Automatiske rørformede klokker: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Denne instruksjonsboken forklarer de viktigste trinnene jeg fulgte, for å bygge den første prototypen til et sett med automatiske rørformede klokker jeg bygde i 2006. De automatiske musikkinstrumentfunksjonene er: - 12 klokkespill (12 rørformede klokker) - Hver klokkespill spiller en tone, så det kan spille en hel oktav (fra C til B, inkludert vedlikehold) - Den kan spille opptil 4 samtidige noter (slik at den kan spille 4 klokkekorder) - Den styres gjennom PC -seriell port (standar RS -232) Instrumentet er består av kontrollenhetens boks og tre tårn. Hvert tårn inneholder 4 klokkespill og to motorer, hver motor slår to av de fire klokkespillene. Alle tårnene er koblet til kontrollenhetens boks via en 10-leder buss. Kontrollenheten er ansvarlig for å drive hver motor med den nøyaktige energien og hastigheten til å slå hver klokkespill, og spiller notene som programvaren på datamaskinen sender til den. Den er internt sammensatt av tre tavler. Det første kortet inneholder mikrokontrolleren, som er en Atmel ATMega16, og RS-232 kommunikasjonselementer. Den andre inneholder motordriverkretsene, og den tredje, motorposisjonskontrollene. Det tok meg nesten et halvt år å fullføre dette prosjektet. Neste trinn er generelle trinn, med den mest relevante informasjonen om prosjektets konstruksjonsprosess, mindre detaljer kan sees på bildene. En video av Automatic Tubular Bells: Project hovedside: Automatic Tubular Bells hjemmeside

Trinn 1: Bygg klokkespillet

Første trinn var å finne et godt og billig materiale for å bygge klokkespill. Etter å ha besøkt noen butikker og gjort noen tester, fant jeg ut at aluminium var materialet som ga meg den beste lydkvaliteten i forhold til prisforholdet. Så jeg kjøpte 6 barer med en meters lengde hver. De hadde en ytre diameter på 1, 6 cm og en innvendig diameter på 1, 5 cm (1 mm tykkelse) Når jeg hadde stengene måtte jeg klippe dem i riktig lengde for å få frekvensen til hver tone. Jeg søkte på internett og fant noen interessante nettsteder som ga meg mye interessant informasjon om hvordan jeg skulle beregne lengden på hver stolpe for å få de frekvensene jeg ønsket (se lenker). Unødvendig å si at frekuensen jeg var på jakt etter var den grunnleggende frekuensen til hver tone, og som det skjer i nesten alle instrumenter, vil stolpene produsere andre samtidige frekuenser som er en del av det grunnleggende. Denne andre samtidige frecuenices er harmonikkene som normalt er multiple av den grunnleggende frekuensen. Antall, varighet og andel av disse harmonikkene er ansvarlig for insturmentets klang. Forholdet mellom frekvensen til en tone og den samme tonen i den neste oktaven er 2. Så hvis grunnfrekvensen til C -tonen er 261,6Hz, vil grunnfrekvensen til C i den neste oktaven være 2*261,6 = 523, 25Hz. Som vi vet at vest -europeisk musikk deler en oktav i 12 skalaer (12 halvtoner organisert i 7 noter og 5 vedvarende noter), kan vi beregne frekvensen av neste halvtone ved å multiplisere forrige tonefrekvens med 2 # (1/12). Som vi vet at C -frekvensen er 261,6Hz og forholdet mellom 2 conescutive halvtoner er 2 # (1/12) kan vi utlede alle notater fra frekvenser: MERK: # -symbolet representerer strømoperatøren. For eksempel: "a # 2" er det samme som "a^2" Merk 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)) = 329,62 Hz 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 Forrige tabell er kun for informasjonsformål, og det er ikke nødvendig å beregne stolpelengden. Det viktigste er forholdsfaktoren mellom frekvenser: 2 for samme tone i neste oktav, og (2 # (1/12) for neste halvtone. Vi vil bruke den i formelen som brukes til å beregne lengden på stolpene Den opprinnelige formelen som jeg fant på Internett (se lenker) er: f1/f2 = (L2/L1) # 2fra den kan vi enkelt utlede formelen som lar oss beregne lengden på hver stolpe. Siden f2 er frekuensen av den neste notatet vi vil beregne, og vi vil vite neste halvtonsfrekvens: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24)))) = L2formelen er: L2 = L1*(2#(-1/24)) Så med denne formelen kan vi utlede lengden på klokkespillet som vil spille neste halvtone, men åpenbart trenger vi lengden på klokkespillet som spiller den første tonen. Hvordan kan vi beregne det? Jeg vet ikke hvordan jeg skal beregne lengden på den første klokkespillet. Jeg antar at det finnes en formel som relaterer materialets fysiske egenskaper, stangens størrelse (lengde, ytre an d indre diameter) med frekvensen det vil spille, men jeg vet det ikke. Jeg fant den ganske enkelt ved å stille den ved hjelp av øret og gitaren (du kan også bruke en stemmegaffel eller et PC -lydkort frecuencemeter for å stille den).

