Kieszonkowy Soundbox: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

To urządzenie nie tylko mieści się w kieszeni, ale także wydaje różne dźwięki podobne do tych z dud (moim zdaniem) za pomocą różnych kombinacji sześciu przycisków. Oczywiście to tylko gadżet do zabawy dla dzieci; jednak jego zasada działania mogłaby zostać wykorzystana (mam nadzieję) w poważniejszych artefaktach muzyki elektronicznej.

Krok 1: Opis obwodu

Oscylator sterowany napięciem (VCO)

Oscylator zbudowany jest z układu scalonego LM331 (karta katalogowa dostępna tutaj: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), przetwornika napięcia na częstotliwość o dokładnie liniowej proporcji między napięciem wejściowym (Vin) oraz częstotliwość impulsów na wyjściu (Fout). Wewnętrzny tranzystor na wyjściu układu scalonego (pin 3) otwiera się z częstotliwością, która jest liniową funkcją napięcia wejściowego. Napięcie zasilania Vs jest podłączone do pinu 3 przez rezystor R20; w rezultacie na wyjściu pojawia się ciąg impulsów. Impulsy te okresowo otwierają zewnętrzny tranzystor Q1, który napędza głośnik, wytwarzając w ten sposób dźwięk. Napięcie wejściowe pochodzi z sumatora napięcia, który może dostarczać różne napięcia za pomocą różnych kombinacji swoich przycisków. Zarówno oscylator, jak i sumator są zasilane jedną 9-woltową baterią.

Sumator napięcia (VA)

Pasywny sumator napięcia składa się z 6 dzielników napięcia, z których każdy składa się z trymera potencjometru, rezystora i diody. Po naciśnięciu przycisku napięcie Vs z akumulatora jest podawane na odpowiedni dzielnik napięcia. Napięcie wyjściowe dzielnika odpowiada określonej częstotliwości generowanej przez VCO. Częstotliwość oscylacji jest wprost proporcjonalna do napięcia wejściowego układu scalonego, każdy dzielnik wytwarza napięcie o 6% wyższe niż napięcie wytwarzane przez poprzedni dzielnik. Powodem jest to, że częstotliwości dwóch kolejnych nut różnią się o 6%; w ten sposób sześć dzielników wytwarza napięcia odpowiadające sześciu różnym nutom. Rezystor zamienia napięcie na prąd, który można dodać do prądów z innych dzielników po naciśnięciu kilku przycisków. Dioda nie przepuszcza prądu z dzielnika do innych dzielników, prąd może płynąć tylko w kierunku rezystora sumującego R13; w ten sposób wszystkie dzielniki są od siebie niezależne. Więcej o pasywnych sumatorach napięcia przeczytasz tutaj:

Pasywny sumator napięcia

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Simple_Op-amp_Summer_Design#Passive_summer

Miksery audio

sound.whsites.net/articles/audio-mixing.htm

Krok 2: Regulacja napięć

W ten sposób przystąpiłem do ustawienia niezbędnych napięć:

1) Podłącz woltomierz między masą a Vin.

2) Naciśnij wszystkie przyciski VA, odczytaj woltomierz. W moim przypadku było to 1,10 wolta. To maksymalne napięcie dostępne na wyjściu VA. Układ PB pokazano na powyższym obrazku.

3) Przyjmij napięcie wytwarzane przez pierwszy dzielnik (przycisk 1) jako „V1”. Ponieważ każde napięcie jest o 6% większe niż poprzednie, ułóż równanie:

V1 + 1,06xV1 + (1,06^2)xV1 + (1,06^3)xV1 + (1,06^4)xV1 + (1,06^5)xV1 = 1,10

Rozwiązanie tego dla „V1” daje V1 = 0,158V

Zatem napięcia na pozostałych dzielnikach wynoszą: V2 = 0,167 V, V3 = 0,177 V, V4 = 0,187 V, V5 = 0,199 V, V6 = 0,211 V. Zaokrągliłem te wartości do drugiego miejsca po przecinku: V1=0,16V, V2=0,17V, V3=0,18V, V4=0,19V, V5=0,20V, V6=0,21V.

