls werden die CV- oder Gate-Ausgänge der betreffenden Sender-Module kurzgeschlossen und die Module können im ungünstigsten Fall zerstört werden. 
• Es können aber mehrere Module das CV- oder Gate-Signal vom Bus holen (z.B. drei A-110 oder zwei A-140)
• Die Verwendung der internen Bus-Signale CV und Gate ist optional (d.h. es können die entsprechenden Verbindungen ebenso über die Buchsen an den Frontplatten erfolgen und die internen CV- und Gate-Leitungen des Busses bleiben unbenutzt). In vielen Fällen vereinfacht aber die Verwendung der Bus-Signal die Verkabelung (insbesondere bei mehreren parallel laufenden VCOs).
• Ein Beispiel hierfür ist die Ansteuerung mehrerer VCOs (z.B. A-110, A-111-1) über das Precision-Adder-Modul A-185-2. Dieses Modul erlaubt auch die gemeinsame Oktav-Umschaltung aller VCOs auf dem Bus und die Aufsummierung mehrere Steuerspannungen, mit denen alle VCOs gesteuert werden (z.B. CVs von einem Analog-Sequenzer, einem Midi-CV-Interface, einem LFO für Frequenzmodulation, einem Pitch-Bend-Rad usw.).
• Falls kein CV-Sender auf einer Busplatine installiert wird, raten wir dazu auch die Bus-Jumper von allen Modulen zu entfernen, die CV empfangen können (insbesondere VCOs). Die unbenutzte CV-Leitung der Busplatine könnte sonst als "Antenne" für unerwünschte Störsignale wirken und sich auf die VCOs auswirken. Nur falls wirklich ein CV-Sender vorhanden ist (z.B. Midi/USB-Interface A-190-x oder ein Bus-Access-Modul A-185-x), sollten die Jumper für das Holen der Bus-CV bei VCO-Modulen installiert werden.
• Sowohl die CV- wie auch die Gate-Leitung können in der Mitte der Busplatine aufgetrennt werden. Hierzu ist der entsprechende Jumper in der Mitte der Busplatine abzuziehen (J1 und J2 in der untenstehenden Skizze der Busplatine). Auf diese Weise erhält man zwei getrennte CV- und Gate-Bereiche. Jeder Bereich kann dann mit seinem eigenen CV/Gate-Sender versorgt werden.
• Falls zwei Busplatinen mit dem gleichen CV- und/oder Gate-Signal versorgt werden sollen, so steht hierfür das CV/Gate-Verbindungskabel A-100BC zur Verfügung. Dieses Kabel wird dazu verwendet, um die CV- und/oder Gate-Leitung zweier Busplatinen miteinander zu verbinden. Für die Verbindung können die Stiftleisten der Jumper J1 bzw. J2 verwendet werden. Es ist aber auch möglich die entsprechenden Pins unbenutzter Bus-Steckplätze hierfür zu verwenden (nummeriert mit 1...14 in dem untenstehenden Skizze).

Falls Sie einzelne Module ohne die von uns lieferbaren Rahmen, Busplatinen oder Netzteile betreiben wollen, so finden Sie in der folgenden Abbildung die Belegung der beiden bei A-100-Modulen vorkommenden Steckverbindungen :

In der 16-poligen Steckverbinder-Version sind auch die Signale +5V, (Bus-) CV und (Bus-) Gate am Stecker des Moduls verfügbar (z.B. wird CV beim Standard-VCO A-110 oder Gate beim Hüllkurven-Generator A-140 verwendet). Bei Modulen, die diese zusätzlichen Signale nicht benötigen kommt in der Regel nur ein 10-poliger Steckverbinder zum Einsatz, auf den nur die Standard-Stromversorgung ((-12V, Masse, +12V) geführt ist.

Beachten Sie, dass das Anlegen anderer Spannungen oder die falsche Polarität der Spannungen die Zerstörung des betreffenden Moduls zur Folge hat !

Verwenden Sie in Ihrem System eines der MIDI-/CV-Interfaces  (z.B. A-190-1, A-190-2, A-190-3, A-190-4), so werden beim Drücken einer Taste auf dem MIDI-Keyboard das vom Interface erzeugte GATE-Signal und die der Tonhöhe entsprechende Steuerspannung CV 1 den internen Busleitungen INT.GATE bzw. INT.CV zugeführt, sofern die entsprechenden Jumper auf dem Interface gesetzt sind.

Die Signalleitungen INT. GATE und INT. CV können Sie auf jeder Busplatine symmetrisch auftrennen (Jumper J1 bzw. J2, siehe Abbildung), so daß Sie pro Busplatine 2 verschiedene CV/GATE-Subsysteme erhalten.
Falls Sie hingegen in Ihrem Sytem die Leitungen INT.CV und INT.GATE auf beiden Busplatinen zur Verfügung haben möchten, so müssen Sie diese Leitungen miteinander verbinden. Hierfür verwenden Sie die als Sonderzubehör erhältlichen CV/Gate-Kabel A-100 BC.

So gehen Sie vor:

• Ziehen Sie den Netzstecker oder das Netzkabel.
• Ziehen Sie die Jumper J1 und J2 (s. oben) von der oberen und der unteren Busplatine ab (siehe Abbildung). Ersetzen Sie die Jumper durch die Buskabel.
• Achten Sie darauf, daß Sie die auf beiden Busplatinen korrespondieren Steckerstifte miteinander verbinden (also INT.CV oben auf INT.CV unten, ...), da andernfalls Ihr System beim Einschalten beschädigt wird!

Abb. : Herstellen gemeinsamer INT.CV- und INT.Gate-Signalleitungen auf oberem und unteren Bus

Falls Ihr System A-100 aus mehreren Rahmen besteht und Sie einen gemeinsamen Systembus (d.h. CV/Gate) für alle Rahmen herstellen möchten, so empfehlen wir den Einsatz des Bus-Access-Moduls A-185 ein. Dieses Modul ermöglicht den Zugriff auf den Systembus, wobei es sich um eine aktive Verbindung mit Aufholverstärkern handelt, um eventuelle Leitungsverluste auf den CV- und Gate-Leitungen zu kompensieren.

Abb.: Herstellen eines gemeinsamen Systembusses bei mehreren Grundrahmen

Verbindung von Modulen untereinander

Zur Verbindung von Modulen untereinander benötigen Sie Verbindungskabel mit Mono-Klinkensteckern (Æ 3.5 mm), auch als Patch-Cords bezeichnet. Wir bieten geeignete Kabel in verschiedenen Längen an (siehe A-100 Zubehör).

MIDI-Einbindung des A-100

Für die Einbindung des A-100 in den MIDI-Verbund stehen die externen MIDI-Interfaces MCV4, MSY2 oder Dark Link zur Verfügung. In Form von Modulen stehen die MIDI-Interfaces A-190-1, A-190-2, A-190-3, A-190-4, A-192-1, A-192-2 und A-190-8 zur Verfügung. Das MIDI-CV/SYNC-Interface A-190-4 liefert beispielsweise folgende Signale:

• CV 1
• CV 2
• Gate
• Clock
• Start / Stop

Dabei können die Signale Tonhöhen-CV und GATE automatisch den internen Busleitungen INT.CV und INT.GATE zugeführt werden, wenn die Jumper auf dem Modul entsprechend gesetzt sind.

Das CV-to-MIDI Interface-Modul A-192-1 ermöglicht die Umwandlung von Steuerspannungen des A-100 in MIDI-Controller-Befehle (z.B. vom Theremin, Vocoder, A-119-Hüllkurve, Random, LFO usw.).

Für Analog-Sequenzen stehen die Sequencer A-155, MAQ 16/3 oder Dark Time zur Verfügung.

Weitere technische Hinweise, die hauptsächlich auf den mechanischen Aufbau des A-100 eingehen, finden Sie unter Mechanisches Konzept des A-100.