Удосконалений музичний метроном. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Музиканту

 Коментарі до статті

У "Радіо" № 3 за 1996 р. було опубліковано статтю "Музичний метроном", яка знайшла широкий відгук у читачів. Через деякий час автор удосконалив свою конструкцію і сьогодні знайомить із її новим варіантом. Метроном, що дозволяє не тільки задавати такт звуковими "клацаннями", а й відтворювати ноти, може стати помічником початківцям, а також професійним музикантам.

Музичний метроном, описаний у [1], зручний тим, що частоту музичного темпу - від Largo до Prestissimo - можна легко проконтролювати та підлаштувати за будь-яким музичним інструментом зі стабільним строєм. Будь-який темп у метрономі налаштовують індивідуально. Коли ж через вплив температури або напруги живлення частота задає генератора змінюється, доводиться знову налаштовувати частоту F кожного темпу. Завдання істотно спрощується, якщо на основі єдиного генератора, що задає, розподілом його частоти F0 на певний коефіцієнт рахунку отримати частоту будь-якого темпу (подібно до того, як це зроблено в пристроях [2]). Тоді, правильно компенсуючи догляд частоти F0, вдається правильно підлаштувати частоту не одного, а відразу всіх музичних темпів.

Розрахунки показують, що найбільш зручно налаштувати генератор, що задає, на частоту ноти "ре" 7-ї октави (теоретичне значення F0 = 18794,545 Гц). Тоді, поділивши частоту F0 на 8, отримаємо ноту "ре" 4-ї октави, на 16 - "ре" 3-ї октави, на 32 - "ре" 2-ї октави, на 64 - "ре" 1-ї октави . Нарешті, якщо F0 за допомогою 8-розрядного двійкового лічильника поділити на 256, сформуємо прямокутні імпульси частотою 73,4 Гц, що відповідає ноті "ре" великої октави.

Далі потрібно використовувати дільник частоти, що забезпечує змінний двозначний коефіцієнт рахунку (поділу частоти) К2. Наприклад, якщо задати К2 = 98, то загальний коефіцієнт поділу К0 легко підрахувати: К0 = К1 · К2 = - 256 · 98 - 25088 де К1 = 256 - коефіцієнт рахунку першого (попереднього) лічильника. У цьому випадку на виході другого дільника частоти формуються імпульси частотою Fфакт близько 0,75 Гц (18794,5 Гц : 25088) і відповідної повільному темпу Largo. Коли ж К2 = 21, то К0 = 256 · 21 = 5376, або Fфакт = = 3,5 Гц - це найшвидший темп Prestissimo. Інші темпи отримаємо, приймаючи К2 рівним 85, 73, 63, 54 і т. д. (Див. табл. 1). З таблиці видно, що відносна похибка формування частоти різних темпів вбирається у 2%. Насправді настільки незначна похибка цілком допустима, оскільки частотне " відстань " між сусідніми темпами становить приблизно 15%.

Схема метронома, побудованого за таким принципом, показано на рис.1. На логічних елементах DD1.1, DD1.2, резисторах R1, R2 і конденсаторі С1 зібраний генератор, що задає, який налаштований на частоту ноти "ре" 7-ї октави. У першому дільнику частоти (двійкові лічильники DD2.1, DD2.2) вона поступово знижується. На виходах лічильників формується нота "ре" відповідних октав (рис. 1). Імпульси з останнього виходу (частотою 73,4 Гц) надходять на вхід другого дільника частоти, виконаного на лічильниках DD3, DD4 та елементах DD1.3, DD1.4, DD5.1. Інші вихідні сигнали лічильників DD2.1 та DD2.2 подано на контакти перемикача SA2.

(Натисніть для збільшення)

Припустимо, двигун цього перемикача переведений у верхнє за схемою положення; на базу підсилювального транзистора VT1, включеного за схемою емітерного повторювача з резисторами навантаження R5 і R6, подаються імпульси частотою ноти "ре" 4-ї октави. Коли ж він встановлений у друге зверху положення - ноти "ре" 3-ї октави і т. д. Якщо ж він встановлений в крайнє нижнє (п'яте) положення - це нормальний робочий режим, в якому на базу транзистора VT1 надходять імпульси зі звукоформуючої частини метронома, побудованої на елементах DD5.2 – DD5.4, резисторах R3, R4, R7 та конденсаторах С2, С5.

