Приветствую, радиолюбители-музыканты!
В далёкие времена, когда электроники не существовало в привычном нам понимании, все музыкальный инструменты были лишь акустическими — звуковые волны в них создавались за счёт резонирования мембран, струн, корпусов и т.д. С развитием электроники стали появляться и различные музыкальные инструменты, использующие в своей работе силу электричества — в частности, в 20-30 годах прошлого века зарождались прототипы электрогитар, и сейчас, спустя всего век, этот инструмент пользуется большой популярностью по всему миру и никого не удивляет. Электроника — своеобразный конструктор, в котором единичными элементами служат различные детали — резисторы, конденсаторы, транзисторы, микросхемы и т.д., путём различных комбинаций можно заставить электронную схему делать буквально что угодно — автоматически открывать дверь, включать свет, усиливать звук, и ещё бесчисленное количество действий, без которых мы уже не видим привычную жизнь. Более того, создаются и различные музыкальные инструменты, в которых звук генерируется непосредственно электронной схемой, как раз о таком инструменте речь пойдёт в этой статье. Звук — это, по сути, акустический сигнал определённой частоты, например, если дёрнуть струну на гитаре, то она начнёт колебаться с определённой частотой, которую мы и слышим в виде ноты. Если зажать струну на определённом ладу и также дёрнуть струну — колебания возникнут уже на другой частоте, то есть будет звучать другая нота. Путём комбинирования различных способов звукоизвлечения, различных струн, каждая из которых настроена на определённую ноту, различных ладов музыканты создают, записывают и воспроизводят различные мелодии. То же самое можно сделать и с динамиком — он, аналогично резонирующему корпусу гитары, может усиливать колебания, тем самым превращая их в слышимый нам звук. Но если на гитаре частота задаётся длиной и толщиной струны, то в случае с динамиком мы может заставить его колебаться на любой частоте слышимого диапазона, благодаря электронным схемам. Вот так и данный светомузыкальный инструмент генерирует и воспроизводит звуковые колебания, высоту которых «исполнитель» может менять, перемещая небольшой стержень, тем самым извлекая разные звуки. Конечно, данный прибор трудно назвать полноценным инструментом, ведь он может издавать лишь примитивный писк разной высоты, но, тем не менее, может послужить отличной игрушкой для детей. Кроме того, принцип, заложенный в схеме такого инструмента можно использовать и в более продвинутых конструкциях.
На картинке выше показана схема, разберём её по порядку. В левой части внизу можно увидеть гальванический элемент — это источник питания, от которого будет питаться схема, он может иметь напряжение в диапазоне 9-12В. Здесь можно использовать различные варианты для питания, например, идеально подойдёт готовый сетевой адаптер на 9-12В, такие часто используются для питания роутеров и прочей подобной аппаратуры. Можно использовать, например, USB выход с любого телефонного зарядника или Power bank’а, он имеет напряжение 5В, а потому его нужно использовать совместно с повышающим DC-DC преобразователем, с помощью преобразователя схему также можно будет питать и от литий-ионного аккумулятора, в этом случае прибор получится автономным и не зависящим от розетки, что довольно удобно. Также для питания можно использовать и батарейку крону, она как раз имеет напряжение 9В, но в этом случае стоит учитывать, что время автономной работы схемы будет довольно небольшим, всего лишь около часа-двух. Верхний выход гальванического элемента на схеме — плюс, он поступает на схему последовательно с выключателем, который подписан на схеме как «SWITCH», здесь можно использовать какой угодно выключатель с фиксацией, схема потребляет небольшой ток и питается от низкого напряжения, поэтому требований к выключателю особых нет. К простейшем случае можно просто заменить его перемычкой, в этом случае схема начнёт работать сразу, как только блок питания будет включен в розетку либо будет подключена батарейка. После выключателя питающее напряжение поступает на цепочку из последовательно включенного светодиода LED и резистора на 100 Ом — эти элементы нужны для правильной работы инструмента, также она выступает в роли индикатора включения, если горит светодиод, значит питание поступает и схема должна работать. Здесь можно применить любой светодиод с любым цветом, подойдут распространённые 3 или 5 мм светодиоды, номинал резистора стоит взять побольше, хотя бы 1 кОм, иначе светодиод будет слишком сильно светить и быстро деградировать. Чем ниже сопротивление резистора, тем ярче горит светодиод, и наоборот.
