高级音乐节拍器。方案、说明

高级音乐节拍器。无线电电子电气工程百科全书

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3年《广播》第1996期发表了《音乐节拍器》一文，引起读者广泛反响。一段时间后，作者改进了他的设计，今天介绍她的新版本。节拍器不仅可以通过声音“咔哒”声设置节拍，还可以演奏音符，可以成为初学者和专业音乐家的助手。

[1] 中描述的音乐节拍器很方便，因为音乐节奏的频率（从 Largo 到 Prestissimo）可以通过稳定的调音轻松控制和调整到任何乐器。节拍器中的任何速度都可以单独调整。当由于温度或电源电压的影响，主振荡器的频率发生变化时，需要重新调整各节拍的频率F。如果在单个主振荡器的基础上，通过将其频率 F0 除以某个计数因子，我们可以获得任意速率的频率（类似于设备 [2] 中的操作方式），则任务将大大简化。然后，通过正确地补偿频率F0的漂移，可以一次正确地调整不是一个而是所有音乐节奏的频率。

计算表明，将主振荡器调谐到第7个八度音“re”音符的频率（理论值F0 = 18794,545 Hz）是最方便的。然后，将频率 F0 除以 8，我们得到第 4 个八度音阶的音符“re”，除以 16 - 第三个八度音阶的“re”，除以 3 - 第二个八度音阶的“re”，除以 32 - 八度音阶的“re”第一个八度。最后，如果使用2位二进制计数器将F64除以1，我们将生成频率为0 Hz的矩形脉冲，这对应于大八度音阶的“D”音符。

接下来，您需要使用提供可变两位数计数因子（分频）K2 的分频器。例如，设置K2=98，则总分频系数K0很容易计算：K0=K1·K2=-256·98-25088，其中K1=256为第一个（初步）计数器的计数系数。在这种情况下，在第二分频器的输出处形成频率Ffact约为0,75Hz（18794,5Hz：25088）并对应于最慢的Largo节奏的脉冲。当 K2 = 21 时，K0 = 256 · 21 = 5376，或 Ffact == 3,5 Hz - 这是最快的 Prestissimo 节奏。我们通过取 K2 等于 85、73、63、54 等来获得其他比率（见表 1）。由表可知，不同速率形成频率的相对误差不超过2%。实际上，如此小的误差是完全可以接受的，因为相邻速率之间的频率“距离”约为 15%。

高级音乐节拍器

基于此原理构建的节拍器框图如图 1 所示。主振荡器由逻辑元件 DD1.1、DD1.2、电阻器 R1、R2 和电容器 C1 组成，调谐到第 7 个八度音阶的“D”音符的频率。在第一个分频器（二进制计数器DD2.1、DD2.2）中，它逐渐减小。在计数器的输出端，形成相应八度音阶的音符“D”（图 1）。来自最后一个输出的脉冲（频率为 73,4 Hz）被提供给第二分频器的输入，由计数器 DD3、DD4 和元件 DD1.3、DD1.4、DD5.1 产生。计数器DD2.1和DD2.2的剩余输出信号被提供给开关SA2的触点。

（点击放大）

我们假设这个开关的滑块按照图示移动到顶部位置；具有第四个八度音“D”音符频率的脉冲被提供给放大晶体管VT1的基极，该放大晶体管VT5根据具有负载电阻R6和R4的射极跟随器电路连接。当它安装在从顶部算起的第二个位置时 - 第 3 个八度音阶的音符“D”，依此类推。如果它安装在最低（第五）位置 - 这是正常操作模式，其中来自声音的脉冲 -形成部分接在节拍器晶体管VT1的基极，节拍器由元件DD5.2-DD5.4、电阻器R3、R4、R7和电容器C2、C5组成。

第二个（可调）分频器是根据[3，图18]中描述的方案制作的。必要的帐户系数使用 SA1 开关设置，该开关有 11 个位置（根据音乐节奏的数量）。例如，如果将发动机设置为最低位置，则DD2元件的输入5.1连接到计数器DD2的输出4（引脚4），从而设置数字“20”；同时，元件DD1的输入5.1连接到计数器DD1（引脚3）的输出2，设置数字“1”。因此，总分系数为21，对应于Prestissimo速度。如果滑动开关 SA1 移至最高位置，则元件 DD5.1 的输入将连接到输出 9 DD4（引脚 11）和 8 DD3（引脚 9），即数字“90”和“给出 8"，实现系数分数 K2 = 98（Largo 速度）。从图2和表中可以很容易看出设置其他分频系数K1的正确性。 1. 重要的是，对于任何系数 K2，DD1.4 元件的输出端都会形成持续时间为 6,8 ms 的短脉冲。在 3,5 Hz 频率（Prestissimo 节奏）下，脉冲重复周期为 286 ms，在慢速 Largo 节奏 (0,75 Hz) 下，脉冲重复周期为 1333 ms。

