Automatska cjevasta zvona: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

Ovo uputstvo objašnjava glavne korake koje sam slijedio, za izradu prvog prototipa kompleta automatskih cjevastih zvona koje sam izgradio 2006. Automatske značajke muzičkih instrumenata su: - 12 zvona (12 cjevastih zvona) - Svako zvono svira jednu notu, tako da može svirati cijelu oktavu (od C do B, uključujući i sustaine) - Može svirati do 4 istovremene note (tako da može svirati 4 notna akorda) - Kontrolira se preko serijskog porta za PC (standard RS -232) sastoji se od kutije upravljačke jedinice i tri tornja. Svaki toranj sadrži 4 zvona i dva motora, svaki motor pogađa dva od četiri zvona. Svi tornjevi su spojeni na kutiju upravljačke jedinice putem 10-žične sabirnice. Upravljačka jedinica je odgovorna za napajanje svakog motora s preciznom energijom i brzinom da pogodi svaki zvuk, svirajući note koje mu softver u računaru šalje. Unutra se sastoji od tri ploče. Prva ploča sadrži mikrokontroler koji je Atmel ATMega16 i komunikacijske elemente RS-232. Drugi sadrži krugove pokretača motora, a treći, kontrolere položaja motora. Trebalo mi je skoro pola godine da završim ovaj projekat. Sljedeći koraci su opći koraci, s najrelevantnijim informacijama o procesu izgradnje projekta, manji detalji se mogu vidjeti na slikama. Video zapis automatskih cijevnih zvona: glavna stranica projekta: početna stranica automatskih cijevnih zvona

Korak 1: Izgradnja zvona

Prvi korak je bio pronalaženje dobrog i jeftinog materijala za izradu zvona. Posjetivši neke trgovine i obavivši neka ispitivanja, otkrio sam da je aluminij materijal koji mi daje najbolji odnos kvalitete zvuka u odnosu na cijenu. Kupio sam 6 šipki dužine 1 metar. Imali su vanjski promjer 1,6 cm i unutarnji promjer 1,5 cm (debljina 1 mm) Kad sam dobio šipke, morao sam ih rezati na odgovarajuću dužinu kako bih dobio frekvenciju svake note. Pretražio sam na internetu i pronašao neke zanimljive web stranice koje su mi dale mnogo zanimljivih informacija o tome kako izračunati dužinu svake šipke kako bih dobio željene frekvencije (vidi odjeljak veza). Nepotrebno je reći da je frekvencija koju sam tražio bila osnovna frekvencija svake note, a kao što se događa u gotovo svim instrumentima, taktovi će proizvesti druge simultane frekvencije koje su dio fundamentalne. Ove druge istovremene frekvence su harmonici koji su obično višestruki od osnovne frekvencije. Broj, trajanje i proporcija ovih harmonika odgovorni su za zvuk instrumenta. Odnos između frekvencije jedne note i iste note u sljedećoj oktavi je 2. Dakle, ako je osnovna frekvencija note C 261,6Hz, osnovna frekvencija C u sljedećoj oktavi bit će 2*261,6 = 523, 25Hz. Kako znamo da zapadnoeuropska muzika dijeli oktavu na 12 koraka (12 polutonova organiziranih u 7 nota i 5 stalnih nota), možemo izračunati frekvenciju sljedećeg polutona pomnoženom frekvencijom prethodne note sa 2 # (1/12). Kako znamo da je frekvencija C 261,6Hz, a omjer između 2 sporedna polutona 2 # (1/12), možemo zaključiti sve frekvencije nota: NAPOMENA: simbol # predstavlja operatora napajanja. Na primjer: "a # 2" je isto što i "a^2" Napomena Frekvencija 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)) = 329,62Hz 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 Prethodna tabela služi samo u informativne svrhe i nije potrebno izračunavati dužinu šipki. Najvažniji je faktor odnosa između frekvencija: 2 za istu notu u sljedećoj oktavi i (2 # (1/12) za sljedeći poluton. Koristit ćemo ga u formuli koja se koristi za izračunavanje dužine traka) Početna formula koju sam pronašao na Internetu (vidi odjeljak veza) je: f1/f2 = (L2/L1) # 2 Iz nje možemo lako zaključiti formulu koja će nam omogućiti izračunavanje dužine svake trake. Kako je f2 frekvencija sljedeće bilješke koju želimo izračunati i želimo znati sljedeću polutonsku frekvenciju: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = L2 formula je: L2 = L1*(2#(-1/24)) Dakle, pomoću ove formule možemo zaključiti dužinu zvona koji će svirati sljedeći poluton, ali očito će nam trebati dužina zvuka koji svira prvu notu. Kako to možemo izračunati? ne znam kako izračunati dužinu prvog zvona. Pretpostavljam da postoji formula koja odnosi se na fizička svojstva materijala, veličinu šipke (dužina, vanjski an d unutarnji promjer) s frekvencijom koja će se reproducirati, ali ja to ne znam. Jednostavno sam ga pronašao tako što sam ga uštimao uz pomoć uha i gitare (za ugađanje možete koristiti i viljušku za ugađanje ili frekuencemetar zvučne kartice na računaru).

