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Wavetable-Board als MIDI-Expander,

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Ein vielstimmiger MIDI-Synthesizer mit ganz erstaunlichem Klangspektrum, Sample-Sounds, Drum-Kit, Hall- und Klangeffekten für weniger als 300 DM? - Die PC-Massenproduktion macht's möglich: Das Wavetable-Upgrade-Board, eigentlich für SoundBlaster-Karten vorgesehen, wird mit etwas Hardware drumherum zum eigenständigen MIDI-Expander, einsetzbar im MIDI-Studio wie auch am Mac.

Aufmacher

[#WaveBlaster-Connector WaveBlaster-Connector]
[#St252ckliste Stückliste]

Auf jeder besseren Soundkarte findet sich ein sogenannter WaveBlaster-Connector, der von Creative Labs einst für Soundkarten-Erweiterungen ersonnen wurde und inzwischen zum De-facto-Standard geworden ist. Passende Tochterplatinen, sogenannte Wavetable-Upgrades, liefern inzwischen selbst namhafte Musikelektronik-Hersteller wie Yamaha, Korg oder Roland.

Der Begriff 'Wavetable-Upgrade' ist dabei ein glattes Understatement: Im Prinzip beinhaltet ein solches Board, das im Handel schon für unter 250 DM zu haben ist, einen kompletten Sample-Synthesizer, angereichert durch zahlreiche Effekte wie durchstimmbare Filter (Yamaha), Hall, Echo und Chorus sowie eine Unmenge an Schlagzeug- und Effektklängen - mit durchaus professioneller Klangqualität. Was fehlt, ist die Verbindung zur Außenwelt, die normalerweise die beherbergende Soundkarte bereitstellen würde. Auf der Tochterplatine befindet sich lediglich ein 26poliger Pfostenverbinder, dem man seine einfache Struktur nicht unbedingt ansieht. Wer meint, hier würde ein proprietätes, hochkomplexes Protokoll gefahren, irrt - zum Glück.

17 der 26 Pins dienen schlicht der Spannungsversorgung - das Board wünscht sich stabile 5 V für den Digitalteil (300 mA sind völlig ausreichend) sowie zweimal gesiebte 9 bis 15 V für den Analogteil. Eine 'brummige' Versorgung des Analogteils ist bei den uns vorliegenden SCB-55 von Roland und DB-50XG von Yamaha (wie auch bei anderen Karten) unkritisch, da diese Spannungen auf dem Board selbst stabilisiert werden.

Zwei Pins bilden den Stereo-Analogausgang, der mit rund 1,5 Vrms selbst für unempfindliche Cinch-Eingänge kräftig genug ist. Die eigentliche Ansteuerung der Karte erfolgt über eine einzige Leitung. Der Einfachheit halber benutzt man hier das seit fast fünfzehn Jahren bestehende MIDI-Protokoll - nur nicht wie üblich als 5-mA-Stromschleife, sondern mit TTL-Pegel. Für die Erweiterung des Wavetable-Upgrades zu einem vollwertigen MIDI-Expander für Studio, Heim und Bühne benötigt man neben der Stromversorgung also nur einen Optokoppler und eine Handvoll Pfennig-Bauteile.

Doch etwas Luxus darf schon sein: Eine LED, die den Betriebszustand und ankommende MIDI-Daten durch Aufblitzen anzeigt, gehört ebenso dazu wie eine Macintosh-Anschlußbuchse, die Mac-Besitzern die Anschaffung eines separaten MIDI-Interface erspart. Letztere Zielgruppe ist, was die Klangqualität der QuickTime-eigenen 'virtuellen' General-MIDI-Instrumente angeht, ja nicht gerade verwöhnt. Nebenbei ist unsere Lösung natürlich auch für PC-Nutzer interessant, die zwar einen MIDI-Anschluß (z. B. eine ältere Roland-MPU-401-Steckkarte), aber keinen WaveBlaster-Connector frei haben. Eine externe Lautstärkeregelung ist dagegen nicht erforderlich, da diese für jeden MIDI-Kanal getrennt über MIDI fernsteuerbar ist. Die Bedienungselemente beschränken sich daher auf den Netzschalter und den (optionalen) Reset-Taster. Mit diesem kann man das Modul wieder reanimieren, falls es durch ein amoklaufendes Sequenzer-Programm oder eine allzu mutige Parametrisierung der MIDI-Controller nur noch Kakophonisches zu Gehör bringt.