Dostosuj odpowiednie trymery, aby uzyskać te wartości. Jeśli częstotliwość wyjściowa VCO nie odpowiada określonej nucie, wyreguluj trymer R19 VCO (bez dotykania trymerów VA!) aż do wygenerowania określonej nuty. R19 umożliwia regulację częstotliwości wyjściowej VCO bez określonego zakresu bez zmiany Vin. Możesz sprawdzić częstotliwość nut za pomocą miernika częstotliwości lub dostroić się do nuty za pomocą tunera dźwięku (na przykład Garage Band ma tę funkcję w sekcji „Nagrywanie głosu”).

Według moich obliczeń VA może generować 34 niezależne napięcia; tylko sześć z nich pasuje do dokładnych nut, kombinacje przycisków dają tony, które są około dokładnych nut w granicach +/- 30 centów (jeden cent to 1/100 półtonu).

Tutaj znajdziesz tabelę z nutami i ich częstotliwościami:

web.archive.org/web/20081219095621/https://www.adamsatoms.com/notes/

Krok 3: Zestawienie materiałów

Sumator napięcia

SW1… SW6 – przyciski

R1, R3, R5, R7, R9, R11 – trymery 5K

R2, R4, R6, R8, R10, R12 – 1K

R13 – 330 Ohm

D1…D6 – IN4001

Oscylator sterowany napięciem

IC 1 – LM331

Q1 – 2N3904

R14, R16 – 100K

R15 – 47 Ohm

R17 – 6,8K

R18 – 12K

R19 – trymer 10K

R20 – 10K

R21 – 1K

C1 – 0,1, ceramiczny

C2 – 1,0, mylar

C3 – 0,01, ceramiczny

LS1 – mały głośnik o impedancji 150 Ohm

SW1 – przełącznik

Gniazdo dla IC

Bateria 9V

Uwaga: moc znamionowa wszystkich rezystorów wynosi 0,125W, dokładność (wszystkie oprócz R15, R17, R18) - 5%, dokładność R15, R17, R18 - 1%. Byłoby również pożądane użycie precyzyjnych potencjometrów wieloobrotowych w celu dokładniejszej regulacji.

Krok 4: Instrumenty i narzędzia

Potrzebowałem noża x-acto do wykonania płytki drukowanej, a następnie lutownicy z lutowiem i przecinaka do drutu, aby zbudować sam obwód. Do regulacji trymerów w celu ustawienia niezbędnych napięć w dzielnikach potrzebny jest cienki śrubokręt. Do monitorowania nastawionych napięć i ogólnego sprawdzania obwodu potrzebny jest multimetr.

Możesz obserwować nuty, do których dostrajasz obwód, za pomocą tunera dźwięku, takiego jak ten wbudowany w Garage Band. Możesz również użyć wirtualnego oscyloskopu, takiego jak Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/), aby zobaczyć oscylacje. Dołączyłem zrzut ekranu tego oscyloskopu, który pokazuje kształt oscylacji generowanych przez moje urządzenie.

Krok 5: Obudowa i płytka drukowana

Użyłem dostępnego pudełka z przezroczystego plastiku o wymiarach 125 x 65 x 28mm. Wewnątrz pomalowałem go na biało i dokonałem innych modyfikacji niezbędnych do zmieszczenia części elektronicznej mojego urządzenia. W tworzeniu tej obudowy możesz podążać własną ścieżką. Jeśli chodzi o płytkę drukowaną, wykonałem ją z pokrytego miedzią szklanego tekstolitu, wycinając kwadratowe pady w folii i lutując elementy do tych padów. Uważam, że ta metoda jest wygodniejsza niż wykonanie płytki drukowanej, gdy jest to tylko jedna sztuka.