Автоматични тръбни камбани: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Това поучително обяснява основните стъпки, които следвах, за да създам първия прототип на набор от автоматични тръбни камбани, които построих през 2006 г. Функциите на автоматичния музикален инструмент са: - 12 камбани (12 тръбни камбани) - Всеки звънец свири една нота, така че може да свири пълна октава (от C до B, включително сустейн) - Може да свири до 4 едновременни ноти (така че може да свири 4 акорда на ноти) - Управлява се през сериен порт на компютъра (стандарт RS -232) Инструментът е съставен от кутия за управление и три кули. Всяка кула съдържа 4 звъна и два двигателя, всеки мотор удря два от четирите звъна. Всички кули са свързани към кутията на блока за управление чрез 10-жична шина. Блокът за управление е отговорен за захранването на всеки двигател с точната енергия и скорост, за да удари всеки звънец, възпроизвеждайки нотите, които софтуерът в компютъра му изпраща. Той е вътрешно съставен от три дъски. Първата платка съдържа микроконтролера, който е Atmel ATMega16, и комуникационните елементи RS-232. Вторият съдържа веригите на драйвера на двигателя, а третият - контролерите за положение на двигателя. Отне ми почти половин година, за да завърша този проект. Следващите стъпки са общи, с най -подходящата информация за процеса на изграждане на проекта, незначителни подробности могат да се видят на снимките.

Стъпка 1: Изграждане на камбаните

Първата стъпка беше намирането на добър и евтин материал за изграждане на камбани. След като посетих някои магазини и направих някои тестове, установих, че алуминият е материалът, който ми дава най -доброто качество на звука спрямо цената. Затова купих 6 бара с дължина 1 метър всяка. Те имаха външен диаметър 1, 6 см и вътрешен диаметър 1, 5 см (дебелина 1 мм) След като имах прътите, трябваше да ги отрежа с подходяща дължина, за да получа честотата на всяка нота. Потърсих в интернет и намерих някои интересни сайтове, които ми предоставиха много интересна информация за това как да изчисля дължината на всяка лента, за да получа желаните честоти (вижте раздела с връзки). Излишно е да казвам, че честотата, която търсех, беше основната честота на всяка нота и както се случва в почти всички инструменти, лентите ще произведат други едновременни честотни части от фундамента. Тези други едновременни честоти са хармоници, които обикновено са кратни на основната честота. Броят, продължителността и пропорцията на тези хармоници са отговорни за тембъра на инструмента. Връзката между честотата на една нота и същата нота в следващата октава е 2. Така че, ако основната честота на нотата C е 261.6Hz, основната честота на C в следващата октава ще бъде 2*261.6 = 523, 25Hz. Тъй като знаем, че западноевропейската музика разделя една октава на 12 мащабни стъпки (12 полутона, организирани в 7 ноти и 5 продължителни ноти), можем да изчислим честотата на следващия полутон, като умножим честотата на предишната нота по 2 # (1/12). Тъй като знаем, че честотата на C е 261.6Hz, а съотношението между 2 коннекутивни полутона е 2 # (1/12), можем да изведем всички честоти на нотите: ЗАБЕЛЕЖКА: символът # представлява оператора на захранване. Например: „a # 2“е същото като „a² Забележка Честота 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 Предишната таблица е само с информационна цел и не е необходимо да се изчислява дължината на прътите. Най -важното е коефициентът на връзка между честотите: 2 за същата нота в следващата октава и (2 # (1/12) за следващия полутон. Ще го използваме във формулата, използвана за изчисляване на дължината на лентите Първоначалната формула, която намерих в Интернет (вижте раздела за връзки) е: f1/f2 = (L2/L1) # 2 от нея можем лесно да изведем формулата, която ще ни позволи да изчислим дължината на всяка лента. Тъй като f2 е честотата от следващата бележка, която искаме да изчислим и искаме да знаем следващата полутонова честота: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = L2 формулата е: L2 = L1*(2#(-1/24)) Така че с тази формула можем да изведем дължината на звънеца който ще свири следващия полутон, но очевидно ще ни трябва дължината на звънеца, който свири първата нота. Как можем да го изчислим? Не знам как да изчисля дължината на първия звънец. Предполагам, че съществува формула, която свързва физическите свойства на материала, размера на пръта (дължина, външна an d вътрешен диаметър) с честотата, която ще свири, но аз не го знам. Просто го намерих, като го настроих с помощта на ухото и китарата (можете също да използвате камертон или компютърна честотна лента за звукова карта, за да го настроите).

Стъпка 2: Трите кули

След като отрязах прътите до правилната дължина, трябваше да конструирам опора, за да ги закача. Направих някои скици и накрая построих тези три кули, които можете да видите на снимките. Закачих по четири камбани на всяка кула, прекарвайки найлонова тел през дупките, които направих близо до горната и долната част на всеки звънец. Трябваше да пробия дупки отгоре и отдолу, защото беше необходимо да се фиксират камбанките от двете страни, за да се избегне трептенето им без контрол, когато бъдат ударени от пръчките. Точното разстояние за поставяне на дупките беше деликатен въпрос и те трябваше да съвпадат с двата вибрационни възела на основната честота на лентата, които са на 22,4% отгоре и отдолу. Тези възли са точките без движение, когато прътите се колебаят с основната си честота и фиксирането на лентата в тези точки не трябва да ги засяга при вибриране. Добавих и 4 винта в горната част на всяка кула, за да позволя регулиране на опъването на найлоновия проводник на всеки звънец.

