Усовершенствованный музыкальный метроном. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Музыканту

 Комментарии к статье

В "Радио" № 3 за 1996 г. была опубликована статья "Музыкальный метроном", которая нашла широкий отклик у читателей. Спустя некоторое время автор усовершенствовал свою конструкцию и сегодня знакомит с ее новым вариантом. Метроном, позволяющий не только задавать такт звуковыми "щелчками", но и воспроизводить ноты, может стать помощником начинающим, а также профессиональным музыкантам.

Музыкальный метроном, описанный в [1], удобен тем, что частоту музыкального темпа - от Largo до Prestissimo - можно легко проконтролировать и подстроить по какому-либо музыкальному инструменту со стабильным строем. Любой темп в метрономе настраивают индивидуально. Когда же из-за влияния температуры или питающего напряжения частота задающего генератора изменяется, приходится снова настраивать частоту F каждого темпа. Задача существенно упрощается, если на основе единого задающего генератора делением его частоты F0 на определенный коэффициент счета получить частоту любого темпа (подобно тому, как это сделано в устройствах [2]). Тогда, верно компенсируя уход частоты F0, удается правильно подстроить частоту не одного, а сразу всех музыкальных темпов.

Расчеты показывают, что наиболее удобно настроить задающий генератор на частоту ноты "ре" 7-й октавы (теоретическое значение F0 = 18794,545 Гц). Тогда, поделив частоту F0 на 8, получим ноту "ре" 4-й октавы, на 16 - "ре" 3-й октавы, на 32 - "ре" 2-й октавы, на 64 - "ре" 1 -й октавы. Наконец, если F0 с помощью 8-разрядного двоичного счетчика поделить на 256, сформируем прямоугольные импульсы частотой 73,4 Гц, что соответствует ноте "ре" большой октавы.

Далее потребуется использовать делитель частоты, обеспечивающий изменяемый двузначный коэффициент счета (деления частоты) К2. Например, если задать К2 = 98, то общий коэффициент деления К0 легко подсчитать: К0 = К1 · К2 = - 256 · 98 - 25088, где К1 = 256 - коэффициент счета первого (предварительного) счетчика. В этом случае на выходе второго делителя частоты формируются импульсы частотой Fфакт около 0,75 Гц (18794,5 Гц : 25088) и соответствующей самому медленному темпу Largo. Когда же К2 = 21, то К0 = 256 · 21 = 5376, или Fфакт= = 3,5 Гц - это самый быстрый темп Prestissimo. Другие темпы получим, принимая К2 равным 85, 73, 63, 54 и т. д. (см. табл. 1). Из таблицы видно, что относительная погрешность формирования частоты различных темпов не превышает 2%. На практике столь незначительная погрешность вполне допустима, поскольку частотное "расстояние" между соседними темпами составляет приблизительно 15%.

Схема метронома, построенного по такому принципу, показана на рис.1. На логических элементах DD1.1, DD1.2, резисторах R1, R2 и конденсаторе С1 собран задающий генератор, который настроен на частоту ноты "ре" 7-й октавы. В первом делителе частоты (двоичные счетчики DD2.1, DD2.2) она постепенно понижается. На выходах счетчиков формируется нота "ре" соответствующих октав (рис. 1). Импульсы с последнего выхода (частотой 73,4 Гц) поступают на вход второго делителя частоты, выполненного на счетчиках DD3, DD4 и элементах DD1.3, DD1.4, DD5.1. Остальные выходные сигналы счетчиков DD2.1 и DD2.2 поданы на контакты переключателя SA2.

(нажмите для увеличения)

Предположим, движок этого переключателя переведен в верхнее по схеме положение; на базу усилительного транзистора VT1, включенного по схеме эмиттерного повторителя с нагрузочными резисторами R5 и R6, подаются импульсы частотой ноты "ре" 4-й октавы. Когда же он установлен во второе сверху положение - ноты "ре" 3-й октавы и т. д. Если же он установлен в крайнее нижнее (пятое) положение - это нормальный рабочий режим, в котором на базу транзистора VT1 поступают импульсы со звукоформирующей части метронома, построенной на элементах DD5.2 - DD5.4, резисторах R3, R4, R7 и конденсаторах С2, С5.