Korak 2: Tri kule

Nakon što sam prerezao šipke na odgovarajuću dužinu, morao sam izgraditi oslonac da ih objesim. Napravio sam neke skice i konačno sagradio ove tri kule koje možete vidjeti na slikama. Objesio sam četiri zvona na svaki toranj prolazeći najlonskom žicom kroz rupe koje sam napravio pri vrhu i dnu svakog zvona. Morao sam izbušiti rupe na vrhu i na dnu jer je bilo potrebno popraviti zvonce s obje strane kako bi se izbjeglo da osciliraju bez kontrole pri udarcu štapovima. Precizna udaljenost za postavljanje rupa bila je osjetljiva stvar i morali su se podudarati s dva čvora vibracije osnovne frekvencije šipke, koji se nalaze na 22,4% od vrha i dna. Ovi čvorovi su točke bez kretanja kada šipke osciliraju na svojoj osnovnoj frekvenciji, a fiksiranje šipke na tim mjestima ne bi trebalo utjecati na njih pri vibriranju. Dodao sam i 4 vijka na vrhu svakog tornja kako bih omogućio podešavanje napetosti najlonske žice svakog zvonca.

Korak 3: Motori i navlake

Sljedeći korak je bila izgradnja uređaja koji pomiču udarne štapove. Ovo je bio još jedan kritični dio, i kao što vidite na slikama, konačno sam odlučio upotrijebiti istosmjerne motore za pomicanje svakog napadača. Svaki motor ima pričvršćeni štap i sistem za kontrolu položaja koji se koristi za udaranje u dva zvona. Udarni štap je komad biciklističkog šiljka s crnim drvenim cilindrom na kraju. Ovaj cilindar prekriven je tankim, samoljepljivim plastičnim filmom. Ova kombinacija materijala daje meku, ali glasnu zvučnost pri udarcima o šipke. Zapravo sam testirao neke druge kombinacije, a ova je dala najbolje rezultate (bio bih zahvalan ako mi netko kaže bolju). Sistem za kontrolu položaja motora je optički koder 2 bita rezolucije. Sastoji se od dva diska: jedan od diskova rotira solidarno prema štapiću i ima crno -bijelu kodifikaciju otisnutu na donjoj površini. Drugi disk je pričvršćen za motor i ima dva infracrvena senzora CNY70 emitera-receptora koji mogu razlikovati crno-bijelu boju drugog diska, pa mogu zaključiti položaj štapa (PREDNJA, DESNA, LIJEVA i NAZAD) Poznavanje položaja omogućava sistemu da centrira štap prije i nakon udarca, što garantuje preciznije kretanje i zvuk.

Korak 4: Izgradnja hardvera upravljačke jedinice

Nakon što sam završio tri tornja, došlo je vrijeme za izgradnju upravljačke jedinice. Kao što sam objasnio na početku teksta, upravljačka jedinica je crna kutija sastavljena od tri elektronske ploče. Glavna ploča sadrži logiku, adapter za serijsku komunikaciju (1 MAX-232) i mikrokontroler (8-bitni RISC mikrokontroler ATMega32). Druge dvije ploče sadrže kola potrebna za upravljanje senzorima položaja (neki otpornici i 3 okidača-schimdt 74LS14) i za napajanje motora (3 pokretača motora LB293). Za više informacija možete pogledati sheme.

ZIP možete skinuti sa shematskim slikama u području za preuzimanje.

Korak 5: Firmware i softver

Firmver je razvijen na C -u, a gcc kompajler je uključen u besplatno okruženje za razvoj WinAVR -a (koristio sam programer notepad kao IDE). Ako pogledate izvorni kod, pronaći ćete različite module:

- atb: sadrži "glavni" dio projekta i rutine inicijalizacije sistema. Dolazi iz "atb" gdje se pozivaju drugi moduli. - UARTparser: je modul sa kodom serijskog parsera, koji uzima bilješke koje računar šalje putem RS-232 i pretvara ih u naredbe razumljive za modul "kretanja". - pokreti: pretvara naredbu note primljenu od UARTparsera u skup različitih jednostavnih pokreta motora kako bi se čulo zvono. On modulu "motor" govori redoslijed energije i smjer svakog motora. - motori: implementira 6 softverskih PWM -a za napajanje motora s preciznom energijom i preciznim trajanjem određenim modulom "kretanja". Računarski softver je jednostavna aplikacija Visual Basic 6.0 koja omogućava korisniku unos i skladištenje niza nota koje sačinjavaju melodiju. Takođe omogućava slanje beleški preko serijskog porta računara i njihovo slušanje u izvođenju Atb. Ako želite provjeriti firmver, možete ga preuzeti u području za preuzimanje.

Korak 6: Završna razmatranja, buduće ideje i veze…

Unatoč tome što instrument zvuči lijepo, on nije dovoljno brz za sviranje nekih melodija, u nekim slučajevima se pomalo desinhronizira s melodijom. Zato planiram novu učinkovitiju i precizniju verziju, jer je preciznost vremena vrlo važna stvar kada govorimo o muzičkim instrumentima. Ako odsvirate notu s nekoliko milisekundi unaprijed ili odgodite, vaše će uho pronaći nešto čudno u melodiji. Dakle, svaka nota mora biti odsvirana u preciznom trenutku s preciznom energijom. Uzrok ovih kašnjenja u ovoj prvoj verziji instrumenta je taj što sistem udaranja koji sam izabrao nije tako brz kao što bi trebao. Nova verzija će imati vrlo sličnu strukturu, ali će umjesto motora koristiti solenoide. Solenoidi su brži i precizniji, ali su i skuplji i teže ih je pronaći. Ova prva verzija može se koristiti za reprodukciju jednostavnih melodija, kao samostalni instrument, ili u satovima, zvonima na vratima … Glavna stranica projekta: Početna stranica automatskih cjevastih zvonaVideo automatskih cjevastih zvona: YouTube video zapis automatskih cjevastih zvonaLinkovi na ovim stranicama ćete pronaći skoro sve informacije koje će vam trebati za izradu vlastitih zvona: Making Wind Chimes By Jim HaworthMaking Wind Chimes By Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group