Я счастлив, что на мьюзикфоруме появился DIY раздел. Спешу поделиться своими сумасшедшими разработками в области музыкальных инструментов.
Итак, знакомьтесь: лэпстил гитара, электро хур, KORG MONOTRON++.
Все инструменты сделаны из материалов, купленных на строительном рынке, кроме, разумеется, гитарных запчастей и радиодеталей.
Лэпстил гитара представляет собой прямоугольный фанерный короб с установленной на нём гитарной фурнитурой.
Электро хур . Вообще, хур – это древний музыкальный смычковый инструмент с одной и более струн. Особенность хура в том, что струны при игре не прижимаются к накладке грифа (а ее, собственно говоря, и нет). В моём варианте используется две гитарные струны. Звукосниматель басгитарный. Смычёк виолончельный (покупной).
KORG MONOTRON++ . Ну, тут уж пришлось попыхать паяльничком. В основу устройства положен ленточный синтезатор KORG MONOTRON. Собственно идея была вот в чём: заменить механические потенциометры цифровыми и управлять параметрами синтезатора при помощи микроконтроллера. Таким образом, у KORG MONOTRON были заменены: потенциометр, управляющий частотой среза фильтра и потенциометр выходной громкости. Использован контроллер-конструктор LDM-MP 3.01 с микроконтроллером AT90CAN128, а так же цифровой потенциометр AD8402ANZ10 (два в корпусе) и аналоговый мультиплексор 74HC4052N. Программное обеспечение контроллера написано на языке C (типа, операционная система
). Этот чудо прибор может использоваться в двух режимах: автономном (т. е. как самостоятельный инструмент) и совместно с компьютером.
В автономном режиме микроконтроллер измеряет значения потенциометров на верхней панели (у микроконтроллера восьмиканальный АЦП, а надо 12 каналов, поэтому используется мультиплексор). При нажатии красной кнопки генерит две ADSR кривые для цифровых потенциометров. Параметры ADSR задаются вторым и третьим рядами потенциометров на верхней панели. Алгоритм игры на инструменте таков: сначала, стилусом, надавливаем на ленту синтезатора (и удерживаем), затем нажимаем на красную кнопку триггера и удерживаем столько времени, сколько длится нота. Потом отпускаем кнопку, перемещаем стилус и снова нажимаем на кнопку. После некоторой тренировки удаётся сыграть довольно резвенько. Ещё можно использовать VCA в режиме тремоло, т. е. вместо ADSR кривой на VCA подаётася тремолирующий
сигнал (на верхней панели задаётся скорость фронта, скорость спада, глубина, форма). В самом верхнем ряду, на верхней панели установлены два разъёма – это вход и выход KORG MONOTRON. Первоначальная идея была в том, что бы заставить срабатывать триггер по внешнему сигналу (например, от гитары). Для этого была собрана схема индикатора уровня (в левой части прибора) и самый нижний светодиод подключён к АЦП микроконтроллера. Когда мы дёргаем струну, индикатор уровня подпрыгивает, что эквивалентно нажатию на красную кнопку. Чувствительность индикатора уровня задаётся потенциометром, расположенным над ним. Однако результат не был удовлетворительным. Вход KORG MONOTRON легко перегружается (ещё и дисторшн в комплекте), а если его ослабить, то «кваки» всё равно невыразительные получаются, у стандартных примочек лучше. Единственный прикол был с попыткой подключения драммашины, вот тут совершенно неузнаваемые звуки получались
!
Второй режим, как было сказано, совместный с компьютером. При этом микроконтроллер принимает управляющие сигналы через LPT порт компьютера (разъём для подключения находится над корпусом KORG MONOTRON, а то вы, наверное, подумали, что это MIDI), и передаёт его на цифровые потенциометры. В этом режиме роль генератора принимает на себя компьютер, а KORG MONOTRON используется как VCF и VCA. В настоящее время разрабатываю программное обеспечение для данного режима.
Было бы интересно познакомиться с другими самодельщиками в Москве. Может даже организовать оркестр самодельных инструментов.
Итак, знакомьтесь: лэпстил гитара, электро хур, KORG MONOTRON++.
Все инструменты сделаны из материалов, купленных на строительном рынке, кроме, разумеется, гитарных запчастей и радиодеталей.
Лэпстил гитара представляет собой прямоугольный фанерный короб с установленной на нём гитарной фурнитурой.
Электро хур . Вообще, хур – это древний музыкальный смычковый инструмент с одной и более струн. Особенность хура в том, что струны при игре не прижимаются к накладке грифа (а ее, собственно говоря, и нет). В моём варианте используется две гитарные струны. Звукосниматель басгитарный. Смычёк виолончельный (покупной).
KORG MONOTRON++ . Ну, тут уж пришлось попыхать паяльничком. В основу устройства положен ленточный синтезатор KORG MONOTRON. Собственно идея была вот в чём: заменить механические потенциометры цифровыми и управлять параметрами синтезатора при помощи микроконтроллера. Таким образом, у KORG MONOTRON были заменены: потенциометр, управляющий частотой среза фильтра и потенциометр выходной громкости. Использован контроллер-конструктор LDM-MP 3.01 с микроконтроллером AT90CAN128, а так же цифровой потенциометр AD8402ANZ10 (два в корпусе) и аналоговый мультиплексор 74HC4052N. Программное обеспечение контроллера написано на языке C (типа, операционная система
В автономном режиме микроконтроллер измеряет значения потенциометров на верхней панели (у микроконтроллера восьмиканальный АЦП, а надо 12 каналов, поэтому используется мультиплексор). При нажатии красной кнопки генерит две ADSR кривые для цифровых потенциометров. Параметры ADSR задаются вторым и третьим рядами потенциометров на верхней панели. Алгоритм игры на инструменте таков: сначала, стилусом, надавливаем на ленту синтезатора (и удерживаем), затем нажимаем на красную кнопку триггера и удерживаем столько времени, сколько длится нота. Потом отпускаем кнопку, перемещаем стилус и снова нажимаем на кнопку. После некоторой тренировки удаётся сыграть довольно резвенько. Ещё можно использовать VCA в режиме тремоло, т. е. вместо ADSR кривой на VCA подаётася тремолирующий
Второй режим, как было сказано, совместный с компьютером. При этом микроконтроллер принимает управляющие сигналы через LPT порт компьютера (разъём для подключения находится над корпусом KORG MONOTRON, а то вы, наверное, подумали, что это MIDI), и передаёт его на цифровые потенциометры. В этом режиме роль генератора принимает на себя компьютер, а KORG MONOTRON используется как VCF и VCA. В настоящее время разрабатываю программное обеспечение для данного режима.