Параллельно с цепочкой из резистора и светодиода питание поступает собственно на саму схему, которая и генерирует звуковой сигнал. В её основе лежит популярная микросхема-таймер NE555, которая продаётся в любом магазине радиодеталей и стоит сущие копейки. Эти микросхемы могут выпускаться как в обычных выводных корпусах, так и в планарных корпусах для поверхностного монтажа — предпочтение стоит отдать выводному корпусу, его гораздо легче паять. К плюсу на схеме подключается 8 вывод микросхемы и интересный элемент, обозначенный на схеме как «LDR» — называется он фоторезистором, как можно догадаться из названия, это резистор, сопротивление которого зависит от уровня света. Здесь необходимо немного рассказать о принципе работы схемы, чтоб было понятно, для чего вообще нужен фоторезистор. Светодиод LED, о котором было сказано выше, непрерывно светит при включении схемы, а сопротивление фоторезистора как раз зависит от уровня света. Таким образом, засвечивая фоторезистор светодиодом мы можем менять степень засветки, тем самым меняя сопротивление фоторезистора. Так как фоторезистор будет реагировать на любой свет, а не только на светодиод схемы, то расположить их нужно друг напротив друга в непрозрачной трубочке например, из картона, жести, либо просто взять готовый корпус от маркера или ручки. На одном конце трубочки крепится фоторезистор, светодиод устанавливается на подвижный «поршень», который будет перемещаться внутри трубочки, тем самым меняя количество света, поступающего на фоторезистор — от этого будет зависеть высота звука. Фоторезистор также не является дефицитным компонентом, найти его можно в любом магазине радиодеталей, предпочтение стоит отдать вариантам с более маленькими размерами, чтобы уместить в корпусе.
На картинке выше можно увидеть данную конструкцию в руках человека — путём перемещения поршня в трубке можно менять звук, и, при особой сноровке, даже сыграть простую мелодию.
На электрической схеме, в обвязке микросхемы, также можно увидеть электролитический конденсатор на 2,2 мкФ — он задаёт частоту работы микросхемы, то есть частоту звука. Если после сборки устройства оказалось, что генерируемая частота слишком высокая или низкая, её всегда можно поменять, добавляя или уменьшая ёмкость этого конденсатора. Увеличение ёмкости приведёт к уменьшению частоты, и, соответственно, наоборот. В правой части схемы можно увидеть ещё один электролитический конденсатор, ёмкостью уже 100 мкФ, через него в выходе микросхемы подключается динамик. Здесь можно использовать какой угодно динамик с сопротивлением 4-16 Ом, либо вовсе подключать наушники. Все конденсаторы на схеме должны быть рассчитаны на напряжение как минимум 16В, при запаивании на плату важно соблюдать их полярность.
Собрать схему можно на макетной плате, согласно рисунку, представленному выше. Микросхему NE555 не помешает установить на плату через панельку, это позволит в любой момент её достать для использования в других проектах. Зелёным прямоугольником на рисунке выше показана трубка, на одном конце которой расположен светодиод, на другом — фоторезистор, светодиод должен иметь возможность перемещаться относительно фоторезистора, а потому для сборки лучше использовать тонкие гибкие провода.
Для любопытства на картинке ниже представлена внутренняя структура микросхемы NE555.
После сборки схема не требует особой наладки, но при желании можно подстроить частоту работы путём изменения конденсатора на 2,2 мкФ, а также можно поэкспериментировать с яркостью светодиода LED, если он засвечивает фоторезистор слишком сильно или наоборот, слишком слабо. На картинке ниже представлено фото готового светомузыкального инструмента — динамик располагается на самой плате. При желании плату можно установить в подходящий по размерам корпус. Удачной сборки! По всем вопросам и дополнениям пишите в комментарии.
Источник (Source)
Подборки: Инструмент Музыка Схема Плата Электроника
Источник: