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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Metronomo musicale avanzato. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Musicista In "Radio" n. 3, 1996 è stato pubblicato l'articolo "Musical Metronome", che ha trovato un'ampia risposta da parte dei lettori. Dopo qualche tempo, l'autore ha migliorato il suo design e oggi presenta la sua nuova versione. Un metronomo, che consente non solo di impostare il ritmo con "clic" sonori, ma anche di suonare le note, può diventare un assistente sia per i principianti che per i musicisti professionisti. Il metronomo musicale descritto in [1] è conveniente perché la frequenza del tempo musicale - da Largo a Prestissimo - può essere facilmente controllata e adattata a qualsiasi strumento musicale con un'accordatura stabile. Qualsiasi tempo nel metronomo può essere regolato individualmente. Quando, a causa dell'influenza della temperatura o della tensione di alimentazione, la frequenza dell'oscillatore principale cambia, è necessario regolare nuovamente la frequenza F di ciascun tempo. Il compito è notevolmente semplificato se, sulla base di un singolo oscillatore principale, dividendo la sua frequenza F0 per un certo coefficiente di conteggio, si ottiene una frequenza di qualsiasi tempo (simile a come si fa nei dispositivi [2]). Quindi, compensando correttamente la deriva della frequenza F0, è possibile regolare correttamente la frequenza non di uno, ma di tutti i tempi musicali contemporaneamente. I calcoli mostrano che è più conveniente sintonizzare l'oscillatore principale sulla frequenza della nota “RE” della 7a ottava (valore teorico F0 = 18794,545 Hz). Quindi, dividendo la frequenza F0 per 8, otteniamo la nota "RE" della 4a ottava, per 16 - "RE" della 3a ottava, per 32 - "RE" della 2a ottava, per 64 - "RE" della la 1a ottava. Infine, se si divide F0 per 8 utilizzando un contatore binario a 256 bit, si generano impulsi rettangolari con frequenza di 73,4 Hz, che corrisponde alla nota “RE” di un'ottava grande. Successivamente, sarà necessario utilizzare un divisore di frequenza che fornisca un fattore di conteggio variabile a due cifre (divisione di frequenza) K2. Ad esempio, se si imposta K2 = 98, il coefficiente di divisione totale K0 sarà facile da calcolare: K0 = K1 · K2 = - 256 · 98 - 25088, dove K1 = 256 è il coefficiente di conteggio del primo contatore (preliminare). In questo caso, all'uscita del secondo divisore di frequenza si formano impulsi con una frequenza Ffact di circa 0,75 Hz (18794,5 Hz: 25088) e corrispondenti al tempo Largo più lento. Quando K2 = 21, allora K0 = 256 · 21 = 5376, o Ffact = = 3,5 Hz - questo è il tempo Prestissimo più veloce. Otteniamo altri tassi prendendo K2 pari a 85, 73, 63, 54, ecc. (vedi Tabella 1). La tabella mostra che l'errore relativo nel formare la frequenza dei diversi tassi non supera il 2%. In pratica, un errore così piccolo è abbastanza accettabile, poiché la “distanza” di frequenza tra tassi adiacenti è di circa il 15%.
Lo schema di un metronomo costruito su questo principio è mostrato in Fig. 1. Un oscillatore principale viene assemblato utilizzando gli elementi logici DD1.1, DD1.2, resistori R1, R2 e condensatore C1, che è sintonizzato sulla frequenza della nota "RE" della settima ottava. Nel primo divisore di frequenza (contatori binari DD7, DD2.1), diminuisce gradualmente. Alle uscite dei contatori si forma la nota “RE” delle ottave corrispondenti (Fig. 2.2). Gli impulsi dell'ultima uscita (con una frequenza di 1 Hz) vengono forniti all'ingresso del secondo divisore di frequenza, realizzato sui contatori DD73,4, DD3 e sugli elementi DD4, DD1.3, DD1.4. I restanti segnali di uscita dei contatori DD5.1 e DD2.1 vengono forniti ai contatti dell'interruttore SA2.2.