Было бы интересно познакомиться с другими самодельщиками в Москве. Может даже организовать оркестр самодельных инструментов.
>-- К сожалению, немногочисленное это племя.
>Из тех, с кем лет 30 назад вместе "махали паяльниками" и делали синтезаторы - ни у кого в доме даже паяльника не осталось.
>Не кормит профессия.
>Вот все и переквалифицировались...
Свято место пусто не бывает. )))
Вопрос только в том, на сколько хватит энтузиазма и во что это перерастёт, если энтузиазма всё-таки хватит.
>Из тех, с кем лет 30 назад вместе "махали паяльниками" и делали синтезаторы - ни у кого в доме даже паяльника не осталось.
>Не кормит профессия.
>Вот все и переквалифицировались...
Свято место пусто не бывает. )))
Вопрос только в том, на сколько хватит энтузиазма и во что это перерастёт, если энтузиазма всё-таки хватит.
блин, уважуха!
прикольные девайсины, и сделаны со вкусом, только нафига в KORG MONOTRON++ мама на центр фронта вынесена, штекер со шлангом мешаться ж будут!
если уж на фронте, то ниже сбоку бы уместнее было, имхо.
и, действительно, интересно бы посмотреть-послушать на ютубе, как оно фурыкает в натуре
прикольные девайсины, и сделаны со вкусом, только нафига в KORG MONOTRON++ мама на центр фронта вынесена, штекер со шлангом мешаться ж будут!
если уж на фронте, то ниже сбоку бы уместнее было, имхо.
и, действительно, интересно бы посмотреть-послушать на ютубе, как оно фурыкает в натуре
norddron: MONOTRON++ я уже разобрал. Звук у него всё равно игрушечный, хоть с огибающими, хоть без. Сейчас более серьёзный синтезатор конструирую (используя детали из первого), результаты обязательно выложу на форуме.
А эта «мама» как вы выразились, предназначалась для подключения к параллельному порту компьютера. Через неё можно управлять параметром cutoff VCF и амплитудой VCA.
Сейчас попробую реализовать полноценный MIDI вход, так что этот разъёмчик ещё пригодится.
А эта «мама» как вы выразились, предназначалась для подключения к параллельному порту компьютера. Через неё можно управлять параметром cutoff VCF и амплитудой VCA.
Сейчас попробую реализовать полноценный MIDI вход, так что этот разъёмчик ещё пригодится.
Министерство образования и науки, молодёжи и спорта Украины
Республиканское внешкольное учебное заведение
Малая академия наук учащейся молодёжи Автономной Республики Крым «Искатель»
Отделение технических наук
Секция: научно-технического творчества и изобретательство
Эмуляция смычка в электрогитаре
Работу выполнил:
Макаров Тимофей, ДЧ МАН «Искатель», учащейся 10 класса УВК № 3 им. Макаренко
Научный руководитель: А.В.Макаров, ведущий инженер КрЛ ГАИШ, Руководитель кружка «Телескопы и Технологии», республиканского внешкольного учебного заведения «Малая академия наук учащейся молодёжи Автономной Республики Крым «Искатель»
Научный – 2011
Содержание
1
Применение струнных датчиков в технике, измерениях и в музыке 3
Актуальность 5
1. Часть первая. 6
1.1. Анализ прототипов 6
1.2. Выбор дизайна и изготовление корпуса электрогитары - технология. 10
1.3. Расчёт мензуры 10
1.4. Покраска 10
1.5. Сборка и детали 11
1.1. Эксперименты и исследования типов датчика 11
Выбор типа датчика 13
3. Часть третья 13
4. Часть четвертая 15
5. Часть пятая 16
Выводы 17
Дальнейшие планы на будущее: 17
Литература, справочная информация по данной работе и расчеты 18
Приложение – 19
СПРАВКА 19
Фотографии изготовления электрогитары, схем и деталей. 20
Применение струнных датчиков в технике, измерениях и в музыке
Цель проекта и мотивация: Разработка схемотехники с использованием магнитоэлектрического струнного датчика звука в автогенераторе колебаний, работающего на основной частоте натянутой струны.
Использование струнных датчиков в различных областях - для точных измерений и в музыкальных инструментах.
В измерениях: в качестве датчика силы натяжения в виде преобразователя сила натяжения – частота.
Технический результат: повышение точности измерений и надежность в передаче информации измерений на большие расстояния.
Непрерывное звучание струны получается с помощью схемы, состоящей из датчика звука, усилителя и формирователя сигнала возбуждения с положительной обратной связью, через воздействие на каждую струну электромагнитным полем возбуждающей катушки.
В данном исследовании получено ноу-хау: магнитоэлектрический способ снятия акустического сигнала с каждой струны. (МЭС - регистрации акустического сигнала со струны. – заявка на патент подана) Преобразование колебания струн в электрический сигнал происходит следующим образом: струна колеблется в поле, создаваемом постоянным магнитом (магнитами) и в ней возникает ЭДС, которая поступает на вход низкоомного предварительного усилителя. Таким образом, нет необходимости в дополнительном датчике – его роль выполняет сама струна. Это делает струнный датчик простым и надежным.
