Przeszukaj forum

Wstęp i założenia W tym artykule chciałbym przybliżyć temat urządzeń MIDI i jak wykonać własny kontroler samodzielnie w domu. Projekt może być wykorzystywany jako cyfrowe pianino do grania i tworzenia muzyki. Jest łatwo rozbudowywalny, można dostosować go do indywidualnych potrzeb. Do zbudowania zachęcił mnie zakup jednej komercyjnych klawiatur MIDI, która cechowała się niezwykle prostą budową i niską ceną. Potrzebne elementy Ze względu na wsparcie przez największą liczbę bibliotek polecam do projektu wykorzystać płytkę Arduino Micro. Posiada ona mikroprocesor podłączony bezpośrednio do portu szeregowego, co ułatwi pierwsze etapy budowy. Dodatkowo potrzebne będą przyciski (ilość w zależności od liczby klawiszy). Oraz klawisze, które wykonałem na drukarce 3d. Jeżeli jeszcze nie masz żadnej, gorąco polecam Bambu Lab A1 mini ze względu na rozsądną cenę. Dodatkowo zamówić można płytkę PCB. Wykonanie projektu Pierwszym wyzwaniem, które przede mną stanęło to wysyłanie sygnału do komputera. Kupiony przeze mnie kontroler, na którym się wzorowałem komunikował się przez usb. Wybrałem ten sposób zamiast klasycznego 5-pinowego wejścia. Pracą z pakietami zajmuje się biblioteka MIDIUSB.h. Przyciski podłączyłem przez dwa multipleksery 16-bitowe. Oto program obsługujący jedną z wersji: #include "MIDIUSB.h" bool keyState[32]; void setup() { pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(8, INPUT_PULLUP); pinMode(9, INPUT_PULLUP); for (int i = 0; i < 25; i++) keyState[25] = true; Serial.begin(115200); } void loop() { updateAllKeys(); } void updateAllKeys() { for (int i = 0; i <= 15; i++) { bool addressBit[4] = {false, false, false, false}; int iDEC = i; int b_index = 3; while (iDEC > 0) { if (iDEC % 2 == 1) addressBit[b_index] = true; b_index--; iDEC = (iDEC - iDEC % 2) / 2; } digitalWrite(2, addressBit[3]); digitalWrite(3, addressBit[2]); digitalWrite(4, addressBit[1]); digitalWrite(5, addressBit[0]); bool stateLeft = digitalRead(8); bool stateRight = digitalRead(9); int key_index_l = i; int key_index_r = 16 + i; if (keyState[key_index_r] != stateRight) { if (stateRight == 0) // pressed keyPress(key_index_r); if (stateRight == 1) keyUnpress(key_index_r); } if (keyState[key_index_l] != stateLeft) { if (stateLeft == 0) keyPress(key_index_l); if (stateLeft == 1) keyUnpress(key_index_l); } keyState[key_index_r] = stateRight; keyState[key_index_l] = stateLeft; } } void keyPress(int i) { if (i >= 4 && i <= 28) { midiEventPacket_t noteOn = {0x09, 0x90 | 1, 70 - (i - 4), 127}; MidiUSB.sendMIDI(noteOn); MidiUSB.flush(); } } void keyUnpress(int i) { if (i >= 4 && i <= 28) { midiEventPacket_t noteOff = {0x08, 0x80 | 1, 70 - (i - 4), 127}; MidiUSB.sendMIDI(noteOff); MidiUSB.flush(); } } Dla osób które, jak ja, miały duży problem z wysłaniem pierwszego sygnału warto wspomnieć, że MIDI przez USB nie działa na każdej płytce. Dlatego we wstępie wspomniałem o wyborze Arduino Micro. Na tym etapie projekt wyglądał następująco: Po udanym teście wykonałem projekty płytki PCB i klawiszy, tak aby budową i rozmiarem przypominały fragment pianina. Klawisze zamontowane są do ramki, która zostawia im możliwość ruchu tylko w jednej osi. Zamówiłem płytkę, umieściłem na niej elementy, a oto rezultat: Dziękuję za uwagę i życzę powodzenia w budowie!

