Automatische Röhrenglocken - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:22

Diese Anleitung erklärt die wichtigsten Schritte, die ich befolgt habe, um den ersten Prototyp eines Satzes automatischer Röhrenglocken zu bauen, den ich im Jahr 2006 gebaut habe. Die automatischen Musikinstrumentmerkmale sind: - 12 Glockenspiele (12 Röhrenglocken) - Jedes Glockenspiel spielt eine Note, also kann eine volle Oktave spielen (von C nach B, einschließlich Sustains) - Es kann bis zu 4 gleichzeitige Noten spielen (so kann es 4 Noten-Glockenakkorde spielen) - Es wird über den seriellen PC-Port gesteuert (Standard RS-232) Das Instrument ist bestehend aus dem Steuergerätekasten und drei Türmen. Jeder Turm enthält 4 Glocken und zwei Motoren, jeder Motor schlägt zwei der vier Glocken. Alle Türme sind über einen 10-Draht-Bus mit der Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit ist dafür verantwortlich, jeden Motor mit der genauen Energie und Geschwindigkeit zu versorgen, um jeden Glockenschlag zu schlagen, und spielt die Noten, die die Software im Computer an ihn sendet. Es besteht intern aus drei Boards. Die erste Platine enthält den Mikrocontroller, einen Atmel ATMega16, und die RS-232-Kommunikationselemente. Der zweite enthält die Motortreiberschaltungen und der dritte die Motorpositionsregler. Ich habe fast ein halbes Jahr gebraucht, um dieses Projekt abzuschließen. Die nächsten Schritte sind allgemeine Schritte, mit den wichtigsten Informationen über den Bauprozess des Projekts, kleinere Details können auf den Bildern angezeigt werden. Ein Video der automatischen Röhrenglocken: Hauptseite des Projekts:Startseite der automatischen Röhrenglocke

Schritt 1: Bauen der Glocken

Der erste Schritt war, ein gutes und billiges Material zu finden, um Glockenspiele zu bauen. Nachdem ich einige Geschäfte besucht und einige Tests durchgeführt hatte, stellte ich fest, dass Aluminium das Material war, das mir das beste Verhältnis zwischen Klangqualität und Preis bot. Also kaufte ich 6 Stangen von jeweils 1 Meter Länge. Sie hatten einen Außendurchmesser von 1,6 cm und einen Innendurchmesser von 1,5 cm (1 mm Dicke). Sobald ich die Stäbe hatte, musste ich sie auf die richtige Länge schneiden, um die Frequenz jeder Note zu erhalten. Ich suchte im Internet und fand einige interessante Seiten, die mir viele interessante Informationen darüber lieferten, wie man die Länge jedes Balkens berechnet, um die gewünschten Frequenzen zu erhalten (siehe Abschnitt "Links"). Unnötig zu erwähnen, dass die Frequenz, die ich suchte, die Grundfrequenz jeder Note war, und wie bei fast allen Instrumenten werden die Takte andere gleichzeitige Frequenzen neben dem Grundton erzeugen. Diese anderen simultanen Frequenzen sind die Harmonischen, die normalerweise ein Vielfaches der Grundfrequenz sind. Die Anzahl, Dauer und Proportion dieser Obertöne ist für die Klangfarbe des Instruments verantwortlich. Die Beziehung zwischen der Frequenz einer Note und derselben Note in der nächsten Oktave ist 2. Wenn die Grundfrequenz der C-Note also 261,6 Hz beträgt, beträgt die Grundfrequenz von C in der nächsten Oktave 2 * 261,6 = 523, 25 Hz. Da wir wissen, dass die westeuropäische Musik eine Oktave in 12 Tonleiterschritte unterteilt (12 Halbtöne in 7 Noten und 5 gehaltene Noten), können wir die Frequenz des nächsten Halbtons berechnen, indem wir die Frequenz der vorherigen Note mit 2 # (1/12) multiplizieren. Da wir wissen, dass die C-Frequenz 261,6 Hz beträgt und das Verhältnis zwischen 2 aufeinanderfolgenden Halbtönen 2 # (1/12) ist, können wir alle Notenfrequenzen ableiten: HINWEIS: Das #-Symbol steht für den Potenzoperator. Zum Beispiel: "a # 2" ist dasselbe wie "a^2" Anmerkung 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 Die vorherige Tabelle dient nur zu Informationszwecken und es ist nicht erforderlich, die Stablänge zu berechnen. Das Wichtigste ist der Beziehungsfaktor zwischen den Frequenzen: 2 für dieselbe Note in der nächsten Oktave und (2 # (1/12) für den nächsten Halbton. Wir verwenden ihn in der Formel zur Berechnung der Taktlänge Die Anfangsformel, die ich im Internet gefunden habe (siehe Abschnitt Links) lautet: f1/f2 = (L2/L1) # 2 Daraus können wir leicht die Formel ableiten, mit der wir die Länge jedes Takts berechnen können. Da f2 die Frequenz ist der nächsten Note wollen wir berechnen und wir wollen die nächste Halbtonfrequenz wissen: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1*(2#(1/12)))=(L2/L1)#2 … L1*(1/(2#(1/24)))= L2die Formel lautet: L2=L1*(2#(-1/24)) Mit dieser Formel können wir also die Länge des Glockenspiels ableiten der den nächsten Halbton spielt, aber natürlich brauchen wir die Länge des Glockenspiels, das die erste Note spielt. Wie können wir es berechnen? Ich weiß nicht, wie man die Länge des ersten Glockenspiels berechnet. Ich nehme an, es gibt eine Formel, die bezieht sich auf die physikalischen Eigenschaften des Materials, die Größe des Stabes (Länge, äußere und d Innendurchmesser) mit der Frequenz, die es spielen wird, aber ich weiß es nicht. Ich habe es einfach gefunden, indem ich es mit Hilfe meines Ohrs und meiner Gitarre gestimmt habe (Sie können auch eine Stimmgabel oder einen PC-Soundkarten-Frequenzmesser verwenden, um es zu stimmen).

