Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]
В каждой октаве двенадцать клавиш. Из них семь белых, соответствующих звукам «до», «ре», «ми», «фа», «соль», «ля» и «си» и пять черных, соответствующих звукам «до диез» («ре бемоль»), «ре диез» («ми бемоль»), «фа диез» («ля бемоль») и «ля диез» («си бемоль»). Струна каждой клавиши настроена на строго определенную частоту колебаний. На рис. 324 частоты колебаний струн первой октавы указаны на клавишах и возле них. Посмотри на эти цифры. По ним можно судить о частотах звуков любой другой октавы. Ведь частоты звуков каждой октавы в два раза больше или меньше частот звуков соседней. Так, например, частота звука «си» первой октавы в два раза больше частоты звука «си» малой октавы, а частота звука «до» первой октавы в два раза меньше частоты звука «до» второй октавы.
При настройке музыкальных инструментов за эталон принят звук «ля» первой октавы. Частота колебаний вибраторов, создающих этот звук, равна 440 Гц. Подсчитай, какова должна быть частота «ля» других октав звукового диапазона.
Источником звука может быть головка громкоговорителя, к которой подводится переменное напряжение, например от генератора звуковой частоты. А если частоту колебаний этого генератора изменять плавно или скачкообразно? Тогда также плавно или скачкообразно будет изменяться высота звука, создаваемого головкой громкоговорителя. Этот принцип и лежит в основе работы электромузыкальных инструментов.
ТНРМЕНВОКС
Структурная схема этого исторического электромузыкального инструмента показана на рис. 325.
Рис. 325. Структурная схема терменвокса
Он состоит из двух генераторов, смесителя и усилителя 3Ч, на выход которого включена головка громкоговорителя. Частота генератора Г1 фиксированная, например 100000 Гц, частота генератора Г2 может плавно изменяться в пределах, например, от 100050 Гц до 105000 Гц. Колебания обоих генераторов подают на вход смесителя. На выходе смесителя образуются колебания, частота которых зависит от настройки контура генератора Г2 и может изменяться в довольно широких пределах. Для нашего примера наивысшая звуковая частота будет 105000 — 100000 = 5000 Гц, а наинизшая 100050 — 100000 = 50 Г'ц, т. е. она может изменяться от 50 Гц до 5 кГц. После усиления головка громкоговорителя преобразует колебания этих частот в звуки соответствующих им высот.
Исполнитель музыкального произведения изменением расстояния ладони руки относительно антенны-штыря изменяет частоту генератора с плавной настройкой. Антенна подключена к колебательному контуру этого генератора. Ладонь руки и антенна в данном случае являются ни чем иным, как обкладками конденсатора, емкость которого изменяется в зависимости от расстояния между ними. А поскольку этот «конденсатор переменной емкости» вместе с антенной подключен к колебательному контуру генератора, частота его изменяется. Это — главное в инструменте, созданном более 60 лет назад Л. С. Терменом.
Разумеется, что в этом инструменте есть узлы, позволяющие изменять тембр и громкость звука — все то, что заставляет звук «жить».
Терменвокс представляет собой относительно сложное радиотехническое устройство. Но главная сложность заключается не в конструкции, а в технике игры на этом инструменте. Не всякий музыкант может хорошо исполнять на нем произведения композиторов. И именно поэтому, на мой взгляд, тебе нецелесообразно только ради интереса браться за конструирование терменвокса, отвечающего высоким требованиям музыкального искусства.
ЗВУЧАЩАЯ КЛАВИАТУРА
Вначале для практического знакомства с электромузыкальными инструментами (ЭМИ) можно сделать простейшее одноголосное электронное устройство, внешний вид и схема которого показаны на рис. 326.
Рис. 326. Внешний вид и схема простейшего ЭМИ
Играют на нем, касаясь клавиатуры щупом. Его музыкальный диапазон — две октавы: от «до» первой октавы до «си» второй октавы, что соответствует диапазону звуковых частот от 260 до 988 Гц. Это, конечно, не электромузыкальный инструмент в полном смысле этого слова, а всего лишь электромузыкальная игрушка, сувенир. Но на нем все же можно играть многие несложные музыкальные мелодии. Лично я слышал их в исполнении старейшего радиолюбителя Ю. Пахомова — автора этой звучащей клавиатуры.
Принципиальная схема ЭМИ должна напомнить тебе схему генератора колебаний звуковой частоты на логических элементах 2И-НЕ (см. рис. 305). Но в том генераторе частоту колебаний ты изменял плавно переменным резистором, а здесь частота колебаний изменяется скачкообразно при включении в частотозадающую цепь резисторов разных номиналов.