Второй (перестраиваемый) делитель частоты выполнен по схеме, описанной в [3, рис.18]. Необходимый коэффициент счета задается с помощью переключателя SA1, имеющего 11 положений (по числу музыкальных темпов). Например, если движок установлен в крайнее нижнее положение, то вход 2 элемента DD5.1 соединен с выходом 2 (вывод 4) счетчика DD4, что задает число "20"; в то же время вход 1 элемента DD5.1 соединен с выходом 1 счетчика DD3 (вывод 2), что задает число "1". Таким образом, суммарный коэффициент счета равен 21, что соответствует темпу Prestissimo. Если же движок переключателя SA1 перевести в крайнее верхнее положение, входы элемента DD5.1 будут связаны с выходами 9 DD4 (вывод 11) и 8 DD3 (вывод 9), т. е. заданы числа "90" и "8", реализующие коэффициент счета К2 = 98 (темп Largo). Правильность задания других коэффициентов деления частоты К2 можно легко проследить по рис.1 и табл. 1. Важно, что при любом коэффициенте К2 на выходе элемента DD1.4 формируется короткий импульс длительностью 6,8 мс. При частоте 3,5 Гц (темп Prestissimo) период повторения импульса равен 286 мс, при медленном темпе Largo (0,75 Гц) - 1333 мс.

Как только упомянутый импульс в очередной раз заканчивается, ранее разряженный конденсатор С2 оказывается подключенным своей левой (по схеме) обкладкой к корпусу. Уровень напряжения на входах элемента DD5.2 станет низким, а на его выходе - высоким, разрешающим работу звукового генератора на элементах DD5.3 и DD5.4. Спустя некоторое время, зависящее от сопротивления переменного резистора R4, конденсатор С2 зарядится (через резисторы R3 и R4) настолько, что на выходе элемента DD5.2 высокий уровень вновь сменится низким, поэтому работа звукового генератора прекратится. Иначе говоря, звуковой генератор тут работает кратковременно, сразу же после окончания импульса длительностью 6,8 мс. Когда же импульс в очередной раз возникает снова, конденсатор С2 опять быстро разряжается. Разрядка происходит через внутренние диоды элемента DD5.2: их катод подключен к плюсу питания микросхемы, а анод - к соответствующему входу элемента. Более подробно см. в [4, рис. 6]). О том, как следует устанавливать длительность звукового импульса, чтобы добиться именно "щелчка", а не явственно различимого тона, детально рассказано в [1].

Сопротивление резистора R7 подбирают таким, чтобы пьезокерамический излучатель НА1 работал на частоте основного резонанса - согласно [5], для излучателя ЗП-1 - это чуть больше 2 кГц. Блокировочный конденсатор C3 служит для устранения в цепи питания высокочастотных пульсаций напряжения, а С4 - низкочастотных. Защитный диод VD1 препятствует подаче на устройство напряжения обратной полярности. С резистора R6 через конденсатор С6 можно снимать выходной сигнал напряжением 0,25 В, что позволяет подключать метроном к входу звукоусилительной аппаратуры (например, через микшер), если его громкость окажется недостаточной. Поскольку сопротивление R6 мало, требования к экранированию соединительных проводов могут быть значительно понижены.

В паузах между отдельными "щелчками" метроном почти не потребляет электроэнергии, а во время "щелчка" потребляемый ток увеличивается примерно до 3...4 мА. Ясно, что энергопотребление будет тем больше, чем больше длительность звукового импульса (при частоте около 2 кГц она должна быть не менее 15 мс) и чем выше музыкальный темп. Так, при темпе Prestissimo метроном потребляет в среднем 0,15...0,2 мА, в то время как при темпе Largo - всего 0,03...0,045 мА, поэтому питать устройство вполне возможно от обычной батареи "Крона" или аккумуляторной батареи 7Д-0,115.

Чтобы подстроить одновременно все музыкальные темпы метронома, достаточно переключатель SA2 перевести в одно из четырех положений настройки, соответствующее ноте "ре1", "ре2", "ре3" или "ре4". Положение переключателя SA1 при этом значения не имеет. Взяв на каком-либо музыкальном инструменте с верным строем - фортепиано, аккордеоне либо баяне - точно такую же ноту, резистором R1 устанавливают частоту задающего генератора, при которой биения звуков отсутствуют. Когда это достигнуто, настройка метронома будет такой, как указано в табл. 1. Отметим, что наиболее громко будет звучать нота "ре4"; громкость же остальных нот, начиная с "ре3" и до "ре1", станет убывать по мере уменьшения номера октавы.

