Campane tubolari automatiche: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

Questo instrucuable spiega i passaggi principali che ho seguito, per costruire il primo prototipo di un set di campane tubolari automatiche che ho costruito nel 2006. Le caratteristiche dello strumento musicale automatico sono: - 12 campane (12 campane tubolari) - Ogni campanello suona una nota, quindi può suonare un'ottava intera (da C a B, inclusi i sustain) - Può suonare fino a 4 note simultanee (quindi può suonare accordi di 4 note carillon) - È controllato tramite porta seriale del PC (standard RS-232) Lo strumento è composto da box centrale e tre torri. Ogni torre contiene 4 campanelli e due motori, ogni motore aziona due dei quattro campanelli. Tutte le torri sono collegate alla scatola della centrale tramite un bus a 10 fili. L'unità di controllo è responsabile di alimentare ogni motore con l'energia e la velocità precise per colpire ogni carillon, suonando le note che il software nel computer gli invia. Internamente è composto da tre tavole. La prima scheda contiene il microcontrollore, che è un Atmel ATMega16, e gli elementi di comunicazione RS-232. Il secondo contiene i circuiti di pilotaggio del motore e il terzo i controller di posizione del motore. Mi ci sono voluti quasi sei mesi per finire questo progetto. I passaggi successivi sono passaggi generali, con le informazioni più rilevanti del processo di costruzione del progetto, i dettagli minori possono essere visualizzati nelle immagini. Un video delle campane tubolari automatiche: Pagina principale del progetto: Home page delle campane tubolari automatiche

Passaggio 1: costruire i carillon

Il primo passo è stato trovare un materiale buono ed economico per costruire i carillon. Dopo aver visitato alcuni negozi e fatto alcuni test, ho scoperto che l'alluminio era il materiale che mi dava il miglior rapporto qualità del suono rispetto al prezzo. Così ho comprato 6 barre di 1 metro di lunghezza ciascuna. Avevano un diametro esterno di 1,6 cm e un diametro interno di 1,5 cm (spessore 1 mm) Una volta che ho avuto le barre ho dovuto tagliarle alla giusta lunghezza per ottenere la frequenza di ogni nota. Ho cercato su Internet e ho trovato alcuni siti interessanti che mi hanno fornito molte informazioni interessanti su come calcolare la lunghezza di ogni barra per ottenere le frequenze che desideravo (vedi sezione collegamenti). Inutile dire che la frequenza che cercavo era la frequenza fondamentale di ogni nota, e come accade in quasi tutti gli strumenti, le battute produrranno altre frequenze simultanee oltre alla fondamentale. Queste altre frequenze simultanee sono le armoniche che normalmente sono multiple della frequenza fondamentale. Il numero, la durata e la proporzione di queste armoniche è responsabile del timbro dello strumento. La relazione tra la frequenza di una nota e la stessa nota nell'ottava successiva è 2. Quindi se la frequenza fondamentale della nota C è 261.6Hz, la frequenza fondamentale di C nell'ottava successiva sarà 2*261.6=523, 25Hz. Poiché sappiamo che la musica dell'Europa occidentale divide un'ottava in 12 gradi di scala (12 semitoni organizzati in 7 note e 5 note sostenute), possiamo calcolare la frequenza del semitono successivo moltiplicando la frequenza della nota precedente per 2 # (1/12). Poiché sappiamo che la frequenza C è 261.6Hz e il rapporto tra 2 semitoni consecutivi è 2 # (1/12) possiamo dedurre tutte le frequenze delle note:NOTA: il simbolo # rappresenta l'operatore potenza. Ad esempio: "a # 2" è lo stesso di "a^2" Nota 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 SOL 369,99 * (2 # (1/12)) = 391,99 Hz 09 Gsust 391,99 * (2 # (1/12)) = 415,30 Hz 10 LA 415,30 * (2 # (1/12)) = 440,00 Hz 11 Asust 440,00 * (2 # (1/12)) = 466, 16 Hz 12 Si 466, 16 * (2 # (1/12)) = 493,88 Hz 13 Do 493,88 * (2 # (1/12)) = 2 * 261,6 = 523,25 Hz La tabella precedente è solo a scopo informativo e non è necessario calcolare la lunghezza delle barre. La cosa più importante è il fattore di relazione tra le frequenze: 2 per la stessa nota nell'ottava successiva e (2 # (1/12) per il semitono successivo. Lo useremo nella formula utilizzata per calcolare la lunghezza delle misure. La formula iniziale che ho trovato su Internet (vedi sezione link) è: f1/f2 = (L2/L1) #2da essa si può facilmente dedurre la formula che ci permetterà di calcolare la lunghezza di ogni battuta, essendo f2 la frequenza della nota successiva che vogliamo calcolare e vogliamo conoscere la successiva frequenza del semitono: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1/(f1*(2#(1/12)))=(L2/L1)#2 … L1*(1/(2#(1/24)))= L2la formula è: L2=L1*(2#(-1/24)) Quindi con questa formula possiamo dedurre la lunghezza del carillon che suonerà il semitono successivo, ma ovviamente avremo bisogno della lunghezza del carillon che suona la prima nota. Come si calcola? Non so come calcolare la lunghezza del primo carillon. Suppongo che esista una formula che mette in relazione le proprietà fisiche del materiale, la dimensione della barra (lunghezza, esterno e d diametro interno) con la frequenza con cui suonerà, ma non lo so. L'ho trovato semplicemente accordandolo con l'aiuto del mio orecchio e della mia chitarra (puoi anche usare un diapason o un frecuencemetro della scheda audio del PC per accordarlo).

