CHROMATIC TUNER KORG WT-12

Danas je nabavljen uređaj za ugađanje glazbenih instrumenata (štimer) japanskog proizvođača KORG sa oznakom WT-12. Tvrtka KORG osnovana je 1962. godine, a najpoznatija je po proizvodnji električnih klavijatura. Godine 1975. ta tvrtka je proizvela prvi ručni elektronički uređaj za štimanje instrumenata. Štimer WT-12 izašao je na tržište 1979. godine i u njega su prvi put ugrađeni noviteti kao što je vrlo precizan referentni kvarcni oscilator i mogućnost podešavanja i kalibracije referentne frekvencije. Tvrtka KORG do danas je prodala preko 20 milijuna štimera.

U osnovnom obliku ugađanje ili štimanje instrumenta je podešavanje visine jednog ili više tonova na muzičkom instrumentu na točno određenu frekvenciju kako bi se dobila ispravna visina svakog tona, odnosno ispravni interval između tonova. Međunarodnim sporazumom koji je potpisan 1939. godine, dogovoreno je da standardni fiksni referentni ton za štimanje muzičkih instrumenata i davanje intonacije pri pjevanju bude A4 i da ima frekvenciju od 440 Hz.

Iz ovoga se može zaključiti da je osnovni zahtjev koji mora ispuniti svaki uređaj za štimanje instrumenta mogućnost točne detekcije frekvencije od 440 Hz, odnosno mogućnost prikaza odstupanja od navedene referentne frekvencije. Neke od naprednih mogućnosti štimera bile bi zatim mogućnost detekcije i naštimavanja kako referentnog tako također i drugih tonova u određenom rasponu oktava, te mogućnost promjene referentnog tona A=440 Hz na veću ili manju vrijednost (441Hz, 339Hz). Naime, u nekim specifičnim slučajevima pojedini instrumenti namjerno se štimaju na te malo drugačije frekvencije kako bi se postigli određeni muzički efekti. Što se pak tiče mogućnosti štimanja više tonova, to mogu biti točno određeni intervali po nekom standardnom štimu za određeni instrument (npr. gitarski za svaku žicu E, A, D, G, B, E) ili mogućnost štimanja baš svih tonova i polutonova unutar određenog raspona oktava po tzv. kromatskoj ljestvici (otuda i naziv kromatski štimeri).

WT-12 mjeri frekvencije vokalnih i instrumentalnih tonova u rasponu od sedam oktava, a također i generira vrlo precizne referentne tonove u rasponu od pet oktava. Kao generator standardnog referentnog tona od 440Hz ugrađen je kvarcni kristalni oscilator, a indikacija nule na instrumentu za referentnu frekvenciju može se podesiti u rasponu od 435Hz do 445Hz čime su, kako smo naveli u uvodu, pokriveni različiti standardi za referentni ton koji se danas koriste u muzici. Evo osnovnih specifikacija Korg-ovog štimera WT-12:

• OPSEG DETEKCIJE TONOVA –  34.6478Hz do 4186.01 Hz (7 oktava)
• OPSEG GENERIRANJA TONOVA – 69.2956Hz do 2093.00Hz (5 oktava)
• POKRIVENOST GLAZBENE LJESTVICE: 12 nota po oktavi (sve note i polunote)
• INDIKACIJA: indikacija podešenosti glazbene note u Centima* (-50 do +50 Centi) i u Hertzima (-10 do +10 Hz), indikacija kalibracije A4 note (435-445 Hz), indikacija napona baterija
• PRECIZNOST KRISTALNOG OSCILATORA: unutar ±110 ppm* na sobnoj temperaturi (25°C), unutar ±140 ppm u temperaturnom rasponu 10-30°C
• RELATIVNA POGREŠKA STANDARDNE FREKVENCIJE: ±1 Cent
• NAPAJANJE I POTROŠNJA: baterije 4 x AA (4 x 1,5V), vanjsko istosmjerno napajanje 6V, 100mA
• DIMENZIJE I TEŽINA: 200 x 40 x 100 mm, 460 grama