В рабочем режиме метроном воспроизводит однотональные звуковые удары - "щелчки". Если же необходимо воспроизводить как ординарные (обычные) удары, так и акцентированные (наиболее сильные), придется в метроном ввести дополнительный узел, схема которого показана в [1], рис. 2. Для этого, во-первых, исключают следующие компоненты: логические элементы DD5.2 - DD5.4, транзистор VT1, резисторы R3 - R7, конденсаторы С2, С5, С6, излучатель НА1. Во-вторых, вместо конденсатора С2 к выходу элемента DD1.4 метронома подключают нижний аход узла, который обозначен "К выв. 1 DD1". В-третьих, двупозиционный переключатель SA1 узла заменяют пяти-позиционным переключателем SA2 метронома: к его нижнему неподвижному контакту подключают выход элемента DD2.4, а подвижный контакт соединяют с базой транзистора VT1 дополнительного узла. Питают обе части устройства через общий диод VD1. О работе метронома, воспроизводящего "акценты" и "ординары", подробно рассказано в [1].

Но подстраивать метроном и периодически следить за правильностью его "строя" все-таки не очень удобно. Нельзя ли избежать этих процедур? Оказывается, вполне возможно. На рис. 2 показана отличающаяся часть метронома. Вместо исключенных логических элементов 001.1, DD1.2 и счетчиков DD2.1, DD2.2 (см. рис. 1) использована "часовая" микросхема К176ИЕ5 (DD2), включенная по типовой схеме в [6, рис. 9]. Стабильность "строя" метронома достигается стабилизацией частоты F0 = 32 768 Гц с помощью миниатюрного "часового" кварцевого резонатора ZQ1. На выходе 9 микросхемы К176ИЕ5 (вывод 1) формируются прямоугольные импульсы частотой 64 Гц. Грубо частота подбирается конденсатором С1, точно - С7.

Импульсы частотой 64 Гц подаются на вход перестраиваемого делителя, собранного на двух микросхемах К561ИЕ8 (DD3 и DD4). Разница состоит лишь в том, что способ разводки выходов этих микросхем к переключателю SA1 несколько изменен. Так как частота 64 Гц заметно отличается от частоты 73,4 Гц предыдущего варианта метронома, требуются другие значения К2 и К1 = 512 (см. табл. 2). Из таблицы видно, что погрешность формирования темпов у этого варианта метронома меньше, чем у предыдущего. Долговременная же стабильность частоты здесь гораздо выше. Заметим, что вместо короткого импульса длительностью около 6,8 мс формируется импульс длительностью примерно 7,8 мс. То и другое значение равно половине периода повторения импульсов, подаваемых на вход второго делителя частоты. В остальном работа этого метронома ничем не отличается от предыдущего.

Так как периодически контролировать частоту F0 задающего генератора уже не нужно, переключатель SA2 из схемы исключают, а базу транзистора VT1 соединяют с выходом элемента DD5.4 (обозначения на рис.1).

Поскольку в этом варианте метронома высвободились два элемента DD1.1 и DD1.2, на них целесообразно собрать предо конечный узел двухтактного мостового усилителя (исключив транзистор VT1, резисторы R5 и R6, конденсатор С6 и излучатель НА1 - рис. 1), работающего в экономичном переключательном режиме (рис.3).

Усилитель работает следующим образом. Пока "щелчка" нет, на входе усилителя, соединенном с выводом 11 микросхемы DD5, присутствует запрещающий низкий уровень, поэтому на выходе элемента DD1.1 - высокий уровень. Конденсатор С8 при этом разряжен через резистор R9. Для его разрядки достаточно всего лишь 15 мс. Из-за этого и на выходе элемента DD1.2 также высокий уровень, вследствие чего все транзисторы VT1-VT4 закрыты и ток через переменный резистор R10 не течет.

Когда на входе усилителя появляется "щелчок", представляющий собой пакет прямоугольных импульсов, конденсатор С8 быстро заряжается через диод VD2 и резистор R8. Для зарядки необходимо около 0,15 мс. Он остается заряженным, пока на входе усилителя есть импульсы "щелчка". Поэтому сигналы на выходе элементов DD1.1 и DD1.2 во время звуковой посылки противофазны, что и нужно для правильной работы мостового усилителя [2]. Через переменный резистор R10 - регулятор громкости метронома - течет переменный ток, периодически изменяющий не только свою величину, но и направление, а излучатель НА1 воспроизводит эту звуковую частоту.

