Eine Soundbox im Taschenformat - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Dieses Gerät passt nicht nur in die Hosentasche, sondern erzeugt durch verschiedene Kombinationen von sechs Druckknöpfen (meiner Meinung nach) verschiedene Musiktöne ähnlich denen eines Dudelsacks. Offensichtlich ist es nur ein Gadget, um Kinder zu amüsieren; sein Funktionsprinzip könnte jedoch (hoffe ich) in ernsthafteren elektronischen Musikartefakten verwendet werden.

Schritt 1: Beschreibung der Schaltung

Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO)

Der Oszillator besteht aus einem IC LM331 (ein Datenblatt hier: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), einem Spannungs-Frequenz-Wandler mit exakt linearem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung (Vin) und die Pulsfrequenz am Ausgang (Fout). Ein interner Transistor am Ausgang des ICs (Pin 3) öffnet mit der Frequenz, die linear von der Eingangsspannung abhängt. Die Versorgungsspannung Vs ist über den Widerstand R20 mit Pin3 verbunden; als Ergebnis erscheint am Ausgang eine Impulsfolge. Diese Impulse öffnen periodisch den externen Transistor Q1, der den Lautsprecher ansteuert und so einen Ton erzeugt. Die Eingangsspannung kommt von einem Spannungsaddierer, der durch unterschiedliche Tastenkombinationen unterschiedliche Spannungen bereitstellen kann. Sowohl der Oszillator als auch der Addierer werden mit einer 9-Volt-Batterie gespeist.

Spannungsaddierer (VA)

Der passive Spannungsaddierer besteht aus 6 Spannungsteilern, die jeweils aus einem Potentiometer-Trimmer, einem Widerstand und einer Diode bestehen. Beim Drücken eines Tasters wird die Spannung Vs aus der Batterie an den entsprechenden Spannungsteiler angelegt. Die Ausgangsspannung eines Teilers entspricht einer bestimmten vom VCO erzeugten Frequenz. Da die Frequenz der Schwingungen direkt proportional zur Eingangsspannung des ICs ist, erzeugt jeder Teiler eine Spannung, die 6% höher ist als die Spannung des vorherigen Teilers. Der Grund dafür ist, dass sich die Frequenzen zweier aufeinanderfolgender Noten um 6% unterscheiden; somit erzeugen sechs Teiler Spannungen, die sechs verschiedenen Noten entsprechen. Der Widerstand wandelt Spannung in Strom um, der beim Drücken mehrerer Tasten zu den Strömen anderer Teiler addiert werden kann. Die Diode lässt den Strom von einem Teiler nicht in andere Teiler fließen, der Strom kann nur zum Summierwiderstand R13 fließen; somit sind alle Teiler unabhängig voneinander. Hier können Sie mehr über passive Spannungsaddierer lesen:

Passiver Spannungsaddierer

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

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

Audiomischer

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

Schritt 2: Spannungen einstellen

So habe ich die notwendigen Spannungen eingestellt:

1) Schließen Sie ein Voltmeter zwischen Masse und Vin an.

2) Drücken Sie alle Drucktasten des VA, lesen Sie das Voltmeter ab. In meinem Fall lautete es 1,10 Volt. Das ist die maximal verfügbare Spannung am Ausgang des VA. Das Layout der PBs ist im Bild oben dargestellt.

3) Nehmen Sie die vom 1. Teiler (Taster 1) erzeugte Spannung als „V1“. Da jede Spannung 6% höher ist als die vorherige, stellen Sie eine Gleichung auf:

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

Wenn man dies nach 'V1' auflöst, ergibt sich V1 = 0,158V

Daher sind die Spannungen an den anderen Teilern: V2 = 0,167 V, V3 = 0,177 V, V4 = 0,187 V, V5 = 0,199 V, V6 = 0,211 V. Ich habe diese Werte auf die zweite Dezimalstelle gerundet: V1 = 0,16 V, V2 = 0,17 V, V3 = 0,18 V, V4 = 0,19 V, V5 = 0,20 V, V6 = 0,21 V.

Stellen Sie die entsprechenden Trimmer ein, um diese Werte zu erhalten. Wenn die Ausgangsfrequenz des VCO nicht einer bestimmten Note entspricht, justieren Sie den Trimmer R19 des VCO (ohne die Trimmer des VA zu berühren!), bis eine bestimmte Note erzeugt wird. R19 ermöglicht es, die Ausgangsfrequenz des VCO ohne bestimmten Bereich einzustellen, ohne Vin zu ändern. Sie können entweder die Frequenzen der Noten mit einem Frequenzmesser überprüfen oder mit einem Soundtuner auf eine Note stimmen (zum Beispiel bietet Garage Band diese Funktion im Abschnitt „Sprachaufnahme“).

Nach meiner Berechnung kann der VA 34 unabhängige Spannungen erzeugen; nur sechs von ihnen stimmen mit genauen Noten überein, die Kombinationen der Drucktasten ergeben Töne, die innerhalb von +/- 30 Cent um genaue Töne liegen (ein Cent ist ein 1/100 eines Halbtons).

Eine Tabelle mit Noten und deren Häufigkeiten finden Sie hier:

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

Schritt 3: Stückliste

Spannungsaddierer

SW1… SW6 – Taster

R1, R3, R5, R7, R9, R11 – Trimmer 5K

R2, R4, R6, R8, R10, R12 – 1K

R13 – 330 Ohm

D1…D6 – IN4001

Spannungsgesteuerter Oszillator

IC 1 – LM331

Q1 – 2N3904

R14, R16 – 100K

R15 – 47 Ohm

R17 – 6,8K

R18 – 12K

R19 – Trimmer 10K

R20 – 10K

R21 – 1K

C1 – 0,1, Keramik

C2 – 1.0, Mylar

C3 – 0,01, Keramik

LS1 – kleiner Lautsprecher mit einer Impedanz von 150 Ohm

SW1 – Schalter

Sockel für IC

Batterie 9V

Hinweis: Nennleistung aller Widerstände beträgt 0,125 W, Genauigkeit (alle außer R15, R17, R18) - 5%, Genauigkeit von R15, R17, R18 – 1%. Es wäre auch wünschenswert, hochpräzise Multiturn-Trimmer für eine genauere Einstellung zu verwenden.

Schritt 4: Instrumente und Werkzeuge

Ich brauchte ein x-acto-Messer, um die Platine zu machen, dann einen Lötkolben mit Lötmittel und einen Drahtschneider, um die Schaltung selbst zu bauen. Ein feiner Schraubendreher wird benötigt, um Trimmer einzustellen, um die notwendigen Spannungen in den Teilern einzustellen. Ein Multimeter wird benötigt, um die eingestellten Spannungen zu überwachen und die Schaltung im Allgemeinen zu überprüfen.

Sie können die Töne beobachten, auf die Sie die Schaltung mit einem Soundtuner abstimmen, wie er in Garage Band eingebettet ist. Sie können auch ein virtuelles Oszilloskop wie Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/) verwenden, um die Schwingungen zu sehen. Ich habe eine Bildschirmaufnahme dieses Oszilloskops beigefügt, die die Form der von meinem Gerät erzeugten Schwingungen zeigt.

Schritt 5: Gehäuse und Platine

Ich habe eine vorhandene Box aus transparentem Kunststoff mit den Maßen 125 x 65 x 28 mm verwendet. Ich habe es innen weiß gestrichen und andere Änderungen vorgenommen, die erforderlich sind, um den elektronischen Teil meines Geräts zu hosten. Es steht Ihnen frei, Ihren eigenen Weg bei der Herstellung dieses Gehäuses zu gehen. Was die Leiterplatte betrifft, habe ich sie aus kupferplattiertem Glastextolith hergestellt, indem ich quadratische Pads in die Folie geschnitten und Komponenten an diese Pads gelötet habe. Ich finde diese Methode bequemer als die Herstellung einer Leiterplatte, wenn es sich nur um ein Stück handelt.