Automatické trubkové zvony: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Tento instruktáž vysvětluje hlavní kroky, které jsem sledoval, při stavbě prvního prototypu sady automatických trubkových zvonů, které jsem postavil v roce 2006. Funkce automatického hudebního nástroje jsou: - 12 zvonků (12 trubkových zvonů) - každý zvonek hraje na jednu notu, takže může hrát celou oktávu (od C do B, včetně udržovacích) - Může hrát až 4 simultánní noty (takže může hrát 4 akordové tóny) - Ovládá se přes sériový port PC (standar RS -232) Nástroj je Skládá se z krabice řídicí jednotky a tří věží. Každá věž obsahuje 4 zvonkohry a dva motory, každý motor zasáhne dva ze čtyř zvonků. Všechny věže jsou připojeny ke skříni řídicí jednotky pomocí 10 drátové sběrnice. Řídicí jednotka je zodpovědná za napájení každého motoru přesnou energií a rychlostí, aby zasáhla každý zvonek, a hraje na poznámky, které mu software v počítači posílá. Interně se skládá ze tří desek. První deska obsahuje mikrokontrolér, kterým je Atmel ATMega16, a komunikační prvky RS-232. Druhý obsahuje obvody ovladače motoru a třetí ovladače polohy motoru. Dokončení tohoto projektu mi trvalo téměř půl roku. Další kroky jsou obecné kroky s nejrelevantnějšími informacemi o procesu stavby projektu, drobné detaily si můžete prohlédnout na obrázcích. Video z automatických trubkových zvonů: hlavní stránka projektu: domovská stránka automatických trubkových zvonů

Krok 1: Budování zvonkohry

Prvním krokem bylo nalezení dobrého a levného materiálu pro stavbu zvonkohry. Po návštěvě některých obchodů a provedení několika testů jsem zjistil, že hliník je materiál, který mi dává nejlepší poměr kvality a ceny zvuku. Koupil jsem tedy 6 tyčí o délce 1 metr. Měly vnější průměr 1, 6 cm a vnitřní průměr 1, 5 cm (tloušťka 1 mm) Jakmile jsem měl tyče, musel jsem je naříznout na správnou délku, abych získal frekvenci každé noty. Hledal jsem na internetu a našel několik zajímavých stránek, které mi poskytly spoustu zajímavých informací o tom, jak vypočítat délku každého pruhu, abych získal požadované frekvence (viz část odkazy). Není nutné říkat, že frekvence, kterou jsem hledal, byla základní frekvencí každé noty, a jak se to děje téměř ve všech nástrojích, tyče budou produkovat další simultánní frekvence, které jsou shodné se základními. Tyto další simultánní frekvenice jsou harmonické, které jsou obvykle násobkem základní frekvence. Počet, trvání a podíl těchto harmonických je zodpovědný za zabarvení podnětu. Vztah mezi frekvencí jedné noty a stejné noty v další oktávě je 2. Pokud je tedy základní frekvence noty C 261,6 Hz, základní frekvence C v další oktávě bude 2*261,6 = 523, 25 Hz. Jak víme, že západoevropská hudba rozděluje oktávu na 12 stupnic (12 půltónů uspořádaných do 7 not a 5 trvalých not), můžeme frekvenci dalšího půltónu vypočítat vynásobením frekvence předchozí noty 2 # (1/12). Jak víme, že frekvence C je 261,6 Hz a poměr mezi 2 konsekutivními půltóny je 2 # (1/12), můžeme odvodit všechny notové frekvence: POZNÁMKA: symbol # představuje energetického operátora. Například: „a # 2“je stejné jako „a² Poznámka Freq 01 C 261,6 Hz 02 Csust 261,6 * (2 # (1/12)) = 277,18 Hz 03 D 277,18 * (2 # (1/12)) = 293, 66 Hz 04 Dsust 293, 66 * (2 # (1/12)) = 311, 12 Hz 05 E 311, 12 * (2 # (1/12)) = 329,62 Hz 06 F 329, 62 * (2 # (1/12)) = 349,22 Hz 07 Fsust 349,22 * (2 # (1/12)) = 369,99 Hz 08 G 369,99 * (2 # (1/12)) = 391,99 Hz 09 Gsust 391,99 * (2 # (1/12)) = 415,30 Hz 10 A 415,30 * (2 # (1/12)) = 440,00 Hz 11 Asust 440,00 * (2 # (1/12)) = 466, 16 Hz 12 B 466, 16 * (2 # (1/12)) = 493,88 Hz 13 C 493,88 * (2 # (1/12)) = 2 * 261,6 = 523,25 Hz Předchozí tabulka slouží pouze pro informační účely a není nutné počítat délku tyčí. Nejdůležitější věcí je faktor vztahu mezi frekvencemi: 2 pro stejnou notu v další oktávě a (2 # (1/12) pro další půltón. Použijeme to ve vzorci použitém pro výpočet délky taktu Počáteční vzorec, který jsem našel na internetu (viz část odkazy), je: f1/f2 = (L2/L1) # 2, z toho můžeme snadno odvodit vzorec, který nám umožní vypočítat délku každého pruhu. Protože f2 je měna další noty, kterou chceme vypočítat a chceme znát frekvenci dalšího půltónu: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = L2 Vzorec je: L2 = L1*(2#(-1/24)) Takže pomocí tohoto vzorce můžeme odvodit délku zvonkohry který zahraje další půltón, ale samozřejmě budeme potřebovat délku zvonkohry, která hraje první tón. Jak to můžeme vypočítat? Nevím, jak vypočítat délku prvního zvonku. Předpokládám, že existuje vzorec, který týká se fyzikálních vlastností materiálu, velikosti tyče (délka, vnější an d vnitřní průměr) s frekvencí, kterou bude hrát, ale nevím to. Jednoduše jsem to našel naladěním pomocí ucha a kytary (k vyladění můžete použít také ladičku nebo frecuencemetr zvukové karty PC).

