Синтезатор с параллельным секвенсором: 17 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Это руководство по созданию простого секвенсора. Секвенсор - это устройство, которое циклически производит серию шагов, которые затем приводят в действие генератор. Каждому шагу можно назначить отдельный тон и, таким образом, создать интересные последовательности или звуковые эффекты. Я назвал его параллельным секвенсором, потому что он управляется не одним генератором на каждом шаге, а двумя генераторами одновременно.

Шаг 1: блок-схема

Начнем с блок-схемы.

Устройство будет питаться от батареи на 9 вольт, и контроллер снизит это напряжение до 5 вольт.

Отдельный осциллятор будет генерировать низкую частоту, то есть темп, который будет служить часами для секвенсора. Темп можно будет регулировать с помощью потенциометра.

В секвенсоре можно будет установить шаг сброса и режим последовательности с помощью тумблеров.

На выходе секвенсора будет 4 ступени, которые затем будут управлять двумя осцилляторами, подключенными параллельно, частоты которых будут устанавливаться с помощью потенциометров. Каждый шаг будет представлен одним светодиодом. Для генераторов можно будет переключаться между двумя частотными диапазонами.

Громкость на выходе будет регулироваться потенциометром.

Шаг 2: макет

Сначала я спроектировал схему на макетной плате. Я пробовал несколько альтернативных версий генератора темпа с разными схемами, а также несколько конфигураций с десятичным или двоичным секвенсором с демультиплексором. Осциллограф полезен как при проектировании, так и при поиске и устранении неисправностей.

Шаг 3: схемы

* ссылка на схему изображений HQ

* Если вы обнаружите, что объяснение схем не требуется, вы можете перейти к следующему шагу - Список деталей (BOM)

Питание от батареи 9 В передается в схему через главный выключатель S1, который будет расположен на панели. Напряжение приблизительно 9 В снижается до 5 В линейным регулятором IC1. Также можно использовать понижающий преобразователь постоянного тока для снижения напряжения, недостатком может быть высокочастотный шум, вносимый в систему. Конденсаторы C1, C3, C15 и C16 помогают ослабить помехи, а конденсаторы C2 сглаживают выходное напряжение.

Генератор темпа / низкочастотный генератор (LFO) генерируется с помощью инвертора Шмитта IC 40106 (IC2). Потенциометр VR9 обеспечивает регулируемую выходную частоту. Комбинируя C5 и VR9, можно выбрать желаемый диапазон (в данном случае примерно от 0,2 Гц до 50 Гц). Выходную частоту можно увеличить, выбрав потенциометр VR9 меньшего размера или уменьшив емкость конденсатора C5. R2 ограничивает верхний частотный диапазон, если потенциометр установлен на прибл. 0 Ом. Неиспользуемые вентили IC 40106 необходимо заземлить.

Генератор LFO также может быть IC 4093, 555 или операционным усилителем.

LFO, или тактовый сигнал, подается на десятичный секвенсор 4017. Входы CLK и RST защищены от помех понижающими резисторами R39 и R5. Контакт ENA должен быть заземлен, чтобы секвенсор мог работать. Секвенсор работает следующим образом: каждый раз, когда CLK изменяется с низкого на высокий, секвенсор включает один из выходных контактов в порядке Q0, Q1, Q2… Q9. Всегда активен только один из выходных контактов Q0 - Q9. Таким образом, секвенсор циклически повторяет эти десять состояний. Однако любой выход может быть подключен к выводу RST для сброса секвенсора на этом этапе. Например, если мы подключим Q4 к выводу RST, последовательность будет следующей: (Q) 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3, 0, 1, 2, 3… Эта особенность IC используется с трехпозиционным переключателем S2, который обеспечивает либо 10 шагов (среднее положение, сброс, связанный только с землей), либо сброс на Q4 (4 шага), либо сброс в режим Q6 (6 шагов). Поскольку устройство будет четырехступенчатым секвенсором, сброс IC на шаге 4 приведет к непрерывной последовательности без паузы, сброс IC на шаге 6 приведет к последовательности из 4 шагов и паузе из 2 шагов, и, наконец, третий вариант - сброс IC на шаге 10. Это приводит к последовательности из 4 шагов и 6-шаговой паузы. Пауза, обеспечиваемая переключателем S2, всегда добавляется только после выполнения последовательности шагов (1234 _, 1234 _… или 1234 _, 1234 _…).

