Frequency Shifter – Klangbauköln

Frequency Shifter:

Einleitung:

Ein Frequenzshifter transponiert ein beliebiges Signal noch oben oder unten, also erhöht oder verringert die Frequenz. Die Transponierung erfolgt linear entsprechend der Modulations Frequenz.

Einfache Erklärung der Funktion:

Ein Ringmodulator erzeugt aus zwei Frequenzen jeweils die Summe und die Differenz. Man spricht von dem Träger und dem Modulator. Der Ringmodulator ist ein Multiplizierer, dessen Ergebnis sich in dieser Domäne eben als Summe/Differenz der beiden Ausgangsfrequenzen auswirkt. Also sehen wir hier schon den Ansatz unseres Frequenzschiebers und müssen nur noch eine Technologie finden die es uns ermöglicht das jeweils unerwünschte Seitenband zu unterdrücken. Signale werden unterdrückt oder ausgelöscht in dem man das identische Signal um 180 Grad dreht und beides zusammen mischt oder addiert, dann hebt sich die Energie auf. Genau diese Idee wenden wir hier an. Aber das ist dann doch etwas aufwendig.

Beide Signale, der Träger und der Modulator müssen hier jeweils als Sinus und Csinus Signal zur Verfügung stehen und je nach dem addiert oder subtrahiert werden. Sin/Csin steht im Verhältnis zu +/-45Grad zu einander. Der Modulations VCO ist heutzutage einfach herzustellen und stellt im Kern ein zurück gekoppelt state variable Filter dar, man nennt das auch Quadratur VCO, wie man den RMO auch Vierquadranten Multiplizierer bezeichnet. Wir benötigen also vier Signale, die aus den beiden Eingangssignalen im Phasenverhältnis von 45 Grad, oder Sin-Csin, abgeleitet werden sowie zwei RMO um die Signale miteinander zu multiplizieren. Das Ergebnis wird dann addiert oder subtrahiert: Das ungewünschte Seitenband wird unterdrücken. Etwas aufwendig und erfordert ein Präzision der Baugruppen, damit die Seitenbandunterdrückung optimiert wird.

Um es noch etwas komplizierter zu machen nutzt mein F-schieber einen Quadratur VCO der die Phase dreht also einen Trough Zero VCO. Das hat den Vorteil dass man mit einem Regler, der auch noch CV steuerbar ist, up- oder down shiften kann. Purer Luxus. Wenn man das Ausgangssignal auf den Eingang zurück koppelt, die Mod F sehr langsam einstellt wird ein Phasing hörbar, das sog. Barberpool Phasing. Bode hat damit ein eigenständiges Gerät gebaut. Bode’s Frequenschieber war am Anfang sehr aufwendig gestaltet, da entsprechende Erfindungen und Bauteile noch nicht zur Verfügung standen. Das sog. DOM-Filter wurde mit Transistoren und Potis zum abgleichen aufgebaut und wurde mühselig eingemessen, der Quadratur VCO musste ebenfalls mit so einem DOM Filter hergestellt werden und Multiplizierer gab es als Bauteile noch nicht. Das sog. Squelch ist ein Gate, da die Unterdrückung des Mod Signals so schlecht war und im Ruhezustand einfach störte ….

In short:

So called DOME filter to perform sine/cosine transformation (Hilbert Transformation, see R.Dome, B. Hutchings, JHaible). This Phase shifting network is a precise 12-stage band pass filter with matched parts to get shifts over 12 octaves.

Two precision multiplier for sin / cosine (AD633)

Mixer for two audio signals, balance pot from ring-modulation to Single Side-band Suppression = Frequency shifting.

NEW in 2024: up and down shifts are available simultaneously at both outputs. Interesting stereo effect.

For work you need a quadrature VCO. A Doepfer A110-4 is perfect it produce sine and cosine wave, or a state variable filter is also possible (s/cosine at LP/HP).

The RMO knob allows continues shift between ring-modulation (only one multiplier) to single side band suppression. You can create interest sound in between and enables you to tune exact SSB balance for your signal. The input mixer allows you to insert a digital delay for delayed shifts. Simply use a patch cord from second out to input to get a special kind of phasing. It is a variation of so called „Barber pole“ phasing.

Modulations VCO: For all options a quadrature VCO is best choice. It performs up and down shifts with on knob. Doepfer’s A110-4 produces all desired signals.