Twisted Designs

Poproszony zostałem o stworzenie wirtualnego zwierza zamkniętego w akwarium. Działa on jak przeciętny chomik – głównie śpi. Podchodzimy do akwarium i nic się nie dzieje. Patrzymy, patrzymy, a tu dalej nic. Po popukaniu w szybkę, zwierz leniwie zaczyna się ruszać. Czasami reaguje, czasami nie. Jak to zwierz. Z czasem pukanie denerwuje go – staje się agresywny furkocząc w swej dzikiej chomiczej furii. Z tym prymitywnym zachowaniem kryje się kawał technologii. Prostszej od chomika, ale zawsze. Jak to działa?

Puknięcie, szurnięcie czy drapanie o szybę wykrywane jest przez element piezoelektryczny. Napięcie przez niego wytwarzane (impuls) jest dopasowywane do wejścia przetwornika AC mikrokontrolera. W zależności od wykrytej „siły” stuku, chomik w postaci silnika reaguje anemicznie lub nadpobudliwie – funkcja zrealizowana za pomocą modulacji PW. Prędkość obrotowa silnika oraz czas jego pracy (maksymalnie 4 sekundy)  losowana jest z odpowiedniego zakresu. Silnik sterowany jest z mostka H – trochę na wyrost, docelowo w konstrukcji miały znaleźć się 2 silniki (niestety pozostał tylko jeden). Mechaniczna część konstrukcji oparta jest o silnik magnetofonowy z przekładnię pasową oraz furkotką*. Furkotka uderza w pokryte trocinami pudełko powodując furkot złego chomika. Zaimplementowano tryb „złego chomika” – po zbyt natarczywym i długotrwałym pukaniu zwierz reaguje ze zdwojoną siłą. Za zasilanie służą 3 baterie AA.

Najwięcej problemów sprawił układ wejściowy dla mikrokontrolera, w internecie można znaleźć na ten temat dużo bzdur, układów błędnych, naiwnych i głupkowatych. W końcu zdałem się na własny rozsądek oraz projektantów Corona DS-8. Schemat zamieszczam poniżej. Dioda Zenera** teoretycznie nie jest potrzebna, gdyż napięcie na wyjściu wzmacniacza nie przekroczy napięcia zasilającego mikrokontroler (zasilane są ze wspólnego źródła) – przynajmniej takie mam wrażenie.

Ukończone „urządzenie” ponoć się bardzo podobało, była kupa radości i stukania, zdjęcia trocin (?) oraz wyrazy powątpiewania, czy przypadkiem nie ukryto tam żywego zwierza. Odbiór miło mnie zaskoczył.

Na deser fotka samego sterownika. Zadbałem o estetykę, bo pomyślałem, że być może kiedyś ktoś spod tego stosu trocin go wyciągnie i mnie oceni. Od lewej: ATMega8L (tania i dobra), LM358 (wzm. op), L293NE (mostek H). Cała konstrukcja nie była kosztowna: akwarium ze śmietnika, trociny ukradzione królikowi, mikrokontroler z zapasów, reszta niecałe 15zł.

* Chodzi o dzyndzoł na kole pasowym powodującym furkotanie chomika, na zdjęciu tego nie widać.

** Zauważyłem właśnie, że na schemacie przy symbolu diody Zenera 5V1 brakuje charakterystycznych dziubasków.

Dziś pora na nudny wpis. Stworzyłem pewne małe, zgrabne urządzonko i nagromadziłem przy tym takie ilości materiałów, że bardzo brzydko byłoby się nimi nie podzielić. Oczywiście nie mam zamiaru zanudzać, że to najbardziej kompleksowy opis, jaki na ten temat można znaleźć, nie tylko w materiałach polskich, ale i zagranicznych, ale kogo by to obchodziło. Poniżej masa faktów technicznych, jak nie przeczytasz, nie tylko się nie obrażę, ale i głęboko zrozumiem.

Stylophone jest przenośnym, miniaturowym syntezatorem dzwięku, stworzonym w roku 1967, produkowanym w latach 1968 – 1975, wznowionym z wieloma modyfikacjami w 2006. Jego charakterystyczną cechą jest sposób działania – użytkownik ma do dyspozycji stylus oraz metalową klawiaturę, gra polega na zamykaniu obwodu: zasilanie – stylus – metalowy pad klawiatury – odpowiadający rezystor w obwodzie generatora. (Podobne instrumenty: Gakken SX150, Dr Bohm Hobbyton). Zdjęcie po lewej, nie moje, ale na licencji GNU Free Documentation, przedstawia stylofon w wczesnych lat produkcji w akcji.

Lata produkcji 1968-1975

Syntezator jest układem w pełni analogowym i składa się z generatora podstawowego (VCO) oraz załączanego opcjonalnie generatora przebiegów wolnozmiennych (LFO), modulującego częstotliwość przebiegu wytwarzanego przez generator podstawowy – uzyskiwany jest efekt vibrato. LFO generuje przebieg zbliżony do trójkątnego, o częstotliwości ok. 7 Hz. Użytkownik ma możliwość dostrojenia częstotliwości generatora podstawowego – wraz ze spadkiem napięcia zasilania, urządzenie rozstraja się. Regulację głośności zaimplementowano dopiero w wersji z lat 1974?-1975, w pierwszych wersjach projektanci urządzenia radzą po prostu przysłaniać ręką głośnik. Wszystkie wersje posiadają wyjście liniowe – za sprawą zastosowanego filtra górnoprzepustowego, sygnał wyjściowy różni się od sygnału przetwarzanego przez głośnik – z tego powodu muzycy najczęsciej używają stylofonu przykładając go do mikrofonu. Schemat blokowy opisanego układu przedstawiono poniżej.