Fase 2: Le Tre Torri

Dopo aver tagliato le barre alla giusta lunghezza, ho dovuto costruire un supporto per appenderle. Ho fatto alcuni schizzi e alla fine ho costruito queste tre torri che puoi vedere nelle foto. Ho appeso quattro campane a ogni torre facendo passare un filo di nylon attraverso i fori che ho fatto vicino alla parte superiore e inferiore di ogni campanello. Ho dovuto praticare dei fori sulla parte superiore e inferiore perché era necessario fissare i carillon su entrambi i lati per evitare che oscillassero senza controllo quando venivano colpiti dai bastoncini. La distanza precisa per posizionare i fori era una questione delicata e dovevano coincidere con i due nodi di vibrazione della frequenza fondamentale della barra, che sono al 22,4% dall'alto e dal basso. Questi nodi sono i punti di non movimento quando le barre oscillano alla sua frequenza fondamentale e il fissaggio della barra in questi punti non dovrebbe influenzarli durante la vibrazione. Ho anche aggiunto 4 viti sulla parte superiore di ogni torre per consentire la regolazione della tensione del filo di nylon di ogni cicalino.

Passaggio 3: i motori e gli attacchi

Il passo successivo è stato costruire i dispositivi che muovono i bastoncini dell'attaccante. Questa è stata un'altra parte critica e, come puoi vedere nelle immagini, alla fine ho deciso di utilizzare i motori CC per spostare ogni percussore. Ogni motore ha lo stick dell'attaccante e un sistema di controllo della posizione collegato ad esso e viene utilizzato per azionare un paio di campanelli. Il bastone dell'attaccante è un pezzo di punta di bicicletta con un cilindro di legno nero all'estremità. Questo cilindro è ricoperto da una sottile pellicola di plastica autoadesiva. Questa combinazione di materiali offre una sonorità morbida ma forte quando si colpisce le barre. Infatti ho provato altre combinazioni, e questa è stata quella che mi ha dato i risultati migliori (sarei grato se qualcuno me ne facesse sapere una migliore). Il sistema di controllo della posizione del motore è un encoder ottico di 2 bit di risoluzione. È composto da due dischi: uno dei dischi ruota solidale al bastoncino e ha una codifica in bianco e nero stampata sulla sua superficie inferiore. L'altro disco è fissato al motore e dispone di due sensori emettitore-ricevitore a infrarossi CNY70 in grado di distinguere il colore bianco e nero dell'altro disco, e quindi di dedurre la posizione dello stick (FRONT, RIGHT, LEFT e BACK) Conoscere la posizione permette al sistema di centrare la bacchetta prima e dopo aver suonato una campana ciò che garantisce un movimento e un suono più precisi.