一旦提到的脉冲再次结束，先前放电的电容器 C2 就会通过其左侧（根据图表）极板连接到外壳。 DD5.2 元件的输入端的电压电平将变低，而其输出端的电压电平将变高，从而允许声音发生器在元件 DD5.3 和 DD5.4 上运行。一段时间后，根据可变电阻器 R4 的阻值，电容器 C2 将被充电（通过电阻器 R3 和 R4），以至于 DD5.2 元件输出端的高电平将再次变为低电平，这样声音发生器就会停止。换句话说，这里的声音发生器在 6,8 ms 脉冲结束后立即短暂运行。当脉冲再次出现时，电容器C2再次快速放电。通过DD5.2元件的内部二极管进行放电：它们的阴极连接到微电路的正电源，阳极连接到元件的相应输入。有关更多详细信息，请参见[4，图 6]。 1]）。 [XNUMX] 中详细描述了如何设置声音脉冲的持续时间以实现“咔嗒”声而不是清晰可辨的音调。

选择电阻器 R7 的电阻，使得压电陶瓷发射器 HA1 在主谐振频率下工作 - 根据[5]，对于发射器 ZP-1，该频率略高于 2 kHz。隔直电容C3用于消除电源电路中的高频电压纹波，C4用于消除低频电压纹波。保护二极管VD1防止向器件提供反极性电压。从电阻R6到电容C6可以得到电压为0,25V的输出信号，如果音量不够，可以将节拍器连接到扩音设备（例如通过混音器）的输入端。由于R6的阻值较小，因此可以显着降低对连接线的屏蔽要求。

在各个“点击”之间的暂停期间，节拍器几乎不消耗电力，而在“点击”期间，电流消耗增加到大约 3...4 mA。显然，声音脉冲的持续时间越长（频率约为2kHz，至少应为15ms）和音乐节奏越高，能量消耗就越大。因此，在 Prestissimo 节奏下，节拍器平均消耗 0,15 ... 0,2 mA，而在 Largo 节奏下，节拍器仅消耗 0,03 ... 电池 0,045D-7。

要同时调整节拍器的所有音乐节奏，只需将 SA2 开关切换到与音符“pe1”、“pe2”、“pe3”或“pe4”相对应的四个调音位置之一即可。开关 SA1 的位置无关紧要。使用任何正确调音的乐器（钢琴、手风琴或按钮式手风琴）演奏完全相同的音符，电阻器 R1 设置主振荡器的频率，在该频率下没有声音的节拍。完成此操作后，节拍器设置将如表中所示。 1. 注意“re4”这个音符听起来最响；其余音符的音量，从“re3”开始到“re1”，将随着八度数的减少而开始减少。

在操作模式下，节拍器会再现单音声音冲击 - “咔哒声”。如果需要同时再现普通（普通）节拍和重音（最强）节拍，则必须在节拍器中引入一个额外的节点，其方案如[1]，图 2 所示。 5.2.为此，首先排除以下元件：逻辑元件DD5.4-DD1、晶体管VT3、电阻器R7-R2、电容器C5、C6、C1、发射极HA2。其次，代替电容器C1.4，该节点的下部输出连接至节拍器元件DD1的输出，其被指定为“至引脚1 DD1”。第三，将节点的通断开关SA2替换为五位节拍器开关SA2.4：元件DD1的输出连接到其下部固定触点，动触点连接到晶体管的基极附加节点的VT1。该器件的两个部分均通过共用二极管 VD1 供电。 [XNUMX] 中详细描述了再现“重音”和“普通音”的节拍器的工作。

高级音乐节拍器

但调整节拍器并定期监测其“调音”的正确性仍然不是很方便。是否可以避免这些程序？事实证明这是很有可能的。在图中。图 2 显示了节拍器的不同部分。使用“时钟”微电路 K001.1IE1.2 (DD2.1) 代替排除的逻辑元件 2.2、DD1 和计数器 DD176、DD5（见图 2），并根据 [6，图 9] 中的标准电路进行连接。。 0]。节拍器“调谐”的稳定性是通过使用微型“时钟”石英谐振器 ZQ32 稳定频率 F768 = 1 Hz 来实现的。在 K9IE176 微电路的输出 5（引脚 1）处，形成频率为 64 Hz 的矩形脉冲。粗略地说，频率由电容器 C1 选择，准确地说是 C7。