Adapter-Platine
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Unsere Adapter-Platine (unten) verwandelt jedes Wavetable-Upgrade-Board (hier zwei Exemplare von Yamaha und Roland) in einen vollwertigen MIDI-Expander.

WaveBlaster-kompatible Erweiterungen sind mit rund 139 × 89 mm2 etwas kleiner als das 'Europakarten-Format' mit 160 x 100 mm2, für das der Elektronik-Fachhandel eine Vielzahl von Gehäusebauformen anbietet. Wir wählten deshalb einen Huckepack-Aufbau mit einer Eurokarte als Träger für die Stromversorgung (Trafo, Gleichrichter und Siebung), MIDI-Koppler und Ausgangsbuchsen. Das entstandene 'Sandwich' läßt sich bequem in ein gefälliges Alu-Profilgehäuse einschieben oder kann - ganz professionell - in einen (halben) 19"-Einschub eingebaut werden.

Für den Einsatz am Mac, der in vielen Studios die Nachfolge des einst hochbeliebten Atari angetreten hat, haben wir uns ein besonderes Bonbon ausgedacht: Damit man hier einen besonders kompakten Aufbau erhält, ist der nötige MIDI-Adapter mit auf der Platine integriert. Es genügt ein übliches 8poliges Mac-Druckerkabel zwischen Mac und unserem Expander, die MIDI-Buchse bleibt dann verwaist. Alternativ darf natürlich auch ein Mac-Nutzer die MIDI-Buchse belegen, so er schon ein MIDI-Interface [[#literatur 1]] besitzt; dies ist beim Anschluß an eine 'schutzgeerdete' Verstärkeranlage zur Vermeidung von Brummschleifen ohnehin vorzuziehen. Wer einen AV-Mac besitzt, kann natürlich dessen Cinch-Audio-Eingänge direkt mit unserem Projekt verbinden. Eventuell vorhandene Aktivboxen werden dann vom Kopfhörerausgang des Mac gespeist, und die Lautstärke von Mac und Expander läßt sich bequem im Kontrollfeld 'Monitore und Ton' einstellen. Zum Routen der MIDI-Daten benötigt man die * OMS-Erweiterung von Opcode.

MIDI-Sequenzer, Steinbergs Cubasis
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Mit einem MIDI-Sequenzer wie Steinbergs Cubasis (hier als kostenlose Demo) kann man das fertige Interface austesten. Stellen Sie in den Preferences ein MIDI-Interface mit 1 MHz Takt ein.

Die den Upgrade-Boards beiliegenden PC-Disketten beziehungsweise CD-ROMs sind auch beim Einsatz am Mac nicht obsolet: Sie enthalten oft eine Unmenge an Standard-MIDI-Files (Endung '.mid') mit Beispielen für boardspezifische MIDI-Einstellungen sowie mit eingängigen Riffs und Clips, die man auch ohne tieferes Musikverständnis zu persönlichen Hits zusammenkleben kann. Das nötige MIDI-Sequenzer/Editor-Programm gibt es von Steinberg (Cubasis) oder von eMagic (Notator, Logic), je nach persöhnlichem Gusto, als Demo beispielsweise auf den Multimode-CDs enthalten, die den einschlägigen Publikationen 'Keyboards' und 'Keys' bisweilen beiliegen.

MIDI sah in seiner ursprünglichen Fassung keine standardisierte Zuordnung von Programmnummern und Klängen vor. Das konnte dann zur Folge haben, daß ein systemfremder Synthesizer eine vorliegende Piano-Partitur mit dem Schlagzeug oder einer Okarina spielen wollte. Um dem Durcheinander Einhalt zu gebieten, einigten sich die großen Musikinstrumente-Hersteller auf MIDI-Mindestanforderungen und die Programm/Klang-Zuordnung. 'General MIDI' (GM) umfaßt folgende Punkte:

  • 128 Instrumentenklänge mit festen Programmnummern, die über die MIDI-Kanäle 1 bis 9 und 11 bis 16 wiedergegeben werden,
  • ein Schlagzeugset auf Kanal 10 mit 49 Klängen mit fester Zuordnung von Klang zu Taste und
  • 24 Stimmen bei MIDI-Multi-Mode (die im Gerät vorhandenen Stimmen werden auf die angesteuerten MIDI-Kanäle dynamisch verteilt).

