Αυτόματα σωληνωτά κουδούνια: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Αυτό το εγχειρίδιο εξηγεί τα βασικά βήματα που ακολούθησα, για την κατασκευή του πρώτου πρωτοτύπου ενός συνόλου Αυτόματων σωληνοειδών κουδουνιών που έφτιαξα το 2006. Τα αυτόματα χαρακτηριστικά μουσικού οργάνου είναι: - 12 κουδουνίσματα (12 σωληνοειδείς καμπάνες) - Κάθε ήχος παίζει μία νότα, μπορεί να παίξει μια πλήρη οκτάβα (από C έως B, συμπεριλαμβανομένων των διατηρητέων) - Μπορεί να παίξει έως και 4 ταυτόχρονες νότες (έτσι μπορεί να παίξει 4 συγχορδίες κουδουνίσματος) - Ελέγχεται μέσω σειριακής θύρας PC (standar RS -232) Το όργανο είναι αποτελείται από το κουτί της μονάδας ελέγχου και τρεις πύργους. Κάθε πύργος περιέχει 4 κουδουνίσματα και δύο κινητήρες, κάθε μοτέρ χτυπά δύο από τα τέσσερα κουδουνίσματα. Όλοι οι πύργοι συνδέονται με το κιβώτιο της μονάδας ελέγχου μέσω ενός 10σύρματου διαύλου. Η μονάδα ελέγχου είναι υπεύθυνη για την τροφοδοσία κάθε κινητήρα με την ακριβή ενέργεια και ταχύτητα για να χτυπήσει κάθε ήχο, παίζοντας τις σημειώσεις που του στέλνει το λογισμικό στον υπολογιστή. Εσωτερικά αποτελείται από τρεις πίνακες. Ο πρώτος πίνακας περιέχει τον μικροελεγκτή, ο οποίος είναι Atmel ATMega16, και τα στοιχεία επικοινωνίας RS-232. Το δεύτερο περιέχει τα κυκλώματα του οδηγού κινητήρα και το τρίτο, τα χειριστήρια θέσης του κινητήρα. Μου πήρε σχεδόν μισό χρόνο για να ολοκληρώσω αυτό το έργο. Τα επόμενα βήματα είναι γενικά βήματα, με τις πιο σχετικές πληροφορίες για τη διαδικασία κατασκευής του έργου, μικρές λεπτομέρειες μπορείτε να δείτε στις εικόνες. Ένα βίντεο με τα αυτόματα σωληνοειδή κουδούνια: κύρια σελίδα έργου: Αρχική σελίδα αυτόματων σωληνοειδών κουδουνιών