Прикладное применение – в музыкальных инструментах для поддержания непрерывного звучания струн и получение тембров скрипки.
Эмуляция смычка в музыкальных инструментах создается с помощью схемы формирования специального импульса, аналогичного тому физическому процессу, который делает смычок для возбуждения непрерывных колебаний струны.
На основе шести струнных датчиков изготовлена гитара - как новый тип музыкального электронного инструмента для демонстрации возможностей объединения скрипки и электрогитары в одном инструменте. Это расширяет возможности музыканта для выразительности исполнения и способов игры.
Актуальность
Самым актуальным в инструменте для музыканта является выразительные возможности инструмента, и после голоса, наиболее выразительными считаются смычковые инструменты. В данной работе описаны исследования методов возбуждения струны, которые могли бы заменить смычок и схему сустейна, таким образом превратить гитару в скрипку –ЭВ- гитару (E-Bow the guitar), придав ей новые исполнительские возможности. На данный момент известны методы возбуждения длительного звучания струны, но все они имеют свои недостатки, которые устранены в данной работе.
Электрогитара является живым инструментом, позволяющим придавать в исполнении различные оттенки в виде подтяжки струны, флажолеты, а изменение тембров и спецэффекты с помощью гитарных процессоров делают исполнение оригинальным и выразительным, чего лишены МИДИ синтезаторы с их огромным выбором инструментов.
Возможность практического использования – изготовление микрочипов и драйверов всей схемотехники с помощью корпорации Интел и последующий серийный выпуск такой электрогитары с новыми исполнительскими возможностями и звучанием расширит выразительность исполнения и специфику звучания, с возможностью игры как на гитаре, так и на скрипке, ситаре (ноу-хау - модификация ладов) настроенной на шесть струн.
Цель работы:
Используя все возможности схемотехники и технических решений, полученных в ходе исследование и экспериментов, соединить в корпусе гитары все инструменты так, чтобы получить возможности максимальной выразительности для музыканта, аналогично континууму .
Объединение в корпусе гитары нескольких инструментов - гитара + скрипка + ситар + электрогитара + фортепьяно, с их специфическим возможностями, сделают такую гитару новым музыкальным инструментом с огромными возможностями.
Часть первая.
1.1. Анализ прототипов
Известен способ возбуждения звуковых колебаний в струне с помощью смычка. Смычок позволяет возбудить не более двух струн – это его недостаток. Но спектр звучания скрипичного инструмента невозможно повторить электронным смычком.
Электронный смычок – это возбуждение одной струны с помощью положительной обратной связи через воздействие на струну электромагнитным полем возбуждающей катушки.
E-bow (в переводе – электронный смычок) производится в виде отдельного устройства небольшого размера и используется без установки в гитару. Информация на
Такой метод возбуждения позволяет получить неограниченное время звучания одной струны.
Недостатки: не формирует того естественного тембра, который присущ звучанию смычковых инструментов. Так же - им еще и не так просто играть.
Сустейнер — устройство, продлевающее звучание струны. Магнитные сустейнеры для струнных инструментов появились сравнительно недавно, около 15 лет назад, и сегодня сравнительно мало известны среди музыкантов. Одной из причин является то, что сустейнеры часто путают с широко известными компрессорами-сустейнерами. Однако, разница принципиальна: компрессор продлевает слышимое звучание струны за счет увеличения усиления по мере затухания колебаний, тогда как «настоящий» сустейнер подпитывает колеблющуюся струну энергией, не давая колебаниям затухнуть.
Существуют сустейнеры -
FSK-401 и FSK-101 производства всемирно известной компании Fernandes
Они так же позволяют получить возбуждение одной струны на неограниченное время звучания.
Режимы работы сустейнеров
Сустейнеры могут работать в следующих режимах:
- Fundamental: возбуждаются и поддерживаются колебания на 1-й гармонике выбранной ноты. Напряжение, подаваемое на катушку драйвера, совпадает по фазе с напряжением на выходе «бриджевого» звукоснимателя.
- Harmonics: возбуждаются и поддерживаются колебания на 2…10-й гармониках выбранной ноты. Напряжение, подаваемое на катушку драйвера, находится в противофазе с напряжением на выходе «бриджевого» звукоснимателя
- Mixed: смешанный режим; басовые струны возбуждаются на гармониках, «голосовые» - на основной частоте. Обычно обеспечивается фильтром высоких частот, включенным между звукоснимателем и усилителем, что создает различные фазовые сдвиги между напряжениями высокой и низкой частот, подаваемыми на драйвер.
Также имеются некоторые разновидности (комбинации) режимов; пример - Enhanced Harmonics («улучшенные гармоники»), дающий иные сочетания гармоник/основного тона, и некоторые другие режимы.
Недостатки:
1. нет возможности получить звучание аккордов.
2. Трудность в исполнении – управление возбуждением требует специальных навыков.
1.2. Выбор дизайна и изготовление корпуса электрогитары - технология.
Форма гитары была выбрана из соображений простоты ее обработки на фрезерном станке и вручную. Гриф и дека изготовлены из высушенного и склеенного паркета – дерево породы бук. Гриф гитары – единый с декой. Дека пустотелая для монтажа в ее корпусе всех деталей, электронных плат и переключателей
1.3. Расчёт мензуры
Мензура 650 мм, на 24 лада была рассчитана на калькуляторе расчета мензур в интернете.
1.4. Покраска
Отсутствие опыта в покраске дерева заняла очень много времени и сил. В качестве грунта использовали эпоксидную смолу. Получилось очень неровно, с пузырями, пришлось сошлифовывать эти неровности, грунтовать снова.
На хорошем грунте покраска автомобильным аэрозолем получилась хорошо.
1.5. Сборка и детали
В качестве ладов использовали нарезанные латунные полоски. Их вклеили в пропилы с помощью термоклея.
Анкер из шпильки М6, для компенсации изгиба грифа, позволил регулировать изгиб.