Eine Erweiterung der Firma Roland namens GS basiert auf GM und betrifft Klangvariationen und Effekte:

  • Variationen zu den Grundklängen (auch andere Schlagzeugsets) sind über Bankswitch-Befehl abrufbar, und
  • ein Hall- und ein Choruseffekt sind einschleifbar.

Die meisten GM/GS-Instrumente übertreffen die Mindestanforderungen bei weitem. Gängige Wavetable-Instrumente enthalten mehr als 300 Instrumente im bis zu 4 MByte großen ROM, sind 32stimmig und haben eine ganze Anzahl verschiedener Hall- und Choruseffekte. Letztere werden über elektronische 'Schieberegler', sogenannte MIDI-Controller, in ihrer Intensität eingestellt. Die Belegung der Controllernummern ist weitgehend einheitlich. Spezielle Features einzelner Geräte sind über RPNs (Registered Parameter Number), NRPNs (Non ...) oder gar System-Exclusive-Befehle programmierbar. So kann man zum Beispiel bei dem Wavetable-Upgrade Terratec Meastro 32/96 die ADR-Hüllkurve der Sounds einstellen, Sounds mit Vibrato versehen oder über ein Tiefpaßfilter verfremden.

MIDI-Sequenzer, Steinbergs Cubasis
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Bei Verwendung des Flachtrafos erreicht man eine Bauhöhe von nur 35 mm.

Yamahas Antwort auf GS nennt sich XG, ist aber in weiten Teilen proprietär. Das DB-50XG-Board beispielsweise beinhaltet 676 Sounds in zwei Bänken, 11 Hall- und 11 Chorus-Effekte sowie 42 'Variations' dazu, programmierbare Hüllkurven-Generatoren und Tiefpaßfilter.

MIDI-Files, die die Features eines speziellen Wavetables nutzen, ergeben auf anderen eher jämmerliche Ergebnisse. Was ein Board kann, zeigen am besten die dem Board beiliegenden Demo-Files, auch wenn diese manchmal gewisse Mängel 'schönen'.

Durch die auf der Platine 'verlegte' Netzspannung sind einige Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, will man nicht unfreiwillig Hendrix, Morrison und Cobain ins Nirvana folgen. Empfehlenswert ist für weniger VDE-firme Bastler ein 'schutzisolierter' Einbau in ein Kunststoffgehäuse und der Anschluß über ein zweipoliges Euro-Netzkabel. Dabei darf kein Metallteil in die Nähe (<= 10 mm) der netzspannungsführenden Leiter geraten. 'Schutzgeerdete' Metallgehäuse (grün-gelber Schutzleiter ist mit allen von außen berührbaren Metallteilen leitend verbunden) sind etwas anspruchsvoller. Nur bei berührungssicher abgedeckten netzspannungsführenden Teilen (Leiterbahnen, Sicherungshalter, Netzschalter, Anschlußklemmen) und einem Mindestabstand von 10 mm Luftlinie zu Gehäuseteilen ist ein Einbau in ein Metallgehäuse ohne Schutzerdung zulässig.

MIDI-Sequenzer, Steinbergs Cubasis
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IC2 ist mit einem kleinen Kühlkörper zu versehen. Für Optokoppler IC1 kann ein PC910 (vorzuziehen) oder alternativ ein PC900 (Position IC1') bestückt werden. Verwenden Sie bei der Montage der Abstandsbolzen Nylon-Unterlegscheiben, damit die M3-Muttern nicht mit den Leiterbahnen in Berührung kommen.
Bestückungsplan
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Abhängig von der Stromaufnahme des Upgrade-Boards muß gegebenenfalls ein größerer Trafo als der im Musteraufbau verwendete 4-VA-Flachtrafo, der eine sehr platzsparende Bauweise ermöglicht, ausgewählt werden. Auf der Platine sind Befestigungsmöglichkeiten für einen normalen 5-VA-Printtrafo vorhanden. Den größten Stromverbrauch von 240 mA im Digitalzweig verzeichneten wir beim Yamaha-Board, doch selbst dafür ist der kleine Flachtrafo noch ausreichend bemessen. Im Zweifelsfall sollten Sie die Stromaufnahme Ihres Boards in der Dokumentation nachschlagen. Die ±12-V-Versorgung ist dagegen unkritisch, hier werden nur wenige Milliampere fällig.

Schaltplan
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Einige Bauteile (X2, OSC1, R9, C12) müssen nur bestückt werden, wenn der direkte Einsatz am Mac geplant ist. Die im Bestückungsplan 'eingeklammerten' Bauteile (Spannungsregler IC3, IC4, C6...C9) sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.