Supponiamo che il cursore di questo interruttore venga spostato nella posizione superiore secondo il diagramma; Gli impulsi con la frequenza della nota “RE” della 1a ottava vengono forniti alla base del transistor amplificatore VT5, collegato secondo un circuito inseguitore di emettitore con resistori di carico R6 e R4. Quando è installato nella seconda posizione dall'alto - la nota "RE" della 3a ottava, ecc. Se è installato nella posizione più bassa (quinta) - questa è una modalità operativa normale, in cui pulsa il suono- parte integrante del metronomo sono ricevuti alla base del transistor VT1, costruito sugli elementi DD5.2 - DD5.4, resistori R3, R4, R7 e condensatori C2, C5. Il secondo divisore di frequenza (sintonizzabile) è realizzato secondo il circuito descritto in [3, Fig. 18]. Il coefficiente di conteggio richiesto viene impostato utilizzando l'interruttore SA1, che ha 11 posizioni (a seconda del numero di tempi musicali). Ad esempio, se il cursore è impostato nella posizione più bassa, l'ingresso 2 dell'elemento DD5.1 è collegato all'uscita 2 (pin 4) del contatore DD4, che imposta il numero “20”; allo stesso tempo, l'ingresso 1 dell'elemento DD5.1 è collegato all'uscita 1 del contatore DD3 (pin 2), che imposta il numero “1”. Pertanto, il fattore di punteggio totale è 21, che corrisponde al tempo Prestissimo. Se il cursore dell'interruttore SA1 viene spostato nella posizione più alta, gli ingressi dell'elemento DD5.1 verranno collegati alle uscite 9 DD4 (pin 11) e 8 DD3 (pin 9), ovvero i numeri “90” e “8” vengono impostati, realizzando il coefficiente conta K2 = 98 (Largo tempo). La correttezza dell'impostazione degli altri coefficienti di divisione della frequenza K2 può essere facilmente vista nella Fig. 1 e nella Tabella. 1. È importante che per qualsiasi coefficiente K2 si formi un breve impulso con una durata di 1.4 ms all'uscita dell'elemento DD6,8. A una frequenza di 3,5 Hz (tempo Prestissimo), il periodo di ripetizione dell'impulso è di 286 ms, a un tempo Largo lento (0,75 Hz) - 1333 ms. Non appena l'impulso menzionato termina nuovamente, il condensatore C2 precedentemente scarico viene collegato con la sua piastra sinistra (secondo lo schema) all'alloggiamento. Il livello di tensione agli ingressi dell'elemento DD5.2 diventerà basso e alla sua uscita - alto, consentendo il funzionamento del generatore di suoni sugli elementi DD5.3 e DD5.4. Dopo un po ', a seconda della resistenza del resistore variabile R4, il condensatore C2 si caricherà (tramite i resistori R3 e R4) così tanto che all'uscita dell'elemento DD5.2 il livello alto cambierà nuovamente in basso, quindi l'operazione del generatore di suoni si fermerà. In altre parole, il generatore sonoro qui funziona brevemente, subito dopo la fine di un impulso di 6,8 ms. Quando l'impulso si ripresenta, il condensatore C2 si scarica nuovamente rapidamente. La scarica avviene attraverso i diodi interni dell'elemento DD5.2: il loro catodo è collegato all'alimentazione positiva del microcircuito e l'anodo è collegato all'ingresso corrispondente dell'elemento. Per maggiori dettagli vedere [4, Fig. 6]). Come impostare la durata di un impulso sonoro per ottenere un “clic” anziché un tono chiaramente distinguibile è descritto in dettaglio in [1]. La resistenza del resistore R7 è selezionata in modo tale che l'emettitore piezoceramico HA1 funzioni alla frequenza di risonanza principale - secondo [5], per l'emettitore ZP-1 questa è poco più di 2 kHz. Il condensatore di blocco C3 serve ad eliminare le ondulazioni di tensione ad alta frequenza nel circuito di alimentazione e C4 - quelle a bassa frequenza. Il diodo protettivo VD1 impedisce che al dispositivo venga fornita tensione con polarità inversa. Dal resistore R6 attraverso il condensatore C6 è possibile ottenere un segnale di uscita con una tensione di 0,25 V, che consente di collegare un metronomo all'ingresso dell'apparecchiatura di amplificazione del suono (ad esempio tramite un mixer) se il suo volume è insufficiente. Poiché la resistenza di R6 è ridotta, i requisiti di schermatura per i cavi di collegamento possono essere notevolmente ridotti. Nelle pause tra i singoli "clic" il metronomo non consuma quasi alcuna elettricità