Автоматические трубчатые колокола: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

В этом руководстве объясняются основные шаги, которые я предпринял, чтобы построить первый прототип набора автоматических трубчатых колокольчиков, которые я построил в 2006 году. Автоматические функции музыкального инструмента: - 12 сигналов (12 трубчатых колокольчиков) - Каждый сигнал играет одну ноту, поэтому он может воспроизводить полную октаву (от C до B, включая сустейн) - Он может воспроизводить до 4 одновременных нот (так что он может играть аккорды с 4 нотами перезвона) - Он управляется через последовательный порт ПК (стандартный RS-232). состоит из блока управления и трех опор. Каждая башня содержит 4 звонка и два мотора, каждый мотор бьет два из четырех звонков. Все башни подключены к блоку управления через 10-проводную шину. Блок управления отвечает за приведение в действие каждого двигателя с точной энергией и скоростью, чтобы ударить каждый звонок, играя ноты, которые программное обеспечение в компьютере отправляет ему. Внутри он состоит из трех досок. Первая плата содержит микроконтроллер, представляющий собой Atmel ATMega16, и элементы связи RS-232. Второй содержит схемы управления двигателем, а третий - контроллеры положения двигателя. На завершение этого проекта у меня ушло почти полгода. Следующие шаги представляют собой общие шаги, с наиболее актуальной информацией о процессе строительства проекта, незначительные детали можно увидеть на изображениях. Видео Автоматических трубчатых колоколов: Главная страница проекта: Домашняя страница Автоматических трубчатых колоколов

Шаг 1: создание колокольчиков

Первым шагом было найти хороший и дешевый материал для изготовления курантов. Посетив несколько магазинов и проведя несколько тестов, я обнаружил, что алюминий - это материал, который дал мне лучшее соотношение качества звука и цены. Я купил 6 брусков по 1 метру каждый. У них был внешний диаметр 1,6 см и внутренний диаметр 1,5 см (толщина 1 мм). Когда у меня были стержни, мне пришлось отрезать их до нужной длины, чтобы получить частоту каждой ноты. Я поискал в Интернете и нашел несколько интересных сайтов, которые предоставили мне много интересной информации о том, как рассчитать длину каждой полосы, чтобы получить желаемые частоты (см. Раздел ссылок). Излишне говорить, что частота, которую я искал, была основной частотой каждой ноты, и, как это происходит почти со всеми инструментами, полосы будут воспроизводить другие одновременные частоты, отличные от основной. Эти другие одновременные частоты являются гармониками, которые обычно кратны основной частоте. Количество, продолжительность и пропорция этих гармоник определяет тембр инструмента. Соотношение между частотой одной ноты и той же ноты в следующей октаве равно 2. Таким образом, если основная частота ноты C равна 261,6 Гц, основная частота ноты C в следующей октаве будет 2 * 261,6 = 523,25 Гц. Поскольку мы знаем, что западноевропейская музыка делит октаву на 12 ступеней шкалы (12 полутонов, организованных в 7 нот, и 5 устойчивых нот), мы можем вычислить частоту следующего полутона, умножив частоту предыдущей ноты на 2 # (1/12). Поскольку мы знаем, что частота C составляет 261,6 Гц, а соотношение между двумя последовательными полутонами равно 2 # (1/12), мы можем вывести частоты всех нот: ПРИМЕЧАНИЕ: символ # представляет оператор мощности. Например: «а # 2» то же самое, что «а»² Note Freq 01 C 261,6 Гц 02 Csust 261,6 * (2 # (1/12)) = 277,18 Гц 03 D 277,18 * (2 # (1/12)) = 293, 66 Гц 04 Dsust 293, 66 * (2 # (1/12)) = 311, 12 Гц 05 E 311, 12 * (2 # (1/12)) = 329,62 Гц 06 F 329, 62 * (2 # (1/12)) = 349,22 Гц 07 Fsust 349,22 * (2 # (1/12)) = 369,99 Гц 08 G 369,99 * (2 # (1/12)) = 391,99 Гц 09 Gsust 391,99 * (2 # (1/12)) = 415,30 Гц 10 A 415,30 * (2 # (1/12)) = 440,00 Гц 11 Asust 440,00 * (2 # (1/12)) = 466, 16 Гц 12 B 466, 16 * (2 # (1/12)) = 493,88 Гц 13 C 493,88 * (2 # (1/12)) = 2 * 261,6 = 523,25 Гц Предыдущая таблица предназначена только для информационных целей, и нет необходимости рассчитывать длину столбцов. Наиболее важным является коэффициент соотношения между частотами: 2 для той же ноты в следующей октаве и (2 # (1/12) для следующего полутона. Мы будем использовать его в формуле, используемой для расчета длины тактов.. Исходная формула, которую я нашел в Интернете (см. Раздел ссылок), выглядит следующим образом: f1 / f2 = (L2 / L1) # 2, из нее мы можем легко вывести формулу, которая позволит нам вычислить длину каждого столбца. Поскольку f2 - это частота следующей ноты, которую мы хотим вычислить, и мы хотим знать частоту следующего полутона: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1 / (f1 * (2 # (1/12))) = (L2 / L1) # 2… L1 * (1 / (2 # (1/24))) = L2 формула: L2 = L1 * (2 # (- 1/24)) Таким образом, с помощью этой формулы мы можем определить длину звонка. который будет играть следующий полутон, но, очевидно, нам понадобится длина звонка, который играет первую ноту. Как мы можем это вычислить? Я не знаю, как рассчитать длину первого звонка. Я полагаю, что существует формула, которая связывает физические свойства материала, размер стержня (длина, внешний и d внутренний диаметр) с частотой, с которой он будет воспроизводиться, но я этого не знаю. Я просто нашел его, настроив его с помощью своего уха и гитары (вы также можете использовать камертон или частотомер звуковой карты ПК, чтобы настроить его).