频率为 64 Hz 的脉冲被馈送到组装在两个 K561IE8 微电路（DD3 和 DD4）上的可调分频器的输入。唯一的区别是这些微电路的输出路由至 SA1 开关的方式有所改变。由于64 Hz的频率与之前版本节拍器的73,4 Hz频率有明显不同，因此需要K2和K1 = 512的其他值（见表2）。该表显示，此版本节拍器中速率形成的误差小于前一版本。这里的长期频率稳定性要高得多。请注意，形成的不是持续时间约为 6,8 ms 的短脉冲，而是持续时间约为 7,8 ms 的脉冲。这两个值都等于施加到第二分频器输入的脉冲重复周期的一半。除此之外，这个节拍器的操作与之前的没有什么不同。

高级音乐节拍器

由于不再需要定期监测主振荡器的频率F0，因此电路中不包括开关SA2，并且晶体管VT1的基极连接到元件DD5.4(图1中的标号)的输出。

由于此版本的节拍器发布了两个元件 DD1.1 和 DD1.2，因此建议在其上组装推挽桥式放大器的最终节点（不包括晶体管 VT1、电阻器 R5 和 R6、电容器 C6 和发射器 HA1 - 图 1），以经济的开关模式运行（图 3）。

高级音乐节拍器

放大器的工作原理如下。虽然没有“咔哒”声，但连接到 DD11 微电路引脚 5 的放大器输入端存在令人望而却步的低电平，因此 DD1.1 元件的输出为高电平。电容器C8通过电阻器R9放电。放电仅需 15 毫秒。因此，DD1.2元件的输出也为高，结果所有晶体管VT1-VT4都闭合，并且电流不流过可变电阻器R10。

当放大器输入端出现“咔嗒”声（即一包矩形脉冲）时，电容器 C8 通过二极管 VD2 和电阻器 R8 快速充电。充电大约需要 0,15 毫秒。只要放大器输入端存在“咔嗒”脉冲，它就会保持充电状态。因此，在声音传输期间元件DD1.1和DD1.2输出处的信号是异相的，这对于桥式放大器的正确操作是必要的[2]。通过可变电阻器 R10（节拍器音量控制），交流电流流动，不仅周期性地改变其值，而且改变其方向，并且发射器 HA1 再现该声音频率。

但是，一旦下一次“咔哒”声结束，电容器就会放电得如此之多，以致于元件 DD1.1 和 DD1.2 的输出端都出现高电平。随后，重复节拍器放大器的操作循环。

具有这种放大器的节拍器的音量显着增加，但平均电流消耗也增加。例如，在 Largo 节奏下，节拍器平均消耗小于 1 mA 的电流，而在 Prestissimo 节奏下，节拍器消耗约 3 mA 的电流。但在“点击”期间以及稍后，消耗的电流约为 30 mA，因此几乎不建议使用“Krona”电池为这样的节拍器供电。最好使用5…9个元件334或337，相同数量的电池D-0,55或2…3个电池3336。通过减小电阻器R9的电阻可以稍微降低功耗。那么“咔哒”声后晶体管VT1和VT4持续打开的时间就减少了。器件（微电路）的低功率部分通过二极管 VD1 从同一电源供电。

根据[1]，SP-7 发射器的谐振频率为 3...4 kHz。这意味着电阻器 R7 的电阻必须减小 1,5 ... 2 倍，从而将声音发生器调谐到特定发射器的谐振。另外，可能需要将电容器C2的电容增加到大约0,15微法，或者将电阻器R3和R4的电阻分别增加到30和300kOhm。

文学

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Bannikov V. 三音音乐闹钟。 - 广播，1996 年，第 1 期，第 46 页48-2；第 45 页，第 47 页。 XNUMX-XNUMX。
Alekseev S. K561 系列微电路的使用。 - 广播，1986 年，第 12 期，p。 42-46。
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Alekseev S. K176 系列微电路的使用。 - 广播，1984 年，第 4 期，p。 25-28。
Nechaev I. 带 SP-1 发射器的安全装置。 - 广播，1986 年，第 3 期，第 42 页43、XNUMX。

作者：V.Bannikov，莫斯科

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