Parallel Sequencer Synth: 17 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Toto je průvodce vytvořením jednoduchého sekvenceru. Sekvencer je zařízení, které cyklicky produkuje sérii kroků, které pak pohání oscilátor. Každému kroku lze přiřadit jiný tón a vytvářet tak zajímavé sekvence nebo zvukové efekty. Nazval jsem to paralelním sekvencerem, protože není poháněn jedním oscilátorem v každém kroku, ale dvěma oscilátory současně.

Krok 1: Blokový diagram

Začněme blokovým diagramem.

Zařízení bude napájeno 9voltovou baterií a ovladač toto napětí sníží na 5 voltů.

Samostatný oscilátor bude generovat nízkou frekvenci, tj. Tempo, které bude sloužit jako hodiny pro sekvencer. Tempo bude možné upravit pomocí potenciometru.

V sekvenceru bude možné nastavit krok resetování a režim sekvence pomocí přepínačů.

Výstupem sekvenceru budou 4 kroky, které budou následně ovládat dva paralelně zapojené oscilátory, jejichž frekvence budou nastaveny potenciometry. Každý krok bude reprezentován jednou LED. U oscilátorů bude možné přepínat mezi dvěma frekvenčními rozsahy.

Výstupní hlasitost bude regulována potenciometrem.

Krok 2: Breadboard

Nejprve jsem navrhl obvod na prkénku. Vyzkoušel jsem několik alternativních verzí tempo oscilátoru s různými obvody, stejně jako několik konfigurací s desítkovým nebo binárním sekvencerem s demultiplexorem. Osciloskop je nápomocný při návrhu i při odstraňování problémů.

Krok 3: Schémata

*odkaz na HQ Image Schematics

*Pokud shledáte vysvětlení schémat zbytečné, můžete přejít k dalšímu kroku - kusovník (kusovník)

Napájení z 9V baterie je do obvodu přenášeno hlavním vypínačem S1, který bude umístěn na panelu. Napětí přibližně 9V je lineárním regulátorem IC1 sníženo na 5V. Ke snížení napětí je také možné použít buck převodník DC-DC, nevýhodou může být vysokofrekvenční šum zavedený do systému. Kondenzátory C1, C3, C15 a C16 pomáhají tlumit rušení a C2 vyhlazují výstupní napětí.

Tempo oscilátor / nízkofrekvenční oscilátor (LFO) je generován pomocí Schmitt-trigger invertoru IC 40106 (IC2). Potenciometr VR9 poskytuje nastavitelnou výstupní frekvenci. Kombinací C5 a VR9 je možné zvolit požadovaný rozsah (v tomto případě od zhruba 0,2Hz do 50Hz). Výstupní frekvenci lze zvýšit výběrem menšího potenciometru VR9 nebo snížením hodnoty kondenzátoru C5. R2 omezuje horní frekvenční rozsah, pokud je potenciometr nastaven na cca. 0 ohmů. Nepoužité brány IC 40106 musí být svázány se zemí.

Generátor LFO může být také IC 4093, 555 nebo operační zesilovač.

LFO, nebo hodinový signál, je přiváděn do desítkového sekvenceru 4017. Vstupy CLK a RST jsou zajištěny proti rušení stahovacími odpory R39 a R5. Aby mohl sekvencer běžet, musí být kolík ENA svázán se zemí. Sekvencer funguje následovně: Pokaždé, když se CLK změní z nízké na vysokou, sekvencer zapne jeden z výstupních pinů v pořadí Q0, Q1, Q2… Q9. Vždy je aktivní pouze jeden z výstupních pinů Q0 - Q9. Sekvencer tedy cyklicky opakuje těchto deset stavů. K tomuto pinu RST však lze v tomto kroku resetovat libovolný výstup. Pokud například připojíme Q4 ke kolíku RST, bude posloupnost následující: (Q) 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3… Tato funkce IC se používá s třípolohovým přepínačem S2, který poskytuje buď 10 kroků (střední poloha, reset vázán pouze na zem), nebo reset na Q4 (4 kroky), nebo reset na Q6 (6 kroků). Protože zařízení bude 4krokovým sekvencerem, resetování IC v kroku 4 bude mít za následek souvislou sekvenci bez pauzy, resetování IC v kroku 6 bude mít za následek sekvenci 4 kroků a pauzu 2 kroků a nakonec třetí možností bude resetování IC v kroku 10. Výsledkem je sekvence 4 kroků a 6 kroková pauza. Pauza poskytovaná přepínačem S2 je vždy přidána až poté, co byla provedena posloupnost kroků (1234 _, 1234 _… nebo 1234 _, 1234 _…).