Подставка, отлитая из свинца для гашения звучания соседних струн. Подставка под струны стоит на двух винтах М6, для регулировки высоты струн.
Механизм вибрато (флойдер) сделан из нержавейки с упором на головки двух винтов М6.
Кнопки управления включения сустейнеров изготовлены из старой клавиатуры.
2. Часть вторая.
1.1. Эксперименты и исследования типов датчика
Важной деталью в электрогитарах являются датчики звука струны. Их поиску и исследованию было посвящено много времени.
Датчик должен быть:
• Чувствительный
• С большим выходным сигналом
• Не вносить частотные и амплитудные искажения
• С большим диапазоном соотношения сигнал шум
• Не воспринимать внешние наводки и помехи
Были изготовлены и исследованы следующие виды датчиков:
a) Электромагнитный
Было намотано и исследовано 5 датчиков с числом витков от 300 до 4500. Очень сильно влиял на выходной сигнал постоянный магнит. Оказалось, чем более сильный магнит, тем выше выходной сигнал. Применение магнитов из редкоземельных элементов, оказались самыми лучшими.
b) Пьезоэлектрический
В качестве пьезодатчиков под каждую струну исследовали пьезоэлементы от зажигалок и пьезоизлучателей. В сравнении с электромагнитными, пьезодатчики оказались на много чувствительнее - выходное напряжение на нагрузке 1 мом составляло в пике до 3 вольт. И изготовление их не представляло трудностей. Достаточно было вырезать нужный размер, подложить под струну и датчик готов.
c) Оптический
В качестве датчиков, использовали оптические пары из старых мышей.
На выходе получалось до 3 вольт на нагрузке 20 ком, но частотные свойства были плохими – высокие частоты были сильно завалены. Еще – сам способ их крепления был очень трудоемким в настройке, особенно для тонких струн. Также на них действовал свет ламп – они вызывали фон частотой 50 герц.
d) Магнитоэлектрический
Этот способ оказался наиболее простым и надежным – это ноу хау. Магнитоэлектрический способ снятия акустического сигнала с каждой струны. (МЭС - регистрации акустического сигнала со струны. – заявка на патент подана).
Выбор типа датчика
После всех исследований для сустейна и Эмуляции смычка в электрогитаре, использовали МЭС - Магнитоэлектрический способ, электромагнитный и пьезодатчик. Их комбинации и схемотехника формирования ОПС позволили получить очень много эффектов.
3. Часть третья
3.1. Разработка принципиальных схем усилителей и формирователей сигнала для каждого типа датчика. Было проверено большое количество принципиальных решений схемотехники для получения нужных параметров.
3.2. Разработка коммутации звуковых эффектов
3.3. Принципиальная схема формирования импульса положительной связи, возбуждающего струну. На данный момент применяется схема Рис.3.
3.4. Выбор метода возбуждения струны:
a) Электромагнитный
Исследование данного способа возбуждения оказалось наиболее удобным и простым. В качестве электромагнитов использовались две катушки с сердечником на каждую струну от разобранного старого печатающего механизма. Активное сопротивление каждой обмотки – 3, 7ома. При напряжении питания 20 вольт, мощности для возбуждения щипка струны импульсом длительностью 6 мсек, вполне хватало для поддержания возбуждения.
b) Механический
Данный способ применяется для возбуждения одной струны в сустейнере - FSK-401 и FSK-101 производства всемирно известной компании Fernandes. Его недостаток – нет возможности возбуждать все струны аккордом.
c) Акустический
Данный метод – самый ненадежный. Это возбуждение струны через акустическую обратную связь через воздух от динамиков усилителя НЧ. Редко используется музыкантами¸ но широкого применения не нашел из-за нестабильности и неуправляемости.
4. Часть четвертая
4.1. Блок питания и кабели подключения к гитаре и усилителю.
Блок питания используется от ноутбука – напряжение 20 вольт, ток – до 2 ампер, с защитой от короткого замыкания. Был выбран по следующим причинам: имеет высокую степень защиты от поражения электрически током и универсален – его можно взять от любого ноутбука.
4.2. Согласование уровней
Стандартный уровень выходного сигнала для УНЧ – 250 мв. При выходном сопротивлении 300 ом, согласование со звуковым кабелем оптимальное, что выражается в отсутствии наводок от сети и от работающего компьютера и широкополосной передаче сигнала.
4.3. Схема защиты от короткого замыкания блока питания во время подключения и от бросков опасного напряжения по входу усилителя. Это решение необходимо при подключении или отключении разъема к гитаре, во время которого происходит замыкание провода питания на землю. Для этого используется блок питания от ноутбука, и наличие бумажного конденсатора 4,7 мкф, для устранения гальванической связи со входом УНЧ.
4.4. Темброобразование. Есть два канала – от схемы формирования импульсов возбуждения, которые выглядят как меандр и дают тембр жесткого дисторшина, и усилитель на 140УД8Б, который усиливает сигнал с электромагнитного звукоснимателя – на нем есть неискаженный, чистый звук струн. Потенциометр позволяет смешивать или плавно переходить от жесткого звучания к чистому – это выглядит как формирование тембров в широком диапазоне звучаний.
5. Часть пятая
5.1.Оформление технической документации изготовления электрогитары.
5.2.Оформление заявки в МАН на изобретение «Способ магнитоэлектрического преобразования акустического сигнала струн»
5.3. Оформление заявки на изобретение в МАН «Эмуляция смычка в электрогитаре»
5.4.Оформление заявки в МАН на изобретение «Принципиальная схема сустейнера и электрического смычка»
Выводы
Получен ожидаемый результат в виде нового инструмента с широкими исполнительскими возможностями, который можно повторить как в домашних условиях, так и сделать серийно выпускаемым товаром.
Первый этап завершен: удалось создать электрогитару со встроенным электросмычком, создающего непрерывное звучание струны. А также разработать возбуждение каждой струны по отдельности и вместе, так, чтобы электрогитара могла играть незатухающими аккордами, с возможностью новых видов образования тембров.