e durante il "clic" il consumo di corrente aumenta a circa 3...4 mA. È chiaro che il consumo di energia sarà maggiore, maggiore sarà la durata dell'impulso sonoro (a una frequenza di circa 2 kHz dovrebbe essere di almeno 15 ms) e maggiore sarà il tempo musicale. Quindi, al tempo Prestissimo il metronomo consuma in media 0,15...0,2 mA, mentre al tempo Largo consuma solo 0,03...0,045 mA, quindi è del tutto possibile alimentare il dispositivo da una normale batteria Krona o da una batteria 7D-0,115. Per regolare contemporaneamente tutti i tempi musicali del metronomo, è sufficiente spostare l'interruttore SA2 su una delle quattro posizioni corrispondenti alla nota “re1”, “re2”, “re3” o “re4”. La posizione dell'interruttore SA1 non ha importanza. Dopo aver suonato esattamente la stessa nota su qualsiasi strumento musicale con l'accordatura corretta - pianoforte, fisarmonica o fisarmonica a bottoni - il resistore R1 imposta la frequenza dell'oscillatore principale, alla quale non si sentono suoni battenti. Una volta ottenuto ciò, l'impostazione del metronomo sarà quella indicata nella tabella. 1. Notare che la nota “re4” suonerà più forte; il volume delle restanti note, a partire da “re3” fino a “re1”, inizierà a diminuire man mano che diminuisce il numero di ottava. Nella modalità operativa, il metronomo riproduce battiti sonori a tono singolo: "clic". Se è necessario suonare sia i tempi ordinari (regolari) che quelli accentati (i più forti), sarà necessario introdurre nel metronomo un nodo aggiuntivo, il cui diagramma è mostrato in [1], Fig. 2. Per fare ciò, innanzitutto, escludere i seguenti componenti: elementi logici DD5.2 - DD5.4, transistor VT1, resistori R3 - R7, condensatori C2, C5, C6, emettitore HA1. In secondo luogo, invece del condensatore C2, l'uscita inferiore dell'unità, denominata "Al pin 1.4 di DD1", è collegata all'uscita dell'elemento metronomo DD1. In terzo luogo, l'interruttore a due posizioni SA1 del nodo viene sostituito con un interruttore a cinque posizioni SA2 del metronomo: l'uscita dell'elemento DD2.4 è collegata al suo contatto fisso inferiore e il contatto mobile è collegato alla base del il transistor VT1 del nodo aggiuntivo. Entrambe le parti del dispositivo sono alimentate tramite un diodo comune VD1. Il funzionamento del metronomo, che riproduce “accenti” e “ordinari”, è descritto in dettaglio in [1].
Ma regolare il metronomo e monitorare periodicamente la correttezza della sua “accordatura” non è ancora molto conveniente. È possibile evitare queste procedure? Si scopre che è del tutto possibile. Nella fig. La Figura 2 mostra una parte diversa del metronomo. Invece degli elementi logici esclusi 001.1, DD1.2 e contatori DD2.1, DD2.2 (vedi Fig. 1), è stato utilizzato un microcircuito “orologio” K176IE5 (DD2), collegato secondo il circuito standard in [6, Fig . 9]. La stabilità dell'“accordatura” del metronomo si ottiene stabilizzando la frequenza F0 = 32 Hz utilizzando un risuonatore al quarzo “orologio” in miniatura ZQ768. All'uscita 1 del microcircuito K9IE176 (pin 5) si formano impulsi rettangolari con una frequenza di 1 Hz. Approssimativamente, la frequenza è selezionata dal condensatore C64, precisamente - C1. Impulsi con una frequenza di 64 Hz vengono forniti all'ingresso di un divisore sintonizzabile assemblato su due microcircuiti K561IE8 (DD3 e DD4). L'unica differenza è che il modo in cui le uscite di questi microcircuiti vengono indirizzate all'interruttore SA1 è leggermente modificato. Poiché la frequenza di 64 Hz è notevolmente diversa dalla frequenza di 73,4 Hz della versione precedente del metronomo, sono necessari altri valori di K2 e K1 = 512 (vedi Tabella 2). La tabella mostra che l'errore nella formazione del tempo per questa versione del metronomo è inferiore a quello della precedente. La stabilità della frequenza a lungo termine è molto più elevata qui. Si noti che invece di un breve impulso della durata di circa 6,8 ms viene generato un impulso della durata di circa 7,8 ms. Entrambi i valori sono pari alla metà del periodo di ripetizione degli impulsi forniti all'ingresso del secondo divisore di frequenza. Per il resto, il funzionamento di questo metronomo non è diverso dal precedente.