Другий (перебудовується) дільник частоти виконаний за схемою, описаною в [3, рис.18]. Необхідний коефіцієнт рахунку визначається за допомогою перемикача SA1, що має 11 положень (за кількістю музичних темпів). Наприклад, якщо двигун встановлений в крайнє нижнє положення, то вхід 2 елемента DD5.1 ​​з'єднаний з виходом 2 (висновок 4) лічильника DD4, що задає число "20"; в той же час вхід 1 елемента DD5.1 ​​з'єднаний з виходом лічильника 1 DD3 (висновок 2), що задає число "1". Таким чином, сумарний коефіцієнт рахунку дорівнює 21, що відповідає темпу Prestissimo. Якщо ж двигун перемикача SA1 перевести в крайнє верхнє положення, входи елемента DD5.1 ​​будуть пов'язані з виходами 9 DD4 (висновок 11) та 8 DD3 (висновок 9), тобто задані числа "90" і "8", що реалізують коефіцієнт рахунки К2 = 98 (темп Largo). Правильність завдання інших коефіцієнтів поділу частоти К2 можна легко простежити за рис.1 та табл. 1. Важливо, що з будь-якому коефіцієнті К2 на виході елемента DD1.4 формується короткий імпульс тривалістю 6,8 мс. При частоті 3,5 Гц (темп Prestissimo) період повторення імпульсу дорівнює 286 мс, при повільному темпі Largo (0,75 Гц) – 1333 мс.

Як тільки згаданий імпульс в чергове закінчується, раніше розряджений конденсатор С2 виявляється підключеним своєю лівою (за схемою) обкладкою до корпусу. Рівень напруги на входах елемента DD5.2 стане низьким, але в його виході - високим, що дозволяє роботу звукового генератора на елементах DD5.3 і DD5.4. Через деякий час, що залежить від опору змінного резистора R4, конденсатор С2 зарядиться (через резистори R3 і R4) настільки, що на виході елемента DD5.2 високий рівень знову зміниться низьким, тому робота звукового генератора припиниться. Інакше висловлюючись, звуковий генератор тут працює короткочасно, відразу після закінчення імпульсу тривалістю 6,8 мс. Коли імпульс в черговий раз з'являється знову, конденсатор С2 знову швидко розряджається. Розрядка відбувається через внутрішні діоди елемента DD5.2: їх катод підключений до плюс живлення мікросхеми, а анод - до відповідного входу елемента. Докладніше див [4, рис. 6]). Про те, як слід встановлювати тривалість звукового імпульсу, щоб досягти саме "клацання", а не виразно помітного тону, детально розказано в [1].

Опір резистора R7 підбирають таким, щоб п'єзокерамічний випромінювач НА1 працював на частоті основного резонансу - [5], для випромінювача ЗП-1 - це трохи більше 2 кГц. Блокувальний конденсатор C3 служить для усунення ланцюга живлення високочастотних пульсацій напруги, а С4 - низькочастотних. Захисний діод VD1 запобігає подачі на пристрій напруги зворотної полярності. З резистора R6 через конденсатор С6 можна знімати вихідний сигнал напругою 0,25, що дозволяє підключати метроном до входу звукопідсилювальної апаратури (наприклад, через мікшер), якщо його гучність виявиться недостатньою. Оскільки опір R6 замало, вимоги до екранування з'єднувальних проводів можуть бути значно знижені.

У паузах між окремими "клацаннями" метроном майже не споживає електроенергії, а під час "клацання" струм, що споживається, збільшується приблизно до 3...4 мА. Зрозуміло, що енергоспоживання буде тим більшою, чим більша тривалість звукового імпульсу (при частоті близько 2 кГц вона повинна бути не менше 15 мс) і чим вищий музичний темп. Так, при темпі Prestissimo метроном споживає в середньому 0,15...0,2 мА, у той час як при темпі Largo - всього 0,03...0,045 мА, тому живити пристрій можна від звичайної батареї "Крона" або акумуляторної батареї 7Д-0,115.