Дальнейшие планы на будущее:
1. Переключение грифа для игры или с ладами, или без них, как на скрипке.
2. Изменить принцип возбуждения струн на более удобный и надежный.
3. Сделать 12-ти струнный гриф как более богатый тембрами.
4. Использование артикуляции для придания выразительности звукам.
5. Дальнейшие исследования и эксперименты позволят еще больше расширить возможности нового инструмента – полифонический шестиканальный тракт гитары легко подключается к интерфейсу МИДИ, превращая, таким образом, гитару в синтезатор, сохраняя всю выразительность, предусмотренную при конструировании ЭВ-гитары.
Республиканское внешкольное учебное заведение
Малая академия наук учащейся молодёжи Автономной Республики Крым «Искатель»
Отделение технических наук
Секция: научно-технического творчества и изобретательство
Эмуляция смычка в электрогитаре
Работу выполнил:
Макаров Тимофей, ДЧ МАН «Искатель», учащейся 10 класса УВК № 3 им. Макаренко
Научный руководитель: А.В.Макаров, ведущий инженер КрЛ ГАИШ, Руководитель кружка «Телескопы и Технологии», республиканского внешкольного учебного заведения «Малая академия наук учащейся молодёжи Автономной Республики Крым «Искатель»
Научный – 2011
Содержание
1
Применение струнных датчиков в технике, измерениях и в музыке 3
Актуальность 5
1. Часть первая. 6
1.1. Анализ прототипов 6
1.2. Выбор дизайна и изготовление корпуса электрогитары - технология. 10
1.3. Расчёт мензуры 10
1.4. Покраска 10
1.5. Сборка и детали 11
1.1. Эксперименты и исследования типов датчика 11
Выбор типа датчика 13
3. Часть третья 13
4. Часть четвертая 15
5. Часть пятая 16
Выводы 17
Дальнейшие планы на будущее: 17
Литература, справочная информация по данной работе и расчеты 18
Приложение – 19
СПРАВКА 19
Фотографии изготовления электрогитары, схем и деталей. 20
Применение струнных датчиков в технике, измерениях и в музыке
Цель проекта и мотивация: Разработка схемотехники с использованием магнитоэлектрического струнного датчика звука в автогенераторе колебаний, работающего на основной частоте натянутой струны.
Использование струнных датчиков в различных областях - для точных измерений и в музыкальных инструментах.
В измерениях: в качестве датчика силы натяжения в виде преобразователя сила натяжения – частота.
Технический результат: повышение точности измерений и надежность в передаче информации измерений на большие расстояния.
Непрерывное звучание струны получается с помощью схемы, состоящей из датчика звука, усилителя и формирователя сигнала возбуждения с положительной обратной связью, через воздействие на каждую струну электромагнитным полем возбуждающей катушки.
В данном исследовании получено ноу-хау: магнитоэлектрический способ снятия акустического сигнала с каждой струны. (МЭС - регистрации акустического сигнала со струны. – заявка на патент подана) Преобразование колебания струн в электрический сигнал происходит следующим образом: струна колеблется в поле, создаваемом постоянным магнитом (магнитами) и в ней возникает ЭДС, которая поступает на вход низкоомного предварительного усилителя. Таким образом, нет необходимости в дополнительном датчике – его роль выполняет сама струна. Это делает струнный датчик простым и надежным.
Прикладное применение – в музыкальных инструментах для поддержания непрерывного звучания струн и получение тембров скрипки.
Эмуляция смычка в музыкальных инструментах создается с помощью схемы формирования специального импульса, аналогичного тому физическому процессу, который делает смычок для возбуждения непрерывных колебаний струны.
На основе шести струнных датчиков изготовлена гитара - как новый тип музыкального электронного инструмента для демонстрации возможностей объединения скрипки и электрогитары в одном инструменте. Это расширяет возможности музыканта для выразительности исполнения и способов игры.
Актуальность
Самым актуальным в инструменте для музыканта является выразительные возможности инструмента, и после голоса, наиболее выразительными считаются смычковые инструменты. В данной работе описаны исследования методов возбуждения струны, которые могли бы заменить смычок и схему сустейна, таким образом превратить гитару в скрипку –ЭВ- гитару (E-Bow the guitar), придав ей новые исполнительские возможности. На данный момент известны методы возбуждения длительного звучания струны, но все они имеют свои недостатки, которые устранены в данной работе.
Электрогитара является живым инструментом, позволяющим придавать в исполнении различные оттенки в виде подтяжки струны, флажолеты, а изменение тембров и спецэффекты с помощью гитарных процессоров делают исполнение оригинальным и выразительным, чего лишены МИДИ синтезаторы с их огромным выбором инструментов.
Возможность практического использования – изготовление микрочипов и драйверов всей схемотехники с помощью корпорации Интел и последующий серийный выпуск такой электрогитары с новыми исполнительскими возможностями и звучанием расширит выразительность исполнения и специфику звучания, с возможностью игры как на гитаре, так и на скрипке, ситаре (ноу-хау - модификация ладов) настроенной на шесть струн.
Цель работы:
Используя все возможности схемотехники и технических решений, полученных в ходе исследование и экспериментов, соединить в корпусе гитары все инструменты так, чтобы получить возможности максимальной выразительности для музыканта, аналогично континууму .
Объединение в корпусе гитары нескольких инструментов - гитара + скрипка + ситар + электрогитара + фортепьяно, с их специфическим возможностями, сделают такую гитару новым музыкальным инструментом с огромными возможностями.
Часть первая.
1.1. Анализ прототипов
Известен способ возбуждения звуковых колебаний в струне с помощью смычка. Смычок позволяет возбудить не более двух струн – это его недостаток. Но спектр звучания скрипичного инструмента невозможно повторить электронным смычком.
Электронный смычок – это возбуждение одной струны с помощью положительной обратной связи через воздействие на струну электромагнитным полем возбуждающей катушки.
