Automatiske rørformede klokker: 6 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:30

Denne instruktør forklarer de vigtigste trin, jeg fulgte, for at bygge den første prototype af et sæt automatiske rørformede klokker, jeg byggede i 2006. De automatiske musikinstrumentfunktioner er: - 12 klokker (12 rørformede klokker) - Hver klokkespil spiller en tone, så det kan spille en hel oktav (fra C til B, inklusive sustain) - Den kan afspille op til 4 samtidige noter (så den kan spille 4 toneklokke) - Den styres via PC seriel port (standar RS -232) Instrumentet er sammensat af styreenhedskassen og tre tårne. Hvert tårn indeholder 4 klokker og to motorer, hver motor rammer to af de fire klokkespil. Alle tårnene er forbundet til styreenhedens boks via en 10-leder bus. Kontrolenheden er ansvarlig for at drive hver motor med den præcise energi og hastighed til at ramme hver klokkespil og spille de noter, softwaren i computeren sender til den. Det er internt sammensat af tre tavler. Det første bord indeholder mikrokontrolleren, som er en Atmel ATMega16, og RS-232 kommunikationselementer. Den anden indeholder motorførerkredsløbene og den tredje motorpositionsstyring. Det tog mig næsten et halvt år at afslutte dette projekt. Næste trin er generelle trin, med de mest relevante oplysninger om projektets konstruktionsproces, mindre detaljer kan ses på billederne. En video af de automatiske rørformede klokker: Projektets hovedside: Hjemmeside for automatiske rørformede klokker

Trin 1: Bygning af klokkespil

Første trin var at finde et godt og billigt materiale til at bygge klokkespil. Efter at have besøgt nogle butikker og foretaget nogle tests, fandt jeg ud af, at aluminium var det materiale, der gav mig den bedste lydkvalitet i forhold til prisforhold. Så jeg købte 6 stænger af 1 meters længde hver. De havde en udvendig diameter på 1, 6 cm og 1, 5 cm indvendig diameter (1 mm tykkelse) Når jeg havde stængerne, måtte jeg skære dem i den rigtige længde for at få frekvensen af hver note. Jeg søgte på internettet og fandt nogle interessante websteder, der gav mig masser af interessante oplysninger om, hvordan man beregner længden af hver søjle for at få de frekvenser, jeg ønskede (se linksafsnittet). Det er overflødigt at sige, at den frecuency, jeg ledte efter, var den grundlæggende frecuency af hver note, og som det sker i næsten alle instrumenter, vil søjlerne producere andre samtidige frecuencies som en del af det fundamentale. Disse andre samtidige frecuenices er de harmoniske, der normalt er multiple af den grundlæggende frecuency. Antallet, varigheden og andelen af disse harmoniske er ansvarlig for insturmentets klang. Forholdet mellem frekvensen af en note og den samme note i den næste oktav er 2. Så hvis grundfrekvensen for C -tonen er 261,6Hz, vil C -grundfrekvensen i den næste oktav være 2*261,6 = 523, 25Hz. Da vi ved, at vesteuropæisk musik opdeler en oktav i 12 skalaer (12 halvtoner organiseret i 7 toner og 5 vedvarende noter), kan vi beregne frekvensen af den næste halvtone ved at gange den tidligere tonefrekvens med 2 # (1/12). Da vi ved, at C -frekvensen er 261,6 Hz, og forholdet mellem 2 conescutive halvtoner er 2 # (1/12), kan vi udlede alle noter fra frekvenser: BEMÆRK: # -symbolet repræsenterer strømoperatøren. For eksempel: "a # 2" er det samme som "a^2" Bemærk 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 tabel er kun til informationsformål, og det er ikke nødvendigt at beregne stængernes længde. Det vigtigste er forholdsfaktoren mellem frekvenser: 2 for den samme note i den næste oktav, og (2 # (1/12) for den næste halvtone. Vi vil bruge den i formlen, der bruges til at beregne længden af søjlerne. Den oprindelige formel, som jeg fandt på Internettet (se linksafsnittet) er: f1/f2 = (L2/L1) # 2af den kan vi let udlede formlen, som lader os beregne længden af hver søjle. Da f2 er frecuency af den næste note, vi vil beregne, og vi vil vide næste halvtonsfrekvens: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1 * (2 # (1/12))) = (L2/L1)#2… L1*(1/(2#(1/24))) = L2formlen er: L2 = L1*(2#(-1/24)) Så med denne formel kan vi udlede længden af klokkespillet som vil spille næste halvtone, men naturligvis skal vi bruge længden af klokkespillet, der spiller den første tone. Hvordan kan vi beregne det? Jeg ved ikke, hvordan man beregner længden af den første klokke. Jeg formoder, at der findes en formel, som relaterer materialets fysiske egenskaber, stangens størrelse (længde, ydre og d indre diameter) med den frekvens, den vil spille, men jeg ved det ikke. Jeg fandt det simpelthen ved at indstille det ved hjælp af mit øre og guitar (du kan også bruge en stemmegaffel eller et pc -lydkort frecuencemeter til at stemme det).