Pokud však chceme mezi jednotlivé kroky přidat pauzu, musíme reorganizovat pořadí, ve kterém budou oscilátory napájeny. O to se stará přepínač S3. Když je sekvencer zapnutý ve správné poloze, funguje tak, jak je popsáno výše. Pokud je však přepnut na opačnou stranu (vlevo), krok 4 IC sekvenceru se stane třetím vstupem do oscilátoru a krok 7 se stane čtvrtým vstupem do oscilátoru. Sekvence tedy bude vypadat takto (S2 ve střední poloze): 12_3_4_, 12_3_4 _,…

Níže uvedená tabulka popisuje všechny možnosti sekvence, které lze vygenerovat pomocí obou přepínačů:

Přepněte polohu S2	Přepněte polohu S3	Cyklická sekvence (_ znamená pauzu)
Nahoru	Nahoru	1234
Dolů	Nahoru	1234_
Střední	Nahoru	1234_
Nahoru	Dolů	12_3
Dolů	Dolů	12_3_
Střední	Dolů	12_3_4_

Každému kroku je pro přehlednost přiřazena jedna LED (LED3 až LED6).

Paralelní oscilátory jsou vytvořeny v obvodu NE556 v astabilní konfiguraci. Kondenzátory vybrané přepínači S4 a S5 se nabíjejí a vybíjejí přes odpory R6 a R31 a potenciometry VR1 až VR8. Sekvencer přepíná tranzistory Q1 až Q8 ve dvojicích (Q1 a Q5, Q2 a Q6, Q3 a Q7, Q4 a Q8, opakovaně) a umožňuje tak nabíjení a vybíjení kondenzátorů pomocí různě nastavených potenciometrů. Vnitřní logika obvodu IC4 na základě napětí kondenzátorů zapíná a vypíná výstupní piny (piny 5 a 9). Frekvenční rozsah jednotlivých kroků lze upravit změnou hodnot potenciometrů a také změnou hodnot kondenzátorů C8 až C13. Mezi každý vysílač a odpovídající potenciometr je přidán 1k odpor (R8, R11, R14…) pro omezení horní frekvence. Rezistory připojené k základně tranzistorů (R9, R12, R15…) zajišťují provoz tranzistorů ve stavu nasycení. Výstupy obou oscilátorů jsou připojeny přes dělič napětí VR10 (potenciometr) k výstupnímu konektoru.

Nepoužívané označení: R1, R3, R7, R10, R13, R16, R19, R22, R25, R28, R36, LED1

Krok 4: Seznam dílů (kusovník)

• 5x LED
• 1x stereo jack 6,35
• 1x 100k lineární potenciometr
• 1x 50k lineární potenciometr
• 8x 10k lineární potenciometr
• 12x 100n keramický kondenzátor
• 1x odpor 470R
• 2x 100k odpor
• 2x 10k odpor
• Rezistor 23x 1k
• 2x 1uF elektrolytický kondenzátor
• 1x 47uF elektrolytický kondenzátor
• 1x 470uF elektrolytický kondenzátor
• 8x 2N3904 NPN tranzistor
• 1x IC 40106
• 1x IC 4017N
• 1x IC NE556N
• 1x Lineární regulátor 7805
• Přepínač 3x 2 polohy 1 pól
• 1x 2polohový 2pólový přepínač
• 1x 3polohový 1pólový přepínač
• Prototypová rada
• Dráty (24 AWG)
• Zásuvky IC (volitelně)
• 9V baterie
• Klip na 9V baterii

Nástroje pro pájení a zpracování dřeva:

• Páječka
• Pájecí pájka
• Kleště
• Popisovač
• Multimetr
• Posuvné měřítko
• Pinzeta
• Kleště na odizolování drátu
• Plastové kabelové svazky
• Posuvné měřítko
• Brusný papír nebo jehlový pilník
• Štětce
• Akvarel barvy

Krok 5: Dřevěná krabice

Rozhodl jsem se postavit zařízení do dřevěné krabice. Volba je na vás, můžete použít plastovou nebo hliníkovou krabici, nebo si vytisknout vlastní pomocí 3D tiskárny. Vybral jsem krabici o rozměrech 16 x 12,5 x 4,5 cm (přibližně 6,3 x 4,9 x 1,8 palce) s výsuvným otvorem. Krabici jsem dostal v místním hobby obchodě, vyrábí ji KNORR Prandell (odkaz).

Krok 6: Rozložení dílů a příprava na vrtání

Potenciometry, držáky ledu a spínací matice jsem uspořádal na krabici a uspořádal tak, jak se mi to líbilo. Vzal jsem rozložení a pak jsem krabici překryl maskovací páskou shora a z jedné strany, kde bude otvor pro 6,35 mm jack. Pozice děr a jejich velikost jsem označil na krycí pásku.