E-bow (в переводе – электронный смычок) производится в виде отдельного устройства небольшого размера и используется без установки в гитару. Информация на
Такой метод возбуждения позволяет получить неограниченное время звучания одной струны.
Недостатки: не формирует того естественного тембра, который присущ звучанию смычковых инструментов. Так же - им еще и не так просто играть.
Сустейнер — устройство, продлевающее звучание струны. Магнитные сустейнеры для струнных инструментов появились сравнительно недавно, около 15 лет назад, и сегодня сравнительно мало известны среди музыкантов. Одной из причин является то, что сустейнеры часто путают с широко известными компрессорами-сустейнерами. Однако, разница принципиальна: компрессор продлевает слышимое звучание струны за счет увеличения усиления по мере затухания колебаний, тогда как «настоящий» сустейнер подпитывает колеблющуюся струну энергией, не давая колебаниям затухнуть.
Существуют сустейнеры -
FSK-401 и FSK-101 производства всемирно известной компании Fernandes
Они так же позволяют получить возбуждение одной струны на неограниченное время звучания.
Режимы работы сустейнеров
Сустейнеры могут работать в следующих режимах:
- Fundamental: возбуждаются и поддерживаются колебания на 1-й гармонике выбранной ноты. Напряжение, подаваемое на катушку драйвера, совпадает по фазе с напряжением на выходе «бриджевого» звукоснимателя.
- Harmonics: возбуждаются и поддерживаются колебания на 2…10-й гармониках выбранной ноты. Напряжение, подаваемое на катушку драйвера, находится в противофазе с напряжением на выходе «бриджевого» звукоснимателя
- Mixed: смешанный режим; басовые струны возбуждаются на гармониках, «голосовые» - на основной частоте. Обычно обеспечивается фильтром высоких частот, включенным между звукоснимателем и усилителем, что создает различные фазовые сдвиги между напряжениями высокой и низкой частот, подаваемыми на драйвер.
Также имеются некоторые разновидности (комбинации) режимов; пример - Enhanced Harmonics («улучшенные гармоники»), дающий иные сочетания гармоник/основного тона, и некоторые другие режимы.
Недостатки:
1. нет возможности получить звучание аккордов.
2. Трудность в исполнении – управление возбуждением требует специальных навыков.
1.2. Выбор дизайна и изготовление корпуса электрогитары - технология.
Форма гитары была выбрана из соображений простоты ее обработки на фрезерном станке и вручную. Гриф и дека изготовлены из высушенного и склеенного паркета – дерево породы бук. Гриф гитары – единый с декой. Дека пустотелая для монтажа в ее корпусе всех деталей, электронных плат и переключателей
1.3. Расчёт мензуры
Мензура 650 мм, на 24 лада была рассчитана на калькуляторе расчета мензур в интернете.
1.4. Покраска
Отсутствие опыта в покраске дерева заняла очень много времени и сил. В качестве грунта использовали эпоксидную смолу. Получилось очень неровно, с пузырями, пришлось сошлифовывать эти неровности, грунтовать снова.
На хорошем грунте покраска автомобильным аэрозолем получилась хорошо.
1.5. Сборка и детали
В качестве ладов использовали нарезанные латунные полоски. Их вклеили в пропилы с помощью термоклея.
Анкер из шпильки М6, для компенсации изгиба грифа, позволил регулировать изгиб.
Подставка, отлитая из свинца для гашения звучания соседних струн. Подставка под струны стоит на двух винтах М6, для регулировки высоты струн.
Механизм вибрато (флойдер) сделан из нержавейки с упором на головки двух винтов М6.
Кнопки управления включения сустейнеров изготовлены из старой клавиатуры.
2. Часть вторая.
1.1. Эксперименты и исследования типов датчика
Важной деталью в электрогитарах являются датчики звука струны. Их поиску и исследованию было посвящено много времени.
Датчик должен быть:
• Чувствительный
• С большим выходным сигналом
• Не вносить частотные и амплитудные искажения
• С большим диапазоном соотношения сигнал шум
• Не воспринимать внешние наводки и помехи
Были изготовлены и исследованы следующие виды датчиков:
a) Электромагнитный
Было намотано и исследовано 5 датчиков с числом витков от 300 до 4500. Очень сильно влиял на выходной сигнал постоянный магнит. Оказалось, чем более сильный магнит, тем выше выходной сигнал. Применение магнитов из редкоземельных элементов, оказались самыми лучшими.
b) Пьезоэлектрический
В качестве пьезодатчиков под каждую струну исследовали пьезоэлементы от зажигалок и пьезоизлучателей. В сравнении с электромагнитными, пьезодатчики оказались на много чувствительнее - выходное напряжение на нагрузке 1 мом составляло в пике до 3 вольт. И изготовление их не представляло трудностей. Достаточно было вырезать нужный размер, подложить под струну и датчик готов.
c) Оптический
В качестве датчиков, использовали оптические пары из старых мышей.
На выходе получалось до 3 вольт на нагрузке 20 ком, но частотные свойства были плохими – высокие частоты были сильно завалены. Еще – сам способ их крепления был очень трудоемким в настройке, особенно для тонких струн. Также на них действовал свет ламп – они вызывали фон частотой 50 герц.
d) Магнитоэлектрический
Этот способ оказался наиболее простым и надежным – это ноу хау. Магнитоэлектрический способ снятия акустического сигнала с каждой струны. (МЭС - регистрации акустического сигнала со струны. – заявка на патент подана).
Выбор типа датчика
После всех исследований для сустейна и Эмуляции смычка в электрогитаре, использовали МЭС - Магнитоэлектрический способ, электромагнитный и пьезодатчик. Их комбинации и схемотехника формирования ОПС позволили получить очень много эффектов.
3. Часть третья
3.1. Разработка принципиальных схем усилителей и формирователей сигнала для каждого типа датчика. Было проверено большое количество принципиальных решений схемотехники для получения нужных параметров.