Шаг 2: три башни

Отрезав прутья до нужной длины, мне пришлось соорудить опору для их подвешивания. Я сделал несколько набросков и, наконец, построил эти три башни, которые вы видите на фотографиях. Я повесил по четыре колокольчика на каждую башню, пропустив нейлоновую проволоку через отверстия, которые я проделал в верхней и нижней части каждого звонка. Мне пришлось просверлить отверстия сверху и снизу, потому что необходимо было закрепить колокольчики с обеих сторон, чтобы они не колебались бесконтрольно при ударах палками. Точное расстояние для размещения отверстий было деликатным вопросом, и они должны были совпадать с двумя узлами вибрации основной частоты стержня, которые находятся на 22,4% сверху и снизу. Эти узлы являются точками отсутствия движения, когда стержни колеблются на своей основной частоте, и фиксация стержня в этих точках не должна влиять на них при вибрации. Я также добавил 4 винта наверху каждой башни, чтобы можно было регулировать натяжение нейлоновой проволоки каждого звонка.

Шаг 3: моторы и штрикеры

Следующим шагом было создание устройств, которые перемещают ударные палочки. Это была еще одна важная часть, и, как вы можете видеть на фотографиях, я наконец решил использовать двигатели постоянного тока для перемещения каждого ударника. К каждому мотору прикреплена ударная рукоять и система управления положением, которая используется для ударов по паре колокольчиков. Ударная палка представляет собой кусок велосипедного шипа с цилиндром из черного дерева на конце. Этот цилиндр покрыт тонкой самоклеющейся пластиковой пленкой. Такое сочетание материалов дает мягкую, но громкую звучность при ударе по планкам. На самом деле я тестировал несколько других комбинаций, и это была та, которая дала мне лучшие результаты (я был бы благодарен, если бы кто-нибудь дал мне узнать лучшую). Система управления положением двигателя представляет собой оптический энкодер с разрешением 2 бита. Он состоит из двух дисков: один из дисков вращается вместе с палкой и имеет черно-белую кодировку, напечатанную на его нижней поверхности. Другой диск прикреплен к двигателю и имеет два инфракрасных датчика-излучателя CNY70, которые могут различать черный и белый цвет другого диска, и поэтому они могут определять положение ручки (ПЕРЕДНЯЯ, ПРАВАЯ, ЛЕВАЯ и ЗАДНЯЯ) Знание положения позволяет системе центрировать палку до и после удара в колокол, что гарантирует более точное движение и звук.

