Sinos tubulares automáticos: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este instrutível explica os principais passos que segui, para construir o primeiro protótipo de um conjunto de sinos tubulares automáticos que construí em 2006. As características do instrumento musical automático são: - 12 sinos (12 sinos tubulares) - Cada carrilhão toca uma nota, portanto pode tocar uma oitava inteira (de C a B, incluindo sustains) - Pode tocar até 4 notas simultâneas (portanto, pode tocar 4 acordes de notas) - É controlado pela porta serial do PC (RS-232 standar) O instrumento é composto pela caixa da unidade de controle e três torres. Cada torre contém 4 sinos e dois motores, cada motor atinge dois dos quatro sinos. Todas as torres são conectadas à caixa da central por meio de um barramento de 10 fios. A unidade de controle é responsável por alimentar cada motor com a energia e velocidade precisas para acertar cada carrilhão, tocando as notas que o software envia para ele no computador. É composto internamente por três placas. A primeira placa contém o microcontrolador, que é um Atmel ATMega16, e os elementos de comunicação RS-232. O segundo contém os circuitos do driver do motor e o terceiro, os controladores de posição do motor. Levei quase meio ano para terminar este projeto. Os próximos passos são passos gerais, com as informações mais relevantes do processo de construção do projeto, pequenos detalhes podem ser visualizados nas fotos. Um vídeo dos Sinos Tubulares Automáticos: Página principal do projeto: Página inicial dos Sinos Tubulares Automáticos

Etapa 1: Construindo os sinos

O primeiro passo foi encontrar um material bom e barato para construir sinos. Depois de visitar algumas lojas e fazer alguns testes, descobri que o alumínio foi o material que me deu a melhor relação qualidade de som x preço. Então comprei 6 barras de 1 metro de comprimento cada uma. Eles tinham um diâmetro externo de 1,6cm e um diâmetro interno de 1,5cm (espessura de 1mm). Uma vez que eu tinha as barras, tive que cortá-las no comprimento adequado para obter a frequência de cada nota. Pesquisei na internet e encontrei alguns sites interessantes que me forneceram muitas informações interessantes sobre como calcular o comprimento de cada barra para obter as frequências que desejava (ver seção de links). Desnecessário dizer que a frequência que eu procurava era a frequência fundamental de cada nota e, como acontece em quase todos os instrumentos, os compassos produzirão outras frequências simultâneas além da fundamental. Essas outras frequências simultâneas são os harmônicos que normalmente são múltiplos da frequência fundamental. O número, duração e proporção desses harmônicos são os responsáveis pelo timbre do instrumento. A relação entre a frequência de uma nota e a mesma nota na próxima oitava é 2. Portanto, se a frequência fundamental da nota C for 261,6 Hz, a frequência fundamental de C na próxima oitava será 2 * 261,6 = 523, 25 Hz. Como sabemos que a música da Europa Ocidental divide uma oitava em 12 etapas de escala (12 semitons organizados em 7 notas e 5 notas sustentadas), podemos calcular a frequência do próximo semitom multiplicando a frequência da nota anterior por 2 # (1/12). Como sabemos que a frequência C é 261,6 Hz e a relação entre 2 semitons conescutivos é 2 # (1/12), podemos deduzir todas as frequências das notas: NOTA: o símbolo # representa o operador de potência. Por exemplo: "a # 2" é o mesmo que "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 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 A tabela anterior serve apenas para fins informativos e não é necessário calcular o comprimento das barras. O mais importante é o fator de relação entre as frequências: 2 para a mesma nota na próxima oitava e (2 # (1/12) para o próximo semitom. Usaremos na fórmula usada para calcular o comprimento dos compassos. A fórmula inicial que encontrei na Internet (ver seção de links) é: f1 / f2 = (L2 / L1) # 2 dela podemos facilmente deduzir a fórmula que nos permitirá calcular o comprimento de cada barra. Como f2 é a frequência da próxima nota que queremos calcular e queremos saber a próxima frequência de semitom: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1 / (f1 * (2 # (1/12)))) = (L2 / L1) # 2… L1 * (1 / (2 # (1/24))) = L2 a fórmula é: L2 = L1 * (2 # (- 1/24)) Portanto, com esta fórmula podemos deduzir o comprimento do carrilhão que tocará no próximo semitom, mas obviamente precisaremos da duração do carrilhão que toca a primeira nota. Como podemos calculá-lo? Não sei como calcular a duração do primeiro carrilhão. Suponho que exista uma fórmula que relaciona as propriedades físicas do material, o tamanho da barra (comprimento, exterior e d diâmetro interno) com a frequência com que vai tocar, mas não sei. Eu simplesmente o encontrei afinando-o com a ajuda de meu ouvido e guitarra (você também pode usar um diapasão ou um medidor de freqüência de placa de som de PC para afiná-lo).