Krok 2: Tři věže

Poté, co jsem tyče nařezal na správnou délku, musel jsem postavit podpěru, která je zavěsí. Udělal jsem pár skic a nakonec postavil tyto tři věže, které můžete vidět na obrázcích. Na každou věž jsem zavěsil čtyři zvonkohry a procházel nylonovým drátem otvory, které jsem udělal v horní a spodní části každého zvonku. Musel jsem vyvrtat otvory nahoře a dole, protože bylo nutné opravit zvonkohry na obou stranách, aby se zabránilo jejich oscilaci bez kontroly při úderu tyčemi. Přesná vzdálenost pro umístění děr byla choulostivá záležitost a musely se shodovat se dvěma vibračními uzly základní frekvence tyče, které jsou 22,4% od horní a dolní části. Tyto uzly jsou body bez pohybu, když tyče oscilují na základní frekvenci, a upevnění tyče v těchto bodech by na ně nemělo mít vliv při vibraci. Také jsem přidal 4 šrouby na vrchol každé věže, aby bylo možné nastavit napětí nylonového drátu každého zvonku.

Krok 3: Motory a útočníci

Dalším krokem bylo vybudování zařízení, která pohybují úderníky. Toto byla další kritická část, a jak vidíte na obrázcích, nakonec jsem se rozhodl použít stejnosměrné motory k pohybu každého útočníka. Ke každému motoru je připojena úderná tyč a systém řízení polohy a slouží k zasažení dvojice zvonkohry. Úderná tyč je kus cyklistického hrotu s černým dřevěným válcem na konci. Tento válec je potažen tenkou samolepicí plastovou fólií. Tato kombinace materiálů poskytuje jemnou, ale hlasitou zvučnost při nárazu na mříže. Ve skutečnosti jsem vyzkoušel některé další kombinace a právě tato metoda mi dala nejlepší výsledky (byl bych vděčný, kdyby mi někdo dal vědět lepší). Systém řízení polohy motoru je optický kodér s rozlišením 2 bity. Skládá se ze dvou disků: jeden z disků se solidárně otáčí k hokejce a na jeho spodním povrchu je vytištěna černobílá kodifikace. Druhý disk je připevněn k motoru a má dva infračervené senzory emitorových receptorů CNY70, které rozlišují černou a bílou barvu druhého disku, a tak mohou odvodit polohu páčky (PŘEDNÍ, PRAVÁ, LEVÁ a ZPĚT) Znalost polohy umožňuje systému vystředit hůl před a po úderu zvonu, což zaručuje přesnější pohyb a zvuk.