3.2. Разработка коммутации звуковых эффектов
3.3. Принципиальная схема формирования импульса положительной связи, возбуждающего струну. На данный момент применяется схема Рис.3.
3.4. Выбор метода возбуждения струны:
a) Электромагнитный
Исследование данного способа возбуждения оказалось наиболее удобным и простым. В качестве электромагнитов использовались две катушки с сердечником на каждую струну от разобранного старого печатающего механизма. Активное сопротивление каждой обмотки – 3, 7ома. При напряжении питания 20 вольт, мощности для возбуждения щипка струны импульсом длительностью 6 мсек, вполне хватало для поддержания возбуждения.
b) Механический
Данный способ применяется для возбуждения одной струны в сустейнере - FSK-401 и FSK-101 производства всемирно известной компании Fernandes. Его недостаток – нет возможности возбуждать все струны аккордом.
c) Акустический
Данный метод – самый ненадежный. Это возбуждение струны через акустическую обратную связь через воздух от динамиков усилителя НЧ. Редко используется музыкантами¸ но широкого применения не нашел из-за нестабильности и неуправляемости.
4. Часть четвертая
4.1. Блок питания и кабели подключения к гитаре и усилителю.
Блок питания используется от ноутбука – напряжение 20 вольт, ток – до 2 ампер, с защитой от короткого замыкания. Был выбран по следующим причинам: имеет высокую степень защиты от поражения электрически током и универсален – его можно взять от любого ноутбука.
4.2. Согласование уровней
Стандартный уровень выходного сигнала для УНЧ – 250 мв. При выходном сопротивлении 300 ом, согласование со звуковым кабелем оптимальное, что выражается в отсутствии наводок от сети и от работающего компьютера и широкополосной передаче сигнала.
4.3. Схема защиты от короткого замыкания блока питания во время подключения и от бросков опасного напряжения по входу усилителя. Это решение необходимо при подключении или отключении разъема к гитаре, во время которого происходит замыкание провода питания на землю. Для этого используется блок питания от ноутбука, и наличие бумажного конденсатора 4,7 мкф, для устранения гальванической связи со входом УНЧ.
4.4. Темброобразование. Есть два канала – от схемы формирования импульсов возбуждения, которые выглядят как меандр и дают тембр жесткого дисторшина, и усилитель на 140УД8Б, который усиливает сигнал с электромагнитного звукоснимателя – на нем есть неискаженный, чистый звук струн. Потенциометр позволяет смешивать или плавно переходить от жесткого звучания к чистому – это выглядит как формирование тембров в широком диапазоне звучаний.
5. Часть пятая
5.1.Оформление технической документации изготовления электрогитары.
5.2.Оформление заявки в МАН на изобретение «Способ магнитоэлектрического преобразования акустического сигнала струн»
5.3. Оформление заявки на изобретение в МАН «Эмуляция смычка в электрогитаре»
5.4.Оформление заявки в МАН на изобретение «Принципиальная схема сустейнера и электрического смычка»
Выводы
Получен ожидаемый результат в виде нового инструмента с широкими исполнительскими возможностями, который можно повторить как в домашних условиях, так и сделать серийно выпускаемым товаром.
Первый этап завершен: удалось создать электрогитару со встроенным электросмычком, создающего непрерывное звучание струны. А также разработать возбуждение каждой струны по отдельности и вместе, так, чтобы электрогитара могла играть незатухающими аккордами, с возможностью новых видов образования тембров.
Дальнейшие планы на будущее:
1. Переключение грифа для игры или с ладами, или без них, как на скрипке.
2. Изменить принцип возбуждения струн на более удобный и надежный.
3. Сделать 12-ти струнный гриф как более богатый тембрами.
4. Использование артикуляции для придания выразительности звукам.
5. Дальнейшие исследования и эксперименты позволят еще больше расширить возможности нового инструмента – полифонический шестиканальный тракт гитары легко подключается к интерфейсу МИДИ, превращая, таким образом, гитару в синтезатор, сохраняя всю выразительность, предусмотренную при конструировании ЭВ-гитары.
egengegen , не пытаясь Вас расхолаживать, выскажу но.
Музыканты очень ценят возможность работать с прямым звуком - то есть, когда атака звука определяется самим музыкантом - медиатор, щипок или смычок. Изменение атаки приводит к "искусственности", потере динамики, невозможности акцентировать в процессе игры.
Мне кажется, любые навороты интересны до замыливания, а музыкант интересен всегда. Поэтому я бы посоветовал Вам определиться, для чего Вы изобретаете - если хотите стать музыкантом, это один путь, если разработчиком примочек - другой...
Музыканты очень ценят возможность работать с прямым звуком - то есть, когда атака звука определяется самим музыкантом - медиатор, щипок или смычок. Изменение атаки приводит к "искусственности", потере динамики, невозможности акцентировать в процессе игры.
Мне кажется, любые навороты интересны до замыливания, а музыкант интересен всегда. Поэтому я бы посоветовал Вам определиться, для чего Вы изобретаете - если хотите стать музыкантом, это один путь, если разработчиком примочек - другой...
Привет, друзья!
Честно говоря, давненько ни чего не мастерил, а тут вот, один знакомый заказал мне интересный девайс.
Устройство представляет собой преобразователь сигналов с пьезодатчиков в MIDI команды.
К нему можно подключить до 16 таких датчиков. Для каждого датчика имеется регулятор чувствительности. Кроме того, имеется восемь потенциометров, с которых тоже можно получать информацию. Главный, и ключевой момент, состоит в том, что для любого события (т. е. срабатывание датчика, или изменение значения потенциометра) можно генерировать целую последовательность MIDI команд.
Устройство подключается к компьютеру посредством MIDI интерфейса. Разработано специальное программное обеспечение, которое позволяет программировать устройство.
Ядром устройства является контроллер Atmel 90CAN128.
