ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И СИНТЕЗАТОРЫ
ЗВУКОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И СИНТЕЗАТОРЫ
Просматривая некоторые популярные журналы по вычислительной технике, можно отметить, что программисты не лишены чувства юмора. В некоторых из этих журналов содержится столько же смешного, сколько и серьезного.
Конечно, юмор в современной электронике не ограничивается только областью вычислительной техники. Как можно судить по некоторым устройствам, описанным в данной главе, радиолюбители тоже по-своему проявляют свое остроумие. Тем не менее для звуковых генераторов и синтезаторов можно найти вполне серьезное применение. Однако если у радиолюбителя есть чувство юмора, то он будет вполне доволен возможностями использования этих устройств для шуток и забав.
Отставим пока шутки в сторону и обратимся к некоторым определениям, а именно к различию между звуковыми генераторами и звуковыми синтезаторами. Звуковой синтезатор с точки зрения схемного решения представляет собой устройство, способное имитировать различные звуки, которые издаются обычно неэлектронными средствами. Например, синтезатор может копировать пение канарейки.
Звуковые синтезаторы, рассмотренные в данной главе, довольно простые. Вместе с тем они могут быть весьма сложными и дорогостоящими элементами электронной аппаратуры,
Существует и другая группа электронных синтезаторов, которые радиолюбитель найдет в данной главе. В таких синтезаторах используется определенный вид операций для выполнения действий, которые обычно реализуются совсем другими электронными схемами. Примером этого является устройство, в котором применяются цифровые методы синтеза синусоидальных колебаний, вырабатываемых обычно совсем иными схемами. В результате удается относительно простым способом сделать то, что обычно считается весьма сложной операцией. Например, не так легко получить сверхнизкочастотные синусоидальные колебания, достаточно точно воспроизводящие форму синусоиды. Однако такие колебания сравнительно несложно синтезировать с помощью современных цифровых устройств.
Звуковой генератор представляет собой устройство, которое вырабатывает свои собственные, совершенно неповторимые звуки. Практически невозможно воспроизвести эти звуки как ким-либо другим способом. По мере изготовления таких устройств радиолюбитель сможет убедиться в их способности вырабатывать сверхъестественные и необычные звуки, которые он еще нигде и никогда не слышал и, возможно, никогда бы даже не услышал,
9.1. Имитатор звука
Возможно, радиолюбитель захочет получить экзотические звуки. Для этого подходит устройство, схема которого показана на рис. 9.1. Повышение и понижение тона в пределах всего диапазона производится с помощью регулятора тона R5- В то же время в тон звука можно вводить вибрации, что и создает характерное необычное звучание. Частота вибраций меняется регулятором R1 в пределах от затяжного завывания до быстрого изменения тона. Регулятор амплитуды вибраций R4 работает совместно с регулятором частоты вибраций Ri и позволяет изменять глубину звучания путем изменения амплитуды вибраций.
Первоначально необходимо изготовить макет имитатора и немного потренироваться. Имитатор дает много вариаций, и поэтому необходимо получить некоторые навыки с тем, чтобы создавать нужные звуковые эффекты. После отладки имитатор можно изготовить в небольшой коробочке, минимальные размеры которой ограничиваются лишь выбранным громкоговорителем,
9.2. «Забавный» звуковой генератор
Звуки, издаваемые генератором (см. рис. 9.2), трудно описать словами. Пожалуй, единственным подходящим описанием является звукоподражание «диидл-диидл». Высота тона такого звука изменяется в широких пределах регулятором тона Rз- При этом одновременно с тоном изменяется частота звука.
И это еще не все. Регулятор вибраций R2 позволяет вводить в воспроизводимый звук вибрации, создающие эффект записанного выше словами звукоподражания. Один из радиолюбителей, изготовивший такой звуковой генератор, подметил, что регулятор тона позволяет добиться звукового эффекта, характерного для взлета и посадки «летающей тарелки».
Рис. 9.1. Принципиальная схема имитатора звука.
ИС1 — двойной таймер типа 556; ИС8 — двойной J — К-триггер типа 4027; ИС3 — УНЧ типа LM386; Rt, Rs — потенциометр I МОм; R2 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 10 кОм, 0.25 Вт; Ri, Rg — потенциометр 500 кОм; Re — резистор 6,8 кОм, 0,25 Вт; R7, R9 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; С1, С4 — танТаловый конденсатор 1 мкФ, 35 В; Ci, Св — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Сз — конденсатор 0,01 мкФ} С6 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Гр] — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.
Дополнительные забавные возможности в генераторе получаются после некоторых изменений в монтаже. Как видно из рис. 9.2, в принципиальной схеме имеются четыре вывода, обозначенные буквами Л, В, С и D, подсоединенные к определенным выводам микросхемы ИС2. Однако совсем не обязательно соблюдать именно такой порядок подключения. Например, вывод А вместо четвертого вывода ИС2 может присоединиться к выводу 13. Аналогичным образом могут произвольно подключаться выводы В, С и D, но при этом следует использовать только выходные выводы ИС2 и обязательно подсоединить все выводы Л, В, С и D. Кроме того, перед изменением в монтаже этих выводов генератор следует выключить, поскольку их отсоединение при включенном питании отрицательно сказывается на работе вентилей типа «И-НЕ» в интегральной схеме ИС3, выполненной на дополняющих МОП-транзисторах.
