Samodejni cevasti zvonovi: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

To poučno pojasnjuje glavne korake, ki sem jih sledil pri izdelavi prvega prototipa niza avtomatskih cevastih zvonov, ki sem jih zgradil leta 2006. Funkcije avtomatskega glasbila so: - 12 zvončkov (12 cevastih zvoncev) - vsak zvonec igra eno noto, zato lahko predvaja celotno oktavo (od C do B, vključno s sustaini) - Lahko predvaja do 4 hkratne note (tako da lahko predvaja 4 notne akorde) - Upravlja se prek serijskih vrat za računalnik (standard RS -232) sestavljen iz omarice krmilne enote in treh stolpov. Vsak stolp vsebuje 4 zvončke in dva motorja, vsak motor zadene dva od štirih zvončkov. Vsi stolpi so povezani z ohišjem krmilne enote prek 10-žilnega vodila. Krmilna enota je odgovorna za napajanje vsakega motorja z natančno energijo in hitrostjo, da zadene vsak zvonec, pri čemer upošteva note, ki mu jih pošlje programska oprema v računalniku. Notranjost je sestavljena iz treh plošč. Prva plošča vsebuje mikrokrmilnik, ki je Atmel ATMega16, in komunikacijske elemente RS-232. Drugi vsebuje vezja gonilnika motorja, tretji pa krmilnike položaja motorja. Za dokončanje tega projekta sem potreboval skoraj pol leta. Naslednji koraki so splošni koraki, z najpomembnejšimi informacijami o procesu gradnje projekta, manjše podrobnosti si lahko ogledate na slikah. Video posnetek avtomatskih cevastih zvoncev: glavna stran projekta: domača stran samodejnih cevastih zvoncev

1. korak: Izgradnja zvončkov

Prvi korak je bil najti dober in poceni material za gradnjo zvončkov. Ko sem obiskal nekaj trgovin in opravil nekaj testov, sem ugotovil, da je aluminij material, ki mi daje najboljšo razmerje med kakovostjo in ceno. Tako sem kupil 6 palic dolžine 1 meter. Imeli so zunanji premer 1,6 cm in notranji premer 1,5 cm (debelina 1 mm) Ko sem imel palice, sem jih moral prerezati na ustrezno dolžino, da sem dobil frekvenco vsake note. Iskal sem po internetu in našel nekaj zanimivih spletnih mest, ki so mi ponudila veliko zanimivih informacij o tem, kako izračunati dolžino vsakega stolpca, da dobim želene frekvence (glej razdelek s povezavami). Ni treba posebej poudarjati, da je frekvenca, ki sem jo iskal, temeljna frekvenca vsake note, in kot se to dogaja v skoraj vseh instrumentih, bodo palice proizvedle druge simultane frekvence, ki so del osnovnega. Te druge hkratne frekvence so harmoniki, ki so običajno večkratniki osnovne frekvence. Število, trajanje in delež teh harmonikov je odgovoren za glasnost vložka. Razmerje med frekvenco ene note in iste note v naslednji oktavi je 2. Torej, če je osnovna frekvenca note C 261,6Hz, bo osnovna frekvenca C v naslednji oktavi 2*261,6 = 523, 25Hz. Ker vemo, da zahodnoevropska glasba deli oktavo na 12 korakov (12 poltonov, razvrščenih v 7 not in 5 trajnih not), lahko frekvenco naslednjega poltona izračunamo tako, da pomnožimo frekvenco prejšnje note z 2 # (1/12). Ker vemo, da je frekvenca C 261,6Hz, razmerje med dvema sporednima poltonoma pa 2 # (1/12), lahko razberemo vse frekvence not: OPOMBA: simbol # predstavlja operaterja napajanja. Na primer: "a # 2" je isto kot "a^2" Opomba Freq 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 Prejšnja tabela je zgolj informativne narave in ni potrebno izračunati dolžine palic. Najpomembnejši je faktor razmerja med frekvencami: 2 za isto noto v naslednji oktavi in (2 # (1/12) za naslednji polton. Uporabili ga bomo v formuli za izračun dolžine palic. Začetna formula, ki sem jo našel na internetu (glej razdelek s povezavami) je: f1/f2 = (L2/L1) # 2 iz nje lahko enostavno izpeljemo formulo, ki nam bo omogočila izračun dolžine vsake vrstice. Ker je f2 frekvenca naslednje opombe, ki jo želimo izračunati in želimo vedeti naslednjo poltonsko frekvenco: 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)) Torej s to formulo lahko ugotovimo dolžino zvonca ki bo igral naslednji polton, očitno pa bomo potrebovali dolžino zvonca, ki igra prvo noto. Kako ga lahko izračunamo? ne vem, kako izračunati dolžino prvega zvonjenja. Predvidevam, da obstaja formula, ki nanaša na fizikalne lastnosti materiala, velikost palice (dolžina, zunanja dolžina an d notranji premer) s frekvenco, ki jo bo predvajal, vendar tega ne vem. Preprosto sem ga našel tako, da sem ga nastavil s pomočjo ušesa in kitare (za uglaševanje lahko uporabite tudi vilice ali frekvencemeter zvočne kartice računalnika).

2. korak: Trije stolpi

Potem ko sem prečke odrezal na ustrezno dolžino, sem moral zgraditi oporo, da jih obesim. Naredil sem nekaj skic in končno zgradil te tri stolpe, ki jih lahko vidite na slikah. Na vsak stolp sem obesil štiri zvončke, skozi najlonsko žico pa skozi luknje, ki sem jih naredil blizu vrha in dna vsakega zvonca. Moral sem izvrtati luknje na vrhu in na dnu, ker je bilo treba pritrditi zvončke na obeh straneh, da ne bi nihali brez nadzora, ko bi jih udarile palice. Natančna razdalja za namestitev lukenj je bila občutljiva zadeva in sovpadati sta morali z dvema vozliščema vibracij osnovne frekvence palice, ki sta 22,4% od vrha in dna. Ta vozlišča so točke brez premikanja, ko palice nihajo pri svoji osnovni frekvenci, pritrditev palice na teh točkah pa nanje ne sme vplivati pri vibriranju. Na vrh vsakega stolpa sem dodal tudi 4 vijake, ki omogočajo prilagajanje napetosti najlonske žice vsakega zvonca.

3. korak: Motors in Strickers

Naslednji korak je bila izdelava naprav, ki premikajo udarne palice. To je bil še en kritičen del in kot vidite na slikah, sem se končno odločil, da za premikanje vsakega napadalca uporabim enosmerne motorje. Vsak motor ima pritrjeno udarno palico in sistem za nadzor položaja, ki se uporablja za udarjanje v par zvončkov. Udarna palica je kos kolesnega trna s črnim lesenim cilindrom na koncu. Ta valj je prekrit s tanko samolepilno plastično folijo. Ta kombinacija materialov daje mehko, a glasno zvočnost pri udarcih po palicah. Pravzaprav sem preizkusil še nekatere druge kombinacije in to je bila tista, ki je dala najboljše rezultate (hvaležen bi bil, če bi mi kdo povedal boljšo). Sistem za nadzor položaja motorja je optični kodirnik 2 bitov ločljivosti. Sestavljen je iz dveh diskov: eden od diskov se vrti solidarno do palice in ima na spodnji površini natisnjeno črno -belo kodifikacijo. Drugi disk je pritrjen na motor in ima dva infrardeča senzorja oddajnika-receptorja CNY70, ki lahko razlikujeta črno-belo barvo drugega diska in tako lahko razberejo položaj palice (spredaj, desno, levo in zadaj) Poznavanje položaja omogoča sistemu centriranje palice pred in po udarcu v zvonec, kar zagotavlja natančnejše gibanje in zvok.

4. korak: Izdelava strojne opreme krmilne enote

Ko sem dokončal tri stolpe, je bil čas za izgradnjo krmilne enote. Kot sem pojasnil na začetku besedila, je krmilna enota črna škatla, sestavljena iz treh elektronskih plošč. Glavna plošča vsebuje logiko, serijski komunikacijski adapter (1 MAX-232) in mikrokrmilnik (8-bitni RISC mikrokontroler ATMega32). Drugi dve plošči vsebujeta vezje, potrebno za nadzor senzorjev položaja (nekateri upori in 3 sprožilci-schimdt 74LS14) in za napajanje motorjev (3 gonilniki motorjev LB293). Za več informacij lahko pogledate sheme.

ZIP lahko shranite s shematskimi slikami na območju za prenos.

5. korak: Vdelana in programska oprema

Vdelana programska oprema je bila razvita v jeziku C, prevajalnik gcc pa je vključen v brezplačno razvojno okolje WinAVR (za IDE sem uporabljal beležnico programerjev). Če pogledate izvorno kodo, boste našli različne module:

- atb: vsebuje "glavni" projekt in rutine inicializacije sistema. Je iz "atb", kjer se kličejo drugi moduli. - UARTparser: je modul s kodo serijskega razčlenjevalnika, ki sprejema zapiske, ki jih računalnik pošlje prek RS-232, in jih pretvori v ukaze, razumljive za modul "premiki". - gibi: pretvori ukaz za opombo, ki ga prejme od UARTparserja, v niz različnih preprostih gibov motorja, da bi udaril zvonec. Modulu "motor" pove zaporedje energije in smeri vsakega motorja. - motorji: implementira 6 programskih PWM za napajanje motorjev z natančno energijo in natančnim trajanjem, ki ga določa modul "gibanje". Računalniška programska oprema je preprosta aplikacija Visual Basic 6.0, ki uporabniku omogoča vnos in shranjevanje zaporedja not, ki sestavljajo melodijo. Omogoča tudi pošiljanje zapiskov skozi serijska vrata računalnika in poslušanje, ki ga predvaja Atb. Če želite preveriti vdelano programsko opremo, jo lahko prenesete v območju za prenos.

Korak 6: Končni premisleki, prihodnje ideje in povezave…

Kljub temu, da se inštrument lepo sliši, ni dovolj hiter za predvajanje nekaterih melodij, pravzaprav se včasih malce sinhronizira z melodijo. Zato načrtujem novo, učinkovitejšo in natančnejšo različico, kajti časovna natančnost je zelo pomembna zadeva, ko govorimo o glasbilih. Če igrate noto z nekaj milisekundami vnaprej ali zamudite, bo vaše uho v melodiji našlo nekaj čudnega. Zato je treba vsako noto odigrati v natančnem trenutku z natančno energijo. Vzrok za te zamude pri tej prvi različici instrumenta je, da sistem tolkal, ki sem ga izbral, ni tako hiter, kot bi moral. Nova različica bo imela zelo podobno strukturo, vendar bo namesto motorjev uporabljala solenoide. Solenoidi so hitrejši in natančnejši, vendar jih je tudi dražje in jih je težko najti. To prvo različico lahko uporabite za predvajanje preprostih melodij, kot samostojen inštrument ali pri urah, zvončkih na vratih … Glavna stran projekta: Domača stran samodejnih cevastih zvoncev Videoposnetek samodejnih cevastih zvoncev: YouTube videoposnetki samodejnih cevastih zvoncev Povezave Na teh straneh boste našli skoraj vse informacije, ki jih boste potrebovali za izdelavo lastnih zvončkov: Making Wind Chimes avtor Jim HaworthMaking Wind Chimes avtor Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group