Clopote tubulare automate: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Acest instrument instrumentabil explică pașii principali pe care i-am urmat, pentru a construi primul prototip al unui set de clopote automate tubulare pe care le-am construit în 2006. Caracteristicile instrumentului muzical automat sunt: - 12 clopote (12 clopote tubulare) - Fiecare clopot cântă o notă, deci poate reda o octavă completă (de la C la B, inclusiv suporturi) - Poate reda până la 4 note simultane (deci poate reda acorduri de 4 note) - Este controlat prin portul serial al PC-ului (standar RS-232) Instrumentul este compus din cutia unității de comandă și trei turnuri. Fiecare turn conține 4 clopote și două motoare, fiecare motor lovește două din cele patru clopote. Toate turnurile sunt conectate la cutia unității de comandă printr-o magistrală de 10 fire. Unitatea de control este responsabilă de alimentarea fiecărui motor cu energia și viteza precise pentru a lovi fiecare clopot, redând notele pe care software-ul din computer îi trimite. Este compus intern din trei plăci. Prima placă conține microcontrolerul, care este un Atmel ATMega16, și elementele de comunicare RS-232. Al doilea conține circuitele driverului motorului, iar al treilea, controlerele de poziție ale motorului. Mi-a luat aproape jumătate de an să termin acest proiect. Următorii pași sunt pași generali, cu cele mai relevante informații despre procesul de construcție a proiectului, detalii minore pot fi vizualizate pe imagini.

Pasul 1: Construirea clopotelor

Primul pas a fost găsirea unui material bun și ieftin pentru a construi clopote. După ce am vizitat unele magazine și am făcut câteva teste, am constatat că aluminiu a fost materialul care mi-a oferit cea mai bună relație de calitate a sunetului față de preț. Așa că am cumpărat 6 bare de 1 metru lungime fiecare. Aveau un diametru exterior de 1, 6 cm și diametru interior de 1, 5 cm (grosime de 1 mm) Odată ce aveam bare, trebuia să le tai la lungimea corespunzătoare pentru a obține frecvența fiecărei note. Am căutat pe internet și am găsit câteva site-uri interesante care mi-au oferit o mulțime de informații interesante despre cum să calculez lungimea fiecărei bare pentru a obține frecvențele dorite (vezi secțiunea linkuri). Inutil să spun că frecvența pe care o căutam a fost frecvența fundamentală a fiecărei note și, așa cum se întâmplă în aproape toate instrumentele, barele vor produce alte frecvențe simultane, în afară de fundamental. Aceste alte frecvențe simultane sunt armonicele care sunt în mod normal multiple ale frecvenței fundamentale. Numărul, durata și proporția acestor armonici sunt responsabile de timbrul insturmentului. Relația dintre frecvența unei note și aceeași notă în octava următoare este 2. Deci, dacă frecvența fundamentală a notei C este de 261,6Hz, frecvența fundamentală a lui C în octava următoare va fi de 2 * 261,6 = 523, 25Hz. Știind că muzica vest-europeană împarte o octavă în 12 trepte de scară (12 semitonuri organizate în 7 note și 5 note susținute), putem calcula frecvența semitonului următor înmulțind frecvența notelor anterioare cu 2 # (1/12). După cum știm că frecvența C este 261,6Hz și raportul dintre 2 semitonuri conescutive este 2 # (1/12) putem deduce toate frecvențele notelor: NOTĂ: simbolul # reprezintă operatorul de putere. De exemplu: „a # 2” este același cu „a² Notă Freq 01 C 261,6 Hz 02 Cust 261,6 * (2 # (1/12)) = 277,18 Hz 03 D 277,18 * (2 # (1/12)) = 293, 66 Hz 04 Dust 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 Doar 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 Tabelul anterior este doar cu titlu informativ și nu este necesar să se calculeze lungimea barelor. Cel mai important lucru este factorul de relație dintre frecvențe: 2 pentru aceeași notă în octava următoare și (2 # (1/12) pentru semitonul următor. O vom folosi în formula utilizată pentru a calcula lungimea barelor Formula inițială pe care am găsit-o pe Internet (a se vedea secțiunea legături) este: f1 / f2 = (L2 / L1) # 2 din ea putem deduce cu ușurință formula care ne permite să calculăm lungimea fiecărei bare. Deoarece f2 este frecvența din nota următoare dorim să o calculăm și dorim să cunoaștem următoarea frecvență de semiton: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1 / (f1 * (2 # (1/12))) = (L2 / L1) # 2 … L1 * (1 / (2 # (1/24))) = L2 formula este: L2 = L1 * (2 # (- 1/24)) Deci, cu această formulă putem deduce lungimea clopotului care va juca următorul semiton, dar evident că vom avea nevoie de lungimea clopotului care joacă prima notă. Cum o putem calcula? Nu știu cum să calculăm lungimea primului clopot. Presupun că există o formulă care raportează proprietățile fizice ale materialului, dimensiunea barei (lungime, exterior și d diametru interior) cu frecvența pe care o va juca, dar nu o știu. Pur și simplu l-am găsit reglându-l cu ajutorul urechii și al chitarei (puteți utiliza, de asemenea, un diapazon sau un frecvențmetru pentru placa de sunet pentru a-l regla).