Шаг 4: Сборка оборудования блока управления

Когда я закончил три башни, пришло время построить блок управления. Как я объяснил в начале текста, блок управления представляет собой черный ящик, состоящий из трех электронных плат. Основная плата содержит логику, адаптер последовательной связи (1 MAX-232) и микроконтроллер (8-битный RISC-микроконтроллер ATMega32). Две другие платы содержат схемы, необходимые для управления датчиками положения (некоторые резисторы и 3 триггера-schimdt 74LS14) и для питания двигателей (3 драйвера двигателя LB293). Вы можете взглянуть на схемы, чтобы получить дополнительную информацию.

Вы можете загрузить ZIP-файл со схематическими изображениями в области загрузки.

Шаг 5: Прошивка и программное обеспечение

Прошивка была разработана на языке C, а компилятор gcc включен в бесплатную среду разработки WinAVR (в качестве IDE я использовал блокнот программиста). Если вы посмотрите исходный код, вы найдете разные модули:

- atb: содержит «главное» проекта и процедуры инициализации системы. Это из "атб", где вызываются другие модули. - UARTparser: модуль с кодом последовательного парсера, который принимает заметки, отправленные компьютером через RS-232, и преобразует их в команды, понятные для модуля «движений». - движения: преобразует команду ноты, полученную от UARTparser, в набор различных простых движений двигателя для того, чтобы ударить колокольчик. Он сообщает модулю «двигатель» последовательность энергии и направления каждого двигателя. - моторы: реализует 6 программных ШИМ для питания моторов с точной энергией и точной продолжительностью, установленной модулем «движения». Компьютерное программное обеспечение представляет собой простое приложение Visual Basic 6.0, которое позволяет пользователю вводить и сохранять последовательность нот, составляющих мелодию. Он также позволяет отправлять ноты через последовательный порт ПК и слушать их, воспроизводимые Atb. Если вы хотите проверить прошивку, вы можете скачать ее в области загрузки.

Шаг 6: Заключительные соображения, будущие идеи и ссылки…

Несмотря на то, что инструмент звучит хорошо, он недостаточно быстр, чтобы играть некоторые мелодии, иногда даже немного десинхронизируется с мелодией. Поэтому я планирую новую, более эффективную и точную версию, потому что точность времени очень важна, когда мы говорим о музыкальных инструментах. Если вы сыграете ноту с опережением или задержкой на несколько миллисекунд, ваше ухо обнаружит в мелодии что-то странное. Таким образом, каждая нота должна быть сыграна в определенный момент с определенной энергией. Причина этих задержек в этой первой версии инструмента в том, что выбранная мной перкуссионная система работает не так быстро, как должна. Новая версия будет иметь очень похожую конструкцию, но вместо двигателей будут использоваться соленоиды. Соленоиды быстрее и точнее, но они также дороже и их сложно найти. Эта первая версия может использоваться для воспроизведения простых мелодий, как автономный инструмент, или в часах, дверных звонках … Главная страница проекта: Домашняя страница автоматических трубчатых колокольчиков Видео об автоматических трубчатых звонках: видео на YouTube об автоматических трубчатых звонках Ссылки На этих сайтах вы найдете почти вся информация, которая понадобится вам для создания собственных колокольчиков: Изготовление колокольчиков Джима Хоуорта Изготовление колокольчиков Джима Киркпатрика Группа сообщений конструкторов колоколов ветра