Однако, если мы хотим добавить паузу между самими шагами, мы должны реорганизовать порядок, в котором будут запитаны генераторы. Об этом позаботится переключатель S3. При включении в правильном положении секвенсор работает, как описано выше. Однако, если он переключен на противоположную сторону (слева), шаг 4 секвенсора IC становится третьим входом для генератора, а шаг 7 становится четвертым входом для генератора. Следовательно, последовательность будет выглядеть так (S2 в среднем положении): 12_3_4_, 12_3_4 _,…

В таблице ниже описаны все параметры последовательности, которые могут быть сгенерированы обоими коммутаторами:

Положение переключателя S2	Положение переключателя S3	Циклическая последовательность (_ означает паузу)
Вверх	Вверх	1234
Вниз	Вверх	1234_
Середина	Вверх	1234_
Вверх	Вниз	12_3
Вниз	Вниз	12_3_
Середина	Вниз	12_3_4_

Для ясности каждому шагу назначен один светодиод (от LED3 до LED6).

Параллельные генераторы сформированы в цепи NE556 в нестабильной конфигурации. Конденсаторы, выбранные переключателями S4 и S5, заряжаются и разряжаются через резисторы R6 и R31 и потенциометры VR1 - VR8. Секвенсор переключает транзисторы с Q1 по Q8 попарно (Q1 и Q5, Q2 и Q6, Q3 и Q7, Q4 и Q8, многократно) и, таким образом, позволяет заряжать и разряжать конденсаторы с помощью потенциометров с различными настройками. Внутренняя логика схемы IC4, основанная на напряжении конденсаторов, включает и выключает выходные контакты (контакты 5 и 9). Частотный диапазон отдельных ступеней можно регулировать, изменяя значения потенциометров, а также изменяя значения конденсаторов C8 - C13. Между каждым эмиттером и соответствующим потенциометром добавлен резистор 1 кОм (R8, R11, R14…) для ограничения верхней частоты. Резисторы, подключенные к базе транзисторов (R9, R12, R15…), обеспечивают работу транзисторов в состоянии насыщения. Выходы обоих генераторов подключены через делитель напряжения VR10 (регулятор громкости) к выходному разъему.

Неиспользуемые обозначения: R1, R3, R7, R10, R13, R16, R19, R22, R25, R28, R36, LED1

Шаг 4: Список деталей (BOM)

• 5x светодиод
• 1x стерео разъем 6.35
• 1x 100k линейный потенциометр
• 1x 50k линейный потенциометр
• Линейный потенциометр 8x 10k
• Керамический конденсатор 12x 100n
• 1x 470R резистор
• 2x 100 кОм резистор
• 2 резистора 10 кОм
• Резистор 23x 1k
• 2x 1 мкФ электролитический конденсатор
• 1x 47 мкФ электролитический конденсатор
• 1x 470 мкФ электролитический конденсатор
• 8x 2N3904 NPN транзистор
• 1x IC 40106
• 1x IC 4017N
• 1x микросхема NE556N
• 1x линейный регулятор 7805
• 3x 2-позиционный 1-полюсный тумблер
• 1x 2-позиционный 2-полюсный тумблер
• 1x 3-позиционный 1-полюсный тумблер
• Доска прототипа
• Провода (24 AWG)
• Гнезда IC (опционально)
• Батарея 9В
• Зажим аккумулятора 9 В

Инструменты для пайки и обработки дерева:

• Паяльник
• Пайка припой
• Плоскогубцы
• Маркер
• Мультиметр
• Каверномер
• Пинцет
• Клещи для зачистки проводов
• Пластиковые кабельные стяжки
• Каверномер
• Наждачная бумага или напильник
• Кисти для рисования
• Акварельные Краски

Шаг 5: деревянный ящик

Я решил встроить устройство в деревянный ящик. Выбор за вами, вы можете использовать пластиковую или алюминиевую коробку или распечатать свою на 3D-принтере. Я выбрал коробку размером 16 x 12,5 x 4,5 см (приблизительно 6,3 x 4,9 x 1,8 дюйма) с выдвижным отверстием. Я купил коробку в местном магазине для хобби, она сделана KNORR Prandell (ссылка).

