Campanas tubulares automáticas: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Este instructivo explica los pasos principales que seguí para construir el primer prototipo de un conjunto de campanas tubulares automáticas que construí en 2006. Las características automáticas del instrumento musical son: - 12 campanas (12 campanas tubulares) - Cada campanilla toca una nota, por lo que Puede tocar una octava completa (de C a B, incluidos los sostenidos) - Puede tocar hasta 4 notas simultáneas (por lo que puede tocar acordes de timbre de 4 notas) - Se controla a través del puerto serie de la PC (estándar RS-232) El instrumento es compuesto por la caja de la unidad de control y tres torres. Cada torre contiene 4 campanas y dos motores, cada motor golpea dos de las cuatro campanillas. Todas las torres están conectadas a la caja de la unidad de control a través de un bus de 10 hilos. La unidad de control es la encargada de alimentar cada motor con la energía y velocidad precisas para golpear cada timbre, tocando las notas que le envía el software en la computadora. Está compuesto internamente por tres tableros. La primera placa contiene el microcontrolador, que es un Atmel ATMega16, y los elementos de comunicación RS-232. El segundo contiene los circuitos del controlador del motor y el tercero, los controladores de posición del motor. Me tomó casi medio año terminar este proyecto. Los siguientes pasos son pasos generales, con la información más relevante del proceso de construcción del proyecto, los detalles menores se pueden ver en las imágenes. Un video de Campanas tubulares automáticas: Página principal del proyecto: Página de inicio Campanas tubulares automáticas

Paso 1: construcción de las campanas

El primer paso fue encontrar un material bueno y barato para construir campanillas. Después de visitar algunas tiendas y hacer algunas pruebas, descubrí que el aluminio era el material que me daba la mejor relación calidad-precio de sonido. Entonces compré 6 barras de 1 metro de largo cada una. Tenían un diámetro exterior de 1,6 cm y un diámetro interior de 1,5 cm (1 mm de grosor). Una vez que tuve las barras, tuve que cortarlas a la longitud adecuada para obtener la frecuencia de cada nota. Busqué en Internet y encontré algunos sitios interesantes que me proporcionaron mucha información interesante sobre cómo calcular la longitud de cada barra para obtener las frecuencias que deseaba (ver sección de enlaces). No hace falta decir que la frecuencia que buscaba era la frecuencia fundamental de cada nota y, como sucede en casi todos los instrumentos, los compases producirán otras frecuencias simultáneas además de la fundamental. Estas otras frecuencias simultáneas son los armónicos que normalmente son múltiplos de la frecuencia fundamental. El número, duración y proporción de estos armónicos es el responsable del timbre del insturment. La relación entre la frecuencia de una nota y la misma nota en la siguiente octava es 2. Entonces, si la frecuencia fundamental de la nota C es 261.6Hz, la frecuencia fundamental de C en la siguiente octava será 2 * 261.6 = 523, 25Hz. Como sabemos que la música de Europa occidental divide una octava en 12 pasos de escala (12 semitonos organizados en 7 notas y 5 notas sostenidas), podemos calcular la frecuencia del siguiente semitono multiplicando la frecuencia de la nota anterior por 2 # (1/12). Como sabemos que la frecuencia C es 261.6Hz y la relación entre 2 semitonos consecutivos es 2 # (1/12) podemos deducir todas las frecuencias de notas: NOTA: el símbolo # representa al operador de potencia. Por ejemplo: "a # 2" es lo mismo 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 La tabla anterior es solo para fines informativos y no es necesario calcular la longitud de las barras. Lo más importante es el factor de relación entre frecuencias: 2 para la misma nota en la siguiente octava, y (2 # (1/12) para el siguiente semitono. Lo usaremos en la fórmula utilizada para calcular la longitud de los compases. La fórmula inicial que encontré en Internet (ver sección de enlaces) es: f1 / f2 = (L2 / L1) # 2 de ella podemos deducir fácilmente la fórmula que nos permitirá calcular la longitud de cada barra. Como f2 es la frecuencia de la siguiente nota que queremos calcular y queremos saber la siguiente frecuencia de semitono: f2 = f1 * (2 # (1/12)) f1 / (f1 * (2 # (1/12))) = (L2 / L1) # 2… L1 * (1 / (2 # (1/24))) = L2la fórmula es: L2 = L1 * (2 # (- 1/24)) Entonces, con esta fórmula podemos deducir la longitud del timbre que tocará el siguiente semitono, pero obviamente necesitaremos la duración del timbre que toca la primera nota. ¿Cómo podemos calcularlo? No sé cómo calcular la duración del primer timbre. Supongo que existe una fórmula que relaciona las propiedades físicas del material, el tamaño de la barra (longitud, exterior y d diámetro interno) con la frecuencia con la que se reproducirá, pero no lo sé. Simplemente lo encontré afinándolo con la ayuda de mi oído y guitarra (también puede usar un diapasón o un medidor de frecuencia de tarjeta de sonido de PC para afinarlo).