Βήμα 1: Χτίζοντας τους ήχους

Το πρώτο βήμα ήταν η εύρεση ενός καλού και φθηνού υλικού για την κατασκευή χτυπημάτων. Αφού επισκέφτηκα κάποια καταστήματα και έκανα κάποιες δοκιμές, διαπίστωσα ότι το αλουμίνιο ήταν το υλικό που μου έδωσε την καλύτερη ποιότητα ήχου έναντι τιμής. Έτσι αγόρασα 6 μπάρες μήκους 1 μέτρου το καθένα. Είχαν εξωτερική διάμετρο 1, 6 cm και εσωτερική διάμετρο 1, 5 cm (πάχος 1 mm) Μόλις είχα τις ράβδους, έπρεπε να τις κόψω στο σωστό μήκος για να πάρω τη συχνότητα κάθε νότας. Έψαξα στο διαδίκτυο και βρήκα μερικές ενδιαφέρουσες τοποθεσίες που μου έδωσαν πολλές ενδιαφέρουσες πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο υπολογισμού του μήκους κάθε ράβδου για να λάβω τις συχνότητες που επιθυμούσα (δείτε την ενότητα συνδέσμων). Περιττό να πω ότι η συχνότητα που έψαχνα ήταν η θεμελιώδης συχνότητα κάθε νότας, και όπως συμβαίνει σχεδόν σε όλα τα όργανα, οι ράβδοι θα παράγουν άλλες συγχρονισμένες συχνότητες, ανάλογα με το θεμελιώδες. Αυτές οι άλλες ταυτόχρονες συχνότητες είναι οι αρμονικές που συνήθως είναι πολλαπλές της θεμελιώδους συχνότητας. Ο αριθμός, η διάρκεια και η αναλογία αυτών των αρμονικών είναι υπεύθυνα για το χρονόμετρο του ιδρύματος. Η σχέση μεταξύ της συχνότητας μιας νότας και της ίδιας νότας στην επόμενη οκτάβα είναι 2. Έτσι, εάν η θεμελιώδης συχνότητα της νότας C είναι 261,6Hz, η θεμελιώδης συχνότητα του C στην επόμενη οκτάβα θα είναι 2*261,6 = 523, 25Hz. Όπως γνωρίζουμε ότι η δυτικοευρωπαϊκή μουσική χωρίζει μια οκτάβα σε 12 βήματα κλίμακας (12 ημιτόνοι οργανωμένοι σε 7 νότες και 5 σταθερές νότες), μπορούμε να υπολογίσουμε τη συχνότητα του επόμενου ημιτονίου πολλαπλασιάζοντας τη συχνότητα των προηγούμενων σημειώσεων με 2 # (1/12). Όπως γνωρίζουμε ότι η συχνότητα C είναι 261,6Hz και η αναλογία μεταξύ 2 συνεχόμενων ημιτονών είναι 2 # (1/12) μπορούμε να συμπεράνουμε όλες τις συχνότητες σημειώσεων: ΣΗΜΕΙΩΣΗ: το σύμβολο # αντιπροσωπεύει τον τελεστή παροχής ενέργειας. Για παράδειγμα: "a # 2" είναι το ίδιο με "a^2" Σημείωση Συχνότητα 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 Ο προηγούμενος πίνακας είναι μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς και δεν είναι απαραίτητος ο υπολογισμός του μήκους των ράβδων. Το πιο σημαντικό είναι ο συντελεστής σχέσης μεταξύ συχνοτήτων: 2 για την ίδια νότα στην επόμενη οκτάβα και (2 # (1/12) για το επόμενο ημίτονο. Θα το χρησιμοποιήσουμε στον τύπο που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του μήκους των ράβδων. Ο αρχικός τύπος που βρήκα στο Διαδίκτυο (βλ. Ενότητα συνδέσμων) είναι: f1/f2 = (L2/L1) # 2 από αυτό μπορούμε εύκολα να συμπεράνουμε τον τύπο που θα μας επιτρέψει να υπολογίσουμε το μήκος κάθε ράβδου. Ως f2 είναι η συχνότητα της επόμενης νότας που θέλουμε να υπολογίσουμε και θέλουμε να γνωρίζουμε την επόμενη ημιτονική συχνότητα: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = = L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = L2Ο τύπος είναι: L2 = L1*(2#(-1/24)) Έτσι, με αυτόν τον τύπο μπορούμε να συμπεράνουμε το μήκος του κουδουνίσματος που θα παίξει το επόμενο ημίτονο, αλλά προφανώς θα χρειαστούμε το μήκος του ήχου που παίζει την πρώτη νότα. Πώς μπορούμε να το υπολογίσουμε; Δεν ξέρω πώς να υπολογίσω το μήκος του πρώτου κουδουνίσματος. Προτείνω ότι υπάρχει ένας τύπος που σχετίζεται με τις φυσικές ιδιότητες του υλικού, το μέγεθος της ράβδου (μήκος, εξωτερικό an δ εσωτερική διάμετρος) με τη συχνότητα που θα παίξει, αλλά δεν το ξέρω. Το βρήκα απλά συντονίζοντάς το με τη βοήθεια του αυτιού και της κιθάρας μου (μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε ένα πιρούνι συντονισμού ή ένα μετρητή συχνοτήτων κάρτας ήχου υπολογιστή για να το συντονίσετε).

Βήμα 2: Οι τρεις πύργοι

Αφού έκοψα τις ράβδους στο σωστό μήκος, έπρεπε να κατασκευάσω ένα στήριγμα για να τις κρεμάσω. Έφτιαξα μερικά σκίτσα και τελικά έφτιαξα αυτούς τους τρεις πύργους που μπορείτε να δείτε στις εικόνες. Κρέμασα τέσσερα κουδουνίσματα σε κάθε πύργο περνώντας ένα νάιλον σύρμα μέσα από τις τρύπες που έκανα κοντά στην κορυφή και στο κάτω μέρος κάθε κουδουνίσματος. Έπρεπε να ανοίξω τρύπες στο επάνω και στο κάτω μέρος επειδή ήταν απαραίτητο να στερεωθούν οι κουδουνίσματα και στις δύο πλευρές για να αποφευχθεί η ταλάντωση χωρίς έλεγχο όταν χτυπιούνται από τα ραβδιά. Η ακριβής απόσταση για την τοποθέτηση των οπών ήταν μια λεπτή υπόθεση και έπρεπε να συμπίπτουν με τους δύο κόμβους δόνησης της θεμελιώδους συχνότητας της ράβδου, οι οποίοι βρίσκονται στο 22,4% από πάνω και κάτω. Αυτοί οι κόμβοι είναι τα σημεία χωρίς κίνηση όταν οι ράβδοι ταλαντεύονται στη θεμελιώδη συχνότητά τους και η στερέωση της ράβδου σε αυτά τα σημεία δεν θα πρέπει να τους επηρεάζει κατά τη δόνηση. Πρόσθεσα επίσης 4 βίδες στην κορυφή κάθε πύργου για να επιτρέψω τη ρύθμιση της τάσης του νάιλον σύρματος κάθε κουδουνίσματος.