Рис. 9.2. Принципиальная схема «забавного» звукового генератора.
ИС1 — таймер типа 555; ИС2 — 14-разрядный двоичный счетчик типа 4020; ИС?, — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 4011; ИС4 — УНЧ типа LM386; R1 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; R2 — потенциометр 500 кОм; R3 — потенциометр 1 МОм; R4 — резистор 510 Ом, 0,25 Вт; R5 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С1, С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 4,7 пФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ; Гp1 — громкоговоритель е сопротивлением 8 Ом.
Если радиолюбитель хочет разыграть небольшой спектакль, то следует отсоединить громкоговоритель и подключить генератор к какому-либо усилителю с низким входным импедансом и с выходной мощностью более 20 Вт.
Генератор включается и имитирует посадку «летающей тарелки». Эффект такой «посадки» могут усиливать пара проблесковых маячков и соответствующая костюмная бутафория.
Радиолюбитель может также использовать такой звуковой генератор в средствах охранной сигнализации.
9.3. Звуковые эффекты «Воздушный бой»
После того как радиолюбитель освоил технику имитации взлета и посадки «летающих тарелок», т. е. изготовил звуковой генератор по схеме на рис. 9.2, он может приступать к созданию устройства, имитирующего звуки боя в воздухе. На этот раз рассматриваемое устройство точно соответствует своему названию, и создаваемые им звуковые эффекты можно услышать только после его изготовления, наладки, проверки и нажатия кнопки «Вкл». Регулятор R2 на рис. 9.3 не имеет названия, поскольку он просто изменяет характер звучания, которое трудно описать словами. Поэтому радиолю-. бителю предоставляется самому придумать для него подходящее название.
Теперь допустим, что радиолюбитель изготовил такой генератор, но спустя некоторое время интерес к нему убавился и ему захотелось найти какое-то другое применение. Можно, например, изготовить трехканальный микшер, описанный в разд. 8.5. Затем собрать звуковой генератор по схеме на рис. 9.2, отсоединить громкоговорители в обоих генераторах (рис. 9.2 и 9.3) и подключить их к каналам 1 и 2 микшера. В результате радиолюбитель получит возможность одновременной игры со звуками полета «летающих тарелок» и «лучевых пушек», что позволит полностью имитировать все звуки боя в воздухе. А если включить на входе третьего канала микрофон, а микшер соединить с магнитофоном, то можно составить и записать полный репортаж.
Рис. 9.3. Генератор звуковых эффектов «Воздушный бой».
ИС1 — преобразователь «частота — напряжение» типа 9400С; ИС2 — УНЧ типа LM386; R] — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; Rг — потенциометр 500 кОм-Яз — резистор 47 КОм, 0,25 Вт; Я4, Re — резистор 10 кОм, 0,26 ВТ; R5 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С, — конденсатор 0,22 мкФ; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; Сч — конденсатор 100 пФ; С4 — конденсатор 0,001 мкФ; С5 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; Св — конденсатор 0,1 мкФ; С? — Электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Tpi — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 ОМ; Клз — нормально разомкнутый кнопочный переключатель.
9.4. Комбинированный звуковой генератор
На рис. 9. 4 показана принципиальная схема устройства типа синтезатора, представляющего собой комбинированный звуковой генератор, который в зависимости от положения регуляторов вырабатывает два различных звуковых сигнала.
Так, одна комбинация положений регуляторов обеспечивает имитацию проигрывания гаммы на кларнете, при этом направление проигрывания (от «до» до «си» или наоборот) выбирается переключателем выбора направления Кл1. Другая комбинация положений регуляторов обеспечивает имитацию пения канарейки или, может быть, длиннохвостого попугая. Впрочем, радиолюбитель решит сам, на пение какой птицы наиболее похожи воспроизводимые звуки. После небольшой практики он сможет научиться подражать более сложному пению различных птиц.
Фактически устройство работает одинаково, независимо от положений регуляторов. Различия в создаваемых звуках можно скорее объяснить особенностями слухового восприятия человека. В генераторе предусмотрена возможность выработки до 16 различных тональных сигналов в прямом и обратном порядках (что определяется положением переключателя Кл1). Диапазон тональных сигналов выбирается регулятором выбора диапазона R12, который позволяет воспроизводить все 16 тональных сигналов либо в пределах менее одной октавы, либо в пределах нескольких октав.
Регулятор темпа Ri обеспечивает выбор темпа воспроизведения. Именно от него зависит характер имитации музыкального инструмента или щебетания птиц. Так, при низком темпе воспроизведения звук похож на игру на кларнете, а с увеличением темпа звук становится похожим на пение птиц. Регулятор высоты тона обеспечивает общую регулировку высоты тона — от высокой до весьма низкой. При этом регулятор громкости позволяет устанавливать приемлемый уровень громкости, не мешающий окружающим. Главное при этом — научиться пользоваться регуляторами для получения большого многообразия и сложных комбинаций различных звуков.