Щоб підлаштувати одночасно всі музичні темпи метронома, достатньо перемикач SA2 перевести в одне з чотирьох положень налаштування, що відповідає ноті "ре1", "ре2", "ре3" або "ре4". Положення перемикача SA1 при цьому не має значення. Взявши на якомусь музичному інструменті з правильним строєм - фортепіано, акордеоні або баяни - точно таку ж ноту, резистором R1 встановлюють частоту генератора, що задає, при якій биття звуків відсутні. Коли цього досягнуто, налаштування метронома буде таким, як зазначено в табл. 1. Зазначимо, що найгучніше звучатиме нота "ре4"; гучність інших нот, починаючи з "ре3" і до "ре1", буде спадати в міру зменшення номера октави.

У робочому режимі метроном відтворює однотональні звукові удари – "клацання". Якщо необхідно відтворювати як ординарні (звичайні) удари, і акцентовані (найсильніші), доведеться метроном запровадити додатковий вузол, схема якого показано в [1], рис. 2. Для цього, по-перше, виключають такі компоненти: логічні елементи DD5.2 – DD5.4, транзистор VT1, резистори R3 – R7, конденсатори С2, С5, С6, випромінювач НА1. По-друге, замість конденсатора С2 до виходу елемента DD1.4 метронома підключають нижній аход вузла, який позначений До вив. 1 DD1. По-третє, двопозиційний перемикач SA1 вузла замінюють п'ятипозиційним перемикачем SA2 метронома: до його нижнього нерухомого контакту підключають вихід елемента DD2.4, а рухомий контакт з'єднують з базою транзистора VT1 додаткового вузла. Живлять обидві частини пристрою через загальний діод VD1. Про роботу метронома, що відтворює "акценти" та "ординари", докладно розказано в [1].

Але підлаштовувати метроном і періодично стежити за правильністю його "ладу" все-таки не дуже зручно. Чи не можна уникнути цих процедур? Виявляється, цілком можливо. На рис. 2 показана відмінна частина метронома. Замість виключених логічних елементів 001.1, DD1.2 та лічильників DD2.1, DD2.2 (див. рис. 1) використана "годинна" мікросхема К176ІЕ5 (DD2), включена за типовою схемою в [6, рис. 9]. Стабільність "ладу" метронома досягається стабілізацією частоти F0 = 32 Гц за допомогою мініатюрного "годинного" кварцового резонатора ZQ768. На виході 1 мікросхеми К9ІЕ176 (висновок 5) формуються прямокутні імпульси частотою 1 Гц. Грубо частота підбирається конденсатором С64 точно - С1.

Імпульси частотою 64 Гц подаються на вхід дільника, що перебудовується, зібраного на двох мікросхемах К561ІЕ8 (DD3 і DD4). Різниця полягає лише в тому, що спосіб розведення виходів цих мікросхем до перемикача SA1 дещо змінено. Оскільки частота 64 Гц помітно відрізняється від частоти 73,4 Гц попереднього варіанта метронома, потрібні інші значення К2 і К1 = 512 (див. табл. 2). З таблиці видно, що похибка формування темпів цього варіанта метронома менше, ніж в попереднього. Довготривала ж стабільність частоти тут набагато вища. Зауважимо, що замість короткого імпульсу тривалістю близько 6,8 мс формується імпульс тривалістю приблизно 7,8 мс. Те й інше значення дорівнює половині періоду повторення імпульсів, що подаються на вхід другого дільника частоти. В іншому робота цього метронома нічим не відрізняється від попереднього.

Так як періодично контролювати частоту F0 генератора, що задає, вже не потрібно, перемикач SA2 зі схеми виключають, а базу транзистора VT1 з'єднують з виходом елемента DD5.4 (позначення на рис.1).

Оскільки в цьому варіанті метронома вивільнилися два елементи DD1.1 і DD1.2, на них доцільно зібрати попередньо кінцевий вузол двотактного мостового підсилювача (виключивши транзистор VT1, резистори R5 і R6, конденсатор С6 і випромінювач НА1 - рис. 1), що працює в економічно режимі перемикання (рис.3).

Підсилювач працює в такий спосіб. Поки "клацання" немає, на вході підсилювача, з'єднаному з виведенням 11 мікросхеми DD5, є забороняючий низький рівень, тому на виході елемента DD1.1 - високий рівень. Конденсатор С8 у своїй розряджений через резистор R9. Для його розрядки достатньо лише 15 мс. Через це та на виході елемента DD1.2 також високий рівень, внаслідок чого всі транзистори VT1-VT4 закриті і струм через змінний резистор R10 не тече.