Βήμα 3: The Motors and Strickers

Το επόμενο βήμα ήταν η κατασκευή των συσκευών που κινούν τα ξυλάκια. Αυτό ήταν ένα άλλο κρίσιμο μέρος και, όπως μπορείτε να δείτε στις εικόνες, αποφάσισα τελικά να χρησιμοποιήσω κινητήρες DC για να μετακινήσω κάθε επιθετικό. Κάθε μοτέρ έχει προσαρτημένο το ραβδί κρούσης και ένα σύστημα ελέγχου θέσης και χρησιμοποιείται για να χτυπήσει ένα ζευγάρι κουδουνίσματα. Το χτύπημα είναι ένα κομμάτι ποδιών ποδηλάτου με κύλινδρο από μαύρο ξύλο στο τέλος. Αυτός ο κύλινδρος καλύπτεται με μια λεπτή αυτοκόλλητη πλαστική μεμβράνη. Αυτός ο συνδυασμός υλικών δίνει μια απαλή αλλά δυνατή ηχηρότητα όταν χτυπάτε τις ράβδους. Στην πραγματικότητα δοκίμασα κάποιους άλλους συνδυασμούς, και αυτός ήταν αυτός που μου έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα (θα ήμουν ευγνώμων αν κάποιος μου έλεγε έναν καλύτερο). Το σύστημα ελέγχου θέσης κινητήρα είναι ένας οπτικός κωδικοποιητής 2 bits ανάλυσης. Αποτελείται από δύο δίσκους: ένας από τους δίσκους περιστρέφεται αλληλένδετος στο ραβδί και έχει μια ασπρόμαυρη κωδικοποίηση τυπωμένη στην κάτω επιφάνεια του. Ο άλλος δίσκος είναι στερεωμένος στο μοτέρ και διαθέτει δύο αισθητήρες υπέρυθρων υποδοχέων εκπομπών CNY70 που μπορούν να διακρίνουν το ασπρόμαυρο χρώμα του άλλου δίσκου και έτσι, μπορούν να συμπεράνουν τη θέση του ραβδιού (ΜΠΡΟΣΤΙΝΟ, ΔΕΞΙΑ, ΑΡΙΣΤΕΡΑ και ΠΙΣΩ) Η γνώση της θέσης επιτρέπει στο σύστημα να κεντράρει το ραβδί πριν και μετά το χτύπημα ενός κουδουνιού που εγγυάται μια πιο ακριβή κίνηση και ήχο.

Βήμα 4: Δημιουργία υλικού μονάδας ελέγχου

Μόλις τελείωσα τους τρεις πύργους, ήρθε η ώρα να φτιάξω τη μονάδα ελέγχου. Όπως εξήγησα στην αρχή του κειμένου, η μονάδα ελέγχου είναι ένα μαύρο κουτί που αποτελείται από τρεις ηλεκτρονικές πλακέτες. Ο κεντρικός πίνακας περιέχει τα λογικά, τον σειριακό προσαρμογέα επικοινωνίας (1 MAX-232) και τον μικροελεγκτή (έναν μικροελεγκτή RISC 8 bit ATMega32). Οι άλλοι δύο πίνακες περιέχουν το κύκλωμα που απαιτείται για τον έλεγχο των αισθητήρων θέσης (ορισμένες αντιστάσεις και 3 ενεργοποιητές-schimdt 74LS14) και την τροφοδοσία των κινητήρων (3 οδηγοί κινητήρων LB293). Μπορείτε να ρίξετε μια ματιά στα σχήματα για να λάβετε περισσότερες πληροφορίες.

Μπορείτε να κατεβάσετε το ZIP με τις εικόνες schematichs στην περιοχή downlad.