Schritt 2: Die drei Türme

Nachdem ich die Stangen auf die richtige Länge geschnitten hatte, musste ich eine Stütze bauen, um sie aufzuhängen. Ich habe einige Skizzen gemacht und schließlich diese drei Türme gebaut, die Sie auf den Bildern sehen können. Ich hängte vier Glocken an jedem Turm, indem ich einen Nylondraht durch die Löcher führte, die ich in der Nähe der Ober- und Unterseite jeder Glocke machte. Ich musste oben und unten Löcher bohren, weil die Glocken auf beiden Seiten befestigt werden mussten, damit sie nicht unkontrolliert schwingen, wenn sie von den Stöcken getroffen werden. Der genaue Abstand zum Platzieren der Löcher war eine heikle Angelegenheit und sie mussten mit den beiden Schwingungsknoten der Grundfrequenz des Balkens übereinstimmen, die bei 22,4% von oben und unten liegen. Diese Knoten sind die bewegungsfreien Punkte, wenn der Balken mit seiner Grundfrequenz schwingt, und die Fixierung des Balkens an diesen Punkten sollte sie beim Vibrieren nicht beeinflussen. Ich habe auch 4 Schrauben an der Oberseite jedes Turms hinzugefügt, um die Spannung des Nylondrahts jedes Glockenspiels einzustellen.

Schritt 3: Die Motoren und Stricker

Der nächste Schritt war der Bau der Geräte, die die Schlagstöcke bewegen. Dies war ein weiterer kritischer Teil, und wie Sie auf den Bildern sehen können, entschied ich mich schließlich, Gleichstrommotoren zu verwenden, um jeden Schläger zu bewegen. Jeder Motor hat den Schlagstock und ein daran befestigtes Positionskontrollsystem und wird verwendet, um ein Paar Glocken zu schlagen. Der Schlagstock ist ein Stück Fahrradspike mit einem schwarzen Holzzylinder am Ende. Dieser Zylinder ist mit einer dünnen selbstklebenden Kunststofffolie überzogen. Diese Materialkombination sorgt für einen leisen, aber lauten Klang beim Anschlagen der Balken. Tatsächlich habe ich einige andere Kombinationen getestet, und diese hat mir die besten Ergebnisse gebracht (ich wäre dankbar, wenn mir jemand eine bessere mitteilen würde). Das Motorpositionskontrollsystem ist ein optischer Encoder mit 2 Bit Auflösung. Es besteht aus zwei Scheiben: Eine der Scheiben dreht sich solidarisch mit dem Stab und ist auf der Unterseite mit einer schwarz-weißen Kodierung bedruckt. Die andere Scheibe ist am Motor befestigt und verfügt über zwei Infrarot-Sender-Empfänger-Sensoren CNY70, die die Schwarz- und Weißfarbe der anderen Scheibe unterscheiden und so die Position des Knüppels (VORNE, RECHTS, LINKS und HINTEN) ableiten können. Die Kenntnis der Position ermöglicht es dem System, den Knüppel vor und nach dem Anschlagen einer Glocke zu zentrieren, was eine präzisere Bewegung und einen präziseren Klang garantiert.

Schritt 4: Aufbau der Hardware der Steuereinheit

Nachdem ich die drei Türme fertiggestellt hatte, war es an der Zeit, die Steuereinheit zu bauen. Wie ich am Anfang des Textes erklärt habe, ist die Steuereinheit eine Blackbox, die aus drei elektronischen Platinen besteht. Die Hauptplatine enthält die Logik, den seriellen Kommunikationsadapter (1 MAX-232) und den Mikrocontroller (ein ATMega32 8-Bit-RISC-Mikrocontroller). Die anderen beiden Platinen enthalten die Schaltung, die benötigt wird, um die Positionssensoren (einige Widerstände und 3 Trigger-Schimdt 74LS14) zu steuern und die Motoren (3 LB293-Motortreiber) zu versorgen. Sie können einen Blick auf die Schaltpläne werfen, um weitere Informationen zu erhalten.

Sie können die ZIP mit den Schaltplanbildern im Downloadbereich herunterladen.

Schritt 5: Firmware und Software

Die Firmware wurde in C entwickelt, wobei der gcc-Compiler in der kostenlosen WinAVR-Entwicklungsumgebung enthalten ist (ich habe Programmierer Notepad als IDE verwendet). Wenn Sie einen Blick in den Quellcode werfen, finden Sie verschiedene Module:

- atb: enthält die "Haupt" des Projekts und die Systeminitialisierungsroutinen. Ist von "atb", wo andere Module aufgerufen werden. - UARTparser: ist das Modul mit dem Code des seriellen Parsers, der die vom Computer über die RS-232 gesendeten Notizen aufnimmt und in für das Modul "Bewegungen" verständliche Befehle umwandelt. - Bewegungen: wandelt einen vom UARTparser empfangenen Notenbefehl in eine Reihe von verschiedenen einfachen Motorbewegungen um, um ein Glockenspiel zu schlagen. Es teilt dem Modul "Motor" die Reihenfolge der Energie und Richtung jedes Motors mit. - Motoren: Implementiert 6 Software-PWM, um die Motoren mit der genauen Energie und der genauen Dauer zu versorgen, die vom Modul "Bewegung" eingestellt werden. Die Computersoftware ist eine einfache Visual Basic 6.0-Anwendung, die es dem Benutzer ermöglicht, die Notenfolge, aus der eine Melodie besteht, einzugeben und zu speichern. Es ermöglicht auch das Senden der Noten über den seriellen PC-Port und das Anhören der vom Atb gespielten Noten. Wenn Sie die Firmware ausprobieren möchten, können Sie sie im Downloadbereich herunterladen.

Schritt 6: Abschließende Überlegungen, zukünftige Ideen und Links…

Obwohl das Instrument schön klingt, ist es nicht schnell genug, um einige Melodien zu spielen, tatsächlich desynchronisiert es manchmal etwas mit der Melodie. Deshalb plane ich eine neue, effektivere und präzisere Version, denn Zeitgenauigkeit ist ein sehr wichtiges Thema, wenn es um Musikinstrumente geht. Wenn Sie eine Note mit einigen Millisekunden vor- oder nach hinten spielen, wird Ihr Ohr etwas Seltsames in der Melodie finden. So muss jede Note im genauen Moment mit der genauen Energie gespielt werden. Der Grund für diese Verzögerungen in dieser ersten Version des Instruments ist, dass das Percussion-System, das ich gewählt habe, nicht so schnell ist, wie es sollte. Die neue Version wird einen sehr ähnlichen Aufbau haben, jedoch Magnetspulen anstelle von Motoren verwenden. Magnetspulen sind schneller und präziser, aber auch teurer und schwerer zu finden. Diese erste Version kann verwendet werden, um einfache Melodien zu spielen, als eigenständiges Instrument, oder in Uhren, Türklingeln… fast alle Informationen, die Sie benötigen, um Ihre eigenen Glockenspiele zu bauen: Windspiele erstellen Von Jim Haworth Windspiele erstellen Von Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group