9.5. Генератор произвольных тональных сигналов
Генератор произвольных тональных сигналов, показанный на рис. 9.5, является относительно сложным устройством. Но если радиолюбитель аккуратно его соберет, то получит о награду новое, более увлекательное развлечение. Это устройство работает на тех же принципах, что и описанный выше комбинированный звуковой генератор на рис. 9.4, -однако здесь 16 тональных звуков воспроизводятся в совершенно произвольном порядке, В результате получается бесконечная последовательность звуков, которые могут либо быть просто набором звуков, либо представлять собой из« вестные несложные мелодии.
Рис. 9.4. Комбинированный звуковой генератор.
ИC1 — двойной таймер типа 556; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИС3 — УНЧ типа LM386; R1, Д,3 — потенциометр 1 МОм; R2 — резистор 47 кОм, 0,25 Вт; R3 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R4 — R7 — резистор 4,7 кОм, 0,25 Вт; Я8 — Яц — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; «i2, R6 — потенциометр 500 кОм; R14 — резистор 6,8 кОм, 0,25 Вт; R15 — резистор 1 кОм, 0,25 Вт; С, — танталовый конденсатор 1 мкФ, 35 В; С2 — конденсатор 0,01 мкФ; С3 — конденсатор 0,1 мкФ; С„ — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С5 — электролитический конденсатор Ш мкФ, 35 В; Гр1 — громкоговоритель на постоянном магните е сопротивлением 8 Ом.
Рис. 9.5. Генератор произвольных тональных сигналов.
ИC1 — шесть инверторов типа 7404; ИС2 — двойной таймер типа 556; ИСз, ИС4 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИC5 — двойной J — К-триггер типа 7476; ИС6 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 500 кОм; R2, R6 — резистор 4,7 кОм. 0,25 Вт; R3 — резистор 470 Ом, 0,25 Вт; R4 — потенциометр 1 МОм; R5 — резистор 100 кОм, 0,25 Вт; С1 — конденсатор 0,047 мкФ; С2 — электролитический конденсатор 1 мкФ, 35 В; С3 — конденсатор 47 пФ; С4 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; C5 — конденсатор 0,1 мкФ; C6 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.
Весьма часто в генераторе получается какой-либо неза мысловатый мотив, который многократно повторяется. В другие моменты он просто вырабатывает набор звуков без всякой закономерности. Возможно, именно такая произвольность работы генератора придает ему особую привлекательность.
Регулятор диапазона позволяет радиолюбителю выбирать диапазон воспроизводимых тональных сигналов, а регулятор темпа - темп вырабатываемых звуков. Кроме этих регуляторов других органов управления в схеме не имеется.
Первоначально необходимо собрать макет генератора и поработать с ним. Если он устраивает радиолюбителя, его можно изготовить в корпусе. Через стабилизированный источник питания напряжением 5 В (рис. 2.1) генератор можно включать прямо в сеть и работать круглосуточно,
9.6. Низкочастотный синтезатор с цифровым управлением
Как было сказано в начале данной главы, некоторые электронные синтезаторы не предназначаются для имитации звуков неэлектронных музыкальных инструментов или животных. Синтезаторы такого рода воспроизводят работу какого-либо другого электронного устройства.
Описываемая в данном разделе схема работает подобно низкочастотному тональному генератору, вырабатывающему 16 различных звуковых сигналов. Достоинства этой схемы заключаются в том, что она позволяет получать 16 различных тональных сигналов при использовании всего одного источника звуковой частоты. Кроме того, в ней используется цифровое управление, сходное в определенной мере с современными цифровыми переключателями каналов, которые применяются в радиоприемниках с частотной модуляцией и радиолюбительской приемной аппаратуре.
Рис. 9.6. Низкочастотный генератор с цифровым управлением.
ИC1 — таймер типа 555; ИС2 — 4-разрядный двоичный счетчик типа 74191; ИС3 — двойной J — К-триггер типа 7476; ИС4 — УНЧ типа LM386; R1 — потенциометр 2 МОм; R2 — резиетор 15 кОм, 0,25 Вт; Я3 — резистор 1,8 кОм, 0,25 Вт; R4 — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; С{ — конденсатор 0,005 мкФ; С2 — конденсатор 0,1 мкФ; С3 — электролитический конденсатор 100 мкФ, 35 В; С4 — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; Гp1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.
В схеме на рис. 9.6 используются четыре переключателя А, В, С и D. Наличие в каждом из них двух возможных положений позволяет набирать до 16 различных комбинаций «Вкл» и «Выкл», которые определяют вырабатываемую синтезатором частоту тонального сигнала.
Таблица 9.1. Перечень кодовых комбинаций и соответствующих им частот на выходе синтезатора