Poiché non è più necessario monitorare periodicamente la frequenza F0 dell'oscillatore principale, l'interruttore SA2 è escluso dal circuito e la base del transistor VT1 è collegata all'uscita dell'elemento DD5.4 (designazioni in Fig. 1). Poiché in questa versione del metronomo sono stati rilasciati due elementi DD1.1 e DD1.2, è consigliabile assemblare su di essi l'assemblaggio finale di un amplificatore a ponte push-pull (escluso transistor VT1, resistori R5 e R6, condensatore C6 ed emettitore HA1 - Fig. 1), operante in modalità di commutazione economica (Fig. 3).
L'amplificatore funziona come segue. Sebbene non vi sia alcun "clic", c'è un livello basso proibitivo all'ingresso dell'amplificatore collegato al pin 11 del microcircuito DD5, quindi l'uscita dell'elemento DD1.1 è di livello alto. Il condensatore C8 viene scaricato attraverso il resistore R9. Ci vogliono solo 15 ms per scaricarlo. Per questo motivo, anche l'uscita dell'elemento DD1.2 è alta, per cui tutti i transistor VT1-VT4 sono chiusi e nessuna corrente scorre attraverso il resistore variabile R10. Quando viene visualizzato un "clic" all'ingresso dell'amplificatore, che è un pacchetto di impulsi rettangolari, il condensatore C8 viene rapidamente caricato tramite il diodo VD2 e il resistore R8. La ricarica richiede circa 0,15 ms. Rimane carico finché ci sono impulsi di "clic" all'ingresso dell'amplificatore. Pertanto, i segnali all'uscita degli elementi DD1.1 e DD1.2 durante la trasmissione del suono sono fuori fase, necessario per il corretto funzionamento dell'amplificatore a ponte [2]. Attraverso il resistore variabile R10 - il controllo del volume del metronomo - scorre una corrente alternata, che cambia periodicamente non solo il suo valore, ma anche la sua direzione, e l'emettitore HA1 riproduce questa frequenza del suono. Ma non appena termina il "clic" successivo, i condensatori si scaricano così tanto che appare un livello elevato sia all'uscita dell'elemento DD1.1 che all'elemento DD1.2. Successivamente si ripete il ciclo di funzionamento dell'amplificatore del metronomo. Il volume di un metronomo con un tale amplificatore aumenta in modo significativo, ma aumenta anche il consumo medio di corrente. Ad esempio, al tempo Largo, il metronomo consuma in media meno di 1 mA, mentre al tempo Prestissimo consuma circa 3 mA. Ma durante il "clic" e poco dopo, il consumo di corrente è di circa 30 mA, quindi difficilmente è consigliabile alimentare un metronomo del genere con una batteria Krona. È preferibile utilizzare 5...9 elementi 334 o 337, lo stesso numero di batterie D-0,55 o 2...3 batterie 3336. È possibile ridurre leggermente il consumo energetico riducendo la resistenza del resistore R9. Quindi il tempo durante il quale i transistor VT1 e VT4 sono costantemente aperti dopo il "clic" viene ridotto. La parte a bassa potenza del dispositivo (microcircuiti) è alimentata dalla stessa fonte attraverso il diodo VD1. La frequenza di risonanza dell'emettitore SP-1, secondo [7], è 3...4 kHz. Ciò significa che la resistenza del resistore R7 dovrà essere ridotta di 1,5...2 volte, sintonizzando così il generatore sonoro sulla risonanza di un particolare emettitore. Inoltre, potrebbe essere necessario aumentare la capacità del condensatore C2 a circa 0,15 μF o aumentare la resistenza dei resistori R3 e R4 rispettivamente a 30 e 300 kOhm. Letteratura
Autore: V.Bannikov, Mosca
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