Automatska cjevasta zvona: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:38

Ovo poučno objašnjava glavne korake koje sam slijedio, za izgradnju prvog prototipa niza automatskih cjevastih zvona koje sam izgradio 2006. Značajke automatskog glazbenog instrumenta su: - 12 zvona (12 cjevastih zvona) - Svako zvono svira jednu notu, tako da može svirati cijelu oktavu (od C do B, uključujući sustaine) - Može svirati do 4 simultane note (tako da može svirati 4 notna akorda) - Upravlja se putem serijskog porta za računalo (standard RS -232) sastavljen 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 odgovorna je za napajanje svakog motora s preciznom energijom i brzinom da pogodi svako zvono, svirajući note koje mu softver u računalu 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 gotovo pola godine da završim ovaj projekt. Sljedeći su koraci opći koraci, s najrelevantnijim podacima o procesu izgradnje projekta, a manji detalji se mogu vidjeti na slikama. Videozapis automatskih cjevastih zvona: glavna stranica projekta: početna stranica automatskih cjevastih zvona

Korak 1: Izgradnja zvona

Prvi korak bio je pronaći dobar i jeftin materijal za izradu zvona. Nakon što sam posjetio neke trgovine i obavio neka ispitivanja, otkrio sam da je aluminij materijal koji mi daje najbolji odnos kvalitete zvuka u odnosu na cijenu. Kupio sam 6 šipki duljine 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 duljinu 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 duljinu svake šipke kako bih dobio željene frekvencije (vidi odjeljak veza). Nepotrebno je reći da je frekvencija koju sam tražio bila temeljna frekvencija svake note, a kao što se događa u gotovo svim instrumentima, taktovi će proizvesti druge simultane frekvencije koje pripadaju temeljnoj. Ove druge simultane frekvence su harmonici koji su obično višestruki od osnovne frekvencije. Broj, trajanje i udio ovih harmonika odgovoran je 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 glazba dijeli oktavu na 12 koraka (12 polutonova organiziranih u 7 nota i 5 stalnih nota), možemo izračunati frekvenciju sljedećeg polutona množenjem prethodne frekvencije note s 2 # (1/12). Kako znamo da je frekvencija C 261,6Hz, a omjer između 2 konekutivna polutona 2 # (1/12), možemo zaključiti sve frekvencije nota: NAPOMENA: simbol # predstavlja operatora napajanja. Na primjer: "a # 2" isto je 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 tablica služi samo u informativne svrhe i nije potrebno izračunavati duljinu 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 izračun duljine šipki) Početna formula koju sam pronašao na Internetu (vidi odjeljak veza) je: f1/f2 = (L2/L1) # 2iz nje možemo lako zaključiti formulu koja će nam omogućiti izračunavanje duljine svake šipke. 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 duljinu zvona koji će svirati sljedeći poluton, ali očito će nam trebati duljina zvona koja svira prvu notu. Kako to možemo izračunati? ne znam kako izračunati duljinu prvog zvona. Pretpostavljam da postoji formula koja odnosi se na fizička svojstva materijala, veličinu šipke (duljina, 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 vilicu za ugađanje ili frekuencemetar zvučne kartice na računalu).

Korak 2: Tri kule

Nakon što sam prerezao šipke na odgovarajuću duljinu, morao sam izgraditi potporu 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 palicama. Precizna udaljenost za postavljanje rupa bila je osjetljiva stvar i morali su se podudarati s dva čvora vibracije osnovne frekvencije šipke, koji su na 22,4% od vrha i dna. Ovi čvorovi su točke bez kretanja kada šipke osciliraju na svojoj osnovnoj frekvenciji, a učvršćivanje šipke na tim točkama ne bi trebalo utjecati na njih pri vibriranju. Također sam dodao 4 vijka na vrh svakog tornja kako bih omogućio podešavanje napetosti najlonske žice svakog zvonca.

Korak 3: Motori i štrcaljke

Sljedeći korak bila je izrada uređaja koji pomiču udarne štapiće. Ovo je bio još jedan kritični dio, a kao što vidite na slikama, konačno sam odlučio upotrijebiti istosmjerne motore za pomicanje svakog napadača. Svaki motor ima pričvršćeni štap i sustav za kontrolu položaja koji se koristi za udaranje u dva zvona. Udarna palica 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 isprobao neke druge kombinacije, a ova je dala najbolje rezultate (bio bih zahvalan ako mi netko kaže bolju). Sustav kontrole položaja motora optički je 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 pričvršćen je na 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 omogućuje sustavu centriranje štapa prije i nakon udarca, što jamči 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 elektroničke ploče. Glavna ploča sadrži logiku, serijski komunikacijski adapter (1 MAX-232) i mikrokontroler (8-bitni RISC mikrokontroler ATMega32). Druge dvije ploče sadrže sklopove potrebne za upravljanje senzorima položaja (neki otpornici i 3 okidača-schimdt 74LS14) i za napajanje motora (3 pogona 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 jeziku C, 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 sustava. Dolazi iz "atb" gdje se pozivaju drugi moduli. - UARTparser: je modul s kodom serijskog parsera, koji prima bilješke koje šalje računalo putem RS-232 i pretvara ih u naredbe razumljive za modul "kretanja". - pokreti: pretvara naredbu za bilješku primljenu od UARTparsera u skup različitih jednostavnih pokreta motora kako bi se čulo zvono. On modulu "motor" govori o slijedu energije i smjeru svakog motora. - motori: implementira 6 softverskih PWM -a za napajanje motora s preciznom energijom i preciznim trajanjem koje određuje modul "kretanje". Računalni softver je jednostavna aplikacija Visual Basic 6.0 koja korisniku omogućuje unos i pohranu niza nota koje tvore melodiju. Također omogućuje slanje bilješki putem serijskog porta računala i njihovo slušanje u izvedbi 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, nije dovoljno brz za sviranje nekih melodija, zapravo ponekad se pomalo desinkronizira s melodijom. Stoga planiram novu učinkovitiju i precizniju verziju, jer je preciznost vremena vrlo važna stvar kada govorimo o glazbenim instrumentima. Ako odsvirate notu s nekoliko milisekundi unaprijed ili odgodite, vaše će uho pronaći nešto čudno u melodiji. Stoga se svaka nota mora svirati u točno određenom trenutku s preciznom energijom. Uzrok ovih kašnjenja u ovoj prvoj verziji instrumenta je taj što sustav udaranja koji sam odabrao nije tako brz kako bi trebao. Nova verzija imat će 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 videozapis automatskih cjevastih zvonaLinkovi Na ovim stranicama ćete pronaći gotovo 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