Etapa 2: as três torres

Depois de cortar as barras no comprimento adequado, tive que construir um suporte para pendurá-las. Fiz alguns esboços e finalmente construí essas três torres que vocês podem ver nas fotos. Pendurei quatro carrilhões em cada torre, passando um fio de náilon pelos orifícios que fiz perto do topo e da base de cada carrilhão. Tive que fazer furos na parte superior e na parte inferior porque era necessário fixar sinos dos dois lados para evitar que oscilassem descontroladamente ao serem atingidos pelas varas. A distância precisa para colocar os furos era uma questão delicada e eles tinham que coincidir com os dois nós de vibração da frequência fundamental da barra, que estão a 22,4% do topo e do fundo. Esses nós são os pontos sem movimento quando as barras oscilam em sua frequência fundamental, e fixar a barra nesses pontos não deve afetá-los durante a vibração. Também adicionei 4 parafusos no topo de cada torre para permitir o ajuste da tensão do fio de náilon de cada carrilhão.

Etapa 3: os motores e os strickers

O próximo passo foi construir os dispositivos que movem os bastões do atacante. Essa foi outra parte crítica e, como você pode ver nas fotos, finalmente decidi usar motores DC para mover cada atacante. Cada motor tem o stick do striker e um sistema de controle de posição acoplado a ele, e é usado para acertar um par de sinos. O stick do striker é um pedaço de espigão de bicicleta com um cilindro de madeira preta na extremidade. Este cilindro é coberto por uma fina película plástica autoadesiva. Esta combinação de materiais dá uma sonoridade suave, mas alta, ao bater nas barras. Na verdade, testei algumas outras combinações, e esta foi a que me deu os melhores resultados (ficaria muito grato se alguém me dissesse uma melhor). O sistema de controle de posição do motor é um codificador óptico de 2 bits de resolução. É composto por dois discos: um dos discos gira solidariamente ao stick e tem uma codificação em preto e branco impressa em sua superfície inferior. O outro disco é fixado ao motor e possui dois sensores infravermelho emissor-receptor CNY70 que podem distinguir a cor preta e branca do outro disco, e assim, eles podem deduzir a posição do stick (DIANTEIRO, DIREITO, ESQUERDO e TRASEIRO) O conhecimento da posição permite ao sistema centrar o stick antes e depois de tocar um sino o que garante um movimento e som mais precisos.

Etapa 4: Construindo o Hardware da Unidade de Controle

Depois de terminar as três torres, era hora de construir a unidade de controle. Conforme expliquei no início do texto, a unidade de controle é uma caixa preta composta por três placas eletrônicas. A placa principal contém a lógica, o adaptador de comunicação serial (1 MAX-232) e o microcontrolador (um microcontrolador RISC ATMega32 de 8 bits). As outras duas placas contêm os circuitos necessários para controlar os sensores de posição (alguns resistores e 3 triggers-schimdt 74LS14) e para alimentar os motores (3 drivers de motor LB293). Você pode dar uma olhada nos esquemas para obter mais informações.

Você pode fazer o download do ZIP com as fotos do schematichs na área de download.

Etapa 5: Firmware e software

O firmware foi desenvolvido em C, com o compilador gcc incluído no ambiente de desenvolvimento WinAVR gratuito (usei o notepad de programadores como IDE). Se você der uma olhada no código-fonte, encontrará diferentes módulos:

- atb: contém o "principal" do projeto e as rotinas de inicialização do sistema. É de "atb" onde outros módulos são chamados. - UARTparser: é o módulo com o código do analisador serial, que pega as notas enviadas pelo computador através do RS-232 e as converte em comandos compreensíveis para o módulo "movimentos". - movimentos: converte um comando de nota recebido de UARTparser, em um conjunto de diferentes movimentos motores simples, a fim de tocar um carrilhão. Informa ao módulo "motor" a seqüência de energia e direção de cada motor. - motores: implementa 6 software PWM para acionar os motores com a energia precisa e a duração precisa definida pelo módulo "movimento". O software do computador é um aplicativo Visual Basic 6.0 simples que permite ao usuário inserir e armazenar a seqüência de notas que compõem uma melodia. Também permite enviar as notas pela porta serial do PC e ouvi-las tocadas pelo Atb. Se você quiser verificar o firmware, pode baixá-lo na área de download.

Etapa 6: Considerações Finais, Idéias para o Futuro e Links…

Apesar do instrumento soar bem, ele não é rápido o suficiente para tocar algumas melodias, na verdade algumas vezes ele se dessincroniza um pouco com a melodia. Portanto, estou planejando uma nova versão mais eficaz e precisa, pois a precisão do tempo é uma questão muito importante quando falamos de instrumentos musicais. Se você tocar uma nota com alguns milissegundos de avanço ou atraso, seu ouvido encontrará algo estranho na melodia. Portanto, cada nota deve ser tocada no momento preciso com a energia precisa. A causa desses atrasos nesta primeira versão do instrumento é que o sistema de percusão que escolhi não é tão rápido quanto deveria. A nova versão terá uma estrutura muito semelhante, mas usará solenóides em vez de motores. Os solenóides são mais rápidos e precisos, mas também são mais caros e difíceis de encontrar. Esta primeira versão pode ser usada para tocar melodias simples, como instrumento autônomo, ou em relógios, campainhas … Página principal do projeto: Página inicial da Automatic Tubular BellsUm vídeo da Automatic Tubular Bells: vídeo do YouTube da Automatic Tubular BellsLinksNeste site você encontrará quase todas as informações de que você precisa para construir seus próprios sinos: Fazendo sinos de vento por Jim HaworthMaking sinos de vento por Jim KirkpatrickWind Chimes Constructors Message Group