Pasul 2: Cele Trei Turnuri

După tăierea barelor la lungimea corectă, a trebuit să construiesc un suport pentru a le agăța. Am făcut câteva schițe și, în cele din urmă, am construit aceste trei turnuri pe care le puteți vedea în imagini. Am agățat patru clopote pe fiecare turn, trecând un fir de nailon prin găurile pe care le-am făcut lângă partea de sus și de jos a fiecărui clopot. A trebuit să găuresc găuri în partea de sus și de jos, deoarece a fost necesar să fixez clopote pe ambele părți pentru a evita ca acestea să oscileze fără control atunci când sunt lovite de bețișoare. Distanța precisă pentru plasarea găurilor a fost o chestiune delicată și au trebuit să coincidă cu cele două noduri de vibrație ale frecvenței fundamentale a barei, care sunt la 22,4% de sus și de jos. Aceste noduri sunt punctele de mișcare atunci când barele oscilează la frecvența fundamentală și fixarea barei în aceste puncte nu ar trebui să le afecteze atunci când vibrează. Am adăugat, de asemenea, 4 șuruburi pe partea superioară a fiecărui turn pentru a permite reglarea tensiunii firului de nailon al fiecărui clopot.

Pasul 3: Motoarele și Strickers

Următorul pas a fost construirea dispozitivelor care mișcă bastoanele atacantului. Aceasta a fost o altă parte critică și, după cum puteți vedea în imagini, am decis în cele din urmă să folosesc motoare de curent continuu pentru a mișca fiecare atacant. Fiecare motor are bara de atac și un sistem de control al poziției atașat la acesta și este folosit pentru a lovi o pereche de clopote. Bara de atac este o bucată de vârf de bicicletă cu un cilindru de lemn negru la capăt. Acest cilindru este acoperit cu un film subțire de plastic autoadeziv. Această combinație de materiale oferă o sonoritate moale, dar puternică, atunci când lovește barele. De fapt, am testat și alte combinații și aceasta a fost cea care mi-a dat cele mai bune rezultate (aș fi recunoscător dacă cineva îmi va spune unul mai bun). Sistemul de control al poziției motorului este un codificator optic de 2 biți de rezoluție. Este compus din două discuri: unul dintre discuri se rotește solidar față de stick și are o codificare alb-negru imprimată pe suprafața inferioară. Celălalt disc este fixat de motor și are doi senzori de emisie-receptor în infraroșu CNY70 care pot distinge culoarea alb-negru a celuilalt disc și astfel pot deduce poziția stick-ului (FRONT, DREAPTA, STÂNGA și SPATE) Cunoașterea poziției permite sistemului centrarea bățului înainte și după lovirea unui clopot, ceea ce garantează o mișcare și un sunet mai precise.

Pasul 4: Construirea hardware-ului unității de control

După ce am terminat cele trei turnuri, a venit timpul să construiesc unitatea de control. După cum am explicat la începutul textului, unitatea de control este o cutie neagră compusă din trei plăci electronice. Placa principală conține logica, adaptorul de comunicații seriale (1 MAX-232) și microcontrolerul (un microcontroler RISC de 8 biți ATMega32). Celelalte două plăci conțin circuitele necesare pentru a controla senzorii de poziție (unele rezistențe și 3 declanșatoare-schimdt 74LS14) și pentru a alimenta motoarele (3 drivere de motor LB293). Puteți arunca o privire asupra schemelor pentru a obține mai multe informații.

Puteți descărca ZIP-ul cu imaginile schematichs din zona downlad.

Pasul 5: Firmware și software

Firmware-ul a fost dezvoltat în C, cu compilatorul gcc inclus în mediul de dezvoltare gratuit WinAVR (am folosit notepad pentru programatori ca IDE). Dacă aruncați o privire asupra codului sursă, veți găsi diferite module:

- atb: conține „principalul” proiectului și rutinele de inițializare a sistemului. Este de la "atb" unde se apelează alte module. - UARTparser: este modulul cu codul parserului serial, care preia notele trimise de computer prin RS-232 și le convertește în comenzi ușor de înțeles pentru modulul „mișcări”. - mișcări: convertește o comandă de notă primită de la UARTparser, într-un set de diferite mișcări motorii simple pentru a lovi un clopot. Acesta spune modulului „motor” secvența de energie și direcția fiecărui motor. - motoare: implementează 6 software PWM pentru a alimenta motoarele cu energia precisă și durata precisă setată de modulul „mișcare”. Software-ul pentru computer este o aplicație simplă Visual Basic 6.0 care permite utilizatorului să introducă și să stocheze secvența de note care compun o melodie. De asemenea, permite trimiterea notelor prin portul serial al computerului și ascultarea lor redată de Atb. Dacă doriți să verificați firmware-ul, îl puteți descărca în zona de descărcare.

Pasul 6: Considerații finale, idei viitoare și link-uri…

În ciuda faptului că instrumentul sună frumos, nu este suficient de rapid pentru a reda unele melodii, de fapt uneori se desincronizează puțin cu melodia. Așadar, planific o nouă versiune mai eficientă și mai precisă, deoarece precizia timpului este o chestiune foarte importantă atunci când vorbim despre instrumente muzicale. Dacă cânți o notă cu câteva milisecunde avans sau întârziere urechea ta va găsi ceva ciudat în melodie. Deci, fiecare notă trebuie jucată în momentul precis cu energia precisă. Cauza acestor întârzieri în această primă versiune a instrumentului este că sistemul de percuție pe care l-am ales nu este atât de rapid pe cât ar trebui. Noua versiune va avea o structură foarte similară, dar va folosi solenoizi în loc de motoare. Solenoizii sunt mai rapizi și mai precisi, dar sunt, de asemenea, mai scumpi și mai dificili de găsit. Această primă versiune poate fi utilizată pentru a reda melodii simple, ca instrument autonom, sau în ceasuri, sonerii … Pagina principală a proiectului: Pagina principală a clopotelor tubulare automate Un videoclip al clopotelor automate tubulare: videoclip YouTube al clopotelor automate tubulare Link-uri În acest site veți găsi aproape toate informațiile de care aveți nevoie pentru a vă construi propriile clopote: Making Wind Chimes By Jim HaworthMaking Wind Climes by Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group