Passaggio 4: creazione dell'hardware dell'unità di controllo

Una volta terminate le tre torri, è arrivato il momento di costruire l'unità di controllo. Come ho spiegato all'inizio del testo, la centralina è una scatola nera composta da tre schede elettroniche. La scheda madre contiene la logica, l'adattatore di comunicazione seriale (1 MAX-232) e il microcontrollore (un microcontrollore RISC ATMega32 8 bit). Le altre due schede contengono la circuiteria necessaria per controllare i sensori di posizione (alcune resistenze e 3 trigger-schimdt 74LS14) e per alimentare i motori (3 motor driver LB293). Puoi dare un'occhiata agli schemi per avere maggiori informazioni.

Puoi scaricare lo ZIP con le immagini degli schemi nell'area download.

Passaggio 5: firmware e software

Il firmware è stato sviluppato in C, con il compilatore gcc incluso nell'ambiente di sviluppo gratuito WinAVR (ho usato il notepad del programmatore come IDE). Se dai un'occhiata al codice sorgente troverai diversi moduli:

- atb: contiene il "main" del progetto e le routine di inizializzazione del sistema. Viene da "atb" dove vengono chiamati altri moduli. - UARTparser: è il modulo con il codice del parser seriale, che prende le note inviate dal computer tramite la RS-232 e le converte in comandi comprensibili per il modulo "movimenti". - movimenti: converte un comando di nota ricevuto da UARTparser, in un insieme di diversi semplici movimenti del motore per suonare un campanello. Indica al modulo "motore" la sequenza di energia e direzione di ciascun motore. - motori: implementa 6 software PWM per alimentare i motori con la precisa energia e la precisa durata impostati dal modulo "movimento". Il software del computer è una semplice applicazione Visual Basic 6.0 che consente all'utente di inserire e memorizzare la sequenza di note che compongono una melodia. Consente inoltre di inviare le note tramite la porta seriale del PC e di ascoltarle suonate dall'Atb. Se vuoi controllare il firmware puoi scaricarlo nell'area download.

Passaggio 6: Considerazioni finali, idee future e collegamenti…

Nonostante lo strumento suoni bene, non è abbastanza veloce per suonare alcune melodie, infatti alcune volte si desincronizza un po' con la melodia. Quindi sto progettando una nuova versione più efficace e precisa, perché la precisione del tempo è una questione molto importante quando si parla di strumenti musicali. Se suoni una nota con qualche millisecondo di anticipo o di ritardo, il tuo orecchio troverà qualcosa di strano nella melodia. Quindi ogni nota deve essere suonata nel momento preciso con l'energia precisa. La causa di questi ritardi in questa prima versione dello strumento è che il sistema di percussioni che ho scelto non è veloce come dovrebbe. La nuova versione avrà una struttura molto simile, ma utilizzerà solenoidi invece di motori. I solenoidi sono più veloci e precisi ma sono anche più costosi e difficili da trovare. Questa prima versione può essere utilizzata per suonare semplici melodie, come strumento autonomo, o in orologi, campanelli… Pagina principale del progetto: Home page Campane Tubolari Automatiche Un video delle Campane Tubolari Automatiche:Video YouTube delle Campane Tubolari AutomaticheLinkIn questi siti troverete quasi tutte le informazioni di cui avrai bisogno per costruire i tuoi carillon: Fare campanelli eolici di Jim Haworth Realizzare campanelli eolici di Jim KirkpatrickGruppi di campanelli eolici Costruttori Message Group