* Instrument ima skalu u Hertzima (-10 do +10 Hz) i u Centima (-50 do +50 Centi). Cent je logaritamska jedinica mjere koja se koristi za muzičke intervale (međusobni razmak ili odnos između susjednih nota). Koristi se iz dva razloga. Prvi je taj što muzičke oktave prikazane na linearnoj frekvencijskoj skali  u Hertzima eksponencijalno rastu, odnosno postaju sve šire i šire. Da bi se dobila linerna skala sa jednakim razmakom (omjerom) oktava, interval između svake dvije susjedne note (uključujući cjele note i polunote) podijeljen je na 100 centi. Na taj način i svaka oktava ima jednakih 1200 centi jer se sastoji od ukupno 12 nota (7 cijelih i 5 polunota), čime se sve oktave mogu u centima promatrati linearno. Drugi razlog za uvođenje mjerene jedinice Cent je vrlo gusta podjela intervala između dvije note što olakšava njihovo precizno ugađanje. Frekvencijski pomak note od jednog Centa je toliko mali da je praktično zanemariv. Instrumenti ugođeni unutar ±3 Centa smatraju se naštimanim.

* Kao mjera za točnost kristalnog oscilatora ovdje se koristi nestandardna mjerna jedinica ppm (parts per million, dijelova na milijun). U našem slučaju najveća pogreška oscilatora može biti 140 ppm, što se može izraziti i u postocima: 140/1000000*100=0,014%. Radi se dakle o velikoj točnosti pa je ppm zgodnija jedinica za prikaz takvih malih vrijednosti odstupanja.

Pojednostavljena blok shema mjerača frekvencije prikazuje osnovni princip rada ovakvih sklopova. Ulazni analogni audio signal doveden iz mikrofona ili audio izlaza instrumenta prvo je potrebno pretvoriti u čisti pravokutni (digitalni) signal iste frekvencije kao i ulazni, te sa amplitudom dovoljne visine sa obradu u logičkim digitalnim sklopovima. To se uobičajeno radi u posebnim pojačalima i sa schmittovim okidnim sklopom. Takav se signal dovodi na ulaz NAND logičkih vrata. Na drugi ulaz logičkih vrata dovodi se precizni pravokutni signal iz posebnog generatora čija frekvencija (trajanje) okida logička vrata. Time se na izlazu iz logičkih vrata dobivaju samo uzorci (dijelovi) ulaznog digitaliziranog signala koji imaju trajanje onoliko dugo koliko traje pravokutni signala iz generatora. Ako npr. pravokutni signal iz generatora traje 1 sekundu, tada će i logička vrata za ulazni signal biti otvorena samo jednu sekundu. Ako u toj sekundi kroz vrata prođe npr. 10 ulaznih impulsa, tada znamo da je frekvencija tog signala 10 Hz (deset titraja/impulsa u sekundi). Potreban je još samo binarni brojač koji će tu vrijednost pretvoriti u oblik pogodan za prikaz na pokazivaču (digitalnom ili analognom).

A/D PRETVORNIK – Ulazni analogni sinusni signal dovodi se u integrirani krug HD14007 koji u sebi sadrži pojačalo sastavljeno od dva para komplementarnih tranzistora i izlazni inverter. Time se na izlazu dobije već djelomično oblikovan pravokutni signal iste frekvencije kao i ulazni signal, a koji se dalje oblikuje u operacijskim pojačalima – komparatorima u spoju schmittovog okidnog sklopa kako bi bio pogodan za daljnju digitalnu obradu.

PRECIZNI GENERATOR PRAVOKUTNOG NAPONA – Integrirani krug uPC324 sadrži četiri operacijska pojačala od kojih je jedno iskorišteno u krugu oscilatora pravokutnog signala za odabir frekvencije nota, a drugo u krugu ocilatora za odabir oktava. Preostala dva operacijska pojačala su u krugu kalibracije frekvencije 440Hz za mjerač frekvencije, odnosno za generator grekvencije. Mjerni opsezi (različite frekvencije generatora) dobiju se preklapanjem vrijednosti otpornika za note, odnosno preklapanjem vrijednosti kondenzatora za oktave u krugovima generatora pravokutnog signala sa operacijskim pojačalima integriranog kruga uPC324.