Paso 2: las tres torres

Después de cortar las barras a la longitud adecuada, tuve que construir un soporte para colgarlas. Hice algunos bocetos y finalmente construí estas tres torres que puedes ver en las imágenes. Colgué cuatro campanillas en cada torre pasando un alambre de nailon a través de los orificios que hice cerca de la parte superior e inferior de cada campanilla. Tuve que perforar agujeros en la parte superior e inferior porque era necesario fijar campanillas a ambos lados para evitar que oscilaran sin control al ser golpeadas por los palos. La distancia precisa para colocar los agujeros era un tema delicado y debían coincidir con los dos nodos de vibración de la frecuencia fundamental de la barra, que se encuentran al 22,4% desde arriba y desde abajo. Estos nodos son los puntos sin movimiento cuando las barras oscilan a su frecuencia fundamental, y fijar la barra en estos puntos no debería afectarlos cuando vibran. También agregué 4 tornillos en la parte superior de cada torre para permitir ajustar la tensión del cable de nailon de cada timbre.

Paso 3: los motores y los strickers

El siguiente paso fue construir los dispositivos que mueven los palos delanteros. Esta fue otra parte crítica y, como pueden ver en las imágenes, finalmente decidí usar motores de CC para mover cada delantero. Cada motor tiene el percutor y un sistema de control de posición adjunto, y se usa para golpear un par de campanillas. El palo delantero es una pieza de clavo de bicicleta con un cilindro de madera negro al final. Este cilindro está cubierto con una fina película plástica autoadhesiva. Esta combinación de materiales da una sonoridad suave pero fuerte al golpear las barras. De hecho probé algunas otras combinaciones, y esta fue la que me dio los mejores resultados (agradecería que alguien me dijera una mejor). El sistema de control de posición del motor es un codificador óptico de 2 bits de resolución. Está compuesto por dos discos: uno de los discos gira solidariamente al palo y tiene una codificación en blanco y negro impresa en su superficie inferior. El otro disco está fijado al motor y tiene dos sensores emisor-receptor CNY70 infrarrojos que pueden distinguir el color blanco y negro del otro disco, y así, pueden deducir la posición del stick (FRONTAL, DERECHA, IZQUIERDA y TRASERA) Conocer la posición permite al sistema centrar la palanca antes y después de tocar una campana lo que garantiza un movimiento y sonido más precisos.

Paso 4: construcción del hardware de la unidad de control

Una vez que terminé las tres torres, llegó el momento de construir la unidad de control. Como expliqué al principio del texto, la unidad de control es una caja negra compuesta por tres placas electrónicas. La placa principal contiene las lógicas, el adaptador de comunicación serie (1 MAX-232) y el microcontrolador (un microcontrolador ATMega32 RISC de 8 bits). Las otras dos placas contienen los circuitos necesarios para controlar los sensores de posición (algunas resistencias y 3 disparadores-schimdt 74LS14) y para alimentar los motores (3 controladores de motor LB293). Puede echar un vistazo a los esquemas para obtener más información.

Puede descargar el ZIP con las imágenes esquemáticas en el área de descarga.

Paso 5: firmware y software

El firmware se ha desarrollado en C, con el compilador gcc incluido en el entorno de desarrollo gratuito WinAVR (utilicé el bloc de notas de programadores como IDE). Si echa un vistazo al código fuente, encontrará diferentes módulos:

- atb: contiene el "principal" del proyecto y las rutinas de inicialización del sistema. Es de "atb" donde se llaman otros módulos. - UARTparser: es el módulo con el código del parser serial, que toma las notas enviadas por la computadora a través del RS-232 y las convierte en comandos comprensibles para el módulo de "movimientos". - movimientos: convierte un comando de nota recibido de UARTparser, en un conjunto de diferentes movimientos de motor simples para hacer sonar un timbre. Le dice al módulo "motor" la secuencia de energía y dirección de cada motor. - motores: implementa 6 software PWM para alimentar los motores con la energía precisa y la duración precisa establecida por el módulo de "movimiento". El software de computadora es una aplicación simple de Visual Basic 6.0 que permite al usuario ingresar y almacenar la secuencia de notas que componen una melodía. También permite enviar las notas a través del puerto serie de la PC y escucharlas tocadas por el Atb. Si desea consultar el firmware, puede descargarlo en el área de descargas.

Paso 6: Consideraciones finales, ideas y vínculos futuros…

A pesar de que el instrumento suena bien, no es lo suficientemente rápido para tocar algunas melodías, de hecho algunas veces se desincroniza un poco con la melodía. Por eso estoy planeando una nueva versión más eficaz y precisa, porque la precisión del tiempo es un asunto muy importante cuando hablamos de instrumentos musicales. Si toca una nota con algunos milisegundos de avance o retraso, su oído encontrará algo extraño en la melodía. Entonces, cada nota debe tocarse en el momento preciso con la energía precisa. La causa de estos retrasos en esta primera versión del instrumento es que el sistema de percusión que he elegido no es tan rápido como debería. La nueva versión tendrá una estructura muy similar, pero utilizará solenoides en lugar de motores. Los solenoides son más rápidos y precisos pero también más caros y difíciles de encontrar. Esta primera versión se puede utilizar para tocar melodías simples, como instrumento independiente, o en relojes, timbres … Página principal del proyecto: Página de inicio de Automatic Tubular Bells Un video de Automatic Tubular Bells: Video de YouTube de Automatic Tubular BellsLinksEn estos sitios usted encontrará casi toda la información que necesitará para construir sus propias campanas: Hacer campanas de viento por Jim Haworth Hacer campanas de viento por Jim Kirkpatrick Grupo de mensajes de constructores de campanas de viento