Uma caixa de som de bolso: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Este dispositivo não só cabe no bolso, mas também produz vários tons musicais semelhantes aos de uma gaita de foles (na minha opinião) por meio de várias combinações de seis botões de pressão. Obviamente, é apenas um gadget para divertir as crianças; no entanto, seu princípio de funcionamento poderia ser usado (espero) em artefatos de música eletrônica mais sérios.

Etapa 1: Descrição do circuito

Oscilador controlado por tensão (VCO)

O oscilador é construído com um IC LM331 (uma folha de dados disponível aqui: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), um conversor de tensão para frequência com proporção exatamente linear entre a tensão de entrada (Vin) e a frequência dos pulsos na saída (Fout). Um transistor interno na saída do IC (pino 3) abre com a frequência que é uma função linear da tensão de entrada. A tensão de alimentação Vs é conectada ao pino 3 através do resistor R20; como resultado, um trem de pulsos aparece na saída. Esses pulsos abrem periodicamente o transistor externo Q1 que aciona o alto-falante, produzindo assim um som. A tensão de entrada vem de um somador de tensão que pode fornecer diferentes tensões por meio de diferentes combinações de seus botões. Tanto o oscilador quanto o adicionador são energizados com uma bateria de 9 volts.

Adicionador de tensão (VA)

O somador passivo de voltagem consiste em 6 divisores de voltagem, cada um dos quais é composto por um potenciômetro trimmer, um resistor e um diodo. Quando um botão é pressionado, a tensão Vs da bateria é aplicada ao divisor de tensão correspondente. A tensão de saída de um divisor corresponde a uma frequência específica gerada pelo VCO. Sendo a frequência das oscilações diretamente proporcional à tensão de entrada do CI, cada divisor produz uma tensão 6% maior do que a tensão produzida pelo divisor anterior. A razão é que as frequências de duas notas consecutivas diferem em 6%; assim, seis divisores produzem tensões correspondentes a seis notas diferentes. O resistor converte a tensão em corrente que pode ser adicionada às correntes de outros divisores quando vários botões são pressionados. O diodo não permite que a corrente de um divisor flua para outros divisores, a corrente pode fluir apenas em direção ao resistor somador R13; assim, todos os divisores são independentes uns dos outros. Você pode ler mais sobre somadores de tensão passivos aqui:

Adicionador de tensão passiva

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

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

Mixers de áudio

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

Etapa 2: Ajustando as tensões

É assim que procedi para definir as tensões necessárias:

1) Conecte um voltímetro entre o aterramento e Vin.

2) Pressione todos os botões VA, leia o voltímetro. No meu caso, leu 1,10 Volts. Essa é a tensão máxima disponível na saída do VA. O layout dos PBs é mostrado na imagem acima.

3) Considere a tensão produzida pelo primeiro divisor (botão 1) como 'V1'. Sendo que toda tensão é 6% maior que a anterior, componha uma equação:

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

Resolver isso para 'V1' dá V1 = 0,158V

Portanto, as tensões nos outros divisores são: V2 = 0,167 V, V3 = 0,177 V, V4 = 0,187 V, V5 = 0,199 V, V6 = 0,211 V. Arredondei esses valores para o segundo decimal: V1 = 0,16 V, V2 = 0,17 V, V3 = 0,18 V, V4 = 0,19 V, V5 = 0,20 V, V6 = 0,21 V.

Ajuste os trimmers correspondentes para obter esses valores. Se a frequência de saída do VCO não corresponder a uma nota específica, ajuste o trimmer R19 do VCO (sem tocar os trimmers do VA!) Até que uma nota específica seja gerada. R19 torna possível ajustar a frequência de saída do VCO sem certa faixa sem alterar Vin. Você pode verificar as frequências das notas com um medidor de frequência ou sintonizar uma nota com um sintonizador de som (por exemplo, Garage Band tem esse recurso na seção de "gravação de voz").

De acordo com meus cálculos, o VA pode gerar 34 tensões independentes; apenas seis deles correspondem a notas exatas, as combinações dos botões fornecem tons que estão em torno de notas exatas dentro de +/- 30 centavos (um centésimo é 1/100 de um semitom).

Você encontrará uma tabela com notas e suas respectivas frequências aqui:

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

Etapa 3: Lista de materiais

Somador de voltagem

SW1… SW6 - botões de pressão

R1, R3, R5, R7, R9, R11 - aparadores 5K

R2, R4, R6, R8, R10, R12 - 1K

R13 - 330 Ohm

D1… D6 - IN4001

Oscilador controlado por tensão

IC 1 - LM331

Q1 - 2N3904

R14, R16 - 100K

R15 - 47 Ohm

R17 - 6,8K

R18 - 12K

R19 - aparador 10K

R20 - 10K

R21 - 1K

C1 - 0,1, cerâmica

C2 - 1.0, mylar

C3 - 0,01, cerâmica

LS1 - pequeno alto-falante com impedância de 150 Ohm

SW1 - interruptor

Soquete para IC

Bateria 9V

Nota: a potência nominal de todos os resistores é 0,125 W, precisão (todos exceto R15, R17, R18) - 5%, precisão de R15, R17, R18 - 1%. Também seria desejável usar trimmers multivoltas de alta precisão para um ajuste mais exato.

Etapa 4: Instrumentos e ferramentas

Eu precisava de um estilete para fazer a placa de circuito, depois de um ferro de solda com solda e um cortador de fio para construir o próprio circuito. Uma chave de fenda fina é necessária para ajustar os trimmers para definir as tensões necessárias nas divisórias. É necessário um multímetro para monitorar as tensões ajustadas e verificar o circuito em geral.

Você pode observar as notas com as quais afina o circuito com um afinador de som, como um embutido no Garage Band. Você também pode usar um osciloscópio virtual como o Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/) para ver as oscilações. Anexei uma captura de tela deste osciloscópio que mostra a forma das oscilações geradas pelo meu dispositivo.

Etapa 5: Gabinete e placa de circuito

Usei uma caixa disponível de plástico transparente com as dimensões 125 x 65 x 28mm. Pintei-o de branco por dentro e fiz outras modificações necessárias para hospedar a parte eletrônica do meu dispositivo. Você é livre para seguir seu próprio caminho ao fazer este cerco. Quanto à placa de circuito, eu a fiz de textolita de vidro revestido de cobre, cortando placas quadradas na folha e soldando componentes a essas placas. Acho este método mais conveniente do que fazer um PCB quando se trata de apenas uma peça.