Trinn 2: De tre tårnene

Etter å ha klippet stengene til riktig lengde, måtte jeg konstruere en støtte for å henge dem. Jeg laget noen skisser, og til slutt bygde jeg disse tre tårnene du kan se på bildene. Jeg hang fire klokkespill på hvert tårn og førte en nylontråd gjennom hullene jeg gjorde nær toppen og bunnen av hver klokkespill. Jeg måtte bore hull på toppen og bunnen fordi det var nødvendig å fikse klokkespill på begge sider for å unngå at de svingte uten kontroll når de ble slått av pinnene. Den nøyaktige avstanden for å plassere hullene var en delikat sak, og de måtte falle sammen med de to vibrasjonsnodene til stangens grunnfrekvens, som er 22,4% fra toppen og bunnen. Disse nodene er de bevegelsesfrie punktene når stolpene svinger ved grunnfrekvensen, og å fikse stangen på disse punktene bør ikke påvirke dem når de vibrerer. Jeg har også lagt til 4 skruer på toppen av hvert tårn for å justere spenningen på hver klokkes nylontråd.

Trinn 3: Motors and Strickers

Neste trinn var å bygge enhetene som beveger spissestikkene. Dette var en annen kritisk del, og som du kan se på bildene, bestemte jeg meg til slutt for å bruke likestrømsmotorer for å flytte hver spiss. Hver motor har spisspinnen og et posisjonskontrollsystem festet til den, og brukes til å slå et par klokkespill. Strikkerpinnen er et stykke sykkel med en svart tresylinder i enden. Denne sylinderen er dekket med en tynn, selvklebende plastfilm. Denne kombinasjonen av materialer gir en myk, men høy lydstyrke når den treffer stengene. Faktisk testet jeg noen andre kombinasjoner, og dette var den som ga meg de beste resultatene (jeg ville være takknemlig hvis noen ga meg beskjed om en bedre). Motorposisjonskontrollsystemet er en optisk koder med 2 bits oppløsning. Den består av to plater: en av platene roterer solidarisk til pinnen og har en svart / hvit kodifisering trykt på bunnoverflaten. Den andre platen er festet til motoren og har to infrarøde CNY70 emitter-reseptorsensorer som kan skille den svart-hvite fargen på den andre platen, og dermed kan de utlede posisjonen til pinnen (FRONT, HØYRE, VENSTRE og BAK) Når du kjenner posisjonen, kan systemet sentrere pinnen før og etter å ha slått en bjelle, noe som garanterer en mer presis bevegelse og lyd.

Trinn 4: Bygge kontrollenhetens maskinvare

Når jeg var ferdig med de tre tårnene, var det på tide å bygge kontrollenheten. Som jeg forklarte i begynnelsen av teksten, er kontrollenheten en svart boks som består av tre elektroniske tavler. Hovedkortet inneholder logikkene, den serielle kommunikasjonskortet (1 MAX-232) og mikrokontrolleren (en ATMega32 8 bit RISC mikrokontroller). De to andre kortene inneholder kretsene som trengs for å kontrollere posisjonssensorene (noen motstander og 3 utløsere-schimdt 74LS14) og for å drive motorene (3 LB293 motordrivere). Du kan ta en titt på skjemaene for å få mer informasjon.

Du kan laste ned ZIP med schematichs -bildene i nedlastingsområdet.

Trinn 5: Fastvare og programvare

Fastvaren er utviklet i C, med gcc -kompilatoren inkludert i det gratis WinAVR -utviklingsmiljøet (jeg brukte programmerere notisblokk som IDE). Hvis du ser på kildekoden, finner du forskjellige moduler:

- atb: inneholder "hoved" av prosjektet og systemintialiseringsrutiner. Er fra "atb" hvor andre moduler kalles. - UARTparser: er modulen med koden til den serielle parseren, som tar notatene som sendes av datamaskinen gjennom RS-232 og konverterer dem til kommandoer som er forståelige for "bevegelser" -modulen. - bevegelser: konverterer en notatkommando mottatt fra UARTparser, til et sett med forskjellige enkle motorbevegelser for å slå på. Den forteller modulen "motor" sekvensen av energi og retning for hver motor. - motorer: implementerer 6 programvare PWM for å drive motorene med den nøyaktige energien og den nøyaktige varigheten som er angitt av "bevegelses" modulen. Dataprogramvaren er et enkelt Visual Basic 6.0 -program som lar brukeren legge inn og lagre sekvensen av noter som komponerer en melodi. Det tillater også å sende notatene gjennom PC -serieporten og lytte til dem spilt av Atb. Hvis du vil sjekke fastvaren, kan du laste den ned i nedlastingsområdet.

Trinn 6: Avsluttende betraktninger, fremtidige ideer og lenker…

Til tross for at instrumentet høres fint ut, er det ikke raskt nok til å spille noen melodier, faktisk noen ganger desynkroniserer det litt med melodien. Så jeg planlegger en ny mer effektiv og presis versjon, fordi tidspresisjon er en veldig viktig sak når vi snakker om musikkinstrumenter. Hvis du spiller en tone med noen millisekunder fremover eller forsinker øret, vil det finne noe rart i melodien. Så hver tone må spilles i det nøyaktige øyeblikket med den presise energien. Årsaken til disse forsinkelsene i denne første versjonen av instrumentet er at perkusjonssystemet jeg har valgt ikke er så raskt som det burde. Den nye versjonen vil ha en veldig lignende struktur, men vil bruke solenoider i stedet for motorer. Solenoider er raskere og mer presise, men de er også dyrere og vanskeligere å finne. Denne første versjonen kan brukes til å spille enkle melodier, som frittstående instrument, eller i klokker, dørklokker … Hovedside for prosjektet: Hjemmeside for automatiske rørformede klokker En video av de automatiske rørformede klokkene: YouTube -video av de automatiske rørformede bjellene På denne siden finner du nesten all informasjon du trenger for å bygge dine egne klokkespill: Making Wind Chimes Av Jim Haworth Making Wind Chimes Av Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group