Krok 7: Vrtání

Horní stěna krabice byla poměrně tenká, takže jsem vrtal pomalu a postupně rozšiřoval vrtáky. Po vyvrtání otvorů bylo nutné je ošetřit brusným papírem nebo jehlovými pilníky.

Krok 8: Základní nátěr

Jako první vrstvu barvy - základní vrstvu - jsem použil zelenou. Základní vrstva bude pokryta světle hnědou barvou a oranžovou barvou. Použil jsem akvarely. Po každé vrstvě jsem nechal truhlík několik hodin schnout, protože dřevo nasáklo dostatek vody.

Krok 9: Druhá vrstva barvy

Na zelenou základní vrstvu jsem nanesl kombinaci světle hnědé a jemně oranžové. Barvu jsem rozetřel horizontálními pohyby a tam, kde jsem chtěl dosáhnout výraznějších skvrn, jsem aplikoval co nejméně vody a více barvy (méně ředěná barva).

* Barvy na obrázcích v tomto kroku se liší od ostatních fotografií, protože barva na nich ještě nezaschla.

Krok 10: Výroba obvodové desky

Rozhodl jsem se vytvořit desku s plošnými spoji na univerzální desce. Je to mnohem rychlejší, než čekat na zásilku desek plošných spojů vyrobených na míru, a jako prototyp to stačí. Pokud má někdo zájem, mohu také vytvořit a přidat kompletní soubory Gerber.

Z univerzální desky s plošnými spoji jsem vystřihl úzký, delší proužek, který odpovídal délce krabice. Obvod jsem pájel postupně, po menších částech. Místa, kde budou vodiče spojeny, jsem označil černými kruhy.

Krok 11: Odstraňování problémů a postup při výrobě desek plošných spojů

Neztratit se při vytváření desky s plošnými spoji je někdy obtížné. Naučil jsem se pár triků, které mi pomáhají.

Součásti, které jsou namontovány na panelu nebo mimo desku, jsou ve schématech označeny uvnitř modrých (černých) obdélníků. Tím je zajištěna přehlednost přípravy vodičů nebo konektorů a jejich umístění. Každý řádek, který protíná obdélník, tedy znamená jeden vodič, který je třeba připojit později.

Je také užitečné poznamenat si připojení a montáž těch komponent, které již byly nainstalovány. (Používám k tomu žlutý zvýrazňovač). Tím bude jasně rozlišeno, které části a spojení již existují a které je ještě třeba provést.

Krok 12: PCB

Pro ty, kteří chtějí vyrobit nebo objednat desku plošných spojů přikládám soubor.brd. Deska s plošnými spoji má rozměry 127 x 25 mm, přidal jsem dva otvory pro šrouby M3. Můžete vytvářet vlastní soubory podle požadovaného formátu Gerber.

Krok 13: Montáž dílů do krabice

Vložil jsem a zajistil komponenty, které budou na horním panelu - potenciometry, přepínače, LED a výstupní konektor. LED diody byly umístěny na plastové držáky, které jsem zajistil pomocí horkého lepidla.

Knoflíky potenciometrů je vhodné přidat později, aby nedošlo k jejich poškrábání při pájení kontaktů a manipulaci s krabicí.

Krok 14: Zapojení

Dráty byly pájeny po částech. Dráty jsem vždy nejprve svlékl a pocínoval, než jsem je připojil ke komponentám na panelu. Postupoval jsem shora dolů, aby se dráty při práci nezasekly a svazky drátů jsem také zajistil stahovacími páskami.

Krok 15: Vložení baterie a desky do krabice

Vložil jsem desku s obvody do krabice a izoloval ji od předního panelu tenkým kouskem pěny. Aby se kabely neohýbaly a držely vše pevně, svazoval jsem svazky stahovací páskou. Nakonec jsem k obvodu připojil 9V baterii a krabici zavřel.

Krok 16: Montáž knoflíků potenciometru

Posledním krokem je instalace knoflíků na potenciometry. Místo těch, které jsem vybral pro rozložení dílů, jsem namontoval kovové, stříbrno-černé knoflíky. Celkově se mi to líbilo více než plastové, s jasně žlutou matnou barvou.

Krok 17: Projekt dokončen

Syntezátor paralelního sekvenceru je nyní dokončen. Užijte si spoustu zábavy při generování různých zvukových efektů.

Zůstaňte zdraví a v bezpečí.

Druhé místo ve zvukové výzvě 2020