В устройстве работает знакомая тебе микросхема K155ЛA3, содержащая четыре логических элемента 2И-НЕ. В данном случае все ее элементы включены инверторами. Элементы D1.1, D1.2 и D1.3 образуют генератор тона, а элемент D1.4 совместно с первичной обмоткой трансформатора Т1 — усилитель мощности генерируемых колебаний звуковой частоты. Динамическая головка В1, подключенная ко вторичной обмотке трансформатора, преобразует эти колебания в звуковые разной тональности.
Питается ЭМИ от батареи 3336Л, «Планета-2» или трех элементов 322, соединенных последовательно. Максимальный потребляемый ток не превышает 30 мА.
Частота колебаний генератора тона определяется емкостью конденсатора С1 и тем из резисторов R1-R24, который через щуп S1, подключенный к выходу 8 элемента D1.3, и клавишу, соответствующую этому тону, включается в частотозадающую цепь генератора. Чем меньше сопротивление резистора, включенного в эту цепь, тем выше тон звука. Звуку «до» первой октавы соответствует включение в цепь резистора R1, а звуку «си» второй октавы включение щупом резистора R24.
Номиналы резисторов R1 — R24 подбирают опытным путем при настройке ЭМИ.
Основой ЭМИ служит плата из фольгированного стеклотекстолита. Размеры платы, конфигурация всех ее токонесущих площадок, клавиатуры и соединения деталей показаны на рис. 327.
Рис. 327. Конструкция и монтаж ЭМИ
Изолирующие прорези шириной 1–1,5 мм сделаны резаком из ножовочного полотна. Сквозные отверстия в плате выпилены под кнопочный выключатель П2К (S2), выходной трансформатор Т1 типа ТВ-12 (можно применить трансформатор от любого малогабаритного транзисторного приемника) и магнитную систему малогабаритной динамической головки 0,1ГД-6 (В1). Резисторы, конденсатор, выводные лепестки микросхемы и соединительные проводники припаивают к печатным проводникам, не просверливая отверстий в них.
Чтобы основные длинные клавиши (они обычно белые) отличались по цвету от коротких, их следует аккуратно залудить. Электролитический конденсатор С1 должен быть с возможно малым током утечки, например типа К53-1. Резисторы МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Сопротивление резистора R1 не должно быть больше 1,8 кОм, а резистора R24 — не менее 300 Ом. Номиналы промежуточных резисторов отличаются от соседних: в низкочастотной части звукового диапазона на 100–150 Ом, в высокочастотной — на 30–50 Ом. Так, например, ориентировочно сопротивление резистора R2 (нота «ре» первой октавы) должно быть 1670 Ом, а резистора R23 (нота «ля» второй октавы) — 505 Ом.
Для щупа S1 используй корпус шариковой ручки или цанговый карандаш. Его металлический стержень, которым касаются клавишей во время игры, соедини гибким изолированным проводником с площадкой вывода 8 элемента D1.4. Защитную крышку корпуса с вырезом под кнопку выключателя и отверстиями против динамической головки склей из листовой пластмассы или оргалита, покрась цветной нитроэмалью иди оклей декоративной пленкой.
Настройка ЭМИ заключается в тщательном подборе резисторов R1-R24 частотозадающей цепи генератора тона. Первым подбирай резистор R1. На это время замени его последовательно соединенными переменным и постоянным резисторами сопротивлением по 1 кОм. Щупом коснись крайней левой клавиши и, пользуясь, как эталоном, роялем, пианино или баяном, переменным резистором настрой генератор на частоту, соответствующую ноте «до» первой октавы. Затем омметром измерь сопротивление временной цепочки резисторов и замени ее резистором (или несколькими резисторами) такого же номинала.
Аналогично подбирай другие резисторы частотозадающей цепи генератора тона, а затем приступай к овладению технической игры на ЭМИ.
Какие изменения или дополнения можно внести в такое ЭМИ, названное мною звучащей клавиатурой? В нем вместо микросхемы К155ЛАЗ можно использовать аналогичную ей микросхему Л133ЛАЗ, К176ЛА7. При этом никаких изменений в схему вносить не надо.
Может случиться, что у тебя не окажется фольгированного стеклотекстолита или гетинакса. В таком случае основой клавиатуры может быть пластинка органического стекла, на которую ты наклеишь полоски медной фольги. Для монтажа микросхемы, выключателя питания и электролитического конденсатора фольга не обязательна.