Krok 4: Sestavení hardwaru řídicí jednotky

Jakmile jsem dokončil tři věže, byl čas postavit řídicí jednotku. Jak jsem vysvětlil na začátku textu, řídicí jednotka je černá skříňka složená ze tří elektronických desek. Hlavní deska obsahuje logiku, adaptér sériové komunikace (1 MAX-232) a mikrokontrolér (8bitový mikrokontrolér RISC ATMega32). Další dvě desky obsahují obvody potřebné k ovládání snímačů polohy (některé odpory a 3 spouště-schimdt 74LS14) a k napájení motorů (3 ovladače motoru LB293). Chcete -li získat další informace, můžete se podívat na schémata.

ZIP můžete stahovat pomocí obrázků schematichs v oblasti downlad.

Krok 5: Firmware a software

Firmware byl vyvinut v jazyce C, přičemž kompilátor gcc je součástí bezplatného vývojového prostředí WinAVR (jako IDE jsem použil poznámkový blok programátorů). Pokud se podíváte na zdrojový kód, najdete různé moduly:

- atb: obsahuje „hlavní“projektu a rutiny inicializace systému. Je z „atb“, kde se nazývají další moduly. - UARTparser: je modul s kódem sériového analyzátoru, který přijímá poznámky odeslané počítačem přes RS-232 a převádí je na příkazy srozumitelné pro modul „pohyby“. - pohyby: převede příkaz noty přijatý z UARTparseru na sadu různých jednoduchých pohybů motoru, aby zazněl zvonek. Sděluje modulu „motor“posloupnost energie a směr každého motoru. - motory: implementuje 6 softwarových PWM k napájení motorů s přesnou energií a přesným trváním nastaveným modulem „pohybu“. Počítačový software je jednoduchá aplikace Visual Basic 6.0, která umožňuje uživateli zadávat a ukládat posloupnosti not, ze kterých se skládá melodie. Umožňuje také odesílání poznámek přes sériový port počítače a jejich poslech, který hraje Atb. Pokud se chcete podívat na firmware, můžete si jej stáhnout v oblasti stahování.

Krok 6: Závěrečné úvahy, budoucí nápady a odkazy…

Přestože nástroj zní hezky, není dost rychlý na to, aby zahrál některé melodie, ve skutečnosti někdy trochu desynchronizuje s melodií. Plánuji tedy novou efektivnější a přesnější verzi, protože časová přesnost je velmi důležitá věc, když mluvíme o hudebních nástrojích. Pokud zahrajete notu s milisekundovým předstihem nebo zpožděním, vaše ucho najde v melodii něco zvláštního. Každá nota tedy musí být zahrána v přesném okamžiku s přesnou energií. Příčinou těchto zpoždění v této první verzi nástroje je, že perkusní systém, který jsem zvolil, není tak rychlý, jak by měl. Nová verze bude mít velmi podobnou strukturu, ale místo motorů bude používat solenoidy. Solenoidy jsou rychlejší a přesnější, ale jsou také dražší a obtížněji se hledají. Tuto první verzi lze použít k přehrávání jednoduchých melodií, jako samostatného nástroje, nebo v hodinách, zvoncích … Hlavní stránka projektu: Domovská stránka automatických trubkových zvonůVideo z automatických trubkových zvonů: video z automatických trubkových zvonků na YouTube Na těchto stránkách najdete téměř všechny informace, které budete potřebovat k vybudování vlastní zvonkohry: Vytváření zvonkohry od Jima Hawortha Vytváření zvonkohry od Jima Kirkpatricka Konstruktory zpráv o zvucích zvonků