Шаг 6: Расположение деталей и подготовка к сверлению

Я расположил потенциометры, держатели льда и гайки переключателя на коробке и расположил их так, как мне понравилось. Снял макет и заклеил коробку малярным скотчем сверху и с одной стороны, где будет отверстие для гнезда 6,35 мм. Я отметил положение отверстий и их размер на малярной ленте.

Шаг 7: сверление

Верхняя стенка ящика была относительно тонкой, поэтому я медленно сверлил и постепенно расширял сверла. Просверлив отверстия, нужно было обработать их наждачной бумагой или надфилем.

Шаг 8: базовое покрытие

В качестве первого слоя краски - базового слоя - я применил зеленый цвет. Базовый слой будет покрыт светло-коричневым и оранжевым цветом. Я использовала акварель. После каждого слоя я дал ящику высохнуть в течение нескольких часов, так как дерево впитало достаточно воды.

Шаг 9: второй слой краски

К зеленому базовому слою я применила комбинацию светло-коричневого и мягкого оранжевого. Я распределяю краску горизонтальными движениями и там, где я хотел добиться более выраженных пятен, наносил как минимум воды, так и больше краски (менее разбавленной краски).

* Цвета на изображениях на этом этапе отличаются от цветов на других фотографиях, потому что цвет на них еще не высох.

Шаг 10: Изготовление печатной платы

Печатную плату я решил создать на универсальной плате. Это намного быстрее, чем ждать поставки изготовленных на заказ печатных плат, и этого достаточно в качестве прототипа. Если кому-то интересно, я также могу создавать и добавлять полные файлы gerber.

Из универсальной печатной платы я вырезал узкую, более длинную полоску, подходящую по длине коробки. Паял схему постепенно, на более мелкие части. Места, где будут соединяться провода, я пометил черными кружками.

Шаг 11: поиск и устранение неисправностей и понятный процесс изготовления печатной платы

Не заблудиться при создании печатной платы иногда бывает сложно. Я выучил несколько уловок, которые мне помогают.

Компоненты, которые установлены на панели или вне платы, отмечены на схемах внутри синих (черных) прямоугольников. Это обеспечивает ясность при подготовке проводов или разъемов и их расположении. Следовательно, каждая линия, пересекающая прямоугольник, означает один провод, который необходимо подключить позже.

Также полезно отметить подключения и монтаж тех компонентов, которые уже были установлены. (Для этого я использую желтый маркер). Это позволит четко определить, какие части и соединения уже существуют, а какие еще предстоит сделать.

Шаг 12: печатная плата

Для тех, кто хочет изготовить или заказать печатную плату, прилагаю файл.brd. Печатная плата имеет размеры 127 х 25 мм, я добавил два отверстия под винты M3. Вы можете создавать свои собственные файлы в соответствии с желаемым форматом gerber.

Шаг 13: Установка деталей в коробке

Я вставил и закрепил компоненты, которые будут на верхней панели - потенциометры, переключатели, светодиоды и выходной разъем. Светодиоды разместили на пластиковых держателях, которые я закрепил с помощью горячего клея.

Желательно добавить ручки потенциометров позже, чтобы они не поцарапались при пайке контактов и обращении с коробкой.

Шаг 14: Подключение

Провода распаяны по частям. Я всегда зачищал и лужил провода перед подключением их к компонентам на панели. Я шел сверху вниз, чтобы провода не застревали во время работы, а также закрепил жгуты проводов кабельными стяжками.

Шаг 15: установка батареи и платы в коробку

Я поместил плату внутрь коробки и изолировал ее от передней панели тонким куском поролона. Чтобы кабели не гнулись и не держали все плотно, я связал жгуты кабельной стяжкой. Наконец, я подключил к цепи аккумулятор на 9 В и закрыл коробку.

Шаг 16: Установка ручек потенциометра

Последний шаг - установить ручки на потенциометры. Вместо тех, которые я выбрал для компоновки деталей, я установил металлические серебристо-черные ручки. В целом он понравился больше пластиковых, ярко-желтого матового цвета.

Шаг 17: Проект завершен

Синтез параллельного секвенсора завершен. Получайте удовольствие от создания различных звуковых эффектов.

Оставайся здоровым и безопасным.

Финалист Audio Challenge 2020