Een Pocket Soundbox: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Dit apparaat past niet alleen in een broekzak, maar produceert ook verschillende muziektonen vergelijkbaar met die van een doedelzak (naar mijn mening) door middel van verschillende combinaties van zes drukknoppen. Het is duidelijk maar een gadget om kinderen te amuseren; het werkingsprincipe kan echter worden gebruikt (hoop ik) in serieuzere elektronische muziekartefacten.

Stap 1: Beschrijving van circuit

Spanningsgestuurde oscillator (VCO)

De oscillator is gebouwd met een IC LM331 (een datasheet hier beschikbaar: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm331.pdf), een spanning-naar-frequentie-omzetter met een exact lineaire verhouding tussen de ingangsspanning (Vin) en de frequentie van pulsen aan de uitgang (Fout). Een interne transistor aan de uitgang van het IC (pin 3) opent met de frequentie die een lineaire functie is van de ingangsspanning. De voedingsspanning Vs is via de weerstand R20 met de pin3 verbonden; als resultaat verschijnt een reeks pulsen aan de uitgang. Deze pulsen openen periodiek de externe transistor Q1 die de luidspreker aandrijft en zo een geluid produceert. De ingangsspanning komt van een spanningsopteller die verschillende spanningen kan leveren door middel van verschillende combinaties van zijn drukknoppen. Zowel de oscillator als de opteller worden gevoed met één 9 volt batterij.

Spanningsopteller (VA)

De passieve spanningsopteller bestaat uit 6 spanningsdelers die elk bestaan uit een potentiometertrimmer, een weerstand en een diode. Wanneer een drukknop wordt ingedrukt, wordt de spanning Vs van de batterij toegepast op de bijbehorende spanningsdeler. De uitgangsspanning van een verdeler komt overeen met een specifieke frequentie die wordt gegenereerd door de VCO. Omdat de frequentie van de oscillaties recht evenredig is met de ingangsspanning van het IC, produceert elke deler een spanning die 6% hoger is dan de spanning die door de vorige deler wordt geproduceerd. De reden is dat de frequenties van twee opeenvolgende noten 6% verschillen; dus zes verdelers produceren spanningen die overeenkomen met zes verschillende tonen. De weerstand zet spanning om in stroom die kan worden toegevoegd aan de stromen van andere verdelers wanneer verschillende knoppen worden ingedrukt. De diode laat niet toe dat de stroom van een verdeler naar andere verdelers vloeit, de stroom kan alleen naar de optelweerstand R13 stromen; dus alle verdelers zijn onafhankelijk van elkaar. U kunt hier meer lezen over passieve spanningsoptellers:

Passieve spanningsopteller

en.wikibooks.org/wiki/Circuit_Idea/Parallel_Voltage_Summer

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

Audiomixers

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

Stap 2: Spanningen aanpassen

Zo ging ik verder met het instellen van de benodigde spanningen:

1) Sluit een voltmeter aan tussen aarde en Vin.

2) Druk op alle drukknoppen van VA, lees de voltmeter af. In mijn geval stond er 1,10 Volt op. Dat is de maximale spanning die beschikbaar is aan de uitgang van de VA. De lay-out van de PB's is weergegeven in de afbeelding hierboven.

3) Neem de spanning geproduceerd door de 1e deler (drukknop 1) als 'V1'. Aangezien elke spanning 6% groter is dan de vorige, stelt u een vergelijking op:

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

Dit oplossen voor 'V1' geeft V1 = 0.158V

Daarom zijn de spanningen op de andere verdelers: V2 = 0,167V, V3 = 0,177V, V4 = 0,187V, V5 = 0,199V, V6 = 0,211V. Ik heb deze waarden afgerond op de tweede decimaal: V1 = 0.16V, V2 = 0.17V, V3 = 0.18V, V4 = 0.19V, V5 = 0.20V, V6 = 0.21V.

Pas de bijbehorende trimmers aan om deze waarden te krijgen. Als de uitgangsfrequentie van de VCO niet overeenkomt met een specifieke noot, pas dan de trimmer R19 van de VCO aan (zonder de trimmers van de VA aan te raken!) totdat een specifieke noot wordt gegenereerd. R19 maakt het mogelijk om de uitgangsfrequentie van de VCO aan te passen zonder een bepaald bereik zonder Vin te veranderen. U kunt de frequenties van de noten controleren met een frequentiemeter of afstemmen op een noot met een geluidstuner (Garage Band heeft deze functie bijvoorbeeld in het gedeelte 'spraakopname').

Volgens mijn berekening kan de VA 34 onafhankelijke spanningen genereren; slechts zes ervan komen overeen met exacte noten, de combinaties van de drukknoppen geven tonen die rond de exacte noten liggen binnen +/- 30 cent (één cent is een 1/100 van een halve toon).

Je vindt hier een tabel met notities en hun respectieve frequenties:

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

Stap 3: Stuklijst

Spanningsopteller

SW1… SW6 – drukknoppen

R1, R3, R5, R7, R9, R11 – trimmers 5K

R2, R4, R6, R8, R10, R12 – 1K

R13 – 330 Ohm

D1…D6 – IN4001

Spanningsgestuurde oscillator:

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, keramiek

C2 – 1,0, mylar

C3 – 0,01, keramiek

LS1 – kleine luidspreker met een impedantie van 150 Ohm

SW1 – schakelaar

Aansluiting voor IC

Batterij 9V

Opmerking: het vermogen van alle weerstanden is 0,125 W, precisie (alle behalve R15, R17, R18) - 5%, precisie van R15, R17, R18 - 1%. Het zou ook wenselijk zijn om multi-turn trimmers met hoge precisie te gebruiken voor een nauwkeurigere afstelling.

Stap 4: Instrumenten en gereedschappen

Ik had een x-acto-mes nodig om de printplaat te maken, vervolgens een soldeerbout met soldeer en een draadknipper om het circuit zelf te bouwen. Een fijne schroevendraaier is nodig om trimmers af te stellen om de nodige spanningen in de verdelers in te stellen. Een multimeter is nodig om de ingestelde spanningen te bewaken en de schakeling in het algemeen te controleren.

Je kunt de noten observeren waarop je het circuit afstemt met een geluidstuner, zoals een ingebouwd in Garage Band. Je zou ook een virtuele oscilloscoop zoals Academo (https://academo.org/demos/virtual-oscilloscope/) kunnen gebruiken om de oscillaties te zien. Ik heb een schermopname van deze oscilloscoop bijgevoegd die de vorm laat zien van de oscillaties die door mijn apparaat worden gegenereerd.

Stap 5: Behuizing en printplaat

Ik gebruikte een beschikbare doos gemaakt van transparant plastic en formaat 125 x 65 x 28 mm. Ik schilderde het van binnen wit en maakte andere aanpassingen die nodig waren om het elektronische deel van mijn apparaat te hosten. U bent vrij om uw eigen weg te gaan bij het maken van deze behuizing. Wat betreft de printplaat, ik heb hem gemaakt van met koper bekleed glas textoliet door vierkante pads in de folie te snijden en componenten aan deze pads te solderen. Ik vind deze methode handiger dan een printje maken als het maar om één stuk gaat.