Стъпка 3: Двигателите и накрайниците

Следващата стъпка беше изграждането на устройствата, които движат ударните пръчки. Това беше друга критична част и както можете да видите на снимките, най -накрая реших да използвам DC двигатели за преместване на всеки нападател. Всеки двигател има прикрепена ударна пръчка и система за контрол на позицията и се използва за удряне на чифт камбани. Нападателната пръчка е парче мотоциклет с черен дървен цилиндър в края. Този цилиндър е покрит с тънък самозалепващ се пластмасов филм. Тази комбинация от материали придава мека, но силна звучност при удряне на решетките. Всъщност тествах някои други комбинации и това беше тази, която ми даде най -добри резултати (ще съм благодарен, ако някой ми каже по -добра). Системата за управление на позицията на двигателя е оптичен енкодер с 2 бита резолюция. Състои се от два диска: един от дисковете се върти солидарно към пръчката и има черно -бяла кодификация, отпечатана на долната му повърхност. Другият диск е фиксиран към двигателя и има два инфрачервени сензора за излъчвател-рецептор CNY70, които могат да различават черно-белия цвят на другия диск и по този начин те могат да изведат позицията на пръчката (отпред, отдясно, отляво и отзад) Познаването на позицията позволява на системата да центрира пръчката преди и след удара на камбана, което гарантира по -прецизно движение и звук.

Стъпка 4: Изграждане на хардуер на блока за управление

След като завърших трите кули, беше време да построя контролния блок. Както обясних в началото на текста, управляващият блок е черна кутия, съставена от три електронни табла. Основната платка съдържа логиката, серийния комуникационен адаптер (1 MAX-232) и микроконтролера (8-битов RISC микроконтролер ATMega32). Другите две платки съдържат веригите, необходими за управление на позиционните сензори (някои резистори и 3 тригера-schimdt 74LS14) и за захранване на двигателите (3 двигатели LB293). Можете да разгледате схемите, за да получите повече информация.

Можете да свалите ZIP файла със схематичните снимки в областта за сваляне.

Стъпка 5: Фърмуер и софтуер

Фърмуерът е разработен на C, като gcc компилаторът е включен в безплатната среда за разработка на WinAVR (използвах програмист бележник като IDE). Ако погледнете изходния код, ще намерите различни модули:

- atb: съдържа "основното" на проекта и рутинните процедури за инициализация на системата. Излиза от "atb", където се извикват други модули. - UARTparser: е модулът с кода на серийния анализатор, който приема бележките, изпратени от компютъра през RS-232 и ги преобразува в команди, разбираеми за модула "движения". - движения: преобразува команда за бележка, получена от UARTparser, в набор от различни прости движения на двигателя, за да се удари звънец. Той разказва на модула "мотор" последователността на енергията и посоката на всеки двигател. - двигатели: прилага 6 софтуерни ШИМ за захранване на двигателите с точната енергия и точната продължителност, зададена от модула "движение". Компютърният софтуер е просто приложение Visual Basic 6.0, което позволява на потребителя да въвежда и съхранява последователността от ноти, които съставят мелодия. Той също така позволява изпращането на бележките през серийния порт на компютъра и тяхното слушане от Atb. Ако искате да проверите фърмуера, можете да го изтеглите в областта за изтегляне.

Стъпка 6: Последни съображения, бъдещи идеи и връзки…

Въпреки че инструментът звучи приятно, той не е достатъчно бърз за възпроизвеждане на някои мелодии, всъщност понякога се десинхронизира малко с мелодията. Така че планирам нова по -ефективна и прецизна версия, защото точността на времето е много важен въпрос, когато говорим за музикални инструменти. Ако пуснете нота с няколко милисекунди напред или забавите, ухото ви ще открие нещо странно в мелодията. Така че всяка нота трябва да се играе в точния момент с точната енергия. Причината за тези забавяния в тази първа версия на инструмента е, че избраната от мен перкусионна система не е толкова бърза, колкото би трябвало. Новата версия ще има много подобна структура, но ще използва соленоиди вместо двигатели. Соленоидите са по -бързи и прецизни, но също така са по -скъпи и трудни за намиране. Тази първа версия може да се използва за възпроизвеждане на прости мелодии, като самостоятелен инструмент, или в часовници, звънене на вратата … Основната страница на проекта: Начална страница на Автоматични тръбни камбани Видео на Автоматичните тръбни камбани: YouTube видео на Автоматичните тръбни камбани Връзки В тези сайтове ще намерите почти цялата информация, която ще ви е необходима, за да създадете свои собствени звънци: Making Wind Chimes От Jim HaworthMaking Wind Chimes От Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group