Sollte ein Hersteller auf die perfide Idee kommen, die boardeigenen Spannungsregler für die Analogversorgung aus Sparsamkeit wegzulassen (und nur dann), müssen Sie die im Bestückungsplan 'eingeklammerten' Bauteile nachrüsten und die Leiterbahnen J1 und J2 auf der Lötseite der Interface-Platine auftrennen. Ansonsten dürfen die Positionen C6 bis C9, IC3 und IC4 nicht bestückt werden!

Die im Bestückungsplan angegebene Sekundärspannung von 2 x 6 V ist bei guter Netzversorgung zwar noch akzeptabel, für eine zuverlässige Versorgung auch bei ungünstigen Bedingungen sollten Sie aber immer einen 2 x 9-V-Trafo verwenden. Ansonsten gibt es bei der Bestückung der Platine wenig zu beachten, von der Polung der Halbleiter und der Elkos einmal abgesehen. Vergessen Sie die vier eingezeichneten Drahtbrücken nicht, sonst bleibt die Karte stumm.

Die Verbindung zwischen Interface-Platine und Upgrade-Modul erfolgt über eine doppelreihige, 26polige 'Sandwich'- oder 'Stapel'-Pfostenleiste, die gegebenenfalls aus zwei leichter erhältlichen Einzelreihen zusammengesetzt wird. Diese sind entsprechend der Bauhöhe und der Polzahl etwas zu kürzen.

Nach der Bestückung und dem Anschluß der Netzspannung (nochmals: spannungsführende Teile müssen berührungssicher abgedeckt sein!) kontrollieren Sie zunächst ohne Wavetable-Board die Betriebsspannungen am WaveBlaster-Connector. Die ±12-V-Spannungen dürfen geringfügig höher liegen, während die 5 V exakt anliegen müssen. Für den abschließenden Funktionstest benötigen Sie natürlich einen MIDI-Sequenzer oder ein MIDI-Keyboard. (cm)

* Korrekturen und Ergänzungen zur Printversion in rot.

Weitere Hinweise und Berichtigungen unter: c't-Projekte

[1] Carsten Meyer, Mini MIDI Mac, MIDI-Adapter für alle Macs, c't 10/96, S. 382

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WaveBlaster-Connector
Pin
1 DGnd
2 -
3 DGnd
4 TTL-MIDI
5 DGnd
6 +5 V
7 DGnd
8 -
9 DGnd
10 +5 V
11 DGnd
12 -
13 -
14 +5 V
15 AGnd
16 -
17 AGnd
18 +12 V
19 AGnd
20 Audio R
21 AGnd
22 -12 V
23 AGnd
24 Audio L
25 AGnd
26 /Reset

AGnd = Analog-Masse,
DGnd = Digital-Masse

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Stückliste
Halbleiter
IC1 PC910 (Sharp)
oder alternativ
IC1' PC900
IC2 7805
(IC3) 78L09 (siehe Text!)
(IC4) 79L09 (siehe Text!)
GL1 DIL-Brücke 80V/1A
D1, D2 1N4003
D3, D4 1N4148
OSC1 Oszillator 1 MHz
LED1 LED 3 mm rot
Kondensatoren
C1 470µ/16V
C2,C3 220µ/16V
C4,C5,C10 100n ker. 5 mm RM
(C6...C9) 100n ker. (siehe Text!)
C11 4µ7/16V
C12 10n ker. 5mm RM
Widerstände
R1 220R
R2,R9 10k
R3 4k7
R4,R5,R8 270R
R6 22k
R7 2k2
R10 1k
Sonstiges
TR1 Print-Trafo 2x9V/5VA, z.B. Conrad 506427 oder Flachtrafo 2x9V/4VA z.B. Conrad 506966
F1 Sicherung 50mA flink
X1 DIN-Buchse 5pol. 180°
X2 Mini-DIN-Buchse 8pol.
X3,X4 Cinch-Printbuchse
X5 Sandwich-Stapelverbinder-Pfostenleiste
1 Sicherungshalter 20 mm isoliert
1 Kühlwinkel für TO-220
1 Platine Wavetable-Interface eMedia -Bestellnr. 9716176dB
Je nach verwendetem Trafo:
1 Eurokarten-Gehäuse min. 42 mm hoch
4 Abstandsbolzen 20 mm oder 35 mm, Schrauben Nylon-Unterlegscheiben M3
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