Себестоимость электронных компонентов составила 5000 руб.
Я к чему это всё пишу. Если у Вас есть интересные идеи, могу помочь в реализации.
Честно говоря, давненько ни чего не мастерил, а тут вот, один знакомый заказал мне интересный девайс.
Устройство представляет собой преобразователь сигналов с пьезодатчиков в MIDI команды.
К нему можно подключить до 16 таких датчиков. Для каждого датчика имеется регулятор чувствительности. Кроме того, имеется восемь потенциометров, с которых тоже можно получать информацию. Главный, и ключевой момент, состоит в том, что для любого события (т. е. срабатывание датчика, или изменение значения потенциометра) можно генерировать целую последовательность MIDI команд.
Устройство подключается к компьютеру посредством MIDI интерфейса. Разработано специальное программное обеспечение, которое позволяет программировать устройство.
Ядром устройства является контроллер Atmel 90CAN128.
Себестоимость электронных компонентов составила 5000 руб.
Я к чему это всё пишу. Если у Вас есть интересные идеи, могу помочь в реализации.
Привет!
Вот новая дивайсятина!
Это развитие идеи японского омникорда.
Вот так выглядит омникорд:
Эта штуковина кладётся на колени или на стол. Одна рука задаёт аккорд, другая – играет арпеджио. Есть три ряда кнопок: верхний ряд – мажорные трезвучия, средний – минорные трезвучия, нижний - доминант септаккорды. Это всё что можно из него извлечь.
Мой прибор называется неокорд. Он может воспроизводить 24 типа аккордов, плюс аккорды с надстройками!
Вот так он выглядит внутри и снаружи:
Можно выделить две части: гриф и корпус.
Гриф содержит два ряда по пятнадцать кнопок. Ноу-хау состоит в том, что на грифе можно нажимать не одну кнопку, а целую аппликатуру. А прима аккорда определяется положением этой аппликатуры на грифе. Вот перечень аппликатур от ноты C:
Если эти аппликатуры использовать от третьей кнопки слева, то будут уже D, Dm, D7…, от четвёртой D#, D#m, D#7… и т. д. (см. фотографию грифа).
Аппликатуры берутся левой рукой, правая же рука играет ритм на кнопках, расположенных на корпусе инструмента. Каждой кнопке соответствует некоторое сочетание аккордовых звуков. Эти сочетания отличаются друг от друга по количеству нот, по тесситуре, где-то используется тесное расположение, где-то широкое. На некоторые кнопки добавлены надстройки.
Когда инструмент был готов, и я попытался на нём играть, выяснились некоторые проблемы. Я сэкономил на кнопках, купил самые дешёвые, что были, а зря. Они оказались слишком жёсткими и сыграть больше одного блюзового квадрата не представляется возможным, либо надо основательно заняться накачкой пальцев. Но, в общем, эксперимент удался. Попытаюсь на днях снять и выложить какое-нибудь видео.
Вот новая дивайсятина!
Это развитие идеи японского омникорда.
Вот так выглядит омникорд:
Эта штуковина кладётся на колени или на стол. Одна рука задаёт аккорд, другая – играет арпеджио. Есть три ряда кнопок: верхний ряд – мажорные трезвучия, средний – минорные трезвучия, нижний - доминант септаккорды. Это всё что можно из него извлечь.
Мой прибор называется неокорд. Он может воспроизводить 24 типа аккордов, плюс аккорды с надстройками!
Вот так он выглядит внутри и снаружи:
Можно выделить две части: гриф и корпус.
Гриф содержит два ряда по пятнадцать кнопок. Ноу-хау состоит в том, что на грифе можно нажимать не одну кнопку, а целую аппликатуру. А прима аккорда определяется положением этой аппликатуры на грифе. Вот перечень аппликатур от ноты C:
Если эти аппликатуры использовать от третьей кнопки слева, то будут уже D, Dm, D7…, от четвёртой D#, D#m, D#7… и т. д. (см. фотографию грифа).
Аппликатуры берутся левой рукой, правая же рука играет ритм на кнопках, расположенных на корпусе инструмента. Каждой кнопке соответствует некоторое сочетание аккордовых звуков. Эти сочетания отличаются друг от друга по количеству нот, по тесситуре, где-то используется тесное расположение, где-то широкое. На некоторые кнопки добавлены надстройки.
Когда инструмент был готов, и я попытался на нём играть, выяснились некоторые проблемы. Я сэкономил на кнопках, купил самые дешёвые, что были, а зря. Они оказались слишком жёсткими и сыграть больше одного блюзового квадрата не представляется возможным, либо надо основательно заняться накачкой пальцев. Но, в общем, эксперимент удался. Попытаюсь на днях снять и выложить какое-нибудь видео.
Ну, в общем вот, решил я в преддверии дачного сезона настрогать себе гитарок! Ибо на дачу тащить хороший инструмент не особо хочется по многим причинам. Гриф с колками купил готовый на Авито тыщи за три. Другую фурнитуру снял с лэпстил гитары, которая в начале этого поста была представлена,… деку сделал из мебельного щита и из доски, со строительного рынка. Выпилил, выточил, ошкурил, лаком покрыл, собрал, отстроил,… ЗАИГРАЛО!!! чего и вам желаю
А это восьмиструнная безладовая гитара. Гриф изготовлен из цельного куска алюминиевой трубы)). К ней ещё прилажен KORG Kaoss Pad. В процессе игры в него можно тыкать пальцем и получать спецэффекты.
| ||
Это вторая попытка соорудить двухгрифовую гитару (первая гитара, как было написано ниже, получилась неудобной и была безжалостно разобрана, поэтому на фурнитуру практически тратиться не пришлось). И первая попытка гитару расписать своими силами. К сожалению получилось не очень аккуратно: во-первых, темперная краска легла не очень ровным слоем, во-вторых оказалось, что лак из баллончика растворяет перманентный маркер, которым я обводил роспись.







