Una cassa acustica tascabile: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Questo dispositivo non solo sta in una tasca ma produce anche vari toni musicali simili a quelli di una cornamusa (a mio parere) tramite varie combinazioni di sei pulsanti. Ovviamente, è solo un gadget per divertire i bambini; tuttavia, il suo principio di funzionamento potrebbe essere utilizzato (spero) in manufatti di musica elettronica più seri.

Passaggio 1: descrizione del circuito

Oscillatore controllato in tensione (VCO)

L'oscillatore è costruito con un IC LM331 (un datasheet disponibile qui: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), un convertitore tensione-frequenza con una proporzione esattamente lineare tra la tensione di ingresso (Vin) e la frequenza degli impulsi in uscita (Fout). Un transistor interno all'uscita dell'IC (pin 3) si apre con la frequenza che è una funzione lineare della tensione di ingresso. La tensione di alimentazione Vs è collegata al pin3 tramite il resistore R20; di conseguenza, in uscita appare un treno di impulsi. Questi impulsi aprono periodicamente il transistor esterno Q1 che pilota l'altoparlante producendo così un suono. La tensione di ingresso proviene da un sommatore di tensione in grado di fornire tensioni diverse tramite diverse combinazioni dei suoi pulsanti. Sia l'oscillatore che il sommatore sono alimentati con una batteria da 9 volt.

Sommatore di tensione (VA)

Il sommatore di tensione passivo è composto da 6 divisori di tensione ognuno dei quali è composto da un potenziometro trimmer, una resistenza e un diodo. Quando si preme un pulsante, la tensione Vs dalla batteria viene applicata al partitore di tensione corrispondente. La tensione di uscita di un partitore corrisponde ad una specifica frequenza generata dal VCO. Essendo la frequenza delle oscillazioni direttamente proporzionale alla tensione di ingresso dell'integrato, ogni partitore produce la tensione che è del 6% superiore alla tensione prodotta dal partitore precedente. Il motivo è che le frequenze di due note consecutive differiscono del 6%; quindi, sei divisori producono tensioni corrispondenti a sei note diverse. Il resistore converte la tensione in corrente che può essere aggiunta alle correnti di altri divisori quando vengono premuti più pulsanti. Il diodo non consente alla corrente di un partitore di fluire in altri divisori, la corrente può fluire solo verso il resistore sommatore R13; quindi, tutti i divisori sono indipendenti l'uno dall'altro. Puoi leggere di più sui sommatori di tensione passiva qui:

Sommatore di tensione passivo

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

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

Mixer audio

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

Passaggio 2: regolazione delle tensioni

Ecco come ho proceduto a impostare le tensioni necessarie:

1) Collegare un voltmetro tra massa e Vin.

2) Premere tutti i pulsanti di VA, leggere il voltmetro. Nel mio caso ha letto 1,10 Volt. Questa è la tensione massima disponibile all'uscita del VA. Il layout dei PB è mostrato nell'immagine sopra.

3) Prendere come 'V1' la tensione prodotta dal 1° partitore (pulsante 1). Essendo che ogni tensione è maggiore del 6% rispetto alla precedente, comporre un'equazione:

V1 + 1.06xV1 + (1.06^2)xV1 + (1.06^3)xV1 + (1.06^4)xV1 + (1.06^5)xV1 = 1.10

Risolvendo questo per "V1" si ottiene V1 = 0,158 V

Pertanto le tensioni agli altri divisori sono: V2 = 0,167V, V3 = 0,177V, V4 = 0,187V, V5 = 0,199V, V6 = 0,211V. Ho arrotondato questi valori al secondo decimale: V1 = 0,16 V, V2 = 0,17 V, V3 = 0,18 V, V4 = 0,19 V, V5 = 0,20 V, V6 = 0,21 V.

Regolare i trimmer corrispondenti per ottenere questi valori. Se la frequenza di uscita del VCO non corrisponde ad una nota specifica, regolare il trimmer R19 del VCO (senza toccare i trimmer del VA!) fino a generare una nota specifica. R19 consente di regolare la frequenza di uscita del VCO senza un determinato intervallo senza modificare Vin. Puoi controllare le frequenze delle note con un frequenzimetro o sintonizzarti su una nota con un sintonizzatore audio (ad esempio, Garage Band ha questa funzione nella sezione "registrazione vocale").

Secondo i miei calcoli, il VA può generare 34 tensioni indipendenti; solo sei corrispondono a note esatte, le combinazioni dei pulsanti danno toni che sono intorno alle note esatte entro +/- 30 cent (un cent è un 1/100 di semitono).

Troverai una tabella con le note e le rispettive frequenze qui:

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

Passaggio 3: Distinta base

sommatore di tensione

SW1… SW6 – pulsanti

R1, R3, R5, R7, R9, R11 – trimmer 5K

R2, R4, R6, R8, R10, R12 – 1K

R13 – 330 Ohm

D1…D6 – IN4001

Oscillatore controllato in tensione

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, ceramica

C2 – 1.0, mylar

C3 – 0,01, ceramica

LS1 – piccolo altoparlante con impedenza di 150 Ohm

SW1 – interruttore

Presa per IC

Batteria 9V

Nota: la potenza nominale di tutti i resistori è 0,125 W, precisione (tutti tranne R15, R17, R18) - 5%, precisione di R15, R17, R18 - 1%. Sarebbe anche desiderabile utilizzare trimmer multigiro ad alta precisione per una regolazione più precisa.

Passaggio 4: strumenti e strumenti

Avevo bisogno di un coltello x-acto per realizzare il circuito, quindi un saldatore con saldatura e un tronchese per costruire il circuito stesso. È necessario un cacciavite fine per regolare i trimmer per impostare le tensioni necessarie nei divisori. È necessario un multimetro per monitorare le tensioni regolate e controllare il circuito in generale.

Puoi osservare le note su cui sintonizzi il circuito con un sintonizzatore sonoro, come quello incorporato in Garage Band. Puoi anche usare un oscilloscopio virtuale come Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/) per vedere le oscillazioni. Ho allegato una cattura dello schermo di questo oscilloscopio che mostra la forma delle oscillazioni generate dal mio dispositivo.

Passaggio 5: custodia e circuito stampato

Ho usato una scatola disponibile in plastica trasparente e di dimensioni 125 x 65 x 28 mm. L'ho verniciato di bianco all'interno e ho apportato altre modifiche necessarie per ospitare la parte elettronica del mio dispositivo. Sei libero di seguire il tuo percorso nella realizzazione di questo recinto. Per quanto riguarda il circuito stampato, l'ho realizzato in textolite di vetro rivestito di rame tagliando pad quadrati nella lamina e saldando i componenti a questi pad. Trovo questo metodo più conveniente rispetto alla realizzazione di un PCB quando si tratta di un solo pezzo.