Trin 2: De tre tårne

Efter at have skåret stængerne til den korrekte længde, var jeg nødt til at konstruere en støtte til at hænge dem. Jeg lavede nogle skitser og byggede til sidst disse tre tårne, du kan se på billederne. Jeg hang fire klokkespil på hvert tårn og passerede en nylontråd gennem hullerne, jeg lavede nær toppen og bunden af hver klokke. Jeg var nødt til at bore huller på toppen og bunden, fordi det var nødvendigt at fastgøre klokkespil på begge sider for at undgå, at de svingede uden kontrol, når de blev ramt af pindene. Den præcise afstand til at placere hullerne var en delikat sag, og de skulle falde sammen med de to vibrationsknudepunkter for stangens grundfrekvens, som er 22,4% fra toppen og bunden. Disse knudepunkter er bevægelsespunkter, når stængerne svinger ved dens grundfrekvens, og fastgørelse af stangen på disse punkter bør ikke påvirke dem, når de vibrerer. Jeg tilføjede også 4 skruer på toppen af hvert tårn for at justere spændingen af hver klokkes nylontråd.

Trin 3: Motorer og slagere

Næste trin var at bygge de enheder, der bevæger angriberpindene. Dette var en anden kritisk del, og som du kan se på billederne, besluttede jeg endelig at bruge DC -motorer til at flytte hver angriber. Hver motor har angriberpinden og et positionskontrolsystem knyttet til den og bruges til at ramme et par klokkespil. Strikkerpinden er et stykke cykelpind med en sort træcylinder for enden. Denne cylinder er dækket af en tynd selvklæbende plastfilm. Denne kombination af materialer giver en blød, men høj lydstyrke, når den rammer stængerne. Faktisk testede jeg nogle andre kombinationer, og det var den, der gav mig de bedste resultater (jeg ville være taknemmelig, hvis nogen lod mig vide en bedre). Motorpositionsstyringssystemet er en optisk encoder med 2 bits opløsning. Den består af to diske: den ene af skiverne roterer solidarisk til pinden og har en sort / hvid kodifikation trykt på bundens overflade. Den anden disk er fastgjort til motoren og har to infrarøde CNY70-emitter-receptorsensorer, der kan skelne den sort-hvide farve på den anden disk, og derfor kan de udlede positionen af pinden (FRONT, HØJRE, LEFT og BACK) Ved at kende positionen tillader systemet at centrere pinden før og efter at have slået en klokke, hvilket garanterer en mere præcis bevægelse og lyd.

Trin 4: Opbygning af styreenhedens hardware

Da jeg havde afsluttet de tre tårne, var det tid til at bygge styreenheden. Som jeg forklarede i begyndelsen af teksten, er styreenheden en sort boks bestående af tre elektroniske tavler. Hovedkortet indeholder logikken, den serielle kommunikationskort (1 MAX-232) og mikrokontrolleren (en ATMega32 8 bit RISC mikrokontroller). De to andre tavler indeholder det kredsløb, der er nødvendigt for at styre positionssensorerne (nogle modstande og 3 triggers-schimdt 74LS14) og til at drive motorerne (3 LB293-motordrivere). Du kan tage et kig på skemaerne for at få flere oplysninger.

Du kan downloade ZIP -filen med schematichs -billederne i downlad -området.

Trin 5: Firmware og software

Firmwaren er blevet udviklet i C, med gcc -kompilatoren inkluderet i det gratis WinAVR -udviklingsmiljø (jeg brugte programmører notesblok som IDE). Hvis du kigger på kildekoden, finder du forskellige moduler:

- atb: indeholder "hoved" i projektet og systemintialiseringsrutiner. Er fra "atb", hvor andre moduler kaldes. - UARTparser: er modulet med koden til den serielle parser, som tager noterne sendt af computeren via RS-232 og konverterer dem til kommandoer, der er forståelige for "bevægelser" -modulet. - bevægelser: konverterer en notekommando, der er modtaget fra UARTparser, til et sæt forskellige enkle motoriske bevægelser for at slå et klokkespil. Det fortæller modulet "motor" sekvensen for energi og retning for hver motor. - motorer: implementerer 6 software PWM til at drive motorerne med den præcise energi og den præcise varighed, der er indstillet af "bevægelses" modulet. Computersoftwaren er en enkel Visual Basic 6.0 -applikation, som gør det muligt for brugeren at indtaste og gemme sekvensen af noter, der sammensætter en melodi. Det giver også mulighed for at sende noterne via pc'ens serielle port og lytte til dem, der spilles af Atb. Hvis du vil tjekke firmwaren, kan du downloade den i downloadområdet.

Trin 6: Afsluttende overvejelser, fremtidige ideer og links …

På trods af at instrumentet lyder dejligt, er det ikke hurtigt nok til at spille nogle melodier, faktisk nogle gange desynkroniserer det lidt med melodien. Så jeg planlægger en ny mere effektiv og præcis version, for tidspræcision er en meget vigtig sag, når vi taler om musikinstrumenter. Hvis du spiller en tone med nogle millisekunder forskudt eller forsinker dit øre, finder du noget mærkeligt i melodien. Så hver note skal spilles i det præcise øjeblik med den præcise energi. Årsagen til disse forsinkelser i denne første version af instrumentet er, at det perkussionssystem, jeg har valgt, ikke er så hurtigt, som det burde. Den nye version vil have en meget lignende struktur, men vil bruge solenoider i stedet for motorer. Solenoider er hurtigere og mere præcise, men de er også dyrere og sværere at finde. Denne første version kan bruges til at afspille enkle melodier, som enkeltstående instrument eller i ure, dørklokker … Projektets hovedside: Automatiske Tubular Bells -startside En video af Automatic Tubular Bells: YouTube -video af Automatic Tubular BellsLinks På dette websted finder du næsten alle oplysninger, du skal bruge til at bygge dine egne klokkespil: Making Wind Chimes Af Jim Haworth Making Wind Chimes Af Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group