Карманный саундбокс: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Это устройство не только умещается в кармане, но и воспроизводит различные музыкальные тона, похожие на звуки волынки (на мой взгляд), с помощью различных комбинаций шести кнопок. Очевидно, это просто гаджет для развлечения детей; однако этот принцип работы может быть использован (я надеюсь) в более серьезных артефактах электронной музыки.

Шаг 1: Описание схемы

Генератор, управляемый напряжением (ГУН)

Генератор построен на IC LM331 (таблица данных доступна здесь: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), преобразователе напряжения в частоту с точно линейной пропорцией между входным напряжением. (Vin) и частота импульсов на выходе (Fout). Внутренний транзистор на выходе ИС (вывод 3) открывается с частотой, которая является линейной функцией входного напряжения. Напряжение питания Vs подключено к выводу 3 через резистор R20; в результате на выходе появляется последовательность импульсов. Эти импульсы периодически открывают внешний транзистор Q1, который приводит в действие динамик, производя звук. Входное напряжение поступает от сумматора напряжений, который может выдавать разные напряжения с помощью различных комбинаций своих кнопок. И генератор, и сумматор питаются от одной 9-вольтовой батареи.

Сумматор напряжения (ВА)

Пассивный сумматор напряжения состоит из 6 делителей напряжения, каждый из которых состоит из подстроечного резистора потенциометра, резистора и диода. При нажатии кнопки напряжение Vs от батареи подается на соответствующий делитель напряжения. Выходное напряжение делителя соответствует определенной частоте, генерируемой ГУН. Частота колебаний прямо пропорциональна входному напряжению ИС, каждый делитель выдает напряжение, которое на 6% выше, чем напряжение, создаваемое предыдущим делителем. Причина в том, что частоты двух последовательных нот различаются на 6%; таким образом, шесть делителей создают напряжения, соответствующие шести различным нотам. Резистор преобразует напряжение в ток, который может быть добавлен к токам от других делителей при нажатии нескольких кнопок. Диод не пропускает ток с делителя на другие делители, ток может течь только в сторону суммирующего резистора R13; таким образом, все делители независимы друг от друга. Вы можете прочитать больше о пассивных сумматорах напряжения здесь:

Пассивный сумматор напряжения

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Simple_Op-amp_Summer_Design#Passive_summer

Аудио микшеры

sound.whsites.net/articles/audio-mixing.htm

Шаг 2: Регулировка напряжений

Вот как я приступил к установке необходимых напряжений:

1) Подключите вольтметр между землей и Vin.

2) Нажмите все кнопки ВА, снимите показания вольтметра. В моем случае он показал 1,10 вольт. Это максимальное напряжение на выходе ВА. Внешний вид ПБ показан на картинке выше.

3) Возьмите напряжение, создаваемое 1-м делителем (кнопка 1), как «V1». Поскольку каждое напряжение на 6% больше предыдущего, составьте уравнение:

V1 + 1.06xV1 + (1.06 ^ 2) xV1 + (1.06 ^ 3) xV1 + (1.06 ^ 4) xV1 + (1.06 ^ 5) xV1 = 1,10

Решение этого для «V1» дает V1 = 0,158 В.

Следовательно, напряжения на других делителях: V2 = 0,167 В, V3 = 0,177 В, V4 = 0,187 В, V5 = 0,199 В, V6 = 0,211 В. Я округлил эти значения до второго десятичного знака: V1 = 0,16 В, V2 = 0,17 В, V3 = 0,18 В, V4 = 0,19 В, V5 = 0,20 В, V6 = 0,21 В.

Отрегулируйте соответствующие триммеры, чтобы получить эти значения. Если выходная частота ГУН не соответствует определенной ноте, отрегулируйте триммер R19 ГУН (не касаясь триммеров ВА!) До тех пор, пока не будет сгенерирована особая нота. R19 позволяет регулировать выходную частоту ГУН без определенного диапазона без изменения Vin. Вы можете проверить частоту нот с помощью частотомера или настроиться на ноту с помощью звукового тюнера (например, Garage Band имеет эту функцию в разделе «Запись голоса»).

По моим расчетам, ВА может генерировать 34 независимых напряжения; только шесть из них соответствуют точным нотам, комбинации кнопок дают тембры, которые соответствуют точным нотам в пределах +/- 30 центов (один цент равен 1/100 полутона).

Вы найдете здесь таблицу с нотами и их частотами:

web.archive.org/web/20081219095621/https://www.adamsatoms.com/notes/

Шаг 3: Спецификация материалов

Сумматор напряжения

SW1… SW6 - кнопки

R1, R3, R5, R7, R9, R11 - триммеры 5К

R2, R4, R6, R8, R10, R12 - 1К

R13 - 330 Ом

D1… D6 - IN4001

Генератор, управляемый напряжением

IC 1 - LM331

Q1 - 2N3904

R14, R16 - 100 тыс.

R15 - 47 Ом

R17 - 6,8 тыс.

R18 - 12 тыс.

R19 - триммер 10К

R20 - 10 тыс.

R21 - 1К

С1 - 0,1, керамика

C2 - 1,0, майлар

C3 - 0,01, керамика

LS1 - маленькая колонка с сопротивлением 150 Ом

SW1 - переключатель

Разъем для IC

Аккумулятор 9В

Примечание: номинальная мощность всех резисторов 0,125 Вт, точность (все, кроме R15, R17, R18) - 5%, точность R15, R17, R18 - 1%. Также было бы желательно использовать высокоточные многооборотные триммеры для более точной регулировки.

Шаг 4: инструменты и инструменты

Мне понадобился нож x-acto, чтобы сделать печатную плату, затем паяльник с припоем и кусачки, чтобы построить саму схему. Для регулировки подстроечных резисторов, чтобы выставить необходимое напряжение в делителях, нужна тонкая отвертка. Мультиметр нужен и для контроля настроенных напряжений, и для проверки схемы в целом.

Вы можете наблюдать ноты, на которые настраиваете схему, с помощью звукового тюнера, например, встроенного в Garage Band. Вы также можете использовать виртуальный осциллограф, такой как Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/), чтобы увидеть колебания. Я приложил снимок экрана этого осциллографа, который показывает форму колебаний, генерируемых моим устройством.

Шаг 5: Корпус и монтажная плата

Я использовал доступную коробку из прозрачного пластика размером 125 x 65 x 28 мм. Я покрасил его в белый цвет внутри и внес другие изменения, необходимые для размещения электронной части моего устройства. Создавая этот вольер, вы можете идти своим путем. Что касается печатной платы, я сделал ее из плакированного медью стеклотекстолита, вырезав квадратные контактные площадки в фольге и припаяв к ним компоненты. Я считаю этот метод более удобным, чем изготовление печатной платы, когда речь идет о единственном элементе.