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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Metrônomo musical avançado. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Músico Na "Rádio" nº 3 de 1996, foi publicado o artigo "Metrônomo musical", que obteve ampla resposta dos leitores. Depois de algum tempo, a autora aprimorou seu design e hoje apresenta sua nova versão. O metrônomo, que permite não só definir a batida com "cliques" sonoros, mas também tocar notas, pode se tornar um assistente tanto para iniciantes quanto para músicos profissionais. O metrônomo musical descrito em [1] é conveniente porque a frequência do andamento musical - do largo ao prestissimo - pode ser facilmente controlada e ajustada a qualquer instrumento musical com afinação estável. Qualquer tempo no metrônomo é ajustado individualmente. Quando, devido à influência da temperatura ou tensão de alimentação, a frequência do oscilador mestre muda, é necessário ajustar novamente a frequência F de cada ritmo. A tarefa é bastante simplificada se, com base em um único oscilador mestre, dividindo sua frequência F0 por um determinado fator de contagem, obtivermos a frequência de qualquer taxa (semelhante a como é feito nos dispositivos [2]). Então, compensando corretamente o desvio da frequência F0, é possível ajustar corretamente a frequência não de um, mas de todos os andamentos musicais de uma só vez. Os cálculos mostram que é mais conveniente sintonizar o oscilador mestre na frequência da nota "re" da 7ª oitava (valor teórico F0 = 18794,545 Hz). Então, dividindo a frequência F0 por 8, obtemos a nota "re" da 4ª oitava, por 16 - "re" da 3ª oitava, por 32 - "re" da 2ª oitava, por 64 - "re" da a 1ª oitava. Finalmente, se F0 for dividido por 8 usando um contador binário de 256 bits, geraremos pulsos retangulares com frequência de 73,4 Hz, que corresponde à nota "Ré" da oitava grande. Em seguida, você precisará usar um divisor de frequência que forneça um fator de contagem variável de dois dígitos (divisão de frequência) K2. Por exemplo, se você definir K2 = 98, o fator de divisão total K0 será fácil de calcular: K0 = K1 K2 = - 256 98 - 25088, onde K1 = 256 é o fator de contagem do primeiro contador (preliminar). Nesse caso, na saída do segundo divisor de frequência, são formados pulsos com uma frequência Fato de cerca de 0,75 Hz (18794,5 Hz: 25088) e correspondentes ao Largo tempo mais lento. Quando K2 = 21, então K0 = 256 21 = 5376, ou Ffact = = 3,5 Hz - este é o tempo Prestissimo mais rápido. Outras taxas serão obtidas tomando K2 igual a 85, 73, 63, 54, etc. (ver Tabela 1). A tabela mostra que o erro relativo na formação da frequência de diferentes taxas não excede 2%. Na prática, um erro tão pequeno é bastante aceitável, uma vez que a "distância" de frequência entre taxas adjacentes é de aproximadamente 15%.
Um diagrama de um metrônomo construído de acordo com este princípio é mostrado na Fig. 1. Nos elementos lógicos DD1.1, DD1.2, resistores R1, R2 e capacitor C1, é montado um oscilador mestre, que é sintonizado na frequência da nota "re" da 7ª oitava. No primeiro divisor de frequência (contadores binários DD2.1, DD2.2), ele diminui gradativamente. Nas saídas dos contadores, forma-se a nota "re" das oitavas correspondentes (Fig. 1). Os pulsos da última saída (frequência 73,4 Hz) são alimentados na entrada do segundo divisor de frequência, feitos nos contadores DD3, DD4 e nos elementos DD1.3, DD1.4, DD5.1. Os demais sinais de saída dos contadores DD2.1 e DD2.2 são aplicados aos contatos da chave SA2.