Opisana tutaj iluminofonia została zbudowana na podstawie opisu w „Radioelektroniku” 7/88 i był to projekt oparty na projekcie bułgarskiego miesięcznika „Radio” nr 11/85. Konstrukcja tej iluminofonii w porównaniu do ówczesnych rozwiązań technicznych jak na przykład, urządzenia polskiej produkcji o nazwie Colorofon C23B, miała mieć większą dynamikę zapalania lamp. Dodatkowo na każdy kanał zastosowane są dwie żarówki. Pierwsza z nich zapala się przy niższym poziomie sygnału, a druga żarówka przy wyższym poziomie sygnału w danym kanale, co dodatkowo ma zapewnić większą dynamikę zapalania żarówek. W moim rozwiązaniu dobudowałem do tej iluminofonii także tzw. kanał ciszy. Mianowicie kiedy dźwięk zanika to główne żarówki iluminofonii wygasają. Jednak dwie dodatkowe żarówki świecą światłem ciągłym. Kiedy pojawia się dźwięk to żarówki z kanału ciszy rozświetlają się na przemian z żarówkami z kanału niskotonowego. Moja konstrukcja tej iluminofonii powstała dość dawno temu bo około roku 1990. Więc zaprezentowana tu konstrukcja nie zawiera nowoczesnych rozwiązań Wszak były to czasu zmian ustrojowych i często wielu rzeczy nie można było jeszcze zakupić. Do tego układu ręcznie zaprojektowałem płytkę, ale jej rysunek się nie zachował do dnia dzisiejszego. Programy do projektowania płytek dla elektroników jak i komputery klasy PC były wówczas rzadko spotykane w domach. Urządzenie początkowo przy uruchamianiu w ogóle nie działało. Jak się okazało wadliwe były kupione jako nowe potencjometry regulacji czułości poszczególnych kanałów iluminofonii. Drugim problemem okazały się czeskie triaki serii KT207. Nawet nie tyle same triaki co błąd w ich dokumentacji. Miałem dostęp do błędnie rozrysowanego układu ich wyprowadzeń i konieczne było ich poprawne wlutowanie. Po tych poprawkach iluminofonia zadziałała. Do jej zasilania (samej elektroniki bez żarówek) potrzebny jest transformator o małej mocy kilku watów o symetrycznym uzwojeniu i napięciu tak dobranym aby napięcie zasilania na wyjściu zasilacza wynosiło ± 15V względem masy. Obecnie warto zastosować stabilizatory 7815 i 7915, w prototypie zastosowałem tylko kondensatory filtrujące napięcie. Stosując stabilizatory napięcia można zrezygnować z kondensatorów odsprzęgających napięcia zasilania przy układach LM741. Pozwoli to nieco uprościć płytkę drukowaną. Jak już wspomniałem w moim układzie dobudowałem tak zwany kanał ciszy, który gdy nie ma sygnału to świeci cały czas, a podczas odtwarzania muzyki miga naprzemiennie z kanałem basowym lub średniotonowym. Wybiera się to przełącznikiem na obudowie iluminofonii. Kanał ciszy podłączony jest do kanału basowego poprzez inwerter w układach cyfrowych, co zapewnia odwracanie fazy sygnału. Jak zapalają się żarówki kanału basowego to przygasają żarówki kanału ciszy i odwrotnie. Zamiast tyrystorów zastosowałem triaki oraz pokazany na oryginalnym schemacie prostownik, lecz nie jest on konieczny. W moim subiektywnym odczuciu żarówki zasilane napięciem stałym migają bardziej harmonijnie, lecz ostatecznie nie zastosowałem prostownika w obwodzie zasilania żarówek. Na wejściu układu iluminofonii znajduje się transformator separujący audio, którego celem jest separacja galwaniczna układu iluminofonii od sprzętu audio. Zastosowałem pochodzący z odzysku transformatorek separujący z rdzeniem permaloju pochodzący z odbiornika radiowego. Dziś można zrezygnować z takiego transformatorka i zastosować optotriaki w obwodzie sterowania triaków. Na wejściu układu iluminofonii znajduje się rezystor, którego wartość i moc należy dobrać w zależności od mocy wzmacniacza doprowadzonej do wejścia układu. Można też wykorzystać sygnał z wyjścia słuchawkowego wzmacniacza mocy. Wówczas rezystor ten może być o mniejszej mocy. Także w tym przypadku odniosłem subiektywne wrażenie, że żarówki iluminofonii bardziej harmonijnie się rozświetlały przy sygnale z gniazda słuchawkowego, niż w przypadku sygnału pobieranego z kolumny. Próby były robione także na wyjściu słuchawkowym magnetofonu kasetowego i odtwarzacza CD i w każdym z przypadków sygnał ten miał wystarczającą wartość do wysterowania tej iluminofonii. Obudowa całego urządzenia została wykonana z meblowej płyty wiórowej 18 mm pochodzącej z odzysku ze starej szafy. Tylko tylna ścianka wykonana jest z płyty pilśniowej. Poszczególne boki obudowy zostały skręcone ze sobą wkrętami do drewna przed oklejeniem obudowy. Płyta meblowa została oklejona okleiną samoprzylepną koloru czarnego. Natomiast sama obudowa została zoptymalizowana pod kątem posiadanych żarówek. Obudowa ma wymiary 80 x 40 x 27 cm. Wewnątrz obudowy jest jeszcze jedna środkowa płyta w której wklejone są bakelitowe oprawki na żarówki. W przedniej ściance zostały wycięte otwory o średnicy około 118 mm na posiadane przeze mnie żarówki. W środkowej ściance zostały centrycznie w stosunku do otworów w przedniej ściance wywiercone otwory, w które zostały wklejone na kleju do drewna o nazwie „Wikol” oprawki G27 do wkręcenia żarówek. Środkowa ścianka nie jest umieszczona na całej szerokości obudowy, aby był dostęp do tyłu przedniej ścianki, gdzie montowane są między innym potencjometry i przełączniki. Pociągnęło to za sobą konieczność stosowania rozpórek, gdyż środkowa ścianka trochę się wygięła i żarówki wystawały kilka milimetrów od przedniej ścianki. Tak duże otwory w płytach meblowych wykonałem na wytaczarce do metalu. Obecnie tego rodzaju otwory trzeba wyciąć wyrzynarką. Waga całej konstrukcji to około 21 kilogramów. Cała obudowa posiada liczne otwory wentylacyjne bo żarówki trochę się nagrzewają. Kiedy konstruowałem tą iluminofonię to nie miałem takiej możliwości, ale warto zastosować wentylatory chłodzące wnętrze tej iluminofonii. Dziś mamy łatwiejszy dostęp do akcesorii meblowych więc obudowa ta była by łatwiejsza w konstrukcji. Poza tym wykonana ona zastała z płyty wiórowej z odzysku i konieczne było jej oklejenie. Żarówki wykorzystane w tej iluminofonii to żarówki typu PAR o mocy 150 watów każda żarówka produkcji Tungsram. Daje to łączną moc zamontowanych żarówek aż 1200 watów. Te żarówki to wszystko w jednym, to jest żarówka, lustro odbijające światło, soczewka o dwóch kątach padania 15 i 30 stopni światła oraz filtr barwiący. W razie przepalenia się żarówki konieczna jest wymiana całej żarówki. Obawiam się jednak że po trzydziestu pięciu latach może być problem z nabyciem identycznych żarówek. Jednak tak duża moc mojej iluminofonii w większości przypadków jest jej wadą, gdyż w małych lokalach i salach tanecznych jest po prostu zbyt jasno. Bardziej zapewne sprawdziła by się ona w plenerze niż w zamkniętym lokalu. Natomiast zwykłe dostępne obecnie w handlu kolorowe żarówki LED raczej nie nadają się do tego rodzaju zastosowań. Mianowicie żarówki te w zależności od konstrukcji mają wbudowany zasilacz impulsowy (przetwornicę) i sterownik. Przy wahaniach napięcia zasilającego współczesną żarówkę LED może ona zaświecać się w sposób nieprzewidywalny, nie świecić lub świecić w dużym zakresie napięcia zasilającego. Również sterownik takiej żarówki może zachowywać się nieprzewidywalnie przy dużych wahaniach napięcia zasilającego. Jak już wspomniałem moc tej iluminofonii w niektórych przypadkach może być za duża. Stąd pomysł jej ograniczenia ściemniaczem dużej mocy kupionym na targu od mieszkańców byłego ZSRR przyjeżdżających wówczas do Polski w celach turystyczno – handlowych. Ściemniacz ten włączany jest krzywką zamontowaną na przedłużonej osi potencjometru która naciska na odpowiedni przełącznik, który włącza ściemniacz drugim przekaźnikiem. Dzięki temu możliwe jest częściowe zredukowanie mocy iluminofonii na przykład w małych pomieszczeniach. Jednak nadmierne zredukowanie mocy iluminofonii negatywnie odbija się na efektach wizualnych. Próbowałem także automatycznie regulować moc iluminofonii fotorezystorem dołączanym drugim przełącznikiem na obudowie, ale nie osiągnąłem zadowalającego rezultatu. Dochodziło wówczas do „zapętlenia” automatycznego ściemnienia iluminofonii i z każdym coraz słabszym błyskiem żarówki przygasały, aż do całkowitego wygaszenia. Mogę powiedzieć, że montaż ściemniacza nie był w zasadzie potrzebny. Ponieważ iluminofonię konstruowałem z tego co miałem pod ręką jej włączenie odbywa się dwoma przełącznikami i przekaźnikiem z tak zwanym stykiem podtrzymania. Czerwony przycisk wyłącza iluminofonię, a zielony ją włącza. Dzięki temu rozwiązaniu przerwa w dostawie prądu powoduje automatyczne wyłączenie iluminofonii. Także ściemniacz w iluminofonii włączany jest za pośrednictwem przekaźnika. Użycie przekaźników podyktowane to zastało dużo większą obciążalnością styków w posiadanych przekaźnikach niż tradycyjnych włączników. Trzeba pamiętać, że wszak mamy do czynienia z maksymalną mocą 1200 watów, czyli porównywalną do grzejnika elektrycznego. Przekaźniki dla bezpieczeństwa zostały umieszczone w obudowie po rozgałęźniku antenowym. Pierwsze uruchomienie tej konstrukcji po zmontowaniu w całość zaskoczyło mnie pozytywnie, gdyż dynamika zapalania się lamp tej iluminofonii była zdecydowanie lepsza niż w fabrycznych konstrukcjach tego rodzaju jak wspomniany na wstępie Colorofon C23B. Co ciekawe moja iluminofonia od kilkudziesięciu lat zalegała na strychu i po odkurzeniu jej na potrzeby tej publikacji w celu sfilmowania jej działania „odpaliła” od razu. Na stronie „YouTube” porównałem efektywność innych tego rodzaju konstrukcji i moim odczuciu wykonana przeze mnie iluminofonia na ich tle wypada dość dobrze. Film z działania tej iluminofonii można zobaczyć poniżej. W rzeczywistości wygląda to lepiej niż na filmie, gdzie w wąskim korytarzu domu z odległości około siedmiu metrów iluminofonia „oślepiła” tani aparat cyfrowy, którym kręciłem ten film. Do wysterowania iluminofonii wykorzystałem sygnał z tanich głośników komputerowych o mocy poniżej jednego wata na kanał. Możliwości zmian. Jak już wspomniałem zasilacz układu można wykonać na stabilizatorach 7815 i 7915 oraz zrezygnować z transformatora separującego na wejściu układu na rzecz optotriaków co wpłynie pozytywnie na bezpieczeństwo obsługi wykonanego urządzenia. Można dobudować też wspomniany przeze mnie kanał ciszy. Nie powinno być także problemów z wysterowaniem żarówek niskonapięciowych zasilanych bezpiecznym napięciem 12V. Wymaga to oczywiście odpowiednich modyfikacji schematu i płytki drukowanej. Zamiast tradycyjnych kolorowych żarówek, które obecnie są trudno dostępne można zastosować odpowiednie diody LED od podwyższonej jasności. Wówczas zamiast triaków i optotriaków należny zastosować tranzystory średniej mocy. Także zamiast podłączać iluminofonię do wzmacniacza można dobudować wzmacniacz mikrofonowy, który „chwytał” by dźwięk. W przypadku wykorzystania mikrofonu zastanawiam się czy nie wpłynęło by to na obniżenie dynamiki zapalania żarówek. Co do obudowy to możliwe są dwa rozwiązania. → Pierwsza możliwość zaprezentowana przeze mnie, gdzie całość wraz z żarówkami mieści się w jednej dużej i ciężkiej obudowie. Dzięki temu unikamy problemu z okablowaniem żarówek podłączanych do urządzenia. → Druga możliwość to urządzenie umieszczone w małej obudowie i połączone z żarówkami za pomocą odpowiednich wtyków i gniazd sieciowych (przystosowanych od napięcia 230V AC) i przewodów o odpowiednim przekroju. Żarówki powinny być zamontowane w odpowiednich oprawach przewidzianych do tego celu. Na koniec przestroga dla tych którzy podejmą się konstrukcji tej lub podobnej iluminofonii z żarówkami zasilanymi z sieci 230V AC. Należy zachować staranność przy montażu i ostrożność przy uruchamianiu urządzenia. Niestaranny montaż może być przyczyną nawet śmiertelnego porażenia przy uruchamianiu i obsłudze takiej iluminofonii. Nie tylko samego konstruktora, ale i osoby obsługującej, nie tylko tą iluminofonie, ale i sprzęt nagłaśniający, który w tym przypadku będzie połączony przewodem z iluminofonią. Załącznik: Schemat i projekt iluminofonii z programu KiCad 9. Iluminofonia.zip