Но как только очередной "щелчок" заканчивается, конденсаторов разряжается настолько, что высокий уровень появляется как на выходе элемента DD1.1, так и DD1.2. В дальнейшем цикл работы усилителя метронома повторяется.

Громкость метронома с таким усилителем существенно возрастает, но увеличивается и средний потребляемый ток. Например, при темпе Largo метроном потребляет в среднем менее 1 мА, а при темпе Prestissimo - порядка 3 мА. Но во время "щелчка" и чуть позже него потребляемый ток составляет приблизительно 30 мА, поэтому питать такой метроном от батареи "Крона" вряд ли целесообразно. Лучше использовать 5...9 элементов 334 или 337, столько же аккумуляторов Д-0,55 или 2...3 батареи 3336. Несколько снизить энергопотребление удается, уменьшив сопротивление резистора R9. Тогда время, в течение которого транзисторы VT1 и VT4 постоянно открыты после "щелчка", сокращается. Маломощную часть устройства (микросхемы) питают от того же источника через диод VD1.

Частота резонанса излучателя СП-1, согласно [7], составляет 3...4 кГц. Это означает, что сопротивление резистора R7 придется уменьшить в 1,5...2 раза, настроив тем самым звуковой генератор на резонанс конкретного излучателя. Кроме того, может потребоваться увеличение емкости конденсатора С2 примерно до 0,15 мкФ либо увеличение сопротивления резисторов R3 и R4 до 30 и 300 кОм соответственно.

Литература

1. Банников В. Музыкальный метроном. - Радио, 1996, № 3, с. 52-55.
2. Банников В. Трехтональные музыкальные сигнализаторы. - Радио, 1996, № 1, с. 46-48; № 2, с. 45-47.
3. Алексеев С. Применение микросхем серии К561. - Радио, 1986, № 12, с. 42-46.
4. Алексеев С. Формирователи и генераторы на микросхемах структуры КМОП. - Радио, 1985, № 8, с. 31-35.
5. Александров И. Применение звукоизлучателя ЗП-1. - Радио, 1985, № 12, с. 54.
6. Алексеев С. Применение микросхем серии К176. - Радио, 1984, № 4, с. 25-28.
7. Нечаев И. Охранные устройства с излучателем СП-1. - Радио, 1986, № 3, с. 42, 43.

Автор: В.Банников, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Музыканту.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Ультракороткофокусный проектор JMGO Smart Wall O1 26.04.2021 Китайский производитель проекторов JMGO официально анонсировал новый домашний проектор JMGO Smart Wall O1, который не нужно размещать далеко от экрана для получения большого изображения. Минимальное расстояние проецирования составляет всего 27 см. В проекторе используется сверхкороткофокусная технология, а его коэффициент проецирования (отношение расстояния проецирования к диагонали экрана) составляет всего 0,25:1, в то время как этот коэффициент у обычных проекторов обычно равен 1,2:1. Проектор имеет разрешение 1920 х 1080 пикселей. Инженерам потребовалось 12 месяцев, чтобы добиться уменьшения расстояния проецирования при одновременном обеспечении максимального качества изображения. JMGO Smart Wall O1 также оснащен датчиком цветовой температуры, который регулирует цветовую температуру для стен разного цвета. Что касается аппаратного обеспечения, Smart Wall O1 оснащен однокристальной системой MediaTek MT9669, которая может реализовать интеллектуальное шумоподавление, поддерживать формирование изображений с широким динамическим диапазоном и компенсацию движения. JMGO сотрудничает с Dynaudio. Проектор оснащен двумя динамиками мощностью 7 Вт. В проекторе предусмотрено четыре настраиваемых режима звуковых эффектов: стандартный, фильм, событие и музыка. Цена новинки - 600 долларов.

Другие интересные новости:

▪ Помидор против комара

▪ Полифенолы вина помогают сохранять здоровье зубов и десен

▪ Мобильный телефон - друг туриста

▪ Титанический гиперион

▪ Энергию можно хранить в воздухе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Загадки для взрослых и детей. Подборка статей

▪ статья Исократ. Знаменитые афоризмы

▪ статья Когда впервые записали традиционные мифы и легенды? Подробный ответ

▪ статья Музейный смотритель. Должностная инструкция

▪ статья Экономь электролампочки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сумматор, регулируемый ФНЧ и фазовращатель для сабвуферного канала на одном транзисторе и ОУ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025