VRATA – Logička vrata (elektronička sklopka) koja ima ulogu propuštanja ulaznog signala samo u precizno određenom vremenu trajanja u našem štimeru izvedena je tranzistorski (2x2SA733, 2SC2785).

BINARNI BROJAČ – Kao brojač upotrijebljen je integrirani krug MC14520 koji u sebi sadrži dva 4-bitna binarna brojača na koje se ulaz spaja preko schmittovog okidača i NAND vrata (NAND vrata su u našem slučaju stalno otvorena, odnosno drugi ulaz istih je trajno spojen na plus napajanja). Izlazni signali iz prvog brojača preklapaju se izborom oktava na ulaz drugog brojača, a izlazi drugog brojača preklapaju se četverostrukom elektroničkom sklopkom HD14016 kojom upravljaju naponski komparatori LM393 i dalje se vode prema tranzistorskom NF pojačalu (2x2SC644, 2x2SA733) za reprodukciju muzičkih tonova točnih frekvencija ili pak na operacijska pojačala u krugu indikacije frekvencije na instrumentu (ampermetru).

POKAZIVAČ – Analogni instrument ima osjetljivost 500uA.

U našem štimeru WT-12 nalazi se i zaseban generator referentne frekvencije od 440Hz. On služi samo za kalibraciju instrumenta. Temelji se na integriranom krugu ICM7038 koji je razvijen za upotrebu u analognim kvarcnim satovima, te se sastoji od internog oscilatora (za rad mu je potreban vanjski kristal), 16-stupanjskog djelitelja frekvencije i izlaznog pojačala. U originalnoj namjeni za satove koristi se kristal frekvencije 4,194 MHz čime se na izlazima dobiva pravokutni signal frekvencije 64Hz (nakon 16 dijeljenja) koji služi za pogon motora analognog sata i pravokutni signal frekvencije 512Hz (nakon 13 dijeljenja)  za zvuk alarma. U našem slučaju potrebna je frekvencija od 440 Hz, a ona se dobiva nakon 13 dijeljenja frekvencije kristala od 3,60448Mhz.

Također, na tiskanoj pločici uočava se i mali transformator na feritnoj jezgrici, a isti je zajedno sa dva tranzistora i dvije diode u krugu DC/DC pretvarača napona baterije od 6V na istosmjerni  napon od 15V koji je optimalan za napajanje upotrijebljenih integriranih krugova.

To bi bilo uglavnom sve što se može iščitati sa tiskane pločice KORG-ovog instrumenta za ugađanje glazbala i intonaciju vokala WT-12. Kod suvremenih štimera gotovo sve funkcije obavlja mikroprocesor, uključujući i pogon sve češćih digitalnih indikatora (LCD). Međutim, iz blok sheme se vidi da je zapravo i naš štimer digitalni osim u dijelu pokazivača. Tu pak treba napomenuti da analogni pokazivači imaju i nekih prednosti pred digitalnim, posebice što se tiče odziva i preciznosti kazaljke analognog instrumenta te prirodnijeg uočavanja i praćenja trenutnih odstupanja. Zato se kod štimera ponekad na LED pokazivaču simulira kazaljka analognog instrumenta, no to nikako ne može biti tako dobra rezolucija pomaka kao kod prave analogne kazaljke instrumenta za zakretnim svitkom. Iako star gotovo 40 godina KORG-ov štimer WT-12 i danas je na cijeni kao vrlo precizan i kvalitetan štimer za široki raspon muzičkih instrumenata. Mi ćemo ga pak cijeniti najviše zbog njegovog bezvremenski atraktivnog vintage dizajna, te mu kao predstavniku štimera posvetiti istaknuto mjesto na polici drugih električnih i elektroničkih instrumenata, mjerača, pokazivača, ispitivača i testera 🙂