Suponha que o controle deslizante dessa chave seja movido para a posição superior de acordo com o diagrama; à base do transistor amplificador VT1, conectado de acordo com o circuito seguidor do emissor com resistores de carga R5 e R6, os pulsos são fornecidos com uma frequência da nota "re" da 4ª oitava. Quando é definido para a segunda posição a partir do topo - as notas "re" da 3ª oitava, etc. Se for definido para a posição mais baixa (quinta), este é o modo de operação normal, no qual pulsos do som- parte formadora são enviados para a base do metrônomo do transistor VT1 construído nos elementos DD5.2 - DD5.4, resistores R3, R4, R7 e capacitores C2, C5. O segundo divisor de frequência (sintonizável) é feito de acordo com o esquema descrito em [3, Fig.18]. O coeficiente de conta necessário é definido usando a chave SA1, que possui 11 posições (de acordo com o número de tempos musicais). Por exemplo, se o motor estiver na posição mais baixa, a entrada 2 do elemento DD5.1 é conectada à saída 2 (pino 4) do contador DD4, que define o número "20"; ao mesmo tempo, a entrada 1 do elemento DD5.1 é conectada à saída 1 do contador DD3 (pino 2), que define o número "1". Assim, o coeficiente de pontuação total é 21, que corresponde ao tempo Prestissimo. Se a chave deslizante SA1 for movida para a posição mais alta, as entradas do elemento DD5.1 serão conectadas às saídas 9 DD4 (pino 11) e 8 DD3 (pino 9), ou seja, os números "90" e " 8" são dadas, realizando as pontuações do coeficiente K2 = 98 (Largo pace). A exatidão da configuração de outros coeficientes de divisão de frequência K2 pode ser facilmente vista na Fig. 1 e na Tabela. 1. É importante que para qualquer coeficiente K2, um pulso curto com duração de 1.4 ms seja formado na saída do elemento DD6,8. Na frequência de 3,5 Hz (Prestissimo tempo), o período de repetição do pulso é de 286 ms, em um Largo tempo lento (0,75 Hz) - 1333 ms. Assim que o pulso mencionado terminar novamente, o capacitor C2 previamente descarregado acaba sendo conectado por sua placa esquerda (de acordo com o diagrama) ao gabinete. O nível de tensão nas entradas do elemento DD5.2 ficará baixo e em sua saída - alto, permitindo a operação do gerador de som nos elementos DD5.3 e DD5.4. Depois de algum tempo, dependendo da resistência do resistor variável R4, o capacitor C2 será carregado (através dos resistores R3 e R4) tanto que o nível alto na saída do elemento DD5.2 mudará para baixo novamente, então o gerador de som irá parar. Em outras palavras, o gerador de som aqui funciona por um curto período de tempo, imediatamente após o término do pulso de 6,8 ms. Quando o pulso surge novamente, o capacitor C2 novamente descarrega rapidamente. A descarga ocorre através dos diodos internos do elemento DD5.2: seu cátodo é conectado à fonte de alimentação do microcircuito e o ânodo é conectado à entrada correspondente do elemento. Para mais detalhes, ver [4, fig. 6]). Como definir a duração de um pulso de som para obter um “clique” em vez de um tom claramente distinguível é descrito em detalhes em [1]. A resistência do resistor R7 é selecionada de forma que o emissor piezocerâmico HA1 opere na frequência de ressonância principal - conforme [5], para o emissor ZP-1, este é um pouco mais de 2 kHz. O capacitor de bloqueio C3 serve para eliminar ondulações de tensão de alta frequência no circuito de potência e C4 - de baixa frequência. O diodo de proteção VD1 impede o fornecimento de tensão de polaridade reversa ao dispositivo. Um sinal de saída de 6 V pode ser removido do resistor R6 através do capacitor C0,25, o que permite conectar um metrônomo à entrada do equipamento de amplificação de som (por exemplo, por meio de um mixer) se seu volume for insuficiente. Como a resistência R6 é pequena, os requisitos de blindagem dos fios de conexão podem ser significativamente reduzidos. Nas pausas entre os "cliques" individuais, o metrônomo quase não consome eletricidade, e durante o "clique" o consumo de corrente aumenta para cerca de 3...4 mA. É claro que quanto maior a duração do pulso sonoro (em uma frequência de cerca de 2 kHz, deve ser de pelo menos 15 ms) e quanto maior for o andamento musical, maior será o consumo de energia. Assim, no andamento Prestissimo, o metrônomo consome em média 0,15 ... 0,2 mA, enquanto no andamento Largo consome apenas 0,03 ... bateria 0,045D-7. Para ajustar todos os andamentos musicais do metrônomo ao mesmo tempo, basta colocar a chave SA2 em uma das quatro posições de afinação correspondentes à nota "pe1", "pe2", "pe3" ou "pe4". A posição da chave SA1 não importa. Assumindo qualquer instrumento musical com a afinação correta - piano, acordeão ou acordeão de botão - exatamente a mesma nota, o resistor R1 define a frequência do oscilador principal, na qual não há batidas de sons. Quando isso for alcançado, a configuração do metrônomo será conforme mostrado na Tabela 1. 4. Observe que a nota "pe3" soará mais alta; o volume das notas restantes, começando com "pe1" e até "peXNUMX", diminuirá à medida que o número da oitava diminuir. No modo operacional, o metrônomo reproduz choques sonoros de tom único - "cliques". Se for necessário reproduzir batidas comuns (comuns) e acentuadas (as mais fortes), você terá que introduzir um nó adicional no metrônomo, cujo esquema é mostrado em [1], fig. 2. Para fazer isso, em primeiro lugar, os seguintes componentes são excluídos: elementos lógicos DD5.2 - DD5.4, transistor VT1, resistores R3 - R7, capacitores C2, C5, C6, emissor HA1. Em segundo lugar, em vez do capacitor C2, a saída inferior do nó é conectada à saída do elemento do metrônomo DD1.4, que é designado "To pin 1 DD1". Em terceiro lugar, a chave liga-desliga SA1 do nó é substituída por uma chave de metrônomo de cinco posições SA2: a saída do elemento DD2.4 é conectada ao seu contato fixo inferior e o contato móvel é conectado à base do transistor VT1 do nó adicional. Ambas as partes do dispositivo são alimentadas por um diodo comum VD1. O trabalho de um metrônomo que reproduz "acentos" e "comuns" é descrito em detalhes em [1].