Βήμα 5: Υλικολογισμικό και Λογισμικό

Το υλικολογισμικό έχει αναπτυχθεί σε C, με τον μεταγλωττιστή gcc να περιλαμβάνεται στο δωρεάν περιβάλλον ανάπτυξης WinAVR (χρησιμοποίησα σημειωματάριο προγραμματιστών ως IDE). Αν ρίξετε μια ματιά στον πηγαίο κώδικα, θα βρείτε διαφορετικές ενότητες:

- atb: περιέχει το "κύριο" του έργου και τις ρουτίνες αρχικοποίησης του συστήματος. Προέρχεται από το "atb" όπου καλούνται άλλες ενότητες. - UARTparser: είναι η ενότητα με τον κωδικό του σειριακού αναλυτή, η οποία λαμβάνει τις σημειώσεις που αποστέλλονται από τον υπολογιστή μέσω του RS-232 και τις μετατρέπει σε εντολές κατανοητές για την ενότητα "κινήσεις". - κινήσεις: μετατρέπει μια εντολή σημείωσης που λαμβάνεται από το UARTparser, σε ένα σύνολο διαφορετικών απλών κινήσεων κινητήρα για να χτυπήσει έναν ήχο. Λέει στην ενότητα "κινητήρας" την ακολουθία ενέργειας και κατεύθυνσης κάθε κινητήρα. - κινητήρες: υλοποιεί 6 λογισμικά PWM για να τροφοδοτεί τους κινητήρες με την ακριβή ενέργεια και την ακριβή διάρκεια που ορίζει η μονάδα "κίνησης". Το λογισμικό υπολογιστή είναι μια απλή εφαρμογή Visual Basic 6.0 που επιτρέπει στον χρήστη να εισάγει και να αποθηκεύει την ακολουθία σημειώσεων που συνθέτουν μια μελωδία. Επιτρέπει επίσης την αποστολή των σημειώσεων μέσω της σειριακής θύρας του υπολογιστή και την ακρόαση τους που παίζονται από το Atb. Εάν θέλετε να ελέγξετε το υλικολογισμικό, μπορείτε να το κατεβάσετε στην περιοχή λήψης.

Βήμα 6: Τελικές σκέψεις, μελλοντικές ιδέες και σύνδεσμοι…

Παρά το ότι το όργανο ακούγεται ωραίο, δεν είναι αρκετά γρήγορο για να παίξει κάποιες μελωδίες, στην πραγματικότητα μερικές φορές αποσυγχρονίζεται λίγο με τη μελωδία. Σχεδιάζω λοιπόν μια νέα πιο αποτελεσματική και ακριβή εκδοχή, γιατί η ακρίβεια του χρόνου είναι πολύ σημαντικό θέμα όταν μιλάμε για μουσικά όργανα. Αν παίξετε μια νότα με μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου ή καθυστερήσετε, το αυτί σας θα βρει κάτι περίεργο στη μελωδία. Έτσι, κάθε νότα πρέπει να παιχτεί την ακριβή στιγμή με την ακριβή ενέργεια. Η αιτία αυτών των καθυστερήσεων σε αυτήν την πρώτη έκδοση του οργάνου είναι ότι το σύστημα διάχυσης που έχω επιλέξει δεν είναι τόσο γρήγορο όσο θα έπρεπε. Η νέα έκδοση θα έχει πολύ παρόμοια δομή, αλλά θα χρησιμοποιεί σωληνοειδή αντί για κινητήρες. Τα σωληνοειδή είναι ταχύτερα και ακριβέστερα, αλλά είναι επίσης πιο ακριβά και δύσκολα να βρεθούν. Αυτή η πρώτη έκδοση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παίζει απλές μελωδίες, ως αυτόνομο όργανο, ή σε ρολόγια, κουδούνια… Κύρια σελίδα έργου: Αρχική σελίδα Αυτόματων σωληνοειδών κουδουνιών Ένα βίντεο από τις Αυτόματες σωληνοειδείς καμπάνες: Βίντεο YouTube των Αυτόματων σωληνοειδών κουδουνιών Σύνδεσμοι Σε αυτούς τους ιστότοπους θα βρείτε σχεδόν όλες τις πληροφορίες που θα χρειαστείτε για να φτιάξετε τα δικά σας χτυπήματα: Making Wind Chimes By Jim HaworthMaking Wind Chimes By Jim Kirkpatrick Ομάδα Μηνυμάτων Κατασκευαστών Wind Chimes