Schemat blokowy stylofonu dla modeli z lat 1968-1975

Produkowane były 3 wersje: standardowa, basowa, sopranowa (różnica w budowie polegała na zmianie wartości jednego rezystora i kondensatora w układzie generatora). W związku z powyższym, budowa wersji ze zmianą tonacji za pomocą przełącznika (np suwakowy, 2 sekcje, 3 położenia) nie powinna stanowić problemu.

W latach produkcji oryginalnego instrumentu (1968 – 1975) wielokrotnie zmieniały się zastosowane komponenty. Różnice dotyczyły głownie obwodu głównego generatora – poszczególne wersje bazowały na:

– 1-sza wersja – 1968 – ? – diodzie pojemnościowej i tranzystorze jednozłączowym (generator relaksacyjny),
– 2-ga wersja – ? – 1974? – tranzystorze jednozłączowym (generator relaksacyjny),
– 3-cia wersja – 1974? – 1975 – układ scalony 555.

Pierwotnie drabinka rezystorów, za pomocą której generator był przestrajany, zbudowana była z pojedynczych rezystorów (większość spoza standardowych szeregów), później zastąpiono ją dwoma układami integrującymi po 10 rezystorów. Widoczna jest tu wyraźna tendencja – im nowsza wersja, tym konstrukcja bardziej uproszczona (i ponoć gorzej brzmiąca).

Przebieg zarejestrowany na zaciskach głośnika podczas pracy stylofonu (wersja 2, LFO wyłączone), częstotliowść ok. 200 Hz

Obecnie dostępne są odpowiedniki wszystkich elementów zastosowanych w oryginalnym stylofonie, poza produkowanymi na zamówienie drabinkami rezystorowymi. Wiele problemów nastręcza znalezienie głośnika o impedancji 75 om – jego zamiennikiem może być głośnik o impedancji 50 om stosowany w domofonach i słuchawkach telefonicznych.

Stylofon nie nadaje się dobrze do circuit-bendingu – ze względu na prostą konstrukcję, większość modyfikacji przestraja częstotliwość generatora podstawowego lub powoduje przesterowanie. Stosunkowo łatwo dodać można funkcję zmiany głośności oraz częstotliwości pracy generatora LFO.

Produkcja po roku 2006

W roku 2006 wznowiono produkcję instrumentu, jako retro-gadgetu. Generator bazuje na specjaliowanym układzie cyfrowym (integrującym VCO i LFO) i wersja ta ma niewiele wspólnego z oryginalnym projektem. Zastosowano prawdopodobnie syntezę wavetable. Wzmacniacz tranzystorowy zastąpiono zintegrowanym LM386, dołożono wejście liniowe, umożliwiające wykorzystanie urządzenia jako przenośnego głośnika. Użytkownik ma do wyboru jedno z 3 brzmień. Schemat blokowy nowego rozwiązania zaprezentowano poniżej:

Schemat blokowy stylofonu dla modelu z roku 2006

Schematy

Poniżej schematy bez wartości elementów, mają cel wyłącznie poglądowy – prześledzić można ewolucję układu.

Wersja V1 jest trudna do realizacji ze względu na brak dokładnej specyfikacji niektórych elementów. Układ generatora relaksacyjnego bazuje na tranzystorze jednozłączowym i diodzie pojemnościowej. Produkcja układu rozpoczęta w roku 1968. Łatwa do rozpoznania, na płytce drukowanej widać rząd pojedynczych rezystorów przestrajających generator. Większość z tych rezystorów pochodzi z poza standardowych szeregów, a ich wartości są takie same w wersjach V1, V2 i V3. Jest to wersja najbardziej skomplikowana.

Dla wersji V2 wszystkie wartości elementów są znane, wersja ta produkowana była do roku 1974. Pojedyncze rezystory w układzie przestrajania generatora zastąpiono produkowaną za zamówienie drabinką rezystorową, możliwą do odtworzenia za pomocą rezystorów ze standardowego szeregu i potencjometru lub połączenia 2 równoległego dwóch rezystorów z szeregów E24  lub wyższych (ze względu na precyzję doboru rezystancji). Tranzystor jednozłączowy (UJT) zastąpić można programowalnym tranzystorem jednozlączowym (PUT). Wersja prostsza od V1, jednak nie ustępuje jej brzmieniowo.

Układ V3 bazuje na popularnym timerze 555. Timer ten wprowadzony do sprzedaży został w roku 1971, był jednak na tyle drogi, że w stylofonie zastosowano go dopiero w 1974, gdy cena spadła.  Wersję tą produkowano krótko, ze względu na spadek zainteresowania i konkurencję ze strony „poważniejszych” urządzeń. Wszystkie wartości elementów dla V3 są znane, jednak brzmienie jest mniej nieatrakcyjne niż w wersjach poprzednich. Produkowana do 1975 roku jest ostatnią, jaką można uznać za „oryginalną”.

Po roku 2006 to już dramat, schematu nie zamieszczę. Byle taniej, szybciej i do przodu. Główny układ generatora jest cyfrowy i nieosiągalny, brzmienie ponoć też już nie to co kiedyś.

Mówiąc krótko: do rekonstrukcji obstawiam wersję V2, ale o tym więcej w kolejnym poście (i nie chodzi tu o powstrzymanie się od jedzenia).