Mas ajustar o metrônomo e monitorar periodicamente a exatidão de sua “construção” ainda não é muito conveniente. É possível evitar esses procedimentos? Acontece que é bem possível. Na fig. 2 mostra uma parte diferente do metrônomo. Em vez dos elementos lógicos excluídos 001.1, DD1.2 e contadores DD2.1, DD2.2 (ver Fig. 1), foi utilizado um chip "relógio" K176IE5 (DD2), incluído de acordo com o circuito típico em [6, Fig. . 9]. A estabilidade da "afinação" do metrônomo é obtida estabilizando a frequência F0 = 32 Hz usando um ressonador de quartzo "relógio" em miniatura ZQ768. Na saída 1 do microcircuito K9IE176 (pino 5), são formados pulsos retangulares com frequência de 1 Hz. Aproximadamente, a frequência é selecionada pelo capacitor C64, exatamente - C1. Pulsos com frequência de 64 Hz são alimentados na entrada de um divisor sintonizável montado em dois microcircuitos K561IE8 (DD3 e DD4). A única diferença é que a forma como as saídas desses microcircuitos são roteadas para o switch SA1 é um pouco alterada. Como a frequência de 64 Hz difere acentuadamente da frequência de 73,4 Hz da versão anterior do metrônomo, outros valores de K2 e K1 = 512 são necessários (consulte a Tabela 2). A tabela mostra que o erro na formação de taxas nesta versão do metrônomo é menor do que na anterior. A estabilidade de frequência a longo prazo é muito maior aqui. Observe que, em vez de um pulso curto com duração de cerca de 6,8 ms, é formado um pulso com duração de aproximadamente 7,8 ms. Ambos os valores são iguais à metade do período de repetição dos pulsos aplicados na entrada do segundo divisor de frequência. Caso contrário, a operação deste metrônomo não é diferente da anterior.
Como não é mais necessário controlar periodicamente a frequência F0 do oscilador mestre, a chave SA2 é excluída do circuito e a base do transistor VT1 é conectada à saída do elemento DD5.4 (notações na Fig. 1). Como nesta versão do metrônomo foram lançados dois elementos DD1.1 e DD1.2, é aconselhável montar neles o nó final de um amplificador de ponte push-pull (excluindo o transistor VT1, resistores R5 e R6, capacitor C6 e emissor HA1 - Fig. 1), operando em modo econômico de comutação (Fig. 3).
O amplificador funciona da seguinte maneira. Enquanto não houver "clique", na entrada do amplificador conectado ao pino 11 do chip DD5, há um nível baixo proibitivo, portanto a saída do elemento DD1.1 é alta. O capacitor C8 é descarregado através do resistor R9. Leva apenas 15ms para descarregá-lo. Por causa disso, a saída do elemento DD1.2 também é alta, fazendo com que todos os transistores VT1-VT4 sejam fechados e a corrente não flua pelo resistor variável R10. Quando um "clique" aparece na entrada do amplificador, que é um pacote de pulsos retangulares, o capacitor C8 é carregado rapidamente através do diodo VD2 e do resistor R8. O carregamento leva cerca de 0,15ms. Ele permanece carregado enquanto houver pulsos de "clique" na entrada do amplificador. Portanto, os sinais na saída dos elementos DD1.1 e DD1.2 ficam defasados durante a transmissão do som, o que é necessário para o correto funcionamento do amplificador ponte [2]. Através do resistor variável R10 - o controle de volume do metrônomo - uma corrente alternada flui, mudando periodicamente não apenas sua magnitude, mas também sua direção, e o emissor HA1 reproduz essa frequência sonora. Mas assim que o próximo "clique" terminar, o capacitor é descarregado tanto que um nível alto aparece na saída do elemento DD1.1 e DD1.2. No futuro, o ciclo de operação do amplificador do metrônomo é repetido. O volume de um metrônomo com esse amplificador aumenta significativamente, mas o consumo médio de corrente também aumenta. Por exemplo, no andamento Largo, o metrônomo consome menos de 1 mA em média, enquanto no andamento Prestissimo consome cerca de 3 mA. Mas durante o "clique" e um pouco depois, a corrente consumida é de aproximadamente 30 mA, por isso dificilmente é aconselhável alimentar esse metrônomo com a bateria "Krona". É melhor usar 5 ... 9 elementos 334 ou 337, o mesmo número de baterias D-0,55 ou 2 ... 3 baterias 3336. É possível reduzir um pouco o consumo de energia reduzindo a resistência do resistor R9. Então, o tempo durante o qual os transistores VT1 e VT4 estão constantemente abertos após o "clique" é reduzido. A parte de baixa potência do dispositivo (microcircuito) é alimentada da mesma fonte através do diodo VD1. A frequência de ressonância do emissor SP-1, conforme [7], é de 3...4 kHz. Isso significa que a resistência do resistor R7 terá que ser reduzida em 1,5 ... 2 vezes, sintonizando assim o gerador de som para a ressonância de um determinado emissor. Além disso, pode ser necessário aumentar a capacitância do capacitor C2 para cerca de 0,15 microfarads ou aumentar a resistência dos resistores R3 e R4 para 30 e 300 kOhm, respectivamente. Literatura
Autor: V. Bannikov, Moscou
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