Коли на вході підсилювача з'являється "клацання", що є пакетом прямокутних імпульсів, конденсатор С8 швидко заряджається через діод VD2 і резистор R8. Для зарядки потрібно близько 0,15 мс. Він залишається зарядженим, доки на вході підсилювача є імпульси "клацання". Тому сигнали на виході елементів DD1.1 і DD1.2 під час звукової посилки протифазні, що потрібно для правильної роботи мостового підсилювача [2]. Через змінний резистор R10 - регулятор гучності метронома - тече змінний струм, періодично змінює як свою величину, а й напрям, а випромінювач НА1 відтворює цю звукову частоту.

Але як тільки чергове "клацання" закінчується, конденсаторів розряджається настільки, що високий рівень з'являється як на виході елемента DD1.1, так і DD1.2. Надалі цикл роботи підсилювача метронома повторюється.

Гучність метронома з таким підсилювачем істотно зростає, але збільшується і середній струм, що споживається. Наприклад, при темпі Largo метроном споживає в середньому менше 1 мА, а при темпі Prestissimo – близько 3 мА. Але під час "клацання" і трохи пізніше за нього споживаний струм становить приблизно 30 мА, тому живити такий метроном від батареї "Крона" навряд чи доцільно. Краще використовувати 5...9 елементів 334 або 337, стільки ж акумуляторів Д-0,55 або 2...3 батареї 3336. Дещо знизити споживання енергії вдається, зменшивши опір резистора R9. Тоді час, протягом якого транзистори VT1 ​​і VT4 постійно відкриті після "клацання", скорочується. Маломощную частину пристрою (мікросхеми) живлять від джерела через діод VD1.

Частота резонансу випромінювача СП-1, згідно з [7], становить 3...4 кГц. Це означає, що опір резистора R7 доведеться зменшити в 1,5...2 рази, тим самим налаштувавши звуковий генератор на резонанс конкретного випромінювача. Крім того, може знадобитися збільшення ємності конденсатора С2 приблизно до 0,15 мкФ або збільшення опору резисторів R3 і R4 до 30 і 300 ком відповідно.

література

1. Банніков В. Музичний метроном. – Радіо, 1996, № 3, с. 52-55.
2. Банніков В. Тритональні музичні сигналізатори. – Радіо, 1996, № 1, с. 46-48; №2, с. 45-47.
3. Алексєєв С. Застосування мікросхем серії К561. – Радіо, 1986, № 12, с. 42-46.
4. Алексєєв С. Формувачі та генератори на мікросхемах структури КМОП. – Радіо, 1985, № 8, с. 31-35.
5. Александров І. Застосування звуковипромінювача ЗП-1. – Радіо, 1985, № 12, с. 54.
6. Алексєєв С. Застосування мікросхем серії К176. – Радіо, 1984, № 4, с. 25-28.
7. Нечаєв І. Охоронні пристрої із випромінювачем СП-1. – Радіо, 1986, № 3, с. 42, 43.

Автор: В.Банников, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Музиканту.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Береза ​​проти холестерину 13.07.2011 Китайські дослідники з Інституту біології в Шанхаї в експерименті на мишах показали, що бетулін - речовина, що надає біле забарвлення бересті, зменшує вміст холестерину в крові та печінці. Причому на відміну від статинів, що застосовуються зараз, - синтетичних засобів з аналогічною дією - бетулін не сповільнює засвоєння жирів, а прискорює їх спалювання.

Інші цікаві новини:

▪ У Тихому океані збудують плавуче місто

▪ Материнська плата ASRock H81TM-ITX R2.0

▪ Доступ до систем розумного будинку з автомобіля

▪ Робот для евакуації поранених

▪ SM24CAN - TVS-складання для захисту CAN інтерфейсу

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електрику. ПТЕ. Добірка статей

▪ стаття Звук в автомобілі-2. Мистецтво аудіо

▪ стаття Як організовано фінансову піраміду? Детальна відповідь

▪ стаття Софора товстоплідна. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Електронний сторож для мотоцикла Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Фокуси з ширмою-невидимкою. Фізичний експеримент

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024